趙勇偉 李 霓 陳正全 王麗竹 馮晶晶 趙 波

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，吉林長(zhǎng)白山火山國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100029

2)中國(guó)地震局地震與火山災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

3)首都師范大學(xué)，北京 100048

0 引言

雷瓊火山群位于中國(guó)陸地最南端(圖 1)，鄰近南?！@不同于中國(guó)大多深處大陸內(nèi)部環(huán)境的第四紀(jì)火山。雷瓊火山群是中國(guó)第四紀(jì)火山中迄今為止惟一被證實(shí)坐落于地幔柱之上的火山群，具有獨(dú)特的研究意義。雷瓊火山巖的巖石學(xué)、同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)都說(shuō)明下地幔物質(zhì)參與巖漿起源，軟流圈物質(zhì)也在緩慢上升(Zouetal.，2010； Wangetal.，2012)。地球物理研究表明，在雷瓊火山群之下，當(dāng)前下地幔物質(zhì)仍在上涌(Huang，2014； Xiaetal.，2016)。結(jié)合雷瓊火山群存在全新世以來(lái)火山噴發(fā)的事實(shí)(鄒海波等，2020)，充分說(shuō)明此地具有再次噴發(fā)的危險(xiǎn)。

圖 1 雷瓊火山群新生代火山巖的分布圖(修改自黃鎮(zhèn)國(guó)等，1994)Fig. 1 Distribution of Cenozoic volcanic rock in Leiqiong volcanic field(modified from Huang et al.，1994).

現(xiàn)今雷瓊火山所處的環(huán)境既有陸地環(huán)境，又有濱海和淺海環(huán)境。由于地質(zhì)歷史上海平面有過多次升高和降低，這些火山當(dāng)時(shí)噴發(fā)時(shí)地處陸上環(huán)境還是水下環(huán)境，迄今尚無(wú)定論，也缺乏評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。其中最為棘手的難題是： 該地區(qū)未來(lái)會(huì)不會(huì)發(fā)生濱海和淺海環(huán)境下的火山噴發(fā)？如果發(fā)生，這種噴發(fā)是什么形式，會(huì)造成何種災(zāi)害類型？2022年湯加海底火山的噴發(fā)再次提醒我們，海水參與下的火山作用有可能會(huì)達(dá)到驚人的規(guī)模，造成大范圍的破壞。雷瓊火山群靠近“粵港澳大灣區(qū)”的核心區(qū)域，眾多城市、人口與基礎(chǔ)設(shè)施分布于海岸火山附近，一系列重大基礎(chǔ)建設(shè)工程，如高速公路、高鐵線路、橋梁和核電站都將修建于火山分布區(qū)，研究海岸附近的火山噴發(fā)類型對(duì)區(qū)域火山災(zāi)害評(píng)估以及制定火山災(zāi)害防御政策有重要意義。

本文以海南島峨蔓鎮(zhèn)兵馬角海岸火山作為研究對(duì)象，在衛(wèi)星影像及無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)解譯的基礎(chǔ)上開展野外火山地質(zhì)調(diào)查，對(duì)海岸火山錐不同位置的典型剖面進(jìn)行了對(duì)比研究，利用顯微鏡與掃描電鏡等觀察手段，在查明火山噴發(fā)序列的基礎(chǔ)上，探討噴發(fā)物理作用，恢復(fù)火山噴發(fā)歷史。針對(duì)該火山，將探索2個(gè)關(guān)鍵問題： 1)陸上噴發(fā)和水下噴發(fā)有哪些標(biāo)識(shí)性判斷依據(jù)？2)陸上噴發(fā)與水下噴發(fā)的機(jī)制是什么？在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了火山噴發(fā)災(zāi)害的類型，揭示了濱海環(huán)境對(duì)火山地質(zhì)的影響。

