火山學(xué)述評(píng)

丁毅

1)河北地質(zhì)大學(xué)交叉科學(xué)學(xué)院，石家莊，050031；2)河北地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院，石家莊，050022

內(nèi)容提要：火山學(xué)研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。筆者總結(jié)近些年全球火山學(xué)研究各個(gè)方面的成果，包括對(duì)火山基本概念的新的認(rèn)識(shí)、火山機(jī)構(gòu)、火山的各種分類、火山巖石學(xué)和地球化學(xué)、火山巖相學(xué)、評(píng)估火山爆發(fā)大小的火山爆發(fā)指數(shù)、巖石和地球化學(xué)分類、各種常量和微量元素區(qū)分圖、活火山分布與板塊構(gòu)造理論的關(guān)系、活火山給人類帶來的災(zāi)害與利益和活火山的監(jiān)測(cè)、曾經(jīng)的火山活動(dòng)與生物毀滅、單成因火山研究等?；鹕健獦?gòu)造是未來火山學(xué)研究的一個(gè)方向，通過火山與構(gòu)造關(guān)系的研究以揭示火山的分布和地球的演化?；鹕絿姵龅膸r漿是其通過地下以巖墻或管道形式為通道運(yùn)移到地表的結(jié)果。中朝邊境上的長(zhǎng)白山的位置是個(gè)特例，應(yīng)當(dāng)值得深入的研究。中國(guó)分布有許多新生代火山，它們是否為單成因火山、這些火山在成分上是否有演化規(guī)律、它們的分布與大地構(gòu)造的關(guān)系等都有待深入和系統(tǒng)的研究。

火山是地球上唯一最顯著和廣泛分布的地貌，活動(dòng)時(shí)以其不可抗拒的怒吼威脅著人類，寧靜時(shí)用其神奇、美貌、溫泉等吸引著人類。2022年伊始，Tonga火山爆發(fā)喚醒了人們對(duì)火山的好奇和關(guān)注，它是自1991年菲律賓的Pinatubo火山噴發(fā)30年以來全球規(guī)模最大的一次?；鹕綄W(xué)(volcanology)涉及到哪些方面的研究? 諸如：什么是火山？地球上分布有多少活火山？火山的分布有規(guī)律嗎？對(duì)火山的分類是怎樣的？國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)中國(guó)新生代火山(劉嘉麒，1999；劉若新等，1999)、火山巖巖石學(xué)(李兆鼐等，1985)、火山巖相學(xué)(陶奎元，1994)進(jìn)行了總結(jié)性的研究，然而全面總結(jié)火山學(xué)的在各個(gè)方面的進(jìn)展十分必要，特別是每經(jīng)過三至五年，一個(gè)學(xué)科研究需要總結(jié)，將全球在這個(gè)學(xué)科的研究成果進(jìn)行歸納和集合，在科研的梯子上不斷搭階，科研就是踩在一層一層的梯子上的階向上繼續(xù)攀登，筆者正是出于這個(gè)目的，對(duì)全球火山學(xué)的各個(gè)方面的研究做個(gè)總結(jié)。

1 火山基本概念、火山機(jī)構(gòu)和火山作用

1.1 火山基本概念

過去對(duì)于火山的概念僅僅局限在地下深部巖漿通過火山通道噴出地表的巖漿碎屑堆積所形成的錐狀體，現(xiàn)在對(duì)于火山—地下巖漿活動(dòng)在地表的表現(xiàn)有了更廣泛的認(rèn)識(shí)：包括地下巖漿侵入過程中遇到地表豐富的含水層，導(dǎo)致“降火”作用的發(fā)生，地下氣液爆炸造成地下開始塌陷而形成低于地面的火山口?；鹕蕉x從最初只對(duì)噴發(fā)碎屑和溢流熔巖的認(rèn)識(shí)、各種火山地貌的描述、到近些年的研究成果交流的迅速使得火山學(xué)更精準(zhǔn)、更廣泛和簡(jiǎn)單地給火山下一個(gè)定義：地球和其他行星地殼上的“噴口”，噴出熔融的巖漿、熱的巖石碎屑、熱氣體, 火山活動(dòng)是一個(gè)星體內(nèi)部釋放熱的過程(Decker, 2020；Acocella, 2021)。對(duì)火山最新的定義還包括除了地球以外的行星上圍繞在噴口(vent)周圍所形成的所有地質(zhì)建造或稱火山機(jī)構(gòu)(volcanic edifice)，有熟知的由巖漿噴出的火山灰、火山塊體組成的火山渣堆，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)“噴口”僅噴出圍巖碎屑，即形成以噴口為中心的略高出地面的環(huán)狀層理堆積、以水汽噴射造成地下巖石塌陷從而形成負(fù)地形的火山口(丁毅等，2019)。

2018年在西班牙召開的火山會(huì)議上，重點(diǎn)討論了地下巖漿與富含地下水層相互作用形成的水汽造成的各種類型的瑪珥式火山。近十年持續(xù)還在噴發(fā)水汽的火山有：美國(guó)的Tongariro(Jolly et al., 2014)、哥斯達(dá)黎加的Poás(De Moor et al., 2016), 日本的Mount Ontake(Yamaoka et al., 2016), 以及美國(guó)的黃石火山地質(zhì)公園內(nèi)的噴氣口(Stovall et al., 2019)。

1.2 火山機(jī)構(gòu)

各種不同的碎屑堆積形成了許多圍繞著火山噴口組成火山機(jī)構(gòu)，多數(shù)火山為高處地面的錐狀體(cone)，在其上部有圓形火山口(volcano crater)，形成火山口的原因是火口(vent)噴射物質(zhì)到火口外后，最后沒有碎屑和氣體噴出了進(jìn)而失去了對(duì)火山口表明的支撐?；鹕娇谛纬芍笤俅伪l(fā)，從而導(dǎo)致火口塌陷，而使得“碗”的范圍可以很大，形成“破火山口”(caldera)，也可以因不同次數(shù)的地下爆炸所形成的在地表大小不一有深有淺的瑪珥式火山口(丁毅等，2022)，在大型火山錐狀體的側(cè)坡上還可以形成寄生火山口(peripheral vents)。巖漿噴出形成火山巖(volcanic rocks), 巖漿沒有噴出而是在地下冷凝形成了侵入巖(plutonic or intrusive rocks), 它們統(tǒng)稱為巖漿巖(magmatic rocks)。巖漿通過管道(conduit)上侵，形成了在地下的巖脈(dike)、巖床(sill)、巖盆(lopolith)、巖蓋(laccolith)(圖1)，連同噴出的各種巖漿建造統(tǒng)稱為火山管道體系[volcanic plumbing system, Burchardt(2018)]。巖漿持續(xù)供給形成了在各個(gè)地區(qū)完全不同的一系列的火山機(jī)構(gòu)，特別到了火山演化后期，由于水汽、二氧化碳、硫化氫等氣體的參與，形成火山氣液體系(hydrothermal system), 加上巖漿在管道上侵的過程中同化石灰?guī)r所形成的在地下的各種礦床，如寧蕪玢巖鐵礦的形成(丁毅，1992)。

