龔麗文 李 霓 魏海泉 樊祺誠(chéng)

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）重慶市地震局，重慶 401147

綜述與評(píng)述

淺談2014年全球火山動(dòng)態(tài)及我國(guó)火山災(zāi)害預(yù)防對(duì)策＊

龔麗文1，2）李 霓1）魏海泉1）樊祺誠(chéng)1）

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）重慶市地震局，重慶 401147

由于我國(guó)現(xiàn)代火山活動(dòng)案例較少，主要通過(guò)搜集全球活動(dòng)火山區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，了解全球火山活動(dòng)狀況及應(yīng)對(duì)策略。通過(guò)對(duì)2014年全球火山活動(dòng)動(dòng)態(tài)的總結(jié)，逐漸對(duì)全球現(xiàn)今活動(dòng)火山分布位置、活動(dòng)規(guī)律和災(zāi)害預(yù)防有了新的認(rèn)識(shí)；通過(guò)對(duì)冰島巴達(dá)本加（Bardarbunga）火山的監(jiān)測(cè)和追蹤，總結(jié)了冰島政府對(duì)火山災(zāi)害的監(jiān)測(cè)手段和應(yīng)對(duì)策略，希望彌補(bǔ)我國(guó)火山監(jiān)測(cè)及應(yīng)急等方面的經(jīng)驗(yàn)空白；通過(guò)對(duì)最近發(fā)表的火山監(jiān)測(cè)技術(shù)及火山信息提取方法的總結(jié)，了解了各種先進(jìn)技術(shù)在預(yù)防和減輕火山災(zāi)害方面的應(yīng)用。最后，結(jié)合國(guó)內(nèi)火山監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出作者對(duì)火山監(jiān)測(cè)的思考，并提出幾點(diǎn)建議：一方面，我們要充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，提取出必要的信息；另一方面，我們要利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)共享最新監(jiān)測(cè)成果和先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，為公眾提供一個(gè)交流平臺(tái)，使得災(zāi)害信息的發(fā)布更智能、更及時(shí)、更直觀(guān)和更人性化。

全球火山動(dòng)態(tài)；火山監(jiān)測(cè)；災(zāi)害預(yù)防

引言

近些年來(lái)，全球構(gòu)造活動(dòng)趨于活躍，地震和火山活動(dòng)頻率不斷上升，造成大量地質(zhì)災(zāi)害和人員傷亡。國(guó)際上，大量的火山監(jiān)測(cè)研究正在進(jìn)行著［1－3］，許多新的技術(shù)手段也加入進(jìn)來(lái)，包括數(shù)字模擬、遙感圖像、火山灰建模、火山前兆地震及地表形變等方面［410］，同時(shí)大量與火山相關(guān)的網(wǎng)站和機(jī)構(gòu)（如，USGS、NOAA、WOVO dat、VHUB、VOGRIPA、GVP、IAVCEI等）也在不斷地完善和更新，主要用于觀(guān)測(cè)和研究全球火山活動(dòng)規(guī)律。這些都為我們更好地了解火山噴發(fā)過(guò)程，評(píng)估火山危險(xiǎn)區(qū)，預(yù)防火山災(zāi)害提供了理論上的支持。

與全球火山活動(dòng)相比，我國(guó)現(xiàn)代火山噴發(fā)相對(duì)較少，但新生代以來(lái)噴發(fā)的火山數(shù)目較多，分布范圍廣。張大泉［11］根據(jù)前人研究成果，將我國(guó)分為7個(gè)火山區(qū)，共1 250座火山，其中活火山5座，休眠火山6座；劉若新等［12］分析了長(zhǎng)白山天池、金龍頂子、鏡泊湖、五大連池、騰沖、新疆阿什山及臺(tái)灣大屯等火山區(qū)發(fā)生新噴發(fā)的可能性，認(rèn)為這些火山仍然處于活動(dòng)狀態(tài)；吳建平［13］通過(guò)對(duì)長(zhǎng)白山天池和騰沖兩個(gè)地區(qū)的地震、地表形變及水熱活動(dòng)進(jìn)行研究，認(rèn)為這些地區(qū)存在巖漿系統(tǒng)，但是活動(dòng)性相對(duì)較穩(wěn)定。此后，我國(guó)對(duì)火山監(jiān)測(cè)日漸重視，于2006年建成國(guó)家火山監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)中心，到目前為止，已有6處火山受到監(jiān)測(cè)［14］，并主要在火山地質(zhì)學(xué)、年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和火山活動(dòng)性的研究上取得了新的進(jìn)展［15－16］。但對(duì)這些地區(qū)火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)仍然處于起步階段，監(jiān)測(cè)成果匱乏，監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)不足，且這些地區(qū)大部分已經(jīng)開(kāi)發(fā)成旅游城市，人口密集，人類(lèi)活動(dòng)較多，而相應(yīng)的火山監(jiān)測(cè)設(shè)備較少和災(zāi)害防范意識(shí)較弱。因此，有必要引進(jìn)國(guó)外火山監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)其監(jiān)測(cè)流程和監(jiān)測(cè)手段，預(yù)防和減輕火山災(zāi)害。本文基于這種需求，通過(guò)搜集大量相關(guān)資料，總結(jié)火山監(jiān)測(cè)各個(gè)方面的進(jìn)展，提出對(duì)火山監(jiān)測(cè)的看法，希望為我國(guó)火山監(jiān)測(cè)貢獻(xiàn)一份力量。