1 地質(zhì)背景

雷瓊地區(qū)位于東特提斯構(gòu)造域東端與太平洋構(gòu)造域的交界處，深受歐亞碰撞與南海擴(kuò)張的影響。雷瓊火山群是中國(guó)火山巖分布面積最大的火山群之一(約7300km2)(張虎男等，1984； 黃鎮(zhèn)國(guó)等，1994)，從北向南包括雷州北部、雷州南部和瓊北3部分(圖 1)。雷州北部火山群分布在遂溪、湛江等地，其中有湖光巖“瑪珥湖”火山，保存有完整的巖漿射汽噴發(fā)形成的火山碎屑。螺崗嶺、城里嶺和筆架嶺等火山是巖漿弱爆破噴發(fā)形成火山渣錐。雷州南部火山群分布在?？?、徐聞等地，在此形成了濱海玄武巖地貌，海蝕火山地貌，以及九斗洋、青桐洋等大型射汽巖漿噴發(fā)形成的“瑪珥”火山(劉嘉麒等，2000)。瓊北火山群的火山數(shù)量及火山巖面積約占雷瓊火山群的一半，海口火山地質(zhì)公園擁有雷瓊火山群中最新的火山(于全新世噴發(fā))，如馬鞍嶺、雷虎嶺等(陶奎元，2007)。

此前，許多研究涉及火山勘察、巖石地球化學(xué)、地球物理、火山巖年代學(xué)和地質(zhì)旅游資源等方面(劉嘉麒等，1999，2000； 孫謙，2003； 胡久常等，2007； 陶奎元，2007，2015； 灑驍?shù)龋?013； 袁曉博，2014)，認(rèn)識(shí)到雷瓊火山群的規(guī)模較大，至少擁有177座火山； 火山活動(dòng)歷史長(zhǎng)，從漸新世—全新世都有過活動(dòng)記錄； 噴發(fā)類型多樣，既有裂隙噴溢又有中心式噴發(fā)(黃鎮(zhèn)國(guó)等，1994)。

當(dāng)前，雷瓊火山群中有4個(gè)區(qū)域處于濱海與淺海環(huán)境中，分別是硇洲島、潿洲島、徐聞和峨蔓。倘若這些火山噴發(fā)形成于類似當(dāng)前的濱海和淺海環(huán)境，極有可能呈現(xiàn)出與典型大陸內(nèi)部火山不同的特點(diǎn)。對(duì)于火山作用而言，濱海和淺海環(huán)境與大陸環(huán)境相比有2點(diǎn)最大不同： 1)火山噴發(fā)于相對(duì)更加富水的環(huán)境中，造成火山噴發(fā)方式的不同； 2)海水有可能深度參與火山噴發(fā)產(chǎn)物的運(yùn)移，影響噴出物的成巖機(jī)制與過程。

2 火山地質(zhì)與地貌特征

峨蔓火山群位于海南省儋州市西北端的峨蔓鎮(zhèn)，其中包括至少8處火山，共分布約380km2的火山巖。為獲取峨蔓火山群區(qū)域地表形貌特征，我們基于ALOS衛(wèi)星12.5m精度的DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS渲染重建該區(qū)域的拓?fù)鋱D像(圖 2)。根據(jù)該圖中所顯示的地形特征，結(jié)合野外驗(yàn)證，確定存在以下火山機(jī)構(gòu)： 春歷嶺、筆架嶺、德義嶺、兵馬角和蓮花山； 另外，前人經(jīng)地質(zhì)調(diào)查確定蘭芳村、春坡村和筆架村存在3處火山(黃鎮(zhèn)國(guó)等，1994)。峨蔓有2處熔巖臺(tái)地在地貌上明顯高出周邊，分別是以春歷嶺和筆架嶺為中心的熔巖臺(tái)地，以及以德義嶺和蓮花山為中心的另一處熔巖臺(tái)地。前人對(duì)其火山巖進(jìn)行Ar-Ar測(cè)年得到0.23Ma的結(jié)果(Hoetal.，2000)，表明其形成時(shí)代在中更新世晚期。而蘭芳村等地3處火山的海拔高度明顯相對(duì)較矮，前人對(duì)這些火山巖的測(cè)年結(jié)果為1.14～1.08Ma(Wangetal.，2012)，表明其形成時(shí)代較老，噴發(fā)形成于早更新世。

圖 2 峨蔓火山區(qū)的DEM渲染圖Fig. 2 Rendering Terrain Surface for Eman field based on the DEM dataset.數(shù)據(jù)源于ALOS 12.5m分辨率DEM數(shù)據(jù)(1)www.91weitu.com。