圖1 火山機(jī)構(gòu)、火山管道、單成因火山、瑪珥式火山、火山地質(zhì)災(zāi)害示意圖

1.3 火山學(xué)和研究意義

傳統(tǒng)意義上的火山學(xué)研究火山、火山巖、地球化學(xué)、侵入體，研究手段包括描述、測(cè)量、野外和顯微鏡觀察、巖石常量元素分析手段進(jìn)行在火山地貌上的分類、火山巖石的鑒定、火山巖的命名和分類、火山巖和有關(guān)礦產(chǎn)的規(guī)律、火山的分布與板塊的關(guān)系等方面的研究?，F(xiàn)代火山學(xué)的研究手段增加了遙感解析、無人機(jī)航拍進(jìn)行地貌分析、高精度地震測(cè)試、電子顯微分析、微量元素分析、巖石副礦物的微量元素和微區(qū)分析、利用互聯(lián)網(wǎng)的便捷獲得全球資料和大數(shù)據(jù)建立模型，例如微量元素比值圖劃分板塊區(qū)域。然而，現(xiàn)代火山學(xué)都是建立在傳統(tǒng)火山研究的基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的，脫離不了在野外仔細(xì)觀察現(xiàn)象和堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。在現(xiàn)代火山學(xué)的定義上，Acocella(2021)強(qiáng)調(diào)“火山—構(gòu)造”應(yīng)當(dāng)是火山學(xué)一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)大地構(gòu)造與火山的關(guān)系、地震監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面的研究；Burchardt(2018)認(rèn)為火山學(xué)研究是一個(gè)對(duì)火山—火成管道系統(tǒng)(VIPS, Volcanic and Igneous Plumbing System)的研究，即地表火山和地下侵入體密不可分; 火山噴發(fā)與地下巖漿和有關(guān)礦化是緊密相關(guān)的(Blundy et al.，2021)。筆者認(rèn)為：火山學(xué)是從研究大地構(gòu)造與火山的關(guān)系入手，研究研究整個(gè)火山和火成管道，巖漿起源的深度與位置、巖漿成分和建造各種地質(zhì)體的關(guān)系。

火山作用是表述火山形成的過程，包括巖漿起源、巖漿在通道中的運(yùn)動(dòng)和所遇到巖石的混染、火山噴出地表時(shí)的環(huán)境對(duì)火山形成地貌形態(tài)的影響和所形成的不同的火山建造、火山碎屑物經(jīng)過搬運(yùn)、熔接(welding)、冷卻所形成的不同的組成碎屑和結(jié)構(gòu)的火山巖、還包括火山持續(xù)活動(dòng)所形成的地?zé)?、熱泉、噴氣、火山熱液礦床形成的過程。火山作用的這些內(nèi)容形成了火山學(xué)研究的各個(gè)方面也是火山學(xué)研究的意義所在:

(1)巖漿起源、火山形成的機(jī)理、形成與大地構(gòu)造的關(guān)系；

(2)火山地貌的分類、根據(jù)火山形態(tài)重塑火山形成時(shí)的環(huán)境、恢復(fù)火山影響的范圍等；

(3)火山巖石學(xué)研究：因?yàn)閹r漿起源深度的不同、火山通道的影響差異、所遇圍巖的種類和物理性質(zhì)不一，從而對(duì)最終火山巖的形成受著巖漿成分、搬運(yùn)速度、形成過程各種因素的影響；

(4)通過巖石常量和微量地球化學(xué)研究可以溯源巖漿起源、形成過程、所處的大地構(gòu)造環(huán)境；

(5)采取多種手段進(jìn)行火山災(zāi)害的研究、監(jiān)測(cè)和預(yù)防；

(6)火山地震學(xué)研究：測(cè)量活火山地下巖漿房的能量和預(yù)警聚集和噴發(fā)的可能性、巖漿運(yùn)移的規(guī)律，及時(shí)向火山預(yù)警中心提供地震數(shù)據(jù)；

(7)古火山、破火山口與礦產(chǎn)的關(guān)系的研究，這方面的發(fā)現(xiàn)有助于提高國(guó)家資源的安全性;

(8)活火山研究、開發(fā)與利用：這涉及火山持續(xù)活動(dòng)所形成的地?zé)?、熱泉、噴氣?/p>

(9)積極參與國(guó)際合作：火山—板塊構(gòu)造有許多未解的課題，不可能由一個(gè)小項(xiàng)目來完成，需要多國(guó)參與合作多科學(xué)聯(lián)合來進(jìn)行科學(xué)研究，火山研究是一個(gè)“大科學(xué)”的研究(Papale and Garg, 2022)。

2 火山分類

2.1 按照現(xiàn)在火山的外觀不同而分類

火山的爆發(fā)(explosion)、侵出(extrusion)、串珠排列的火山形成裂隙流(fissure vents)、溢流形成了不同的火山地貌：層火山(stratovolcanoes)、盾形火山(shield volcanoes)、火山渣錐(cinder volcanoes)、火山熔巖錐(lava cone)、玄武熔巖柱(basaltic lava pillar)和火山穹窿(lava dome)、熔巖流臺(tái)地(lava platform)、破火山口(caldera)。

層火山是火山爆發(fā)和溢流交替作用堆積形成一層又一層的火山，最終所形成火山錐體坡面因巖漿成分不同有坡度上的變化?；鹕酵ㄟ^火山口釋放氣體、火山灰、浮石，火山還可以形成泥石流(lahars)。層火山多分布在環(huán)太平火山帶，是對(duì)人類的威脅大的一種。例如印度尼西亞的 Krakatoa(位于圖2a-C)、菲律賓的Mt.Pinatubo(位于圖2a-D)、日本的Fuji(位于圖2a-F)、美國(guó)華盛頓州的Mt.St.Helens(位于圖2a-H)、加利福尼亞州的Mount Lassen(位于圖2a-H)、俄勒岡州的Mount Hood(位于圖2a-H)、厄瓜多爾的Sangay(位于圖2a-J)、意大利的Mount Etna(位于圖2b-N)。

盾形火山是玄武質(zhì)溢流熔巖形成的一種坡度平緩(坡度<10。)的火山，火山作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，爆炸很少。這種火山噴發(fā)的熔巖流體量可以很大。盾形火山最初以爆發(fā)開始，形成的火山集塊巖和火山角礫巖，這些碎屑巖位于底部，之后被溢流出的玄武質(zhì)熔巖覆蓋，熔巖從火山口向外移動(dòng)很遠(yuǎn)，因大多數(shù)不涉及火山爆發(fā)，使得火山監(jiān)測(cè)較為安全。夏威夷的Mauna Loa火山是盾狀火山中最大的一座，海拔4103m海平面,其他著名的盾狀火山還包括美國(guó)夏威夷的Mt.Kilauea(位于圖2a-K)。