1 火山活動(dòng)概述

火山活動(dòng)是指與火山噴發(fā)有關(guān)的巖漿活動(dòng)，它包括巖漿噴出地表、產(chǎn)生爆炸、流出熔巖、噴射氣體、散發(fā)熱量、析離出氣體、水分和噴發(fā)碎屑物質(zhì)等活動(dòng)?；鹕交顒?dòng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，其位置相對(duì)固定，具有復(fù)發(fā)的特征。其產(chǎn)生災(zāi)害的范圍受地表?xiàng)l件和氣候環(huán)境的影響較大，如火山的爆炸性受巖漿的揮發(fā)成分和地下水影響，熔巖流的分布受地勢(shì)的影響，火山灰分布主要受風(fēng)的影響。此外，火山噴發(fā)后由于巖漿的抽空和火山碎屑的局部堆積，容易引起崩塌或者泥石流等次生災(zāi)害?；鹕降膰姲l(fā)一般具有較多的火山活動(dòng)前兆，比如大量的中小地震、地表溫度異常、地表形變異常及火山氣體增加，這一切都有利于火山災(zāi)害的預(yù)測(cè)。

1.1 火山分布

據(jù)Siebert等［17］統(tǒng)計(jì)，全球活火山主要分布在環(huán)太平洋俯沖邊界上，約占活火山總數(shù)的80%（圖1）。此外，在夏威夷和冰島等洋中脊、歐亞板塊與非洲板塊邊界及東非裂谷附近，也分布著一些活火山，但這些地區(qū)（除了夏威夷和冰島）火山活動(dòng)的頻率和強(qiáng)度遠(yuǎn)不如環(huán)太平洋俯沖帶。而我國(guó)近代具有活動(dòng)跡象的火山主要集中在長(zhǎng)白山地區(qū)、五大連池地區(qū)、內(nèi)蒙東部、騰沖地區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)，這些地區(qū)近些年來(lái)雖然沒(méi)有噴發(fā)活動(dòng)，但是中小地震活動(dòng)和熱泉活動(dòng)仍然很明顯，且靠近我國(guó)的幾個(gè)火山活動(dòng)國(guó)家（如，日本、菲律賓和印度尼西亞）仍在頻繁地發(fā)生火山活動(dòng)，這就要求我們必須時(shí)刻做好應(yīng)對(duì)火山噴發(fā)的準(zhǔn)備。

1.2 火山災(zāi)害

由于不同類(lèi)型火山的噴發(fā)方式、噴發(fā)產(chǎn)物和噴發(fā)規(guī)模都有很大的不同，其產(chǎn)生的災(zāi)害類(lèi)型也有很大的不同。Myers等［18］通過(guò)簡(jiǎn)化圖（圖2）直觀(guān)地展現(xiàn)出復(fù)合火山可能造成的火山災(zāi)害，經(jīng)總結(jié)可以分為：①熔巖流的破壞作用，占據(jù)農(nóng)田，破壞房屋和道路；②火山泥石流，對(duì)地表植被破壞作用較強(qiáng)；③崩塌，造成錐體損壞；④熔巖穹丘，可能是新的溢出口；⑤火山彈，爆炸噴射出大量火山彈；⑥火山灰柱，噴發(fā)產(chǎn)生火山灰云，影響航空運(yùn)營(yíng)，同時(shí)含大量火山灰和酸性氣體，形成酸雨，對(duì)地表建筑和植被有很大影響；⑦滑坡或者雪崩，大量火山碎屑或者積雪不穩(wěn)定向下滑動(dòng)；⑧碎屑流，含大量熱的火山碎屑，掩埋附近地表物質(zhì)；⑨蒸汽噴發(fā)，巖漿沿裂隙上升產(chǎn)生的火山蒸汽。

2 火山監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)

由于我國(guó)缺少現(xiàn)代火山噴發(fā)，有關(guān)國(guó)內(nèi)火山監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少，只能通過(guò)搜集國(guó)際上一些網(wǎng)站和組織發(fā)表的數(shù)據(jù)來(lái)研究火山的噴發(fā)規(guī)律。利用全球火山活動(dòng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，反映全球構(gòu)造背景下火山的活動(dòng)特征和發(fā)展趨勢(shì)；利用火山頻發(fā)國(guó)家（冰島）對(duì)活動(dòng)火山的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及災(zāi)害的應(yīng)對(duì)流程，獲得單個(gè)火山活動(dòng)的前兆信息、噴發(fā)規(guī)律、演化過(guò)程及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段和經(jīng)驗(yàn)。2.1 全球火山監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)