兵馬角位于峨蔓鎮(zhèn)西端海邊的五彩灘(燈塔處)，向東距龍門小學(xué)約1km。該處火山因位于海岸邊，在海水侵蝕下剝露出連續(xù)分布的地質(zhì)剖面，是研究濱海火山噴發(fā)物理過程的理想對(duì)象。兵馬角和春歷嶺、筆架嶺呈NW向323°線性排列，圍繞該線性排列及SE延長(zhǎng)線方向分布熔巖臺(tái)地，這暗示該線性排列可能代表一條連續(xù)的巖漿補(bǔ)給裂隙。兵馬角火山位于該線性排列的最北端，在地形上與筆架嶺周邊的熔巖臺(tái)地相對(duì)隔離，顯示兵馬角是一處獨(dú)立的火山機(jī)構(gòu)。本文利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)獲取了兵馬角火山高精度的DEM數(shù)據(jù)，具體步驟詳述如下： 首先在地表設(shè)置控制點(diǎn)，并利用差分GPS獲得控制點(diǎn)的三維信息； 隨后使用大疆無(wú)人機(jī)悟2(Inspire 2)在300m高空用定點(diǎn)懸停拍攝的方法獲取了300張高清照片，照片的橫向與縱向重疊率均達(dá)85%； 將這些照片導(dǎo)入Photoscan軟件中，利用控制點(diǎn)對(duì)照片進(jìn)行“刺點(diǎn)”，在數(shù)據(jù)處理過程中設(shè)置參數(shù)，以“高精度”對(duì)齊照片，以“中精度”生成點(diǎn)云，最終生成DEM數(shù)據(jù)。在ArcGIS中將DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染生成圖 3。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上于圖 3 中疊加了巖性分布范圍。

圖 3 兵馬角無(wú)人機(jī)測(cè)量DEM的渲染圖Fig. 3 Rendering Terrain Surface of Bingmajiao volcano based on the UAV DEM dataset.

由圖 3 可見，兵馬角近火口物質(zhì)集中分布于海岸附近。整個(gè)火山機(jī)構(gòu)以熔結(jié)集塊巖分布區(qū)域?yàn)楹诵?，外圍緊鄰凝灰?guī)r，最外圍是熔巖臺(tái)地。據(jù)此推測(cè)該火山機(jī)構(gòu)原來(lái)是由凝灰?guī)r環(huán)包圍的碎屑錐，火口位于現(xiàn)今五彩灘的西側(cè)，火口連同西側(cè)一半的火山機(jī)構(gòu)已被海洋侵蝕殆盡。

3 兵馬角火山的地質(zhì)剖面特征

3.1 剖面A(五彩灘)

在該處出露2處火山噴發(fā)堆積剖面(圖 4)。在燈塔正下方的陡崖出露厚約20m的紫紅色弱層理的火山碎屑剖面，由火山渣、火山彈和熔巖餅組成?；鹕剿樾嫉牧６容^粗，以1～5cm為主?；鹕綇棥⑷蹘r餅及少量熔巖等在高溫下重新焊結(jié)，形成熔結(jié)集塊巖(圖4a，b)，此處是火山錐體較為核心的位置。燈塔紫紅色熔結(jié)集塊巖剖面向南側(cè)過渡為灰黑色碎屑堆積(圖4c)，其中穿插有后期侵入的由灰黑蜂窩狀熔巖構(gòu)成的熔巖墻(圖4d)，灰黑色碎屑堆積與厚層熔巖呈傾斜角度接觸。該剖面說(shuō)明火山錐由近源到遠(yuǎn)源呈現(xiàn)由紫紅色向灰黑色的過渡，存在由高溫到低溫的遞變，熔結(jié)程度由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱。

Fig. 4 峨蔓兵馬角五彩灘的剖面AFig. 4 Field section A of Wucai Beach in Bingmajiao，Eman.a 剖面地處海灣，核部為集塊巖，邊部為熔巖，海蝕柱由集塊巖組成； b 核部紅色熔結(jié)集塊巖過渡為邊部灰黑色集塊巖； c 熔結(jié)集塊巖中由熔結(jié)壓實(shí)形成的弱層理； d 邊部集塊巖中夾后期侵入巖墻

圖 5 兵馬角剖面BFig. 5 Section B of Bingmajiao volcano.紅線為斷層，黃線為各層界線，數(shù)字為層號(hào)

圖 6 剖面B的示意圖Fig. 6 Cross-section drawn for Section B.

