馮恒棟,南穎,杜會石

(1.延邊大學(xué)理學(xué)院 地理系,吉林 延吉 133002； 2.吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院,吉林 四平 136000)

火山噴發(fā)是地球內(nèi)部能量向地表強烈釋放的一種正常的地質(zhì)現(xiàn)象，也是地殼運動的表現(xiàn)形式之一.火山噴發(fā)可為人類提供肥沃的土壤養(yǎng)分，但同時也能給人類帶來危害和慘重的災(zāi)難，因此，研究火山的作用過程、活動規(guī)律、噴發(fā)機制和噴發(fā)預(yù)測、防災(zāi)減災(zāi)等問題，可以幫助人類更好地開發(fā)利用火山資源和最大限度地減輕火山災(zāi)害的發(fā)生[1-2].長白山天池火山位于我國吉林省東部，是世界公認的具有噴發(fā)潛力的活火山，2002—2005年長白山天池火山的頻繁活動曾一度成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點.許多國內(nèi)外學(xué)者對長白山天池火山進行了大量研究并取得了豐碩的研究成果，為揭示火山活動的機理和過程以及為防災(zāi)減災(zāi)決策提供了科學(xué)依據(jù).本文對近期在長白山天池火山監(jiān)測、噴發(fā)歷史、火山災(zāi)害等領(lǐng)域的研究內(nèi)容進行了梳理，總結(jié)了研究現(xiàn)狀和動態(tài)，并對未來的研究進行了展望.

1 長白山天池火山噴發(fā)歷史研究進展

長白山天池火山噴發(fā)歷史可以分為3個階段：以玄武質(zhì)巖漿噴發(fā)為主的造盾階段，以粗面巖、堿流巖熔巖為主的造錐階段和以布里尼式造伊格尼姆巖噴發(fā)(爆炸式噴發(fā))為主的近代噴發(fā)和歷史噴發(fā)階段[1]19-28，其中爆炸式噴發(fā)是長白山天池火山噴發(fā)歷史研究的熱點.國內(nèi)外學(xué)者通過對長白山天池火山巖石進行系統(tǒng)的K-Ar年代學(xué)研究、巖石學(xué)研究、碳化木14C年代測定等工作認為，大約在1 000年前長白山天池曾發(fā)生過一次大噴發(fā)(即“千年大噴發(fā)”)，從規(guī)模和猛烈程度上是地球上近2 000年來最大的噴發(fā)事件之一，但對千年大噴發(fā)的精確時間一直存在爭議.2000年，崔鐘燮等[2]通過對大量史料進行考證和分析，將千年大噴發(fā)的時間精確為1199年(11月)至1200年(5月)之間，并通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)在1201年12月有后續(xù)的小規(guī)模噴發(fā)出現(xiàn)[3]，此結(jié)論對于研究長白山天池火山噴發(fā)歷史意義重大.崔鐘燮等[4]還根據(jù)歷史資料，確定長白山天池火山在公元1014年到1019年之間，也發(fā)生過一次較大噴發(fā)事件.對于千年大噴發(fā)的火山碎屑堆積物的層序和分布，劉祥[5]進行了較為詳細的論述.劉強等[6]利用天池火山周邊的鉆孔數(shù)據(jù)，將天池火山的噴發(fā)序列分為早期旋回(上新世至早更新世，巖漿演化順序是粗面玄武巖到粗面巖)、中期旋回(早更新世的玄武巖漿演化到粗面巖和粗安巖)和晚期旋回(更新世的玄武巖演化到全新世的粗面巖及堿流巖)，揭示了長白山天池火山的噴發(fā)序列和巖漿演化過程.潘波等[7]通過綜合研究天池火山氣象站期巖石的巖石化學(xué)組成、野外露頭特征、巖石結(jié)構(gòu)與顆粒形貌，認為長全新世以來天池火山的3期噴發(fā)活動均為爆炸式噴發(fā)，而非爆炸—溢流—爆炸式噴發(fā).目前為止，對于千年大噴發(fā)以前的大規(guī)模噴發(fā)時間仍需進一步研究確定.

