遙感技術(shù)在長白山天池火山熔巖流 表殼類型結(jié)構(gòu)研究的可行性分析

楊 帆季靈運孫立影李萌萌顧國輝閆東晗

1）中國長春130117 中國地震局火山研究所

2）中國長春130117 吉林省地震局

3）中國西安710054 中國地震局第二監(jiān)測中心

溢流式熔巖噴發(fā)是火山噴發(fā)的一種常見形式，容易造成火山災(zāi)害。從火口或裂隙呈液態(tài)噴發(fā)出的溶巖，沿地表向前流動，熔巖溫度逐漸降低，黏度隨之增大，流動速度逐漸減慢，直至停滯、凝結(jié)。炙熱熔巖流在流動過程中，會對沿途及周邊植被、建筑物和人員等造成破壞和傷亡。Andrew 和Rowland（2015）對aa 和pahoehoe 的力學(xué)原理、冷卻原理、流變學(xué)原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對熔巖流單元的劃分和各種形態(tài)的熔巖構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)說明。Mogren 等（2017）研究了阿瓦地區(qū)玄武巖熔巖流的空間分布，及其與地質(zhì)特征的關(guān)系，應(yīng)用各種遙感處理方法分析Landsat 8 衛(wèi)星圖像，制作了崎嶇地形的火山災(zāi)害地圖。Pedersen 等（2017）利用遙感影像觀測數(shù)據(jù)，恢復(fù)了2014—2015 年冰島Holuhraun 火山噴發(fā)的熔巖流動力學(xué)過程，重新劃分了熔巖流類型（包括aa、slabby pahoehoe 和spiny pahoehoe），并計算出各類型熔巖流的流速范圍。

本次研究區(qū)為中國東北地區(qū)的長白山天池火山，其地處我國東北多火山地區(qū)，在中國乃至全世界均是比較重要的火山研究地區(qū)。以長白山天池火山熔巖流為例，通過高分辨率衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型（DEM），參考野外火山地質(zhì)調(diào)查成果，對研究區(qū)老房子小山組熔巖流表殼類型的數(shù)字化快速劃分、熔巖流的流動過程恢復(fù)和動力學(xué)參數(shù)做嘗試性研究，確定火山噴發(fā)特征以及不同熔巖流流動單元堆積時序和空間分布，并分析該區(qū)地質(zhì)地貌特征，為高精度火山地質(zhì)填圖提供遙感技術(shù)支持。以數(shù)據(jù)處理流程和噴發(fā)過程反演為研究思路，利用ArcGIS 軟件，對長白山天池火山熔巖流進(jìn)行地表粗糙度計算，并以此為依據(jù)，對表殼類型進(jìn)行數(shù)字化快速劃分，得到不同熔巖流表殼類型以及與之對應(yīng)的熔巖流流動單元邊界。在此基礎(chǔ)上，對于不同熔巖流單元，采用ArcGIS 進(jìn)行室內(nèi)面積測量和野外厚度測量，以恢復(fù)噴發(fā)體積。參考火山噴發(fā)歷史記錄，估計熔巖平均溢出率、平均速度等噴發(fā)動力學(xué)參數(shù)。依據(jù)結(jié)殼熔巖的熔巖流長度與平均溢出率之間關(guān)系的經(jīng)驗公式，計算得出長白山天池火山地區(qū)1702 年爆發(fā)時熔巖流的平均溢出率和流速，并對結(jié)果進(jìn)行檢驗。依據(jù)火山噴發(fā)破壞指數(shù)（Destructiveness Index）計算方法，估算1702 年長白山天池火山爆發(fā)時的破壞情況。

長白山天池火山熔巖流表殼類型的遙感研究作為本次工作的核心內(nèi)容和成果，不僅為長白山天池火山熔巖流噴發(fā)過程提供了遙感學(xué)依據(jù)，也為以后該地區(qū)和其他火山區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查提供了遙感技術(shù)儲備。