圖1 全球活火山分布及其與構(gòu)造板塊的關(guān)系（改自Siebert等［17］）

圖2 典型復(fù)合火山可能造成的火山災(zāi)害示意圖［18］

本文通過(guò)實(shí)時(shí)收集史密森全球火山計(jì)劃（Smithsonian′s Global Volcanism Program）和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局火山災(zāi)害計(jì)劃（US Geological Survey′s Volcano Hazards Program）及其他相關(guān)火山網(wǎng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、ArcGis投圖和Excel作圖等方法，綜合分析了2014年全球火山活動(dòng)情況，包括活動(dòng)火山位置分布、火山發(fā)生頻率和火山活動(dòng)隨時(shí)間的波動(dòng)情況，總結(jié)一年內(nèi)全球火山活動(dòng)的整體規(guī)律，為今后火山監(jiān)測(cè)提供參考。2.1.1 2014年活動(dòng)火山位置分布圖

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年共報(bào)道有85座活動(dòng)火山，通過(guò)GoogleEarth建立對(duì)應(yīng)火山地標(biāo)文件，用Arcgis進(jìn)行矢量化，然后將其疊加在經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的世界地形圖之上（圖3）。圖中清晰地顯示出該時(shí)間段內(nèi)活動(dòng)火山分布的準(zhǔn)確位置，主要分布在太平洋板塊邊界處，集中分布在3個(gè)地區(qū)：① 北美洲與南美洲連接處；② 太平洋西岸的日本島和俄羅斯海岸；③印度尼西亞群島。其他地區(qū)的火山活動(dòng)相對(duì)分散，和圖1對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，歷史上火山分布較集中的東非裂谷、歐亞板塊與非洲板塊交界處和大西洋中脊的火山，目前都處于平靜期。

2.1.2 2014年活躍火山排名

圖3 2014年全球活動(dòng)火山分布圖

文中火山的活躍程度以火山持續(xù)活動(dòng)時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)火山報(bào)道的次數(shù)確定火山持續(xù)時(shí)間，當(dāng)報(bào)道頻率（該火山的報(bào)道次數(shù)/報(bào)道總次數(shù)）大于50%，我們就認(rèn)為該火山較活躍，圖3為活躍火山分布位置圖。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2014年共有46次（46周）報(bào)道，其中報(bào)道超過(guò)20次的有15座火山，約占總報(bào)道火山的1/6，這些火山的報(bào)道次數(shù)約占總次數(shù)的1/2（465/808），活躍火山的具體報(bào)道次數(shù)如圖4所示，其中基拉韋厄（Kilauea）火山活動(dòng)每周均有報(bào)道。

圖4 2014年全球活躍火山排名

圖5 周報(bào)火山數(shù)目隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

圖6 地震頻次隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

2.1.3 火山活動(dòng)時(shí)間分布特征

通過(guò)總結(jié)每月的活動(dòng)火山數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)2014年6月和9月活動(dòng)的火山數(shù)目分別是35座和36座，其他時(shí)間在30座左右。統(tǒng)計(jì)每周報(bào)道的火山數(shù)目也可以發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律（圖5），在6月19日至7月17日和8月14日至9月25日這段時(shí)間里，火山周報(bào)報(bào)道的火山數(shù)目最多，基本上都超過(guò)20座，呈波峰狀態(tài)。楊學(xué)祥等［19］認(rèn)為，這種現(xiàn)象有可能與太空中的外界因素有關(guān)，他們認(rèn)為，9月下旬秋分附近太陽(yáng)又回到赤道上空，太陽(yáng)潮使地球扁率變?yōu)樽畲?，自轉(zhuǎn)變?yōu)樽盥瑑蓸O流體向赤道流動(dòng)，赤道突起增加，兩極收縮下降，而后發(fā)生反向變化，激發(fā)北極地區(qū)火山噴發(fā)。

2.2 活動(dòng)火山追蹤——冰島巴達(dá)本加火山

巴達(dá)本加火山位于冰島最大的范特納冰原西北角。2014年6月火山開(kāi)始膨脹，地表明顯抬升，自8月16日開(kāi)始出現(xiàn)了強(qiáng)烈的火山不穩(wěn)定性：地震活動(dòng)異常和GPS測(cè)量異常，暗示著巴達(dá)本加火山可能?chē)姲l(fā)。火山專(zhuān)家建立多種模型，利用地震數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)恢復(fù)地表以下巖漿活動(dòng)狀況，結(jié)果顯示巖漿活動(dòng)較明顯，且可能存在巖漿上隆，火山地質(zhì)學(xué)家利用GPS數(shù)據(jù)推測(cè)巖漿的位置、規(guī)模及走向。8月29日00時(shí)02分，噴發(fā)發(fā)生于Holuhraun熔巖區(qū)上一個(gè)老的火山裂隙，位于Dyngjujokull冰川邊緣以北大約5km?；鹕絿姲l(fā)裂隙長(zhǎng)約600m，巖漿噴發(fā)率200～1000m3/s，此后就一直保持著裂隙式噴發(fā)，同時(shí)伴隨著一些地震活動(dòng)，具體跟蹤總結(jié)如下。

