火山分類

于紅梅

引 言

火山是地下巖漿上升到地表產(chǎn)生的一種地貌形態(tài)，火山噴發(fā)是一種自然地質(zhì)現(xiàn)象?；鹕絿姲l(fā)時噴出大量炙熱的熔巖、火山碎屑、火山灰和有毒有害火山氣體，并伴隨火山泥石流、火山崩塌、海嘯、地震、地形變、火山爆炸沖擊波、酸雨等，會給人類造成巨大的災(zāi)難。不同類型的火山具有不同的噴發(fā)方式，造成的災(zāi)害類型和災(zāi)害程度也不同，了解火山的分類及其特征，可為減輕火山災(zāi)害提供技術(shù)支持。火山的類型按不同的劃分依據(jù)具有不同的分類方法，本文按活躍程度、構(gòu)造成因和地貌形態(tài)三個方面進行了分類，并對每種類型的火山特征及代表性的火山進行了介紹。

火山活躍程度分類

按活躍程度，火山可分為死火山、休眠火山和活火山三類。死火山是指那些保留火山形態(tài)和物質(zhì)，但在人類歷史時期和現(xiàn)今從未活動過，并被證明在可預(yù)見的將來不會發(fā)生噴發(fā)的火山；休眠火山是指人類歷史時期有過活動，但現(xiàn)今處于“休眠”狀態(tài)的火山，休眠火山隨著地殼的變動會突然噴發(fā)；活火山則是指目前正在噴發(fā)的或歷史時期及近1萬年來有過噴發(fā)的火山。目前，世界上的活火山約有1500余座。比較著名的活火山包括夏威夷的基拉維厄（Kilauea）火山、意大利的埃特納（Etna）火山和斯通博利（Stromboli）火山、印度尼西亞的默拉皮（Merapi）火山、冰島艾雅法拉（Eyjafjallaj?kull）火山、日本的櫻島（Sakurajima）火山等。

我國已確定的活火山有：黑龍江五大連池的老黑山火山和火燒山火山、鏡泊湖火口森林火山和蛤蟆塘火山，內(nèi)蒙阿爾山的焰山和高山火山，吉林長白山天池火山、龍崗金龍頂子火山，云南騰沖馬鞍山火山、打鶯山火山和黑空山火山，新疆阿什庫勒阿什火山，臺灣大屯火山和龜山島火山，海南雷虎嶺火山和馬鞍嶺火山，它們的最新活動時代見表1。

表1 中國主要活火山最新噴發(fā)時代

火山構(gòu)造成因分類

1.匯聚板塊邊緣火山

匯聚板塊邊緣是兩個或多個板塊碰撞的地方，通常是一個大洋板塊和一個大陸板塊。在這種情況下，海洋板塊密度大，會俯沖或沉入大陸板塊之下，在此過程中水分也會隨大洋板塊一起帶入俯沖帶內(nèi)。從俯沖板塊中釋放出來的水降低了上覆地幔楔的熔融溫度，從而易于形成巖漿。另外，兩個板塊之間摩擦生熱也促進了巖漿的形成。當(dāng)巖漿到達地表時，就形成了火山（圖1）。一般火山距離俯沖形成的海溝100～300km。典型的例子為環(huán)太平洋火山。

2.離散板塊邊緣火山

在大洋中脊，兩個構(gòu)造板塊彼此分開，洋中脊上部地殼輕薄，由于構(gòu)造板塊的拉動，壓力釋放導(dǎo)致絕熱膨脹和地幔的部分熔融，造成火山作用，隨著熔融巖石的冷卻和凝固會形成新的海洋地殼（圖1）。大多數(shù)離散板塊邊界位于海洋底部，因此，地球上的大多數(shù)火山活動都是海底活動，形成新的海底。黑煙窗(也被稱為深海噴火口)是這種火山活動。當(dāng)洋中脊高于海平面時，則形成火山島，例如，南太平洋洋島火山。

3.熱點型火山

有一些火山并不位于板塊的交接處，而是坐落于“熱點”上，位置不受構(gòu)造板塊邊界控制。熱點的概念起源于約翰·圖佐·威爾遜（John Tuzo Wilson）的工作，他在1963年提出，夏威夷火山島的形成是由于構(gòu)造板塊在地表下的一個熱點區(qū)域緩慢運動的結(jié)果。當(dāng)板塊在熱點上做水平移動時，便有一連串的火山生成。這樣作用連續(xù)發(fā)生后，會造成一系列的火山島群，而離熱點越遠的火山其生成年代越老（圖2）。隨后提出熱點受來自地球核幔邊界的熱地幔流補給，被稱為“地幔柱”。曾經(jīng)提出受地幔柱補給的熱點的數(shù)量從20個到幾千個，但是大部分地質(zhì)科學(xué)家認(rèn)為存在的就幾十個。夏威夷、留尼旺島（Réunion）、黃石公園和加拉帕戈斯群島（Galápagos）是最活躍的熱點火山地區(qū)。

