活火山：岩浆系统判断关键，火山活动频谱增强

大部分旅游者可能不会想到，现在平静得像镜面一样的长白山天池，在地壳下39千米或更近的地方有炽热岩浆在积蓄能量，蠢蠢欲动，不知道什么时候还会破壳而出，引发天崩地裂。

怎样才能知道是活火山和死火山呢？

在火山下面是否存在活动的岩浆系统，就成为判断一座火山“死”或“活”的关键。我们必须直面现状，实话实说。

1.地壳形变

当岩浆从地壳中上升到火山通道中时，会对火山周围的斜坡产生巨大的压力，斜坡会随着岩浆的增加或减少而隆起或凹下。大变动前，地壳可能发生微小的形变，两侧的岩层要出现微小的位移。借助于精密的仪器，可以测出这些微观前兆，帮助人们预测未来大震的来临。

由全球卫星定位系统（GPS）发展而来的地壳运动观测技术，已成功地用于中国大陆几个地震区的检测之中，它是由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。可以随时知道观测点的经纬度和高程（X，Y，Z）据此获得大陆地块的相对运动速率，并获得大范围的地壳形变运动图像。当年魏格纳如果应用GPS就不会抛尸于格陵兰了。

现在，监测站以天池为中心布设环状向外辐射的GPS网，控制面积13000平方千米。据观测纪录：以天池为中心地壳形变呈现隆起状态，在水平方向上，以火山口为中心，长白山巅呈放射状向外部膨胀。

各观测点最大位移速率达38.3毫米/年，平均为19.6毫米/年。

火山口垂直运动表现为快速隆起，最大速率46—17毫米/年，北坡在2002—2005三年内抬升幅度68.12毫米，这个数字触目惊心，三年内抬升6.8厘米，不可不重视！

计算结果表明：三轴拉张源位于天池火山口偏北处，北北东和北北西方向拉张明显地倾斜，南北分量向北倾斜3秒，就是说山向北歪。

长白山地壳下方正经历岩浆上涌、中心隆起和压力增大的过程。长白山天池火山在动。正在从初始扰动期向动荡期过渡。

2.水准测量

水准仪和水准尺是测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，如果两点间是固定不动的，那么它在一个月或一年后再测量，其数值应前后一致。反之，则是出现升降了。

沿二道白河，在长白山北门—天池瀑布间布置了水准测线。共13个水准点，相对高差901米，全长24.8千米。观测结果表明：2002—2005年，长白山天池火山区地面，在垂直方向上，高差3年累积变化达6.8厘米，且越近火山口上升量越大，天池北坡瀑布下水准点上升量为4.6毫米。

水准测量记录证实：长白山南坡、南西坡，2001—2002年基线呈缩短状态，之后地壳变形又呈扩展状态，正在上演又缩又扩的一幕。

天池周围地壳形变，是东北大陆最高值。

3.地震勘察

当岩浆上升冲破岩石，挤压推动地壳的斜坡时就会使岩石断裂产生地震波，最活跃的火山每天会产生很多次地震，如果探测到一座火山的地震信号——大小和频率一天比一天多，意味着这座火山在蓄势待发，随时可能暴跳如雷。

当振动在介质地壳中传播时，有两种形式：一种叫作纵波（P波），一种叫横波（S波）。

敲锣时产生的声波是纵波，纵波传播方向与质点振动方向一致，这是一个可以穿过整个地球的地震波，它是在地震期间到达地震仪驻地的第一波。纵波在固体、液体和气体中都可以传播。由于纵波衰减快，离震中较远的地方，只感到水平晃动。

投石水池形成的波是横波，波的传播方向与质点振动方向垂直。因为液体或气体内不可能发生剪切运动，横波不能在它们中传播。

地震时震源的振动以纵波（P波）和横波（S波）两种形式向外传播，震区地面总是先上下跳动，后水平晃动，纵波先到，横波后到，两者之间有一个时间间隔。P波和S波这种截然不同的性质，被用来探测地球深部流体带的存在。

经科学家测定：能引起地面上下跳动的纵波，每秒钟传播速度为8千米（8.0km/s）；横波传播速度较慢，每秒钟为4.4千米（4.4km/s），这个常数差很有用。可根据间隔的长短，“距离=速度×时间”判断该地距震中的远近。

2002年夏季，长白山天池火山日平均地震发生频次超过30次.震中在天池水域西南，水面下4千米。两个震源呈北西向分布。

2002年6月之后，地震频次、强度逐年增加。由2.9级到2003年的3.2级，上升到2004年的3.8级，2004年12月在天池火山南部10多千米处，发生了4.4级地震。地震频谱向低频发展，出现类似火山颤动地震，反映地下岩浆房崩塌诱发断裂的增强。

