長白山火山泥石流研究簡介

山東省煙臺地震監測中心臺 鄒春紅吉林省地震局 盛 儉

長白山火山泥石流研究簡介

Brief introduction to study on volcanic mud flow in Changbaishan region

山東省煙臺地震監測中心臺 鄒春紅吉林省地震局 盛 儉

長白山天池火山

長白山天池火山，坐落于吉林省東南部中朝兩國邊界，屬巨型復合式火山，是長白山火山群中最大的一座活火山。

長白山是松花江、鴨綠江、圖們江三江之源，是生態環境資源、森林特產資源、水利水電資源和礦產資源的聚集區。主峰為白頭山（海拔2700 m），頂部即為噴發形成的火山口湖——長白山天池。天池北面有一缺口，池水從懸崖陡壁處跌水直瀉，形成落差達68 m的巨大瀑布。長白山地區為典型的火山構造地貌，自下而上主要由熔巖臺地、山麓傾斜熔巖高原和火山錐體三大地貌單位構成，圍繞天池呈同心環狀分布。長白山火山經歷了早期的造玄武巖盾階段（上新世—早更新世）、中期的造粗面巖錐階段（更新世）、晚期造火山碎屑席階段（全新世）。全新世天池火山曾發生爆炸式噴發，目前的地質監測及研究表明，該區域內地殼活動日益頻繁，預示著未來具有潛在噴發的可能性。

火山泥石流

關于火山泥石流（Lahar）的概念目前還沒有明確的書面定義，許多學者對火山泥石流進行了不同的論述。1985年Pierson將火山泥石流描述成含粘性的泥漿、分選性差的礫石、砂、泥和水混合成的火山泥流或碎屑流，認為火山泥石流是由火山噴發所融化的冰雪以及火山湖泊的水夾雜著火山碎屑物質所形成的泥石流。有的學者直接將火山碎屑流或火山泥流稱為火山泥石流。一些國內學者認為，火山泥石流應該是伴隨著火山噴發，由火山湖泊水的突然溢出或火山噴發造成的高溫融化的火山頂冰雪所形成的突然增多的水流，夾雜著火山碎屑物質、巖漿等，在重力作用下，沿著火山的溝谷或山坡一起向下快速流動的一種特殊洪流。火山泥石流具有流速快、能量大、破壞力強的特點，能摧毀和淹沒所波及的房屋、道路、農田等，是對人類社會危害最大的火山次生災害之一。到目前為止，已有超過30 000余人在火山泥石流中喪生。

暴雨沖刷火山灰引發泥石流

樹干上留下的骯臟痕跡顯示了泥漿的深度（美國圣海倫斯火山）

魯伊斯火山噴發形成的火山泥石流沖毀了阿爾梅羅城

被泥石流淹沒的村莊

泥石流經過的村莊

1631年12月16日，意大利維蘇威火山發生大噴發，噴發后形成泥石流，山坡上很多村莊被毀，約3000人死亡，熔巖流抵達海邊，天空昏暗達數日之久。1882年印度尼西亞嘉能根火山大噴發，產生高溫氣流及泥石流，約4000人遇難。1980年美國圣海倫斯火山爆發，融化的大量雪水和火山灰、砂石混合在一起形成強大泥石流，從山上傾瀉而下，嚴重破壞了沿途的農田、森林及一切設施。這次火山噴發造成57人死亡﹐390 km2土地變成不毛之地﹐損失巨大﹐是美國歷史上規模最大的火山爆發之一。位于哥倫比亞的內華達德魯茲火山被積雪覆蓋，1985年11月13日突然噴發，炙熱的火山氣體和灰塵融化了冰川，并與融化后的水混合在一起。在順流而下過程中，泥石流的厚度最高達到130英尺(約合40 m)，以每小時30英里(約合48 km/h)的速度沖向有人居住的河谷，摧毀所到之處的一切東西。泥石流在短短幾分鐘內席卷整個阿莫羅，導致2.5萬人死亡，15萬家畜死亡，13萬人無家可歸，經濟損失高達50億美元，是哥倫比亞最嚴重的自然災難。1991年菲律賓的皮納圖博火山大爆發，噴出大量火山灰和火山碎屑流，整個泥石流肆虐的范圍超出了人們的預估。此次噴發是1980年圣海倫火山的10倍，在20世紀所有火山噴發中位居第二位，僅次于1912年阿拉斯加州卡特邁火山噴發。魯阿佩胡火山是新西蘭最大的活火山，也是世界上最活躍的火山之一，2007年該火山爆發泥石流，火山泥流沖開火山口上的石墻，酸性水夾雜著大量木頭和石塊，不斷地沖向火山附近的河流。該火山在1953年也曾發生火山泥流，將一道鐵路橋沖毀，當時一列客運火車跌進奔騰的泥漿中，造成151人死亡。2010年印尼默拉皮火山噴發，馬吉冷地區遭遇火山泥石流破壞，共造成大約300人死亡，1000多名居民被迫轉移。這些只是部分火山泥石流造成破壞的統計，火山泥石流的危害遠遠大于人們的估計。