表1 2014年8月16日至12月9日巴達(dá)本加火山附近各位置3級(jí)以上地震統(tǒng)計(jì)

2.2.1 地震活動(dòng)監(jiān)測(cè)

在火山噴發(fā)前期，出現(xiàn)了大量火山噴發(fā)前兆，特別是地震發(fā)生的頻率和強(qiáng)度都呈直線(xiàn)上升，8月16日地震活動(dòng)性明顯增強(qiáng)，每天有地震上千次，震級(jí)多在1～2級(jí)，最大超過(guò)5級(jí)，有兩個(gè)震群，大量證據(jù)表明，這與地下巖漿的水平向遷移有關(guān)。伴隨著火山的噴發(fā)和巖漿的溢出，地震活動(dòng)也大幅度減弱，地震總數(shù)從8月29日的1 194次減少為9月9日的229次，此后都低于200次/日（圖6a）。火山噴發(fā)后，地震活動(dòng)總體穩(wěn)定，但是，局部也呈周期性波動(dòng)，每間隔2～3周，地震活動(dòng)有微弱的增強(qiáng)，這可能與火山活動(dòng)有關(guān)。在每天發(fā)生的地震總數(shù)中，0～2級(jí)地震約占80%，變化幅度較大，2～3級(jí)地震變化幅度相對(duì)較平緩（圖6b）。

通過(guò)總結(jié)3級(jí)以上地震發(fā)生位置（表1），不難看出，3級(jí)以上地震主要發(fā)生在破火山口附近，占地震總和的90%，特別是4級(jí)以上地震，幾乎只在破火山口附近發(fā)生，這說(shuō)明破火山口附近更不穩(wěn)定，巖漿活動(dòng)更強(qiáng)。

2.2.2 熔巖流活動(dòng)跟蹤

圖7 巴達(dá)本加火山熔巖流面積隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

2014年8月29日00時(shí)38分，衛(wèi)星紅外圖像出現(xiàn)熱異常，這意味著熔巖流上升到地表，此后巖漿一直沿著裂隙溢出，流向東北方向的河流附近，大部分時(shí)間溢出速率相對(duì)穩(wěn)定，在11月底開(kāi)始出現(xiàn)脈動(dòng)式溢出，可以通過(guò)衛(wèi)星熱紅外圖像監(jiān)測(cè)熔巖流的動(dòng)態(tài)，包括面積、范圍、溢出速率及產(chǎn)生的火山氣體等其他地質(zhì)災(zāi)害。圖7為熔巖流面積隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，從圖中可以看出，熔巖流的面積整體在不斷遞增，遞增速率在不斷減小，這有可能是由于后期巖漿直接覆蓋在前期熔巖流之上造成的。結(jié)合該火山以往的活動(dòng)規(guī)律（活動(dòng)時(shí)間一般為6～8個(gè)月）和熔巖流面積的變化趨勢(shì)，可以推出最終熔巖流面積可能接近90km2。

2.2.3 火山灰跟蹤

冰島氣象局利用微分吸收光譜計(jì)（DOAS）和傅里葉變換紅外光譜計(jì)（FTIR）儀器，估算了巴達(dá)本加火山云中的氣體流量，氣體含量較高的是SO2、CO2、HCl、HF和H2O。噴發(fā)前一個(gè)半月平均氣體流量是400kg/s（35kt/d），其峰值為1 300kg/s （112kt/d）。假設(shè)氣體至今仍是連續(xù)性釋放，火山噴發(fā)釋放到大氣中的SO2總量在3.5 Mt（平均流量）～11.2Mt（考慮峰值流量）之間。這是2014年霍魯勞恩火山排放量的5 ～15倍。此外，火山灰云對(duì)冰島航空造成的影響較小，其高度大部分集中在1～3km的范圍內(nèi)。

2.2.4 破火山口沉降跟蹤

由于巖漿的抽空或冰原下部融化，造成破火山口附近地表不斷發(fā)生下陷，冰島氣象局主要通過(guò)雷達(dá)干涉圖像監(jiān)測(cè)火山口附近沉降動(dòng)態(tài)，包括沉降深度、沉降體積及沉降速度，其沉降速度由一開(kāi)始的80cm/d下降到后期的25cm/d，監(jiān)測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)沉降深度達(dá)到56m，沉降體積達(dá)到1.7km3，目前沉降仍在繼續(xù)。