圖1 板塊構(gòu)造與火山成因示意圖

圖2 夏威夷火山鏈形成過程示意圖

大多數(shù)熱點火山巖為玄武巖，所以相比俯沖帶熱點型火山具有較弱的爆破性。當(dāng)熱點發(fā)生在大陸內(nèi)部時，玄武質(zhì)巖漿上升穿過大陸地殼會演化為流紋巖，這些流紋巖可以產(chǎn)生爆炸性噴發(fā)。例如黃石火山口是地質(zhì)歷史時期幾次較大的爆炸噴發(fā)形成。

火山地貌形態(tài)分類

根據(jù)火山的形狀、大小、坡度、組成物質(zhì)等，可分為盾狀火山、層狀火山、火山渣錐、熔巖穹丘、低平火山口、泥火山等，不同類型的火山其構(gòu)造成因、噴發(fā)機制、災(zāi)害程度均有差異。

1.盾狀火山 （Shield volcano）

盾狀火山是幾乎全部由熔巖流組成的一種火山。盾狀火山坡度較緩，一般2°～3°，向山頂逐漸變陡，最大可達10°，體積一般超過1000km3。在近山頂處呈扁平狀，形成一個整體向上凸起的形狀，高度通常是寬度的二十分之一，像戰(zhàn)士的盾牌躺在地上，所以稱為“盾狀火山”。它與盾片狀熔巖不同，后者體積要小很多，一般0.1～15km3。巖漿成分一般為玄武質(zhì)，由于黏度低，熔巖流流速一般較層狀火山快，導(dǎo)致熔巖不斷地堆積，形成盾狀火山獨特的形態(tài)。但也存在爆炸噴發(fā)產(chǎn)生的火山碎屑巖盾和少量的偏酸性巖漿產(chǎn)生的盾狀火山，例如巴布亞新幾內(nèi)亞的比利米切爾（Billy Mitchell）火山碎屑巖盾和美國俄勒岡州的黑耀巖盾。

活動的盾狀火山可在很長的一段時間內(nèi)經(jīng)歷近連續(xù)的火山噴發(fā)活動，產(chǎn)生大規(guī)模的火山機構(gòu)。破火山口也是盾狀火山一個普遍的特征，長時間的噴發(fā)造成火山錐體崩塌形成破火山口，之后還會被后期噴發(fā)充填和改造（圖3）。世界上最大的陸上盾狀火山為夏威夷冒納羅亞（Mauna Loa）火山，位于海拔4169m之上，底部寬超過100km，估計玄武巖體積80000km3。

圖3 盾狀火山的結(jié)構(gòu)特征圖

盾狀火山在世界各地都有發(fā)現(xiàn)。它們可以形成在熱點地區(qū)，如夏威夷群島，每個島嶼都是一座大型的盾狀火山，厄瓜多爾的加拉帕戈斯群島（Galápagos islands），或者也可形成于裂谷帶內(nèi)，如位于大洋中脊的冰島火山以及東非裂谷內(nèi)的盾狀火山。許多盾狀火山分布在海洋盆地中，如世界上最大的火山是太平洋內(nèi)的塔穆山(Tamu Massif)。我國吉林長白山火山早期（1.48—4.5Ma）經(jīng)歷了造盾式噴發(fā)，產(chǎn)生的玄武巖熔巖臺地坡度小于4°，分布面積達7200km2。

2.層火山（Stratovolcano，或者Composite volcano）

層火山也稱為復(fù)式火山，是一種多成因中央式火山，發(fā)生周期性的爆炸式噴發(fā)和溢流式噴發(fā)，由多層熔巖、火山碎屑、浮巖和火山灰組成，是最常見的火山類型。與盾狀火山不同的是錐體呈圓錐形，其側(cè)翼較陡，具有一個火山口，一些火口也會塌陷為破火山口。層火山普遍發(fā)生在俯沖帶，可形成火山鏈或者火山群，例如大洋地殼和大陸地殼碰撞后產(chǎn)生的北美的喀斯喀特山脈和南美的安第斯山脈，大洋地殼和大洋地殼碰撞后產(chǎn)生的日本島弧和菲律賓島弧等。