2 長白山天池火山監(jiān)測進展

我國對長白山天池火山的監(jiān)測主要是基于長白山火山地震監(jiān)測臺網(wǎng)進行的.長白山火山地震監(jiān)測臺網(wǎng)自1999年7月開始正式運行，至今監(jiān)測成果顯著，為多角度地分析火山活動狀態(tài)和特征提供了數(shù)據(jù)支持[8-12]，極大地促進了對長白山天池火山的研究.

監(jiān)測數(shù)據(jù)[13]顯示，1999—2002年6月長白山天池火山活動較弱，但2002年7月至2005年7月地震活動的頻次明顯增多，并出現(xiàn)了一系列的火山震群事件，此監(jiān)測結(jié)果引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[14].2005年8月后，天池火山活動逐漸平穩(wěn)，恢復(fù)到2002年以前的活動狀態(tài).長白山火山流體監(jiān)測結(jié)果顯示，2010年5月有2個溫泉泉點水溫同步上升了3 ℃.火山區(qū)形變監(jiān)測結(jié)果顯示，2010年長白山北坡垂直位移量打破了火山錐體每年升高4 mm左右的規(guī)律，火山錐體的位移在垂向上發(fā)生逆轉(zhuǎn)，海拔最高的水準(zhǔn)點在1年內(nèi)突降12.72 mm[15].對于這些異常的監(jiān)測結(jié)果，目前尚無明確的科學(xué)解釋，也無法僅以此現(xiàn)象推斷長白山天池火山將進入新的活躍期.

目前，長白山火山監(jiān)測系統(tǒng)由地震監(jiān)測臺網(wǎng)、形變監(jiān)測臺網(wǎng)、流體監(jiān)測臺網(wǎng)、電磁觀測臺等子系統(tǒng)組成.楊清福等[16]認為，目前的監(jiān)測系統(tǒng)雖然已經(jīng)初具規(guī)模，但尚存在很多薄弱環(huán)節(jié)，如火山地震觀測臺網(wǎng)的監(jiān)測能力較弱、GPS形變觀測網(wǎng)和流體觀測網(wǎng)不能實時連續(xù)觀測、火山影像觀測系統(tǒng)建設(shè)處于空白等，應(yīng)建設(shè)包括火山地震監(jiān)測臺網(wǎng)、火山形變GNSS監(jiān)測臺網(wǎng)、以氣體地球化學(xué)為主的火山流體監(jiān)測臺網(wǎng)和火山影像監(jiān)測臺網(wǎng)在內(nèi)的天池火山監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以對長白山天池火山提供更有效的監(jiān)測，并滿足火山噴發(fā)預(yù)測預(yù)警的需要.仲廣培等[17]也在天池火山活動監(jiān)測能力和地震分辨能力、天池火山地理環(huán)境特點等方面對長白山天池火山地震預(yù)警臺網(wǎng)的布局進行了探討.

隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，遙感和GIS等新技術(shù)也越來越廣泛地應(yīng)用到地學(xué)各個領(lǐng)域，尤其是衛(wèi)星遙感技術(shù)已被有效地應(yīng)用于火山活動監(jiān)測.在早期，單新建等利用Landsat TM、ERS-1 SAR遙感影像數(shù)據(jù)并結(jié)合地質(zhì)考察、測年資料，研究了長白山天池火山近代噴發(fā)期次、噴發(fā)規(guī)模及噴發(fā)物的分布特點[18-19];張學(xué)霞等提出了利用3S技術(shù)監(jiān)測、預(yù)測、評估火山災(zāi)害的方法，并建立了火山區(qū)地理信息系統(tǒng)[20-21];薄立群等[22]也闡述了利用熱紅外衛(wèi)星遙感探測突發(fā)性地?zé)岙惓５脑砗头椒?近期，許軍強等[23]利用ASTER遙感數(shù)據(jù)反演長白山火山區(qū)地表溫度并解譯了地質(zhì)構(gòu)造，他們還結(jié)合對水熱活動及深源氣體釋放特征等資料的關(guān)聯(lián)分析，應(yīng)用地?zé)犷A(yù)測模型對長白山火山區(qū)地?zé)豳Y源存在的有利區(qū)進行了預(yù)測[23].季靈運等[24]基于長白山天池火山區(qū)Landsat TM/ETM和ASTER熱紅外遙感數(shù)據(jù)，反演了1999—2008年天池火山區(qū)的溫度場序列，提取出由火山巖漿活動導(dǎo)致的溫度異常，并通過進一步分析再次證明衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)監(jiān)測火山活動的可行性與可靠性.

3 長白山天池火山災(zāi)害研究動態(tài)

長白山天池火山被認為是世界上最具潛在災(zāi)害性噴發(fā)危險的火山之一.一旦發(fā)生火山噴發(fā)，所引起的火山熔巖流、火山碎屑流、火山泥石流、火山空降物等將會造成周邊地區(qū)重大人員傷亡和嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞，甚至對全球氣候產(chǎn)生重大影響.對長白山天池火山災(zāi)害進行研究和分析是預(yù)防和減輕火山災(zāi)害的重要手段和決策依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實意義.

針對長白山天池火山噴發(fā)的各種潛在災(zāi)害，劉松雪等[25]依據(jù)歷史上最大規(guī)模的噴發(fā)空降堆積物、火山碎屑流和火山泥流分布范圍，編制了火山噴發(fā)空降堆積物災(zāi)害預(yù)測圖、火山碎屑流災(zāi)害預(yù)測圖和火山泥流災(zāi)害預(yù)測圖，并提出了防災(zāi)減災(zāi)的建議.在各種潛在災(zāi)害中，火山熔巖流危害極大，能對其流經(jīng)區(qū)域造成毀滅性的災(zāi)難.靳晉瑜等[26]依據(jù)不同的熔巖物理參數(shù)資料獲得長白山天池火山熔巖流流動速度與地表流動時間，以此作為參考數(shù)據(jù)確定了熔巖流動大致受災(zāi)范圍和災(zāi)害表現(xiàn)，并提出了針對此災(zāi)害的建議.

近幾年，對長白山火山泥石流災(zāi)害的研究也比較豐富.長白山天池水面海拔高度2 189.7 m，蓄水量高達20億m3，是世界上最高的火山湖，一旦發(fā)生火山噴發(fā)，將會出現(xiàn)潰泄，產(chǎn)生巨量潰湖洪水.根據(jù)長白山的地質(zhì)條件，火山湖水潰泄將必然引發(fā)嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害.很多學(xué)者就此問題從多個角度展開了研究.王禹萌等[27]運用粗糙集理論，對影響長白山天池火山泥石流的因素進行了權(quán)重分析，結(jié)果表明地形條件對泥石流災(zāi)害程度的影響最大，其次為固體物源和植被條件，權(quán)重最小的為底層巖性和節(jié)理密度.溫智虹等[28]利用層次分析法將影響長白山天池火山泥石流的因素分為地質(zhì)條件、地形地貌和植被覆蓋情況3大類9個影響因子，并進行了權(quán)重分析，結(jié)果顯示，相對高差和坡縱比對火山泥石流分布的影響最大，高程、堆積厚度和植被覆蓋程度也是影響長白山火山泥石流分布的主要因子.盛儉等[29]對假設(shè)的中等和較小規(guī)模噴發(fā)所引發(fā)的火山泥石流平均速度和峰值速度進行了模擬計算，發(fā)現(xiàn)火山泥石流流通的速度受火山噴發(fā)規(guī)模影響較小，其中中等噴發(fā)規(guī)模引發(fā)的火山泥石流從天池火山口流通到下游28 km左右的區(qū)域需要140 min左右.萬園等[30]利用LAHARZ軟件對長白山4條主要河道進行了火山泥石流的數(shù)值模擬，根據(jù)設(shè)定的能量錐最佳閾值和河流最佳閾值，并基于歷史上最大規(guī)模的噴發(fā)設(shè)定了不同的體積閾值，并制成了長白山天池火山泥石流模擬災(zāi)害區(qū)劃圖.劉俊清等[31]采用相關(guān)水動力學(xué)公式及潰壩模型，初步估算了不同情況下天池火口湖潰壩的最大流量及向下游的洪水演進過程，研究表明若天池火山湖水潰泄一半即10億m3時，距火山口50 km處的二道白河鎮(zhèn)將全部被淹沒，下游的白山水庫、豐滿水庫安全也會受到嚴(yán)重威脅.