圖8 火山災(zāi)害應(yīng)對(duì)策略［20］

3 火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

Huff等［20］總結(jié)了火山災(zāi)害的應(yīng)急與管理（圖8），認(rèn)為火山噴發(fā)位置一般比較固定，時(shí)間比較集中。對(duì)火山災(zāi)害的預(yù)防不僅要對(duì)火山噴發(fā)后應(yīng)急階段重視，還應(yīng)該提前對(duì)火山區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，找出潛在噴發(fā)危險(xiǎn)區(qū)域，根據(jù)之前噴發(fā)的產(chǎn)物推斷出火山噴發(fā)類(lèi)型和噴發(fā)規(guī)模，并確定火山復(fù)發(fā)的頻率，通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)手段評(píng)估火山的危險(xiǎn)性，圈定火山產(chǎn)物可能影響的區(qū)域，確定火山周?chē)恋厥褂糜?jì)劃及人員撤離方案，給當(dāng)?shù)厝罕娖占盎鹕奖O(jiān)測(cè)知識(shí)，最后可生成一個(gè)火山災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)圖。

隨著科技的發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用于火山監(jiān)測(cè)中。以美國(guó)火山監(jiān)測(cè)為例，Guffanti等［21］總結(jié)了幾種火山監(jiān)測(cè)方法，包括實(shí)時(shí)地震處理系統(tǒng)、衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地電方法和火山氣體監(jiān)測(cè)方法，各種地球物理方法和航空技術(shù)在火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)都得到了普遍應(yīng)用。據(jù)美國(guó)2008年統(tǒng)計(jì)，主要的監(jiān)測(cè)手段包括地震監(jiān)測(cè)、形變監(jiān)測(cè)和水文監(jiān)測(cè)（圖9）。具體方法總結(jié)如下。

3.1 地球物理學(xué)方法

近年來(lái)，隨著地球物理學(xué)的快速發(fā)展，大量的地球物理方法用于監(jiān)測(cè)殼內(nèi)及深部構(gòu)造及巖漿活動(dòng)，其中在火山監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用較多的是地震監(jiān)測(cè)、重力監(jiān)測(cè)和電磁監(jiān)測(cè)。

圖9 2008年美國(guó)監(jiān)測(cè)火山噴發(fā)幾種方法的比例［21］

3.1.1 地震監(jiān)測(cè)

地震層析成像可以反演火山下面的三維結(jié)構(gòu)，Kuznetsov等［22］以墨西哥波波卡佩特（Popocatepetl）火山為例，用P波和S波的到時(shí)差及vP/vS值建立模型，進(jìn)行層析成像反演殼內(nèi)巖漿房的三維結(jié)構(gòu)。此外，Sicali等［23］用地震時(shí)間間隔分布（The space－time inter－event time（IET））分析意大利埃特納火山（Mount Etna）地區(qū)不同深度范圍地殼的地震屬性，推斷出不同構(gòu)造塊的動(dòng)力環(huán)境。Agus等［24］分析了印尼默拉皮（Merapi）火山2010年大噴發(fā)與地震之間的關(guān)系，詳細(xì)描述了火山從孕育到噴發(fā)各階段不同的地震現(xiàn)象，為以后該地區(qū)預(yù)測(cè)大型火山爆炸提供了有用的前兆信息。Inza等［25］利用地震多分量接收數(shù)據(jù)分析了烏比拉斯火山活動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征。Dawson等［10］研究了夏威夷基拉韋厄火山噴發(fā)高峰期時(shí)長(zhǎng)周期的地震特征。3.1.2 重力監(jiān)測(cè)

由于不同物質(zhì)成分的密度不同，根據(jù)物理學(xué)知識(shí)可以最終推出密度與重力之間的關(guān)系，而通過(guò)高精度重力儀測(cè)出的重力異常，可以簡(jiǎn)單地分析出火山地區(qū)的密度異常，即不同物質(zhì)的分布范圍，Niklas等［26］綜合采用陸地和海洋重力數(shù)據(jù)反演了斯通博利火山殼內(nèi)三維密度，得出垂向剖面和125m深度水平剖面重力異常范圍，并通過(guò)野外采樣巖石標(biāo)本的密度特征分析推測(cè)出火山地質(zhì)演化信息。

3.1.3 電磁監(jiān)測(cè)

Caracciolo等［27］利用高分辨率航磁對(duì)埃特納火山進(jìn)行分析，并結(jié)合地貌圖分析該火山的磁異常，認(rèn)為磁異常與該地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)，同時(shí)與火山產(chǎn)物分布及輪廓有很大關(guān)系。在國(guó)內(nèi)，白登海等［28］利用電磁測(cè)深方法探測(cè)了熱海地區(qū)下部可能存在低阻體。