温度的升高可能引起P波速度的降低，或者岩浆的熔融或半熔融也会引起P波的速度降低。科学家根据实例测算，低速异常与岩浆体有如下关系：(www.xing528.com)

P波速度在3.5—4.7km/s，有50%—70%为熔融状态；

P波速度在4.8—5.6km/s，有35%—50%为熔融状态。

传统上认为，岩浆体有35%为熔融状态，就有喷发的可能。

这组测试数据太有用了，据此你可以利用地震纵波波速推导地壳下是否有熔融状态岩浆体，它埋伏多深，规模多大。

地震波速度成像显示，在天池北WQO观测台附近，埋深8—15千米深度，有一个近南北向的P波低速异常条带，S波最小速度约2.2千米／秒，厚度近20千米。可能是一条南北向的活动状态的岩浆房，该岩浆体可能有35%以上岩浆为熔融状态。

P波低速异常，还集中在天池西侧15千米以下。你不能不把它与老虎背下的温泉相联系，这样你就能明白老虎背下温泉的热是从哪里来的。

而在距离天池火山北部50千米的地壳中，则没有明显的低速层，证明那里地壳坚实。

这种纵波速度异常的变化图像，反映了天池火山口下方，上地幔壳之上可能有软化熔融岩——岩浆房分布。

☆什么是岩浆房或岩浆囊？

这是指脱离地幔源之上的一个存储岩浆的地方，它比上地幔岩浆离地表更近。

现实的例子是：2005年10月美国奥马特技术公司，在其帕纳地热发电站钻探作业期间发现了岩浆。工人在钻一个注入井时，在下面大约2.41千米，碰上了岩浆房。岩浆从钻孔向上喷涌约6.1米的高度，冷却后便像玻璃一样凝固。2008年在美国夏威夷大岛钻孔时，无意中发现一个岩浆房，岩浆温度1000℃以上，从地底喷涌而出，并以超乎寻常的速度冷却下来。两个例子说明，岩浆不只在地幔源，有时会沿断裂，上升到地壳的浅部位以岩浆囊形式存在。

4.大地电磁测深

这个低速体熔融状态的岩浆囊有多大，距地表有多深？

大地电磁测深剖面反演结果显示，天池火山下方10千米左右存在一低阻带，其向北延伸约20千米，底部深度可能达30千米。

在长白山北山门附近C07-C09号测点和C04-C05号测点之间，在埋深约7—17千米深处发现近直立型低阻带，低阻异常体，电阻率小于10Ω·m，与下方低阻体直接相连，推测低阻带内赋存有活动的岩浆；二维反演结果表明，沿测量剖面之上可能存在4个火山喷发点，分为原火山口和3个低阻异常区。

结论：长白山天池下方，北侧“U”形谷内，在水准测量8#—4#点之间地下，有岩浆囊存在，处于7—17千米深处，并且与下面岩浆通道相连。是我国目前最具喷发危险性的火山。

5.大地热流变化

大地热流是地球内部热能传输至地表的一种现象，是地球内部热在地表单位面积上和单位时间内，通过单位地球表面散失的热量，称之为大地热，大地热流的量值称大地热流量。

通常现代构造运动剧烈地域，热流量变化大。愈古老愈稳定的地区，热流量愈低。

李克、祖今华分别测算出，长白山平均地热梯度每深入百米升高3.6℃（3.6℃/100米），平均传导热流值179mw/m2（179毫瓦/平方米），高于全国平均热流值65毫瓦/平方米（65mw/m2）的三倍。

长白山内部的热能，因为距地表浅近，通过岩层传导和地热流体对流作用，以平常热流三倍数不断向地表面散失。

6.水文学研究

长白山温泉气体挟持着地壳深处的高温气体，以水泡形式不断冒出。CO2通量、CH4排放通量与意大利PantelleriaIsland火山气体通量规模相当。2003年泉群，逸出幔源氦气（He）增高，甲烷气（CH4）和二氧化碳（CO2）的碳同位素升高，表明天池区深部，时有上地幔岩浆气体的侵入活动。温泉和泉水中碳质主要来自上地幔，并与上地幔的挤压流动有关。如果氦气、甲烷气（CH4）和二氧化碳（CO2）等再大量溢出，就不妙了，它预示上地幔或岩浆房的热流体积极地向地表寻找出路！

聚龙泉水具有深循环特征，地表的多处温泉是地下水由岩浆热源经基岩烘烤产生，估计地下水流经5.4—5.8千米以下的地热储库，且该地热库位于岩浆喷发通道上，和深部相连。

综合上述六项异常，有三个推断：一是长白山天池具有再次喷发的可能，是座危险的活火山；二是其喷发形式为爆炸式；三是由于天池20亿吨水的存在，使喷发具有更大的破坏性。