五彩灘出現(xiàn)紫紅色熔結(jié)集塊巖，證明火山噴發(fā)于陸上環(huán)境，這是由于： 1)噴發(fā)出的高溫碎屑只有在較長(zhǎng)時(shí)間高溫狀態(tài)下與空氣反應(yīng)才會(huì)使鐵陽(yáng)離子從2價(jià)氧化為3價(jià)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)樽霞t色火山渣； 2)噴發(fā)碎屑只有在高溫下才可保持一定的塑性而相互熔結(jié)。然而，富水環(huán)境極易引起高溫的碎屑淬冷固化，因此不可能形成紫紅色熔結(jié)集塊巖； 急劇降溫只會(huì)產(chǎn)生灰黑色松散的火山碎屑。該剖面的整體結(jié)構(gòu)反映出火山為低強(qiáng)度的陸上爆破式噴發(fā)形成，噴發(fā)類型為陸上夏威夷式-斯通博利式過渡型噴發(fā)； 噴發(fā)后期轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹘r溢流。

3.2 剖面B

在五彩灘向東南約200m處海岸邊，陡崖頂部出現(xiàn)尖滅的紫紅色和灰黑色熔結(jié)集塊巖，下伏灰黃色碎屑堆積(圖 5，6)。該剖面由上到下描述如下：

層⑥： 紫紅色氣孔狀火山碎屑組成的熔結(jié)集塊巖向灰黑色火山渣漸變，與下伏層接觸面的傾角為35°。

層⑤： 呈薄韻律層互層的灰黃色、灰白色火山碎屑，碎屑有一定程度的磨圓，單個(gè)韻律層的厚度為0.5～3cm，具有平行層理與交錯(cuò)斜層理，推斷為涌流凝灰?guī)r； 厚約14.5m。

層③： 厚層火山碎屑，火山塊約占體積的50%，火山礫約占40%，其中有少量火山灰松散分布?；鹕剿樾?xì)饪讟?gòu)造發(fā)育，普遍具有尖角狀邊緣，沒有磨圓，碎屑物沒有明顯的粒度分選，缺少熔結(jié)與膠結(jié)，為松散堆積。大量出現(xiàn)灰黑色尖角狀邊緣火山渣塊，具有顯著的高溫塑變特征，呈透鏡狀，條帶狀。層厚約98cm。

圖 7 代表性火山碎屑的掃描電鏡照片F(xiàn)ig. 7 SEM photograph of representative pyroclasts.a 層⑥磚紅色熔結(jié)集塊巖中的火山碎屑表面總體形貌： 表面粗糙，大小尺度不一、形態(tài)不規(guī)則的微小塑性熔巖滴重新熔結(jié)在碎屑表面； b 圖a火山碎屑內(nèi)部的微觀形貌： 氣孔構(gòu)造發(fā)育，氣孔大小不一； c 層⑤射汽巖漿涌流堆積中的巖漿碎屑表層形貌： 呈苔蘚狀的表面出現(xiàn)大量龜裂紋，剛性破裂形成的棱角狀微小熔巖塊重新膠結(jié)在一起； d 圖c碎屑的微觀形貌： 表層呈致密結(jié)殼狀，出現(xiàn)大量龜裂，結(jié)殼之下呈現(xiàn)蜂窩狀細(xì)密氣孔構(gòu)造，表殼碎裂形成的薄板狀塊體重新雜亂膠結(jié)； e 層①中黑色塑性碎屑的外貌： 沒有明顯的表層與內(nèi)部的區(qū)分，不規(guī)則氣孔(空腔)占碎屑總體的絕大部分，熔巖在其中呈薄皮狀，發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形，支撐整個(gè)碎屑； f 圖e碎屑的微觀形貌： 表面出現(xiàn)大量龜裂紋，碎裂為大量薄皮碎屑，這些碎屑重新膠結(jié)(或熔結(jié))