火山渣錐(scoria cones)：是一種簡(jiǎn)單的錐形火山，火山口呈碗形, 火山峰最高大約300多米，側(cè)面由松散、破碎的火山渣組成，這些火山渣落在靠近火山口的地面上。它們通常是由火山噴發(fā)形成的一個(gè)單一的開口，不像層火山或盾狀火山可以在許多不同處開口。它們通常由成堆的熔巖團(tuán)塊或熔渣而不是火山灰構(gòu)成。在火山噴發(fā)，熔巖團(tuán)被吹向空中，破碎成小碎片從火山口周圍墜落，形成了一個(gè)個(gè)圓形(如烏蘭察布市后旗的3～6號(hào)火山)或橢圓形(達(dá)里諾爾西部鴿子窩火山)的小火山。

火山熔巖錐(圖2d)：呈侵入錐、丘狀、鐘狀等，因?yàn)樽畛跎喜块_口很小容易被風(fēng)化往往被忽略。是火山鏈中巖漿分異晚期產(chǎn)生相對(duì)黏稠的巖漿侵入而形成的，如：烏蘭察布市后旗的7號(hào)和8號(hào)熔巖錐，寧蕪玢巖從梅山—吉山—牛首山—娘娘山，它們由北北東—南南西方向排列，明顯地受地下巖漿房分異演化，由玄武安山質(zhì)向粗面質(zhì)過渡形成的火山鏈。當(dāng)上部受到水體的淬火時(shí)容易形成火山熔巖錐(陶奎元，1994)。錐體主體是熔巖，在頂部和周圍可以看到火山集塊巖和火山角礫巖，如：大別山北麓、桐廬地區(qū)、河北省平泉縣的駱駝峰、克什克騰旗達(dá)里諾爾火山群的跕子山都是火山熔巖錐。后期的風(fēng)化造成熔巖錐頂和側(cè)面的火山碎屑巖部沒有了，但是通過對(duì)周圍噴發(fā)碎屑巖石的分布是可以判斷和恢復(fù)火山錐的位置，尤其是當(dāng)出現(xiàn)熔巖柱狀節(jié)理的時(shí)候，基性巖漿侵入過程中，遇到水體淬火熔巖形成六方、五方、四方垂直向上的柱狀節(jié)理(如：烏蘭察布市前旗)。另外可以通過巖漿向上運(yùn)動(dòng)的痕跡來鑒別：如定向排列的礦物和顆粒大小的變化(如在熔巖錐的縱向上呈現(xiàn)上部細(xì)下部粗、邊部的細(xì)中間粗，如：河北省平泉縣駱駝峰)、流紋構(gòu)造等。當(dāng)沒有水體淬火的情況下，火山巖漿以侵出方式形成球狀體(bulbous)或熔巖穹丘(Lava Dome)，如：馬提尼克島的Mont Pelée(位于圖2a-I)。形成熔巖穹頂?shù)膸r漿在地下巖漿房?jī)?nèi)晶體早已結(jié)晶，因此“晶粥”黏度較大。

火山裂隙(fissure vents)：是一種容易被掩埋從而容易被忽略的火山噴溢形式，這主要是因?yàn)榛鹕娇诒伙L(fēng)化后破壞和被掩埋，如在錫林郭勒盟玄武巖臺(tái)地上毫無流出的裂隙，但是1987年冰島的Krafla火山(位于圖2b-M)見裂隙噴涌出玄武質(zhì)熔巖流(圖2h)，所以這種裂隙形式的火山活動(dòng)通常形成玄武質(zhì)熔巖流臺(tái)地或以中心溢流的盾形火山。世界最大的印度德干玄武熔巖流臺(tái)地高原，厚達(dá)2000 m, 面積達(dá)4220000 km2，晚白堊世形成，有觀點(diǎn)認(rèn)為是印度板塊的快速分裂和大量玄武巖漿溢出。還有就是冰島的Laki火山(位于圖2b-M)，裂隙長(zhǎng)約25 km, 熔巖流覆蓋面積達(dá)565 km2。

破火山口是描述一座火山爆發(fā)后又崩塌成為一個(gè)直徑巨大的凹陷，如：Aleutian島鏈上Aniakchak火山口(圖2c，位于圖2a-G)，3450 a前形成, 火山的持續(xù)活動(dòng)使得原先的火山口塌陷成為一個(gè)10 km直徑, 口沿為610～1341 m深的圓形地質(zhì)體。在坦桑尼亞的高原上Ngorongoro火山口(位于圖2b-O)的直徑高達(dá)19 km。這一火山口被認(rèn)為是2.50 Ma前由一座大型火山形成的，在多次噴發(fā)后，火山錐向內(nèi)塌陷。大型破火山口伴隨有大體量的安山質(zhì)—流紋質(zhì)熔接凝灰?guī)r層的形成。厄瓜多爾的加拉帕戈斯群島Chacana破火山口，火山爆發(fā)后，氣體的逃逸和后續(xù)巖漿供給的不足，導(dǎo)致破火山口持續(xù)性地塌陷(Neal et al.，2019; Shreve et al.，2019)，目前地下巖漿仍然以非爆發(fā)的形式在活動(dòng)(Galetto et al.，2019)。美國(guó)南部著名的Valles破火山口(35.87°N—106.57°W)分別在1.7和1.2Ma前2次爆發(fā)，最近一次活動(dòng)在50～60 ka前。目前，地質(zhì)科學(xué)研究破火山口主要在二個(gè)方面：① 破火山口是否還在活動(dòng)？美國(guó)政府地質(zhì)地震研究機(jī)構(gòu)一直在監(jiān)測(cè)美國(guó)境內(nèi)的黃石公園破火山口，估算在巖漿房中還有大約20%～30%的熔漿還沒有冷凝結(jié)晶；② 形成破火山口的巖漿演化是長(zhǎng)期和體量大的，后期相伴的熱液活動(dòng)延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，破火山口位置往往控礦明顯，目前已知礦化有U、Mo、Li、Be、Sn、W等。

2.2 按照火山的代表性以典型火山地名或人名命名

常見的有Hawaiian、Strombolian、Surtseya、Vulcanian、Plinian、Katmai、Maar(筆者采用原文，中文有多種音譯，僅Vulcanian就有伏爾加諾、瓦爾加諾、烏爾加諾，請(qǐng)讀者對(duì)應(yīng))。

