《Earth-Science Reviews》：A geological record of highly explosive eruptions from Sumatra (Indonesia)
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火山喷发活动对苏门答腊岛西部火山弧的频率、岩性和年代学研究具有重要价值。通过整合地层学、地球化学和年代学数据，揭示了该区域存在7.3万至4.8万年间的多次高爆炸发（VEI≥6），其喷发模式与岩浆储存条件相关，并建立了深海层与苏门答腊火山源的关联性。
F. Forni|M. Phua|M.G. Fellin|J.A. Oalmann|B. Jicha|K. Bradley|C. Maden|H. Rifai|C. Bouvet de Maisonneuve
米兰大学“Ardito Desio”地球科学系，20133米兰，意大利
摘要
印度尼西亚苏门答腊岛上的火山喷发虽然不频繁，但具有破坏性，能够形成破火山口，例如著名的托巴破火山口。尽管托巴火山喷发产生的凝灰岩已被广泛研究，但该地区其他剧烈喷发产生的火山碎屑沉积物却受到的关注较少。本文对巽他火山弧西部与剧烈喷发相关的火山碎屑沉积物进行了全面分析。我们采用多方面的方法，结合文献资料、原始的地层数据以及详细的地球化学和地质年代学研究。虽然所研究的火山碎屑沉积物主要为流纹岩成分，且对喷发前储藏条件的估计显示苏门答腊火山弧各区域的状况相似，但其特征性的地球化学特征和矿物组合能够识别出不同的火山来源。地质年代学数据显示，在约730万年前至3.3万年前，苏门答腊地区经历了多次剧烈喷发（VEI≥6），这些喷发常伴随破火山口形成，同时也有中等强度的喷发（VEI≤5）。剧烈喷发的频率在第四纪逐渐增加，并在最近4.8万年内达到峰值。这些发现显著重新定义了苏门答腊地区剧烈喷发的频率。此外，由于关于苏门答腊火山喷发的大部分信息来自来源不明的深海火山灰层，我们的研究结果为巽他火山弧及更广泛的东南亚地区的火山灰相关性研究提供了坚实的基础。
引言
剧烈破火山口形成型喷发是一种罕见但极具破坏性的自然现象。在这些喷发过程中，数十至数千立方公里的岩浆从地壳上部的岩浆房中排出，大量火山气体和颗粒被释放到大气中，对全球造成严重危害（Costa等人，2014；Oppenheimer，2003；Self，2006）。了解活跃火山区域破火山口形成型喷发的频率对于评估下一次灾难性喷发的可能性至关重要（Mason等人，2004；Rougier等人，2018；Sheldrake和Caricchi，2017；Whelley等人，2015）。喷发事件复发间隔的估计在很大程度上依赖于对火山区域喷发历史的了解。然而，由于多种因素（包括社会历史事件、地质研究的可获取性以及野外地点的偏远性等），这种了解往往不完整或零散（Burgos等人，2022；Jenkins等人，2020）。印度尼西亚的苏门答腊岛以其托巴岩浆系统而闻名，该系统在过去约160万年中至少发生了四次破火山口形成型喷发（Chesner等人，1991；Chesner和Rose，1991；Knight等人，1986）。其中最近且最著名的喷发是年轻的托巴凝灰岩（约7.4万年前），这是第四纪已知的最大规模剧烈喷发，形成了一个宽约100公里×30公里的破火山口（Chesner，1998；Costa等人，2014）。除了托巴破火山口外，通过遥感调查在苏门答腊岛上还发现了至少12个其他大型破火山口（直径≥5公里），这些破火山口可能与火山爆发指数（VEI）为6至7的剧烈喷发有关（Whelley等人，2015）。