由于不同期的巖漿可沿相同的通道上升，而且一般都會有巖漿房，所以層火山巖漿補給率較高，溢出率也較高。該類型火山往往會發(fā)生爆炸式噴發(fā)，噴發(fā)柱可達幾十千米，并伴隨大量的空降火山灰、火山碎屑流和泥石流等，產(chǎn)生的災(zāi)害巨大。兩個比較有名的層火山，一是印度尼西亞的喀拉喀托（Krakatoa）火山，因1882年災(zāi)難性噴發(fā)而眾所周知，二是意大利的維蘇威（Vesuvius）火山，因公元79年的噴發(fā)埋沒了龐貝和赫庫蘭尼姆古城而聞名。兩次火山爆發(fā)均奪去了數(shù)千人的生命。我國吉林的長白山火山屬于層火山，火口塌陷后形成了美麗的天池（圖4），其公元946年的噴發(fā)，被認(rèn)為是近2000年來全球最大規(guī)模的火山噴發(fā)之一。

層火山的巖漿成分經(jīng)常為長英質(zhì)，具有高—中等的二氧化硅含量，黏度較高，所以層火山流出的熔巖不會流太遠就冷凝。大范圍的長英質(zhì)熔巖流不常見，但也有流動距離較遠的，目前見到的最遠的可達15km。我國長白山火山氣象站熔巖流為堿性流紋巖，總長約5km。

3.火山渣錐（Cinder Cone）

火山渣錐為一個陡峭的錐形山體，由松散的火山碎屑物堆積而成，例如火山渣、火山灰。錐體一般是對稱的，近圓形，高幾十米到幾百米，坡度30°～40°，大多數(shù)火山渣錐在頂部具有一個碗狀的火山口?；鹕皆F的噴發(fā)方式相對簡單，當(dāng)熔巖噴發(fā)時，火山渣噴出到空氣中，降落在火口周圍產(chǎn)生了錐體。在火山渣錐噴發(fā)的后期，巖漿損失了大部分揮發(fā)分，巖漿密度增加，會以熔巖流的形式緩慢地流進火山口內(nèi)部，或者在渣錐的底部流出。未固結(jié)的錐體不能承受巖漿穿過中心出口上升到地表的壓力，所以幾乎不會在錐體頂部溢出。如果火山口一側(cè)被熔巖流完全破壞，剩下的火口緣就會形成一個馬蹄形火山口。

火山渣錐通常是由一次噴發(fā)形成，為單成因火山，但噴發(fā)也可以持續(xù)10年之久，例如著名的墨西哥帕里庫廷（Paricutin）火山，1943年形成一個新的火山口之后，持續(xù)噴發(fā)到1952年，產(chǎn)生了一個高424m的錐體，熔巖流面積約25km2。該類型噴發(fā)由于巖漿要開辟新的通道，巖漿補給率和溢出率一般較低，所以相比其他類型火山危險性較低。火山渣錐經(jīng)常出現(xiàn)在盾狀火山和層狀火山的側(cè)翼。例如，在夏威夷島莫納克亞（Mauna Kea）盾狀火山側(cè)翼有近100個火山渣錐。

圖4 長白山火山口和天池火瀑布

圖5 五大連池老黑山火山渣錐和火山口

目前世界上最活躍的火山渣錐是尼加拉瓜的塞羅內(nèi)格羅（Cerro Negro）火山，自1850年首次噴發(fā)以來，已經(jīng)噴發(fā)了20多次，距今最近的兩次分別是在1995年和1999年。我國很多火山都具有火山渣錐，例如五大連池的老黑山火山（圖5）、龍崗金龍頂子火山、云南騰沖的黑空山火山、內(nèi)蒙古阿爾山的高山和焰山等。

4.熔巖穹丘（Lava Dome）

黏性巖漿從火山中緩慢流出產(chǎn)生的一個近圓形的突出物稱為“熔巖穹丘”。造穹噴發(fā)非常普遍，尤其是在匯聚板塊邊界地區(qū)。熔巖穹丘是世界上許多層狀火山的主要結(jié)構(gòu)特征之一。例如美國圣海倫斯火山，1980年噴發(fā)之后在火口內(nèi)部生長出一座熔巖穹丘（圖6）。地球上大約6%的火山噴發(fā)為造穹噴發(fā)。熔巖穹丘的巖漿成分可以從玄武巖到流紋巖，但大部分為中性巖。玄武質(zhì)和安山質(zhì)穹丘風(fēng)化較快，很容易被后期流動巖漿破壞，大多數(shù)保留下來的穹丘都具有高含量的硅，由流紋巖或者英安巖組成。由于高的硅含量或者巖漿脫氣使得巖漿黏度較高，高黏度的巖漿導(dǎo)致其流動距離不會太遠，造就了穹丘的形狀特征。