Hawaiian, 以夏威夷地區(qū)噴出的火山命名，代表玄武質(zhì)寧靜的爆發(fā)和溢流交替的火山形成過程。形成不高于300m的小型火山渣堆。中國(guó)內(nèi)蒙錫林郭勒盟和烏蘭察布市后旗所分布的小型錐形火山屬這種類型，是VEI(火山爆發(fā)指數(shù), Volcanic Explosivity Index)小于1的火山爆發(fā)；Strombolian, 以意大利西海岸火山命名，火山爆發(fā)形成熔巖和碎屑的混合錐體，溢流少爆發(fā)碎屑多，成分為玄武安山質(zhì)，因黏度比夏威夷式大，熔巖流沒有形成大面積的臺(tái)地，Hawaiian和Strombolian之間沒有清晰的界線；Surtseyan, 以冰島附近火山命名，以海底火山爆炸和涌流，海上水汽和火山灰噴射為特點(diǎn)；Vulcanian，以西西里島火山命名，由管形和巖墻形狀控制中酸性巖漿運(yùn)移，以初始爆發(fā)，釋放水汽后巖漿堵塞通道結(jié)束；Plinian，以火山觀察時(shí)遇難的學(xué)者名字命名。巖漿成分為流紋質(zhì)，黏度最大；Katmai，以阿拉斯加火山命名，巖漿為流紋質(zhì)、英安質(zhì)、粗面質(zhì)，爆發(fā)猛烈，溢流少；Maar，以德國(guó)西埃菲爾地區(qū)居民對(duì)當(dāng)?shù)匦⌒秃吹姆Q謂命名，包括射汽巖漿噴發(fā)(phreatomagmatic)帶出新的巖漿碎屑，形成具有一定口沿高度的火山口、也包括含水量較高以射汽噴射方式(phreatic)形成完全負(fù)地形無口沿的火山口。

2.3 按照火山的爆發(fā)指數(shù)分類

用火山爆發(fā)指數(shù)(Volcanic Explosivity Index，VEI；Newhall and Self，1982)來分類, 以描述火山爆發(fā)的強(qiáng)度(圖3)，從0至8級(jí)大致表示噴發(fā)火山噴發(fā)的體量(火山噴發(fā)體積，volume)和力度(火山噴發(fā)高度，column height)。體積的計(jì)算是用火山噴發(fā)期間產(chǎn)生的火山灰所堆積的體積來估算的，通過將火山灰沉積物的體積密度與構(gòu)成火山灰的巖石類型的已知密度進(jìn)行比較，對(duì)所研究火山灰體積進(jìn)行孔隙空間校正。推算精確的VEI量值是一個(gè)挑戰(zhàn)，快速及時(shí)地估算是根據(jù)已知火山噴發(fā)的高度和影響面積來比較辨別的，例如：研究活火山的Cronin教授認(rèn)為Tonga(湯加)火山是自1991年菲律賓Pinatubo火山爆發(fā)這30年以來最大的一次，但是Tonga火山爆發(fā)指數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)陀赑inatubo(VEI=5)火山, 可能在VEI=4+和5之間。在實(shí)際計(jì)算中，當(dāng)火山灰完全冷凝和壓實(shí)后，尤其是對(duì)已固結(jié)的熔接凝灰?guī)r計(jì)算較為接近實(shí)際情況，測(cè)算密度、折算比重、平均厚度計(jì)算、面積的測(cè)量。Yang et al.(2021)測(cè)量了長(zhǎng)白山火山熔接凝灰熔巖(ignimbrites)的體量，演繹了VEI的計(jì)算，將長(zhǎng)白山的VEI從7調(diào)降至6(圖3)。

3 火山學(xué)研究的主要方面

3.1 活火山分布與板塊活動(dòng)

活火山(active volcano)是指近10 ka以內(nèi)噴發(fā)的火山, 10 ka內(nèi)沒有噴發(fā)的是休眠火山(dormant)，10 ka內(nèi)沒有活動(dòng)也沒有任何跡象還可能活動(dòng)的稱之為死火山(extinct volcano)(Acocella, 2021)。世界上目前有活火山1350座。火山在全球呈帶狀分布，明顯地與大地構(gòu)造活動(dòng)帶有關(guān)(圖2a、b)，它們集中在環(huán)太平構(gòu)造帶(Ring of Fire, 位于圖2a-A—J)、太平洋中熱點(diǎn)地區(qū)(hot spots, 如夏威夷地區(qū)，圖2a-K)、大西洋中脊上(Spreading Ridges, 如：大西洋中脊上的冰島, 圖2b-M)、東非裂谷地區(qū)(位于圖2b-O)。然而，在大的板塊分區(qū)中，也存在許多小的板塊，形成“火山—構(gòu)造”活動(dòng)在時(shí)間上和威力上的差異，所形成的火山地貌完全不一樣，如：從海底噴發(fā)的世界上最大的活火山是夏威夷的Mauna Loa火山(位于圖2a-K)，火山的側(cè)翼都處于海底，深度約在水下5 km，估算從洋底起的火山高度為17 km。最近爆發(fā)的Tango火山位于新西蘭的東北方向，是太平洋火山環(huán)帶的南緣(位于圖2a-A)。因?yàn)榫嚯x居民區(qū)近，一些活火山在世界上很有名：意大利的Vesuvius火山，印度尼西亞的Tambora火山，美加邊境上的Baker火山，日本的Fuji火山。

火山在地球上的分布是有規(guī)律的，10 ka間的1350座活火山呈條帶、連續(xù)形成島弧鏈，火山呈條帶狀分布與板塊邊界的偶合解釋了火山巖漿的起因與板塊運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，板塊運(yùn)動(dòng)理論也完美地解釋了火山的分布、火山巖漿成分與板塊條帶在橫剖面位置的關(guān)系、不同板塊邊界具有完全不同的火山類型等。按照板塊運(yùn)動(dòng)理論，有離散邊界(divergent plate boundaries)，邊界中心以裂隙形式不斷涌出新的巖漿，又稱之為洋中脊玄武巖(Mid-Oceanic Ridge Basalt, MORB)，如：南北延長(zhǎng)70000 km的大西洋洋中脊火山北端——冰島，產(chǎn)生的是以貧K和Na的拉斑玄武巖漿為主的基性火山巖，在這個(gè)位置上的噴發(fā)頻繁(每百年數(shù)十次)，VEI小于1；而聚斂邊界(convergent plate boundaries)發(fā)生大洋板塊俯沖呈楔形插進(jìn)大陸板塊下方，形成俯沖帶(subduction zone)，許多學(xué)者認(rèn)為板塊最初呈楔形俯沖到大陸板塊下部，之后有可能在一定深度的水平方向繼續(xù)移動(dòng)，因而俯沖帶的橫剖面可以很寬。在橫向上由俯沖帶邊部向大陸內(nèi)部方向，有從英安質(zhì)、安山質(zhì)、堿性玄武巖(又稱為：島弧玄武巖(OIB, Ocean Island Basalts)位置上的有規(guī)律的變化。由于英安質(zhì)和安山質(zhì)巖漿的黏度大、流動(dòng)性差，這種巖漿爆發(fā)都形成非常高大的火山，VEI大于5。一些火山遠(yuǎn)離上述板塊活動(dòng)帶，是特殊的熱點(diǎn)(hot spots)，被認(rèn)為是板內(nèi)(intraplate)局部的地幔柱所產(chǎn)生的，形成的火山成分以基性為主，巖漿來源深度較深，隨著深部巖漿房的演化，這些熱點(diǎn)地區(qū)的火山噴出的位置也在移動(dòng)。