層②： 薄層火山灰與泥質(zhì)混合物，具平行層理、交錯(cuò)層理，組成與層③相同，厚58cm。

層①： 厚層火山碎屑堆積，灰黑色致密的火山集塊與火山礫位于該層的最底部，向上逐漸過渡為灰黃色風(fēng)化的火山礫(火山渣)。該層上部(約 1/4 層厚)具有不連續(xù)層理，橫向長(zhǎng)1～4m不等，厚度較薄(0.5～5cm)； 這些不連續(xù)薄層形成次級(jí)韻律層理。中間部位的碎屑粒徑最大，最大可達(dá)50cm×20cm，為黑色透鏡體狀火山渣。剖面中間夾雜少量灰色泥質(zhì)團(tuán)塊，剖面中的火山渣整體為角礫狀，邊緣呈尖刺狀，火山塊約占總體積的30%?；鹕降[及火山灰約占70%，火山灰全部風(fēng)化為灰黃色，中間呈孔隙狀。本層厚2.76m，未見底。

根據(jù)這些碎屑的顯微特征及其產(chǎn)出層位，分析認(rèn)為這3類碎屑代表不同程度的水-巖漿作用。第1類碎屑形成于純巖漿爆破噴發(fā)： 其產(chǎn)出層位海拔最高，較難與水發(fā)生作用，微觀上沒有淬火作用常見的龜裂，也支持其噴發(fā)過程中不受水的影響。第2類碎屑形成于中度的水-巖漿相互作用： 表面的龜裂與普遍的脆性破裂支持其經(jīng)受過高溫下水的淬火作用，內(nèi)部仍保留的氣孔構(gòu)造說(shuō)明其內(nèi)部可能沒有受到影響。結(jié)合該處的火山環(huán)境，推測(cè)認(rèn)為第2類碎屑是射汽巖漿噴發(fā)成因的碎屑。第3類碎屑形成于相對(duì)較強(qiáng)的水-巖漿相互作用： 碎屑從內(nèi)到外整體由薄皮狀碎屑熔結(jié)形成，說(shuō)明水-巖漿的相互作用對(duì)碎屑進(jìn)行了徹底改造，高溫的水蒸氣把塑性高溫巖漿撕裂為薄片，隨著溫度逐漸降低，這些薄片經(jīng)歷破裂和重新熔結(jié)。薄片表面微觀尺度上的龜裂證明發(fā)生過高溫下水的淬火作用。

在剖面B中，層⑥的熔結(jié)集塊巖與五彩灣剖面相似，2條剖面僅相距200m，在DEM圖上可見2條剖面都緊鄰燈塔錐形高地(圖 2)，因此推測(cè)其為同一火山錐的不同位置。層⑤由磨圓的火山礫和圍巖碎屑組成(圖8a)，大量出現(xiàn)第2類碎屑(圖7c，d)； 含多個(gè)韻律層，物質(zhì)普遍有膠結(jié)，硬度較大； 發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理與爬升層理； 該層中頻繁出現(xiàn)正斷層，并在斷層之上疊加爬升層理。層⑤的這些特征都支持其為涌流凝灰?guī)r，產(chǎn)于射汽巖漿噴發(fā)。

層④與層②以石英、長(zhǎng)石碎屑和泥質(zhì)為主，火山灰與火山礫含量低。石英砂大多呈尖角狀，長(zhǎng)石大多有蝕變，破裂嚴(yán)重，火山碎屑與石英沒有明顯分選(圖8b)。層中物質(zhì)松散，碎屑間只有泥質(zhì)膠結(jié)； 韻律層中碎屑呈粗細(xì)相間分布，平行和交錯(cuò)層理發(fā)育(圖 9)。根據(jù)其物質(zhì)組成和層理判斷該層是濱海相沉積物，成因?yàn)榛鹕奖茋姲l(fā)產(chǎn)出的火山碎屑與異源沉積物混合，推測(cè)該層產(chǎn)生于火山噴發(fā)后很短的時(shí)間。