3.2 大地測(cè)量學(xué)方法

巖漿的上升乃至噴發(fā)伴隨著大幅度的地殼變形，我們可以利用GPS和雷達(dá)干涉圖像對(duì)火山進(jìn)行實(shí)時(shí)形變監(jiān)測(cè)，獲得許多火山噴發(fā)的前兆信息，為火山災(zāi)害預(yù)防提供數(shù)據(jù)支持；而火山噴發(fā)后，我們可以通過(guò)遙感衛(wèi)星圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔巖流和火山灰動(dòng)態(tài)，預(yù)防次生地質(zhì)災(zāi)害。

3.2.1 形變監(jiān)測(cè)

Gerald等［29］利用1998—2005年記錄的地表GPS形變數(shù)據(jù)（基于Mogi模型）反演出菲律賓塔爾火山巖漿房的位置、形狀和深度，并對(duì)比了粘彈性殼層模型與等效彈性半空間模型的優(yōu)缺點(diǎn)。除了GPS形變數(shù)據(jù)外，用得比較多的另一種方法是雷達(dá)干涉圖像。巴達(dá)本加火山噴發(fā)后，由于巖漿抽空或冰川底部融化使得地表下沉，通過(guò)合成孔徑雷達(dá)圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了地表沉降幅度、沉降范圍和沉降體積。

3.2.2 遙感監(jiān)測(cè)

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，空間分辨率和波譜分辨率不斷提高，遙感技術(shù)逐漸成為實(shí)時(shí)監(jiān)控地表動(dòng)態(tài)的重要技術(shù)手段。在災(zāi)害預(yù)測(cè)領(lǐng)域，它的應(yīng)用范圍也在逐年增大，主要包括：①火山灰云監(jiān)測(cè)，如火山灰柱的高度、漂流方向、體積、覆蓋范圍、成分及是否對(duì)航空有影響；②熔巖流監(jiān)測(cè)，如熔巖流的溫度、流向、覆蓋面積、體積、溢出速率及未來(lái)可能到達(dá)的區(qū)域；③地表形變監(jiān)測(cè)，如巖漿上隆造成的形變異常、巖漿房抽空造成地表沉降、沉降速率和沉降體積，這都有利于建模預(yù)測(cè)巖漿房的動(dòng)態(tài)；④地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)，如崩塌、雪崩、火山灰泥石流及圈定火山危險(xiǎn)區(qū)域范圍等，具體可詳見(jiàn)Oppenheimer［30］的總結(jié)（圖10）。

此外，Christopher［31］通過(guò)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量和基于GIS分析了日本鹿兒島火山1947—2006年的地貌變化情況，對(duì)火山構(gòu)造、地表植被、熔巖流和火山碎屑的分布情況及演化規(guī)律進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步判斷火山演化趨勢(shì)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

3.3 地球化學(xué)方法

地球化學(xué)手段應(yīng)用較廣，如利用巖石地化數(shù)據(jù)反演火山形成的巖漿來(lái)源、火山成因、巖漿作用、噴發(fā)特征、形成年代及噴發(fā)期次等。通過(guò)以上火山形成及噴發(fā)歷史規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)火山可能的噴出口位置、噴發(fā)規(guī)模、噴發(fā)方式、噴發(fā)周期性及巖漿演化規(guī)律。

3.3.1 水文監(jiān)測(cè)

圖10 遙感在火山監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用［30］

水文監(jiān)測(cè)包括巖漿揮發(fā)分的監(jiān)測(cè)和地下水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，由于火山噴發(fā)前會(huì)有大量火山氣體逸出，地下水的成分和溫度也有很大的異常，因此，水文監(jiān)測(cè)可以作為一個(gè)很好的火山噴發(fā)前兆監(jiān)測(cè)手段。趙慈平等［32］通過(guò)對(duì)溫泉的基本要素和溫泉水化學(xué)分析數(shù)據(jù)分析，用克里金插值方法獲得了騰沖火山區(qū)的相對(duì)地?zé)崽荻鹊钠矫娣植?；趙慈平等［33］還通過(guò)對(duì)溫泉逸出氣體CO2和CH4碳同位素樣品的采集、分析測(cè)試，利用Horita通過(guò)實(shí)驗(yàn)矯正的Richet平衡分餾系數(shù)的理論計(jì)算數(shù)據(jù)，再通過(guò)擬合得到碳同位素平衡分餾方程，反演了巖漿溫度。

3.3.2 噴發(fā)周期性研究

Avellán等［34］通過(guò)研究尼加拉瓜尼加帕火山的地層特征、地貌特征及地球化學(xué)特征對(duì)火山災(zāi)害的指示意義，推斷該地區(qū)未來(lái)有60%的可能性為蒸汽巖漿噴發(fā)，噴發(fā)位置在斷層附近，兩次火山噴發(fā)的間隔周期在400～700年之間。