3.2 火山巖石學(xué)和地球化學(xué)

火山巖巖石學(xué)研究是研究火山的基礎(chǔ)，這是因?yàn)楣呕鹕疆吘故谴蠖鄶?shù)，火山學(xué)的認(rèn)識(shí)和理論發(fā)展到現(xiàn)在就是根據(jù)“動(dòng)”(活火山)的實(shí)際觀察與“靜”(古火山)的反演形成過程綜合研究獲得的。國(guó)際地科聯(lián)火成巖分類委員會(huì)(IUGS)確立了全堿—氧化硅(TAS)的分類，建立了17個(gè)基本(root)的巖石名：basalt, basaltic andesite, andesite, dacite, rhyolite, alkali rhyolite, trachybasalt, trachyandesite, trachyte, alkali trachyte, picrobasalt, basanite, tephrite, phonotephrite, tephriphonolite, phonolite and foidite(Le Maitre, 1984)。李兆鼐等(1984)對(duì)火山巖的基本大類和變種進(jìn)行了詳細(xì)的描述，特別是對(duì)斑晶和基質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了圖文并茂的詳細(xì)說明，流紋巖細(xì)分為鈣堿性流紋巖、堿性流紋巖、鉀質(zhì)流紋巖，英安巖分為流紋英安巖和英安巖，粗面巖分為粗面巖、堿性粗面巖、粗安巖，安山巖分為鈣堿性安山巖、低鋁安山巖、玄武安山巖，玄武巖有拉斑玄武巖、橄欖拉斑玄武巖、堿性玄武巖中有堿性橄欖玄武巖、粗面玄武巖、堿玄巖，響巖類有霞石響巖、白榴響巖，副長(zhǎng)石巖有鉀質(zhì)白榴巖和鈉質(zhì)霞石巖，超鎂鐵質(zhì)巖有苦橄巖、麥美奇巖、黃長(zhǎng)巖。應(yīng)當(dāng)說，1985年以前的火山巖石分類和特征研究為之后的火山巖石學(xué)、火山巖石地球化學(xué)、火山巖石微量元素和火山與板塊構(gòu)造的關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)。

因多數(shù)火山巖中存在斑晶和基質(zhì)，而基質(zhì)中的礦物難以鑒定，加之不同的大地構(gòu)造環(huán)境控制巖石化學(xué)特征明顯，因此科學(xué)研究利用大數(shù)據(jù)投點(diǎn)制圖制作了不同巖石分類圖和不同構(gòu)造環(huán)境下火山巖的辨別圖(discrimination diagrams)，(Na2O+K2O)—FeOt—MgO(AFM, Irvine and Baragar, 1971)用于區(qū)分拉班和鈣堿性系列，Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)—Al2O3/(Na2O+K2O)(A/CNK—A/NK；Shand，1943)圖，有效地區(qū)分：次鋁花崗巖、過鋁性花崗巖和過堿性花崗巖。SiO2—(Na2O+K2O)(TAS, Le Bas et al.，1986)圖是最主要的用巖石常量化學(xué)分類圖。lg[w(Zr)/10-6]—lg[w(Zr)/w(Y)]圖用于區(qū)分板內(nèi)、島弧、洋中脊玄武巖構(gòu)造環(huán)境(Pearce and Norry, 1979)。將火山巖石化學(xué)成分計(jì)算出摩爾礦物投影到QAPF圖中進(jìn)行火山巖的命名(Streckeisen, 1980)。Peccerillo和Tayler(1976)SiO2—K2O圖用于判別島弧環(huán)境下的火山巖，Th—Co圖(Hastie et al.，2007)作為補(bǔ)充，更靈敏地描述島弧火山巖的特征。Nb/Yb—Th/Yb和Nb/Yb—TiO2/Yb圖(Pearce, 2008)反映出太古宙玄武質(zhì)洋殼的特點(diǎn)。La/Yb—Th/Nb圖(Hollocher et al., 2012)在研究尼泊爾片麻巖相中使用，是對(duì)太古宙地臺(tái)研究的補(bǔ)充。Agrawal et al.(2008)基于La、Sm、Yb、Nb vs.Th的比值對(duì)數(shù)值 {ln[w(La)/w(Th)]、ln[w(Sm)/w(Th)]、ln[w(Yb)/w(Th)]、ln[w(Nb)/w(Th)]} 制作出超基性和基性巖石在不同構(gòu)造環(huán)境下的區(qū)分圖。鎂鋁石榴石中CaO—Cr2O3成分相關(guān)圖和透輝石成分圖區(qū)分含礦金伯利巖與其他金伯利巖和超基性巖等干擾巖石(丁毅和楊獻(xiàn)忠, 2019)。

3.3 火山巖相學(xué)、古火山的恢復(fù)、火山礦產(chǎn)

“相”這個(gè)術(shù)語首先使用在沉積學(xué)的研究中，火山巖相(volcanic facies)則是在陸表、湖泊、近海、深?；鹕奖l(fā)、噴溢環(huán)境下所形成巖石特征的總和。通過對(duì)現(xiàn)在火山巖的特征復(fù)原過去火山巖在什么環(huán)境下形成，這是火山巖相學(xué)研究的主要問題。

確定古火山口的位置，首先要用解析遙感數(shù)據(jù)手段確立火山口位置，進(jìn)行野外各種火山機(jī)構(gòu)和巖石的鑒別和制圖(mapping)，對(duì)每一巖石帶逐一劃分，進(jìn)而得出以火山口為中心的環(huán)形體。陶奎元(2004)系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了各種火山巖相，噴溢、碎屑流、涌流、泥流、爆發(fā)塌陷、侵出、火山頸的特征。當(dāng)火山口已經(jīng)被風(fēng)化得消失殆盡得時(shí)候，在一個(gè)地區(qū)通過火山相學(xué)的研究，進(jìn)而尋找火山口的位置和與火山口有關(guān)的礦產(chǎn)?；鹕匠霈F(xiàn)都是成群的，它們以彎曲的扇形或是呈直線鏈狀排列的，形成在火山—構(gòu)造盆地中，火山口位置與礦產(chǎn)明顯相關(guān)。丁毅(1992)指出寧蕪玢巖鐵礦的鐵來自閃長(zhǎng)玢巖本身，后期Na化使得早期結(jié)晶的斑晶礦物甚至基質(zhì)析出大量的Fe質(zhì)，之后聚集形成鐵礦，而Na化是巖漿在淺部巖漿房同化了三疊紀(jì)青龍群灰?guī)r的結(jié)果，因此尋找Fe礦就等于尋找中基性巖與基底石灰?guī)r耦合的地區(qū)。不同的巖性存在不同的礦產(chǎn)，如中酸性火山巖地區(qū)多存在Cu礦，而中基性火山分布區(qū)多存在Fe礦?；鹕綑C(jī)構(gòu)在不同的深度上也存在礦種的分帶性。