圖6 美國圣海倫斯火山及火口內(nèi)部的熔巖穹丘

穹丘高度可達幾百米，生長非常緩慢，可持續(xù)幾個月（日本云仙岳火山）、幾年（蘇佛利爾火山）甚至幾個世紀(jì)（默拉皮火山）。穹丘平均生長速率可作為巖漿供給的粗略指標(biāo)，但與熔巖穹丘爆炸的時間或特征沒有系統(tǒng)關(guān)系。熔巖穹丘的火山機構(gòu)都是由不穩(wěn)定的巖石碎屑組成。由于間歇性的氣體壓力積聚，穹丘會經(jīng)歷爆炸式爆發(fā)。如果熔巖穹丘的一部分坍塌，就可以產(chǎn)生火山碎屑流。穹丘還會產(chǎn)生熔巖流、森林火災(zāi)，以及松動的火山灰和火山碎屑產(chǎn)生的火山泥石流。

5.低平火山口（Maar）

低平火山口是一種由射汽巖漿噴發(fā)(當(dāng)熾熱上升的巖漿接觸到近地表地下水或地表水時發(fā)生的爆炸)產(chǎn)生的地勢較低、產(chǎn)狀平緩的火山口。低平火山口內(nèi)壁通常深而陡，直徑相對較大，低而平緩的火口緣由一些火山碎屑和圍巖碎屑組成，該類型噴發(fā)的災(zāi)害范圍一般影響不大。有時在火口緣靠外側(cè)形成凝灰?guī)r環(huán)（tuff ring），凝灰?guī)r環(huán)的火山灰也呈近水平的薄層狀。凝灰?guī)r錐(tuff cone)是一種錐體相對較高的凝灰?guī)r環(huán)，錐體坡度要陡于凝灰?guī)r環(huán)，它們都是由威力較小、位置較淺的爆炸點形成的。

低平火山口直徑大小從60m到8km，深度從10m到200m不等。低平火山口內(nèi)充填有水，也就形成一個相對較淺的火山口湖，也稱瑪珥湖。有時瑪珥湖會干枯，被充填物淤塞。例如德國的艾克費爾德（Eckfelder）火山，是已知的最老的瑪珥火山，形成于44.3Ma年前，20世紀(jì)干涸的。低平火山口有時下部為多孔的巖石，火口內(nèi)也就不能存儲住水。

已知的最大的低平火山口在阿拉斯加西北部的蘇厄德半島（Seward Peninsula）。這些低平火山口的直徑從4000m到8000m不等，深度高達300m。這些噴發(fā)發(fā)生在大約10萬年前，最年輕的在17500年前。由于噴發(fā)時巖漿接觸到永久凍土帶而造成了如此大規(guī)模的噴發(fā)。中國吉林龍崗火山群具有較多的低平火山口，例如大龍灣、二龍灣、三角龍灣、南龍灣、龍泉龍灣等，形成于中更新世至早全新世，是國內(nèi)最新的、最典型的低平火山口群（圖7）。其他如內(nèi)蒙阿爾山的臥牛泡子、廣東湛江的湖光巖、海南的羅經(jīng)盤等。

圖7 吉林龍崗火山群低平火山口—龍灣分布

6.泥火山（mud volca no）

泥火山是由泥漿、水和氣體噴發(fā)而形成的地貌。泥火山不是真正的火成巖火山，因為它們不會產(chǎn)生熔巖，有些泥火山也不是受巖漿活動驅(qū)動的，其噴發(fā)動力受到地下油氣壓力或構(gòu)造應(yīng)力的影響。泥火山的大小范圍很大，高可從1～2m到700m，寬1～2m到10km。最大的泥火山是印尼爪哇島的 “露西”（Lusi）泥火山，它的直徑為10km。泥火山一般與俯沖帶有關(guān)，目前在全球陸地或近陸地已發(fā)現(xiàn)的泥火山約1100座。泥火山的溫度可從近100℃到2℃，但一座泥火山的溫度通常變化不大。泥火山釋放的氣體中大約86%是甲烷，另外含有少量的二氧化碳和氮。噴出物質(zhì)通常是懸浮在水中的細(xì)粒泥漿，其中可能含有鹽、酸和各種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。我國新疆北天山分布著國?nèi)最大的泥火山群，約90多個泥火山噴出口，如獨山子泥火山（圖8）。

圖8 新疆北天山泥火山A. 獨山子泥火山；B. 獨山子泥火山噴出口

結(jié)束語

不同構(gòu)造環(huán)境產(chǎn)生不同類型的火山，不同類型的火山具有不同的噴發(fā)方式，會造成不同類型與不同程度的災(zāi)害。只有對每種火山類型的構(gòu)造背景、噴發(fā)機制、噴發(fā)歷史等進行全方面詳細(xì)的了解，才可以更好地制訂火山災(zāi)害預(yù)警方案和對策。