4 淺談我國(guó)火山災(zāi)害預(yù)防

火山活動(dòng)是由于地下巖漿的運(yùn)移與噴發(fā)造成的，過(guò)去，人們對(duì)地下物質(zhì)看不見(jiàn)，摸不著，火山爆發(fā)造成一些毀滅性災(zāi)害和古文明的掩埋。近些年來(lái)，隨著科技的高速發(fā)展，監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)手段越來(lái)越多，數(shù)據(jù)精度和監(jiān)測(cè)質(zhì)量有很大提高。但是，目前我國(guó)在現(xiàn)代火山噴發(fā)，火山監(jiān)測(cè)方面經(jīng)驗(yàn)仍然不足。

4.1 所處現(xiàn)狀

在國(guó)家“九五”計(jì)劃實(shí)施之前，由于對(duì)我國(guó)火山活動(dòng)狀況缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)火山監(jiān)測(cè)幾乎是空白，1997年隨著“中國(guó)若干近代活動(dòng)火山的監(jiān)測(cè)與研究”項(xiàng)目正式啟動(dòng)，首次對(duì)長(zhǎng)白山、五大連池和騰沖火山進(jìn)行了較系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與研究。但由于缺乏現(xiàn)代火山噴發(fā)案例，我國(guó)火山監(jiān)測(cè)研究至今仍處于初級(jí)階段［14］。試以同屬地學(xué)的氣象預(yù)報(bào)為參照系進(jìn)行比較，氣象預(yù)報(bào)已經(jīng)歷了從 “經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)”、“天氣圖預(yù)報(bào)”到 “數(shù)值預(yù)報(bào)”3個(gè)階段。依靠氣象衛(wèi)星、各種高空探測(cè)及密集的地面站網(wǎng)等工具，獲得覆蓋廣闊空間的隨時(shí)間演進(jìn)的天氣圖和 “鋒面”圖等反映天氣變化基本特征的預(yù)測(cè)學(xué)科理論，使氣象預(yù)報(bào)由經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)躍進(jìn)到天氣圖預(yù)報(bào)，并為進(jìn)入數(shù)值預(yù)報(bào)提供了基礎(chǔ)事實(shí)和動(dòng)力學(xué)模型約束。與氣象預(yù)報(bào)相對(duì)比，可看出火山災(zāi)害預(yù)報(bào)當(dāng)前仍處于依靠對(duì)時(shí)空域殘缺信息的不完全歸納的初級(jí)階段。目前，我國(guó)火山研究現(xiàn)狀主要是關(guān)于新生代火山錐和火山巖的巖石地化特征及噴發(fā)動(dòng)力學(xué)模型反演的基礎(chǔ)性研究。

4.2 應(yīng)對(duì)策略

由于火山的噴發(fā)具有一定的復(fù)發(fā)性，火山的分布具有很強(qiáng)的地域性，其影響范圍相對(duì)集中，其噴發(fā)的前兆較明顯，前兆時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。加之我們已進(jìn)入地球空間信息學(xué)和數(shù)字地球的時(shí)代，多種空間測(cè)地、數(shù)字和信息技術(shù)正高速發(fā)展，實(shí)時(shí)為我們提供過(guò)去無(wú)法獲得的大空間尺度的、整體動(dòng)態(tài)的地球變化的多種四維定量信息。因此，我們應(yīng)抓住這一機(jī)遇，充分發(fā)揮好這一優(yōu)勢(shì)。經(jīng)總結(jié)，認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面著手。

4.2.1 火山災(zāi)害性評(píng)估

通過(guò)火山基礎(chǔ)性研究，確定出幾個(gè)復(fù)發(fā)概率較高的火山和地區(qū)，對(duì)其附近的地貌和構(gòu)造進(jìn)行分析，圈定出火山口可能形成的位置及巖漿和火山碎屑可能到達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域，人類(lèi)的活動(dòng)盡量避開(kāi)這些危險(xiǎn)區(qū)域，從根本上降低火山的災(zāi)害性。

4.2.2 土地利用計(jì)劃和建筑選址

對(duì)于新城市的規(guī)劃和新建筑的建設(shè)選址一定要避開(kāi)火山危險(xiǎn)區(qū)域和可能造成次生災(zāi)害的區(qū)域。對(duì)于已經(jīng)建立在火山附近的城市，遷移難度和成本較大，一定要建設(shè)相應(yīng)的避險(xiǎn)裝置，規(guī)劃好避險(xiǎn)路線(xiàn)。

4.2.3 建立空、地、深相結(jié)合的立體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建立各種火山噴發(fā)前兆的監(jiān)測(cè)臺(tái)站，精確地監(jiān)測(cè)火山噴發(fā)前兆，如火山地震、地表形變及火山流體等，并把地面觀(guān)測(cè)臺(tái)站逐步與空間測(cè)地系統(tǒng)統(tǒng)一在共同的地學(xué)參考框架內(nèi)，這種框架可以是幾何的、物理的，甚至是信息的，但必須是統(tǒng)一的，改變過(guò)去分散孤立互無(wú)聯(lián)系的狀態(tài)，以便以互補(bǔ)的方式共同為巖石圈中不同空間尺度區(qū)域現(xiàn)今時(shí)空演化過(guò)程的研究做出貢獻(xiàn)。