圖4 2002年意大利Mont Etna火山地震監(jiān)測(cè)圖(Acocella, 2021)

3.4 單成因火山研究

許多大型火山是在相當(dāng)長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期內(nèi)經(jīng)過多次噴發(fā)完成并且有成分上的變化，稱之為“多成因火山(polygenetic)”，而許多小型火山是在相對(duì)較短的地質(zhì)時(shí)期一次或僅有幾次噴發(fā)形成，稱之為“單成因火山(monogenetic volcano)”，單成因火山主要是基性火山群也有少量的酸性火山群形成的“單成因火山區(qū)(monogenetic volcano field)”。單成因火山和多成因火山的分界是無法定量而精確區(qū)分的，但是，單成因火山巖漿的供給比較簡(jiǎn)單、直接和原始，即巖漿在地下深處起源到噴出地表過程中沒有在中途停留形成較大的巖漿房，而多成因火山形成時(shí)在上地殼形成較大的巖漿房，巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異、同化混染、混合作用，因此多成因火山在成分上是有變化的，每次的噴發(fā)周期也長(zhǎng)(McGee and Smith, 2016)。單成因火山在全球有著廣泛的分布(Smith and Nemeth, 2017; Valentine and Connor, 2015)。

3.5 火山地震學(xué)

火山爆發(fā)前都有預(yù)兆，預(yù)兆是通過大地測(cè)量、地球物理、地球化學(xué)、地震監(jiān)測(cè)各方面數(shù)據(jù)上的變化綜合得出的，其中地震的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必不可少。通過對(duì)巖漿通道、火山口和側(cè)面巖漿運(yùn)移表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在巖漿膨脹(inflation)導(dǎo)致地表變形(deformation)的過程中有地球化學(xué)(釋放氣體，degas)、地球物理(微重力、地震)、大地測(cè)量(巖漿上拱或巖漿房膨脹所導(dǎo)致的地表變形)等方面的異?，F(xiàn)象。多學(xué)科多參數(shù)觀察站(WOVO, multi-parametric monitoring volcano observatories)在全球各個(gè)地方建立(http://www.wovo.org)，從而人類初步掌握火山的活動(dòng)?；鹕皆俣然钴S往往發(fā)生在火山的一個(gè)側(cè)翼，地震監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)巖漿運(yùn)移是以巖墻的方式在一側(cè)進(jìn)行的，最終可能會(huì)導(dǎo)致這個(gè)側(cè)面的整體滑坡(Carrasco-Nunez et al.，2006)。通過全球各地大量的裸露斷面觀察和實(shí)驗(yàn)研究共識(shí)：巖漿運(yùn)移至近地表< 10 km的范圍內(nèi)的騷動(dòng)(magma unrest)是以巖墻的形式運(yùn)移(dike propagation)實(shí)現(xiàn)的(Anderson et al.，2016；Kjoll et al.，2019; Urbani et al.，2018; Woods et al.，2019)，巖漿或繼續(xù)上侵或冷凝充填裂隙(magma-filled fractures)，以高角度突破、斜角度穿過、水平角度侵入形成巖墻、巖席、巖床。受到巖漿起源深度的影響，各種各樣成分的巖漿含水量的不同所形成的巖漿向上的沖擊力也不同，當(dāng)遇到堅(jiān)硬阻擋巖石地層時(shí)會(huì)產(chǎn)生地層斷裂而導(dǎo)致地震，當(dāng)遇到豐富地下含水層或阻擋層，巖漿產(chǎn)生水汽聚集能量到一定的程度時(shí)發(fā)生地下爆炸，或巖漿遇到石灰?guī)r砂巖這樣的弱阻擋層從而消耗巖漿的能量而就位，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致巖漿運(yùn)移終止(dike arrest；Acocella, 2021)。

4 討論

4.1 火山的VEI與火山的大小和主要爆發(fā)周期的關(guān)系

火山巖漿成分變化很大。統(tǒng)計(jì)和分析全球火山成分和相應(yīng)的火山規(guī)模和VEI可以得出結(jié)論：超基性質(zhì)包括金伯利質(zhì)火山、瑪珥式火山噴發(fā)的規(guī)模最小，VEI<1，它們呈現(xiàn)地平或完全負(fù)地形火山口(Blaikie et al.2015)，其次是基性火山口以小型火山為特征，如中國(guó)東北和內(nèi)蒙古東部的新生代基性火山群，距離北京最近的是烏蘭察布市后旗的烏蘭哈達(dá)火山，8座火山呈線性分布，明顯地受到地下供給巖脈狀通道控制(dike feeder)。流紋質(zhì)火山爆發(fā)形成的火山口(Rhyolite Caldera Complex)最大，晚期常常形成破火山口，VEI也最大，噴發(fā)是最猛烈的一種?；鹕襟w積的大小和火山成分的規(guī)律顯然與巖漿的黏度有關(guān)，酸性巖漿的黏度大形成的火山規(guī)模大、火山爆發(fā)的次數(shù)少(每萬年一次)、但是危害最大?；鹕酱蟮谋l(fā)周期之間雖然也有小的爆發(fā)，但是大的爆發(fā)周期是有規(guī)律的，例如：中朝邊境上的長(zhǎng)白山的VEI=6，應(yīng)當(dāng)屬于大型火山，其成分是過堿性流紋巖、粗面巖等，每萬年左右應(yīng)當(dāng)大規(guī)模地噴發(fā)一次，有學(xué)者研究認(rèn)為該火山噴發(fā)的時(shí)間應(yīng)當(dāng)更短些(Zou Haibo et al.，2010)。介于大型火山(VEI>6)和小型火山(VEI<2)之間的中型火山，例如Tango火山(位于圖2a-A區(qū))在公元200、1100、2022年分別爆發(fā)，差不多每千年一次(Acocella, 2021)?；鹕奖l(fā)的周期與火山原始巖漿成分之間的這種關(guān)系是因?yàn)椴煌膸r漿演化所需要的時(shí)間不同，再聚集能量而爆發(fā)的時(shí)間也不同，Acocella(2021)歸結(jié)是巖漿結(jié)晶分異的作用(fractional crystallization)的結(jié)果，是地下巖漿房Al、Si、K、Na等輕元素與Fe、Mg等重元素分開所需要的時(shí)間長(zhǎng)短的結(jié)果。