長白山天池火山泥石流研究概況

長白山天池火山是目前公認的我國最具噴發危險的活火山之一，一旦噴發將可能會形成大規模的火山泥石流，嚴重威脅到該地區人民生命財產安全。因此，許多學者對長白山火山泥石流進行了研究。

1998年，魏海泉等對中國部分活火山的泥石流發育情況進行了研究，強調了火山噴發物對火山泥石流形成的重要作用。2000年，劉祥等對長白山火山1000年前火山泥流堆積及其災害研究時，探討了長白山火山泥石流的成因。2002年，孫平等提出長白山火山泥石流主要類型為山坡型泥石流，區內廣泛分布的倒石堆為泥石流的形成提供了主要物質來源，陡峭的地形提供了動力條件，豐富集中的降雨是誘發因素。并表明本區泥石流的空間分布規律與倒石堆的發育狀況密切相關。2009年，聶保鋒等根據距離火山口遠近不同堆積物所展現的不同特征，將長白山天池火山泥石流分為：碎屑流相、過渡相和超富集流相。溫智虹等人通過建立層次結構模型，對長白山火山泥石流分布影響因子權重進行了分析，認為地形地貌中的相對高差及縱坡比，對長白山火山泥石流分布的影響最大。姚文清等人用層次分析法為長白山火山泥石流建立了層次結構模型，確定成對比較矩陣，計算權向量，為泥石流的預警和治理提供了依據。

最新研究成果

由于自然條件、科技水平等限制，對火山泥石流的直接測量和觀測有時是很難實現的，這種情況下對火山泥石流進行研究就需要借助于數值模擬。通過對長白山天池火山泥石流的模擬，可以預測火山一旦噴發，所形成的火山泥石流的特性。

吉林省地震局盛儉等人的《長白山火山泥石流數值模擬與災害預測研究》項目在建立模型時，選取天池附近區域為研究區，將研究區劃分為形成區、流通區和堆積區3個區段，對流通區和堆積區劃分為足夠小的計算網格，計算步長設定為0.001 min。通過Delft 3D軟件，對假設的中等和較小規模噴發所引發的火山泥石流的平均速度和峰值速度進行了模擬計算，發現噴發規模的大小對火山泥石流流通的平均速度和峰值速度的變化規律影響不大，只是在幅值上產生變化。對中等噴發規模下火山泥石流不同時間內的影響范圍以及火山泥石流流通途徑中不同時間段各剖面上泥石流厚度進行了計算，得出中等噴發規模引發的火山泥石流從火山口流通到下游28 km左右的區域，也就是二道白河鎮附近，需要140 min左右，這對火山災害預警提供了時間參考。

模擬還給出了距離火山口不同距離處剖面位置上的火山泥石流隨時間的深度變化規律，可以了解到火山泥石流的影響范圍。通過模型對長白山天池火山泥石流的流通速度、流通時間及影響范圍等進行研究，確定了災害預警時間和災害影響范圍。雖然數值模擬和實際情況存在一定的差異，但此項成果對制定長白山火山泥石流防治方案具有參考價值，這將明顯提高天池火山泥石流災害的預測能力，有助于長白山旅游經濟開發區的規劃布局和經濟建設的健康運行，有助于經濟建設、國土利用和環境保護，使減輕火山泥石流災害從被動救災轉變為主動防災。同時，也為其它火山開展相應工作提供參考資料和理論基礎。

未來展望

目前火山泥石流的研究還處于起步階段，火山泥石流的發育情況、分布特征及數值模擬等尚不成熟，但隨著研究的進一步加深，對于這些方面問題必將會有更多新的突破。清楚認識到火山泥石流的成因、形成機制后，提出合理的數學模型及預測評估方法將會對減輕火山泥石流災害提供有力的科學支撐和技術保障，從而保障人民生活及生產安全，減輕社會經濟財產損失，保護生態環境，促進經濟社會可持續發展。