圖 8 剖面B產(chǎn)物的單偏光顯微照片F(xiàn)ig. 8 Micrograph of section B product.a 層⑤的涌流凝灰?guī)r，黑色、棕色圓粒狀火山礫約占40%以上，石英顆粒的粒徑較小，有一定磨圓，含量少； b 層②的沉積碎屑，尖角狀石英顆粒與蝕變長(zhǎng)石碎屑占主體，火山碎屑以火山灰為主，呈零星散布，比例 碎屑物總體為泥質(zhì)膠結(jié)

層③與層①中出現(xiàn)尖角狀的火山塊、火山礫，碎屑松散無(wú)層理，粒度分選不明顯，堆積物整體呈碎屑支撐。堆積中出現(xiàn)透鏡狀扁平的有塑性變形的熔巖漿屑，其內(nèi)部氣孔構(gòu)造極其發(fā)育，盡管漿屑仍保持清晰的邊緣，但內(nèi)部碎裂成粒徑較小的碎屑(圖 9)。這些碎屑為塊狀、尖角狀形態(tài)，并有拉長(zhǎng)彎曲狀不均勻分布的孔隙。在微觀尺度上，這些碎屑絕大部屬于第3類碎屑(圖7e，f)。這些碎屑與層⑥中的火山碎屑(圖7a，b)完全不同，說(shuō)明層③與層①的組成物質(zhì)并非陸上環(huán)境中巖漿爆破成因生成的碎屑。這些碎屑的宏觀堆積與微觀形貌特征與前人研究發(fā)現(xiàn)的新西蘭陶波火山區(qū)Motuoapa Peninisula火山水下“火噴泉式噴發(fā)”(fire-fountain)所形成的火山碎屑相似(Muelleretal.，1992)，也與加拿大Flin Flon地區(qū)水下斯通博利式噴發(fā)產(chǎn)物相似(DeWolfeetal.，2018)。這些證據(jù)表明，這2層火山碎屑物質(zhì)形成于水下環(huán)境，由玄武質(zhì)巖漿在水下噴發(fā)堆積而成。層③與層①位于層④和層②的濱海沉積物之下，證明這2層也形成于濱海相水下環(huán)境。

圖 9 剖面B的代表性照片F(xiàn)ig. 9 Field photograph of section B.a 層①中水下成因的火山碎屑層； b 扁平透鏡狀塑變的水下成因碎屑； c 層②中的濱海相砂質(zhì)沉積；d 上、下2層水下成因的火山碎屑層之間的濱海相砂層

在上述認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，本文繪制了剖面B的巖性柱狀圖(圖 10)。噴發(fā)堆積序列底部有2層水下噴發(fā)成因的火山碎屑堆積(層①和層③)，這2層之上分別為濱海相碎屑堆積(層②和層④)。這些濱海相堆積物之上是射汽巖漿噴發(fā)成因的涌流凝灰?guī)r堆積(層⑤)。整個(gè)噴發(fā)堆積序列的最頂部是火山碎屑構(gòu)成的集塊巖和熔結(jié)集塊巖(層⑥)。根據(jù)以上火山噴發(fā)堆積序列，推測(cè)兵馬角火山的噴發(fā)形成過程依次為： 1)2次水下熔巖噴泉式噴發(fā)，每次噴發(fā)之后有短暫的時(shí)間間歇，在此期間海水搬運(yùn)沉積造成薄層的濱海相碎屑沉積； 2)陸上環(huán)境的射汽巖漿噴發(fā)； 3)陸上環(huán)境的巖漿爆破式噴發(fā)，最終為熔巖平靜溢流。

圖 10 剖面B的巖性柱狀圖Fig. 10 Graphic sections showing the successions of section B.