4.2 活火山對(duì)地球生命的影響與監(jiān)測(cè)

4.2.1火山爆發(fā)對(duì)人類的直接傷害

意大利的Vesuvius火山(圖2c-N區(qū))是歐洲大陸非常著名的火山，公元前79年這一火山爆發(fā)造成3360人死亡，摧毀了許多羅馬城市，最近的一次噴發(fā)是1944年。1783年冰島的Laki火山(位于圖2c-M區(qū))爆發(fā)所引發(fā)的食品短缺造成9000人死亡。1792年日本的Unzendake火山(位于圖2c-F區(qū))爆發(fā)和引發(fā)的海嘯造成15000人死亡。1815年的印度尼西亞的Tambora火山(位于圖2c-C區(qū))爆發(fā)引起食品供應(yīng)短缺造成92000人餓死。1883年印度尼西亞的Krakatau火山(位于圖2c-C區(qū))噴發(fā)引發(fā)的海嘯造成36000人傷亡。1902年的法國(guó)在中美洲的馬提尼克省的Mont Pelee火山(位于圖2c-I區(qū))爆發(fā)引發(fā)的碎屑流造成29000人傷亡。1985年哥倫比亞的Nevado del Ruiz火山(位于圖2c-J區(qū))爆發(fā)形成的泥石流造成25,000人死亡。1991年菲律賓的Pinatubo火山(位于圖2c-D區(qū))爆發(fā)造成350人死亡(Stovall et al., 2019)。

4.2.2火山爆發(fā)影響氣候

1991年菲律賓的Pinatubo 火山(位于圖2a-D區(qū))所噴發(fā)的火山灰有15 Mt的摻雜SO2粉塵混合物遮擋了半個(gè)地球，平均溫度下降0.5℃，影響天氣數(shù)年。2022年初Tonga火山(位于圖2a-A區(qū))也至少有4 Mt的SO2釋放。有人類歷史記錄以來最猛烈的火山爆發(fā)是1815年的Tambora火山(位于圖2a-C區(qū))，造成全球溫度下降3℃，還對(duì)次年的夏天溫度產(chǎn)生了很大的影響。冰島的Laki火山噴發(fā)出來的有害氣體(F, S)彌漫整個(gè)歐洲長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月之久。北美航線經(jīng)過阿拉斯加島弧火山鏈的Spurr火山(位于圖2c-G區(qū))在1992年夏天爆發(fā)，產(chǎn)生的火山灰云多次嚴(yán)重?cái)_亂了美國(guó)和加拿大的空中交通，火山灰使安克雷奇國(guó)際機(jī)場(chǎng)關(guān)閉了20 h(Neal et al., 2022)，火山灰云4 d之內(nèi)飄到5000 km之外的加拿大大西洋海岸的哈利法克斯市。長(zhǎng)白山火山口目前還由氣體在噴出，其中含有SO2、CO2、N2、He、H2、O2and CH4(Fan et al.，2011)。

4.2.3火山活動(dòng)與地?zé)崽荻?/p>

科學(xué)研究公認(rèn)在上地殼中，每個(gè)部位無論在橫向和縱向的溫度都是不一樣的，造成差異的原因是Moho面在不同地區(qū)的與下地殼接觸界限的深度不同和火山活動(dòng)的分帶性，研究地殼溫度隨深度的變化我們用地?zé)崽荻?geothermal gradient)來描述。地?zé)崽荻入S著深度變化而改變，5 km深度范圍平均地?zé)崽荻葹?5～30 ℃/km，而到達(dá)更深的范圍，梯度會(huì)有變化，通常變?yōu)?4 ℃/km，而在火山活動(dòng)地區(qū)增加到200 ℃/km，如: 肯尼亞裂谷。利用地?zé)衢_展旅游、發(fā)電、提取有用元素等活動(dòng)為人類造福(圖2g)。美國(guó)新墨西哥州的Valles破火山口(圖2a-H區(qū)東部約2500 km)內(nèi)2 km之下有260℃的熱水，說明現(xiàn)在還有巖漿在地下活動(dòng)，經(jīng)過對(duì)該破火山口噴發(fā)歷史研究，火山應(yīng)平均每50 ka活動(dòng)一次(Goff, 2009)。

4.2.4火山監(jiān)測(cè)

全新世火山與人類密切相關(guān)。在全新世活火山分布區(qū)，有必要開展全面調(diào)查，包括對(duì)火山錐體側(cè)面松散的火山灰是否在暴雨過后形成火山泥流(lahars，圖1)，山體側(cè)的某一部位是否發(fā)生移動(dòng)，地震發(fā)生的震級(jí)和頻率，道路變形等?；鹕斤L(fēng)險(xiǎn)(volcanic risk)評(píng)估是一種半定量的對(duì)火山周圍可能災(zāi)害的估算，這種分析可以用公式 Volcanic Risk = hazard × exposure × vulnerability(火山風(fēng)險(xiǎn)=危險(xiǎn)×暴露×脆弱性)來評(píng)估，全球有86個(gè)國(guó)家約有8億人生活中的活火山直徑100 km的范圍內(nèi)，集中在日本、東南亞的菲律賓和印度尼西亞、中美洲的墨西哥、危地馬拉和尼加拉瓜?；鹕綖?zāi)害事件調(diào)查從AD1600年至現(xiàn)在一共有533次，然而只有近200多年才有完整的記錄(Acocella, 2021)。在2015年Taogo火山周圍的珊瑚礁就被地下巖漿頂起，2022年初爆發(fā)了(Allon, 2022)。地下巖漿以巖墻或通道侵入可以引起地下巖層和地表巖層的變形，導(dǎo)致地震的發(fā)生，通過對(duì)巖漿運(yùn)動(dòng)造成不同地下組成巖層的模擬變形或許能夠增加我們對(duì)火山爆發(fā)前期巖漿運(yùn)動(dòng)的理解(Bonaccorso et al.，2017)。