4.2.4 前兆信息參量的積累和災(zāi)害識(shí)別系統(tǒng)的建立

不同的前兆指示著不同火山噴發(fā)信息，充分利用前兆反演巖漿活動(dòng)狀況。積累大量前兆信息參量，并建立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)前兆臺(tái)陣和災(zāi)害識(shí)別系統(tǒng)，使得災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息更全面，災(zāi)害識(shí)別更智能。

4.2.5 開(kāi)發(fā)集成數(shù)據(jù)處理軟件

由于監(jiān)測(cè)技術(shù)變得越來(lái)越先進(jìn)和復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理方法就越來(lái)越專(zhuān)業(yè)，所以有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)集成數(shù)據(jù)處理軟件，簡(jiǎn)化處理步驟，明確處理結(jié)果，對(duì)抽象混合的原始數(shù)據(jù)精心處理和轉(zhuǎn)化，經(jīng)若干中心處理，去粗取精、去偽存真，做必要預(yù)處理和規(guī)范化之后，獲得更直觀(guān)、更形象的結(jié)果。

4.2.6 開(kāi)發(fā)數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)室

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的基礎(chǔ)研究，我們對(duì)火山的形成與演化都有了直觀(guān)的認(rèn)識(shí)。我們可以利用之前的研究成果，結(jié)合現(xiàn)在高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)前兆數(shù)據(jù)進(jìn)行火山的宏觀(guān)模擬實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)小型實(shí)驗(yàn)室無(wú)法完成的大型實(shí)驗(yàn)，為更科學(xué)的研究火山提供一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和理論依據(jù)。

4.2.7 建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，為了減少冗余，且讓各種數(shù)據(jù)得到充分利用，我們可以通過(guò)Arcgis或SQL sever建立數(shù)據(jù)庫(kù)，共享數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的利用率。

4.2.8 信息資源共享

隨著各種遙感數(shù)據(jù)和航空數(shù)據(jù)精度越來(lái)越高，各領(lǐng)域新的研究成果不斷涌現(xiàn)。為了高效利用豐富的資源數(shù)據(jù)，我們應(yīng)該充分應(yīng)用好當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高數(shù)據(jù)利用率，加大各學(xué)科之間的聯(lián)系，充分發(fā)揮各學(xué)科優(yōu)勢(shì)。

4.2.9 開(kāi)發(fā)用戶(hù)信息交流平臺(tái)

監(jiān)測(cè)結(jié)果最終面對(duì)的是廣大非專(zhuān)業(yè)人士，因此，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)及手機(jī)APP等應(yīng)用軟件，實(shí)時(shí)為用戶(hù)提供共享、交流和查詢(xún)平臺(tái)，提供短信提醒服務(wù)。用戶(hù)可以更清晰地了解災(zāi)害，咨詢(xún)更全面的信息，研究人員也可以了解更多的用戶(hù)需求，使得產(chǎn)品更人性化。

（作者電子信箱，李霓：lini67＠sina.com）

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An elementary introduction to 2014 global volcanic activities and the strategy of volcanic disaster prevention in China

Gong Liwen1，2），Li Ni1），Wei Haiquan1），F(xiàn)an Qicheng1）
1）Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2）Earthquake Administration of Chongqing Municipality，Chongqing 401147，China

As modern volcanic activities are rare in China，this paper mainly introduces the global volcanic activities and relevant strategies about disaster prevention by collecting the global volcano monitoring data.Through summarizing the global volcanic activities in 2014，we may have a new understanding about current active volcanoes distribution，patterns of their eruptions and volcanic disaster prevention.We can also get more information about monitoring methods and volcanic disaster mitigation by tracking the monitoring of Bardarbunga taken by Iceland government，hope to fill the blank of our experiences in volcano monitoring and emergency.We will learn some about advanced technologies in volcano monitoring and methods applied in volcanic information extraction based on the latest records.Considering the situation of volcano monitoring in China and the trend of relevant technology application，the authors give some suggestions as follows：on the one hand，we should make full use of advanced computer technology，do some intelligent processing for real time monitoring data and extract necessary information；on the other hand，we should share the latest monitoring records and advanced monitoring technology through the network，and provide a communication platform for the public in order to release the disaster information more intelligent，timely，visualized and humanized.

global volcanic dynamic；volcano monitoring；disaster prevention

P317；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2015.11.004

2015－03－27；采用日期：2015－05－29。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 “云南騰沖大六沖火山機(jī)構(gòu)及火山碎屑巖研究”（No.41472305）和中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司項(xiàng)目 “全球典型火山事件跟蹤”資助。