4 火山噴發(fā)的物理機(jī)制

通過對(duì)峨蔓火山剖面的分析，可見研究區(qū)內(nèi)的火山既有陸地火山常見的夏威夷型-斯通博利過渡型噴發(fā)和射汽巖漿噴發(fā)，又存在水下噴發(fā)。在陸地環(huán)境下，玄武質(zhì)巖漿中的揮發(fā)份在巖漿通道中出溶引發(fā)斯通博利型與夏威夷型噴發(fā)(Valentineetal.，2008)。巖漿在沿通道上升接近地表遭遇含水層的情況下，會(huì)發(fā)生射汽巖漿噴發(fā)(phreatomagmatic eruption)。然而，在淺海環(huán)境和濱海環(huán)境下，火山噴發(fā)的物理作用會(huì)以什么形式呈現(xiàn)，一直是國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。目前較為一致的觀點(diǎn)認(rèn)為，射汽巖漿噴發(fā)常產(chǎn)生的低密度涌流很難在水下形成涌流凝灰?guī)r，原因在于涌流密度很可能小于海水，它的高速噴射很容易使大量海水混入其中，從而轉(zhuǎn)化成為濁流(Casetal.，1988)。另外，高溫熔結(jié)現(xiàn)象只可能出現(xiàn)在陸上火山。在水下環(huán)境，巖漿碎屑一旦噴出就會(huì)遇水淬冷固化，碎屑之間難以重新熔結(jié)(Casetal.，1988)。

根據(jù)前人的研究，結(jié)合兵馬角火山剖面的解析，我們認(rèn)為兵馬角火山的巖漿在濱海水下環(huán)境中與海水相遇，盡管可能發(fā)生射汽巖漿噴發(fā)，但沒有發(fā)生大陸上常見的涌流式火山碎屑運(yùn)移堆積。巖漿在水下環(huán)境發(fā)生“火噴泉”(fire-fountain)式噴涌，形成的火山碎屑于水下堆積(圖 10)。只有當(dāng)這些火山碎屑堆積非常接近海平面或高出海平面時(shí)，火山噴發(fā)才由水下火山作用過渡為大陸火山作用。此后，上涌的巖漿消耗其上升通道以及火山口中殘余的水分，發(fā)生射汽巖漿噴發(fā)，涌流成因的凝灰物質(zhì)得以堆積保存(圖 10)。最終，巖漿系統(tǒng)中的淺層水消耗殆盡，火山作用轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴鄮r漿爆破噴發(fā)，形成由熔結(jié)集塊巖構(gòu)成的火山碎屑錐(圖 10)。

上述噴發(fā)物理過程暗示，與我們根據(jù)一般大陸火山經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為的巖漿-水相互作用直接導(dǎo)致射汽巖漿噴發(fā)相反，海水的蓋層作用可能強(qiáng)烈抑制著射汽巖漿噴發(fā)，使其不能以涌流的形式出現(xiàn)。另外，兵馬角火山也證明，在水下環(huán)境確實(shí)可以發(fā)生“火噴泉”式的噴發(fā)。這類噴發(fā)此前鮮為人知，但在濱海環(huán)境下可能對(duì)構(gòu)建火山機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)起著重要作用。

5 火山噴發(fā)災(zāi)害類型

6 結(jié)論

本文在衛(wèi)星影像及無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)解譯基礎(chǔ)上，開展了野外火山地質(zhì)調(diào)查，對(duì)兵馬角海岸火山錐不同位置的典型剖面進(jìn)行研究。兵馬角火山經(jīng)歷了水下火山作用向陸上火山作用的過渡，具體過程為： 早期火山于水下發(fā)生“火噴泉”式噴發(fā)，在水下構(gòu)筑火山碎屑堆積； 當(dāng)碎屑堆積物高出水面時(shí)，火山作用轉(zhuǎn)變?yōu)樯淦麕r漿噴發(fā)，產(chǎn)生涌流凝灰?guī)r； 火山活動(dòng)晚期以斯通博利型-夏威夷型噴發(fā)為主，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹘r溢流。根據(jù)兵馬角火山噴發(fā)物推測(cè)，濱海火山潛在的噴發(fā)災(zāi)害有水下“火噴泉”、射汽巖漿噴發(fā)成因的涌流、彈道噴射墜落火山彈、熔巖噴泉和熔巖流。其中涌流可能貼海平面高速運(yùn)動(dòng)，影響火口周邊10km范圍的區(qū)域，是最具威脅性的火山噴發(fā)災(zāi)害類型。