4.3 火山與生物滅絕

地質(zhì)學(xué)者都知道地質(zhì)歷史時(shí)期發(fā)生過五次生物大滅絕，其中只有最后一次證據(jù)最多：認(rèn)為隕石曾經(jīng)襲擊地球，造成全球變冷導(dǎo)致統(tǒng)治160 Ma的恐龍?jiān)诎讏准o(jì)末(65 Ma前)滅絕，美國(guó)和墨西哥國(guó)邊境的尤卡坦半島Chicxulub隕石坑又被稱為“恐龍隕石坑”，它的直徑為198 km(丁毅等，2021)。然而，火山活動(dòng)對(duì)全球氣候的影響不可小覷，與隕石襲擊地球同時(shí)形成的印度的德干高原(Deccan Plateau)，在69.5 Ma到 62 Ma前的火山活動(dòng)形成熔巖復(fù)合體, 部分地區(qū)達(dá)10個(gè)層理(約1800m厚)，它們?cè)谳^短時(shí)間內(nèi)(< 1 Ma)噴發(fā)形成，釋放的氣體量(Cl、F、CO2、SO2等)，形成Deccan熔巖臺(tái)地，如此大規(guī)模的噴發(fā)肯定與對(duì)包括恐龍?jiān)趦?nèi)的生物群的大規(guī)模滅絕密切相關(guān)(Krishnamurthy，2020)。

人們對(duì)有文明史期間爆發(fā)的火山有恐懼的印象，如: 意大利的Vesuvius火山(公元79年噴發(fā))、美國(guó)的St.Helen’s火山(1980年)、菲律賓的Pinatubo火山(1991年)、冰島國(guó)的Laki火山、日本的Unzendake火山、印度尼西亞的Tambora火山，因?yàn)檫@些火山爆發(fā)曾經(jīng)對(duì)人類威脅很大，尤其到了通訊高度發(fā)達(dá)的今天，了解它們給人類文明的影響程度更高。但是，如果將它們與印度尼西亞的Toba古火山、美國(guó)的Wah Wah Springs古火山、美國(guó)的Yellowstone古火山的規(guī)模相比，就顯得非常小了，這些古火山的VEI都大于7(圖3)。美國(guó)加州的Long Valley古火山大的更是讓人恐懼，它是一個(gè)由760 ka前火山噴發(fā)造成的面積為17×32km2的洼地，凝灰?guī)r面積約600 km2, 向南延申的更新世鏈狀火山噴發(fā)中心，火山爆發(fā)的影響半徑為2000 km2(Bursik, 2009)。

5 展望

火山是地球深部能量釋放的通道，人類阻止不了。烏蘭察布市瑪珥式火山口群成因的研究(丁毅等, 2022)揭示了富含地下水層消耗了巖漿的能量從而阻止了巖漿的噴出。世界各地大量的蝶狀基性巖床證明了富含地下水的沉積巖層是巖漿的就位空間。在巖漿房上方的富含水的巖層阻止了火山的爆發(fā)，這樣的推理似乎應(yīng)當(dāng)打消全球居民對(duì)可能的黃石地下巖漿正在聚集能量再爆發(fā)而影響人類命運(yùn)的恐慌，而目前該地區(qū)地下巖漿正是遇到地下水而只有產(chǎn)生間歇泉(Geyser)的噴射證明了地下巖漿的能量正在被地下水所消耗。

在監(jiān)測(cè)活火山方面，人類所能做到的：

(1)減少火山爆發(fā)對(duì)人類的傷害包括炙熱巖漿直接傷害、有害氣體、影響航空飛行、火山灰和酸雨、泥石流等，建立監(jiān)測(cè)、預(yù)警、疏散居民等所形成的完整的體系；

(2)釋放氣體的成分直接反映地下巖漿的活動(dòng)(Pering et al., 2019)，活火山氣體釋放(degassing)的不斷監(jiān)測(cè)以保證人類安全,中國(guó)活火山有五大連池、長(zhǎng)白山(劉若新等，1999)，這些位置的地下巖漿房?jī)?nèi)還有多少巖漿沒有冷凝，是否巖漿還在進(jìn)行分異，從而有可能導(dǎo)致火山再度爆發(fā)？ 中國(guó)的大同火山群被認(rèn)為是在200 ka年前結(jié)束噴發(fā)了，但是在1989、1991、1999、2008、2010年這一地區(qū)發(fā)生了地震，精準(zhǔn)定位震源的位置(經(jīng)緯度和深度)有助于研究誘發(fā)地震的原因，是巖漿活動(dòng)的結(jié)果還是其他原因所至，不能一味地歸為斷層活動(dòng)或是板塊運(yùn)動(dòng)造成的。

多數(shù)學(xué)者共識(shí)，火山巖漿的噴出是巖漿通過地下以巖墻或以巖管形狀為通道運(yùn)移到地表的結(jié)果。而巖漿運(yùn)移受到上地殼不同巖層的控制，巖漿或同化礦物組成晶格能低的灰?guī)r而繼續(xù)上侵、或遇到豐富的含水層呈巖床就位而就此止步，這些的差異導(dǎo)致了一個(gè)地區(qū)的與火山有關(guān)的礦產(chǎn)、火山是否噴發(fā)等等一系列的表現(xiàn)。

五大連池、騰沖、龍崗、阿爾山、阿巴嘎、阿什庫勒等地區(qū)都有基性火山群分布，它們是單成因火山還是每個(gè)火山群有隨著時(shí)間演化在成分上的變化？一個(gè)地區(qū)的單成因火山與另外一個(gè)地區(qū)單成因火山在時(shí)間上和構(gòu)造位置上有什么不同？一系列的單成因火山田揭示了怎樣的大地構(gòu)造環(huán)境和演化？等等的許多問題有待系統(tǒng)地深入研究。

Acocella(2021)認(rèn)為火山—構(gòu)造(Volcano—Tectonics)是未來火山學(xué)研究的最主要的方向，希望通過火山的研究揭示地球構(gòu)造過去的歷史和打造現(xiàn)在監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)。中朝邊境上的長(zhǎng)白山距離太平洋板塊聚斂邊界有2500 km，按照板塊與不同類型火山分布的規(guī)律，這個(gè)位置出現(xiàn)英安質(zhì)—粗安質(zhì)—粗面質(zhì)火山的噴發(fā)屬于世界上的特例。長(zhǎng)白山火山遠(yuǎn)離聚斂板塊邊界恰恰與美國(guó)南部的Valles破火山口遠(yuǎn)離聚斂邊界類似。深入地進(jìn)行對(duì)比研究有助于進(jìn)一步揭示板塊運(yùn)動(dòng)與火山噴發(fā)的關(guān)系。

VEI高于7的火山活動(dòng)影響全球氣候從而破壞地球的生命演化。發(fā)現(xiàn)中國(guó)大的古火山是在區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，中國(guó)已經(jīng)完成了各省的區(qū)域地質(zhì)志的編撰工作，加上遙感解析、野外調(diào)查、無人機(jī)觀察、分析計(jì)算等工作，通過論證而發(fā)現(xiàn)大型古火山是完全有可能的。期待中國(guó)學(xué)者在這方面研究為世界做出貢獻(xiàn)。

致謝:感謝審稿專家的修改、補(bǔ)充意見。筆者20世紀(jì)80年代在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所火山巖室工作，在此表示對(duì)導(dǎo)師李兆鼐先生的懷念，及對(duì)其他同事的思念。