長白山天池火山的潛在災(zāi)害還包括天池風(fēng)景區(qū)特殊地質(zhì)地貌條件孕育的崩塌等自然災(zāi)害.目前，長白山天池區(qū)深溝陡壁的自然景觀已經(jīng)成為重要的旅游資源，而這種地貌類型也是崩塌災(zāi)害發(fā)生的重要因素.張麗等[32]采用有限元法對長白山天池地區(qū)高陡斜坡穩(wěn)定性進行了定量分析，結(jié)果表明天池地區(qū)斜坡整體穩(wěn)定性較好，但斜坡上緣表層巖體的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生崩塌事故，而龍門峰兩側(cè)南北向陡崖、瀑布附近東西向陡崖及黑風(fēng)口以南南北向陡崖分布區(qū)是崩塌災(zāi)害嚴(yán)重區(qū).王潔玉等[33]通過分析崩塌災(zāi)害的形成機理，對長白山北坡登山長廊邊坡危巖體進行了危險性評價.劉永平等[34]根據(jù)1998年長白山瀑布西側(cè)觀光長廊段邊坡崩塌事故事發(fā)地點的地質(zhì)背景和形成條件對崩塌災(zāi)害的發(fā)生機制進行了闡釋，并提出了綜合防治措施，取得了較好效果.

根據(jù)火山監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合火山地區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，對火山災(zāi)害進行預(yù)警是減少各種火山災(zāi)害危害的有效途徑.為了更有效地提高長白山火山災(zāi)害預(yù)警能力，李征西等[35]初步建立了長白山天池火山災(zāi)害預(yù)警基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)火山災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查詢、顯示、分析及數(shù)據(jù)維護更新，為防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)等工作提供了便利.

4 結(jié)束語

近年來，我國逐步完善了長白山火山監(jiān)測系統(tǒng)，并在多個領(lǐng)域都取得了新的進展，其中千年大噴發(fā)時間的精確確定對研究長白山天池火山噴發(fā)歷史意義重大.為了更加系統(tǒng)深入地研究長白山天池火山，今后應(yīng)加強以下幾個方面：① 繼續(xù)建設(shè)和完善長白山火山監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為火山監(jiān)測提供全面的多角度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；同時建立和完善火山災(zāi)害數(shù)據(jù)庫和預(yù)測系統(tǒng)，使監(jiān)測和預(yù)警實現(xiàn)自動化和實時化.② 在火山災(zāi)害預(yù)測的基礎(chǔ)上，把火山災(zāi)害對生態(tài)環(huán)境造成的危害進行定量化和空間定位，為防震減災(zāi)提供參考數(shù)據(jù).③ 在加強傳統(tǒng)研究方法的同時，要加大遙感和GIS技術(shù)在長白山天池火山研究中的應(yīng)用.④ 根據(jù)長白山天池火山具有跨國界跨區(qū)域的特點，應(yīng)積極推進與周邊國家的合作機制，共同開展對長白山天池火山的研究.

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