然而，由于这些破火山口位置偏远、地形崎岖且植被茂密，许多破火山口尚未得到充分探索，这使得在该地区的野外工作极具挑战性。关于苏门答腊火山喷发的关键信息主要来自印度洋深海沉积物中的火山灰层（Bouvet de Maisonneuve和Bergal-Kuvikas，2020；Kutterolf等人，2023；Phua，2022；Phua等人，2025；Salisbury等人，2012）。然而，由于我们对苏门答腊火山的了解存在空白，这些深海火山灰层的真实来源仍不清楚。这些观察结果表明，苏门答腊的火山活动历史比之前认为的更为复杂，进一步地质研究对于揭示其完整的喷发历史至关重要。
我们研究了从苏门答腊西北部到东南部地区在剧烈喷发期间沉积的火山碎屑单元的火山学、地球化学和地质年代学特征。通过将新的数据与现有文献资料相结合，我们首次揭示了苏门答腊地区剧烈喷发的频率和规模、喷发岩浆的成分变化及其喷发前的储藏条件。这些关于剧烈喷发的新认识为未来的火山灰年代学研究提供了坚实基础，并有助于更准确地评估该地区的火山灾害。
地质背景
苏门答腊岛（印度尼西亚）从西北部到东南部延伸约1760公里，与印度洋中的巽他海沟平行（图1）。其形成原因与印度-澳大利亚洋板块俯冲到欧亚大陆板块之下有关，俯冲速率为每年5-7厘米（Hamilton，1979；Prawirodirdjo等人，2000）。板块运动的方向导致爪哇附近为垂直俯冲，而在苏门答腊则为斜向俯冲，斜向俯冲通过走滑作用得以调节。
采样与体积计算
在苏门答腊的野外调查中，我们识别出了与北苏门答腊、西苏门答腊、占碑、南苏门答腊和楠榜省的剧烈喷发相关的火山碎屑沉积物（图2、图3、图4）。这些沉积物主要由未固结的火山碎屑物质组成，其中较少见的是焊接结构。我们对这些年轻物质的主量和微量元素成分进行了分析（包括浮石/黑曜石碎屑、基质玻璃等）。辛库特破火山口
辛库特破火山口位于北苏门答腊，宽度约为9公里，位于托巴破火山口的东北方向，距棉兰以南约40公里。破火山口南部和东南部被高达约300米的火山口壁所包围，破火山口形成前的熔岩暴露在外（图2A）。部分侵蚀后的破火山口后构造——辛普拉南安山，位于破火山口的东北侧。破火山口内部分布着三座较年轻的火山，呈西北-东南走向（辛托山等）。区域成分变化的原因
对苏门答腊东北部到西南部火山碎屑沉积物的地球化学分析显示，岩浆成分存在明显的区域差异，尤其是K2O和CaO含量方面（即北苏门答腊、南苏门答腊和楠榜的凝灰岩中K2O含量较高，而西苏门答腊和占碑的K2O含量较低；图14）。这些差异可能源于：1）涉及不同矿物相的数量和类型的结晶过程；2）不同的岩浆储藏条件。结论
我们对苏门答腊西北部到东南部地区与剧烈喷发相关的火山碎屑沉积物进行了全面的火山学、地球化学和地质年代学研究。大多数火山碎屑单元的分布范围达数百至数千平方公里，厚度达数十米（如辛库特、霍蓬、马宁阿朱、科托拉贾、松盖佩努、克林奇、科托佩泰、帕索马、拉瑙和年轻的楠榜凝灰岩），而其他一些单元的暴露范围较为有限。未引用的参考文献
Gafoer等人，1992c
Phua等人，无日期
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本项工作得到了新加坡国家研究基金会（NRF-NRFF2016-04）的支持。我们非常感谢Marcel Guillong在建立锆石测年方法方面提供的宝贵帮助，以及他在许多建设性讨论中的支持。同时，我们也感谢Rizaldi Putra（帕当国立大学的学生）和Prima Satria在苏门答腊野外工作中给予的帮助。此外，我们还要感谢Stephen Foley出色的编辑工作。
