《Journal of South American Earth Sciences》：Geological and volcanological constraints on a long-lived and multi-stage collapse caldera: The Caviahue caldera, Southern Volcanic Zone of the Andes
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火山活动与冰川环境的相互作用：Caviahue火山口两次塌陷周期的地质证据与结构分析
I.A. Petrinovic | I.R. Hernando | J. Martí Molist
阿根廷科尔多瓦市，CONICET-UNC地球科学研究中心（CICTERRA）
摘要
Caviahue破火山口是安第斯山脉南部火山带中发现的最大地形凹陷之一。本文提供了关于Caviahue破火山口的火山学、地层学、地质年代学和结构学数据，并补充了现有的地下信息。这些数据支持了两次破火山口塌陷周期的解释：第一次发生在127万年前（Caviahue破火山口），第二次发生在13.4万年前（Las Mellizas破火山口）。这两次塌陷的成分主要为中性岩，并具有几个共同特征，包括多个熔岩喷口的形成、与破火山口塌陷相关的火山碎屑流和熔岩层的广泛沉积，以及喷发间歇期间的碎屑沉积。127万年前的Caviahue破火山口并非由单一的灾难性塌陷事件形成，而是由多次熔岩喷发事件逐渐累积造成的，这些喷发事件类似于基性破火山口中常见的现象，其间夹杂着硅质系统的爆炸性事件。
Las Mellizas破火山口形成于13.4万年前，其形成过程始于破火山口形成前的熔岩流，随后在冰川环境下发生了与河流和冲积作用相关的沉积作用。随后发生了一次伴随破火山口塌陷的火山碎屑喷发，最终形成了破火山口后的Copahue火山。
两次破火山口塌陷周期均显示出喷发作用与冰川作用之间的相互作用，这一现象在火山岩和沉积岩中都有记录。这表明在127万年前，安第斯山脉南部地区仍然存在冰川作用。这种在冰川环境下同时发生喷发作用和熔岩流动的渐进式破火山口塌陷模式，可能是安第斯山脉南部火山带破火山口的典型特征。
引言
安第斯山脉南部火山带（SVZ，33°-46°S；Thorpe和Francis，1979）以基性至中性复式火山、基性单成因锥以及中性至硅质破火山口为特征（Stern，2004；Corbella和Lara，2008；Petrinovic等，2021）。近年来，人们对破火山口的研究取得了显著进展（例如Martí等，2008；Acocella和Rivalta，2019及其中的参考文献；Bouvet de Maisonneuve，2021），破火山口是地质学上最具破坏性的事件之一。破火山口的直径从几公里到几十公里不等（Cole等，2005），喷发岩浆的体积与其塌陷体积相关，同时也受岩浆成分的影响（Lipman，1997）。破火山口可能与地热系统（例如Sbrana等，2009）、金属矿床（Guillou-Frottier等，2000）相关联，有时还构成重要的碳氢化合物储层（例如Feng，2008）。
大型破火山口的形成通常伴随着超过一千立方公里硅质岩浆的爆炸性喷发（Lipman，1997；Cole等，2005）。当岩浆为基性至中性时，破火山口的形成过程规模较小，爆炸性较弱（或为喷发作用为主），且持续时间较长（Geshi等，2002；Michon等，2011；Acocella和Rivalta，2019）。
破火山口通常是长期存在的地质构造，其内部可能被后破火山口火山活动和沉积物填充，这使得识别破火山口内的沉积物变得困难，尤其是在没有重新隆起的情况下（如SVZ地区的破火山口；Petrinovic等，2021）。通过对Caviahue破火山口的研究，我们利用该区域的地热钻孔数据以及可见的破火山口内外地层进行了研究。
尽管安第斯山脉的破火山口位于汇聚边界，但南部火山带的破火山口与中部火山带的破火山口存在差异，这可能是由于汇聚参数和地壳条件的变化所致（Petrinovic等，2021）。SVZ破火山口的共同特征包括：i）破火山口形成单元的成分多样（安山岩质至流纹岩质）；ii）破火山口塌陷周期较短（<1百万年）；iii）破火山口直径小于26公里；iv）存在显著的后破火山口活动；v）大多数破火山口形成于第四纪。
本文对Caviahue破火山口进行了全面分析，它是SVZ地区最大的破火山口之一，同时具有硅质和基性破火山口的特征。我们对破火山口内部及周围地区的火山岩和沉积岩序列进行了详细研究，并在新地质图中进行了岩相划分。我们还从破火山口内外采集的火山碎屑岩中获得了两个新的放射性年龄数据。此外，我们还回顾了在破火山口内钻探的深度超过1000米的勘探井（YPF 1975、1976；JICA 1993）的资料，并进行了结构调查，以分析破火山口与Liqui?e Ofqui断层带（LOFZ，Lavenu和Cembrano，1999）之间的关系。
部分内容摘要
Caviahue破火山口
Caviahue破火山口（最初命名为“Bajo de Caviahue”，Groeber，1925，图1）几十年来从多个角度进行了研究，包括火山学（例如Pesce，1989；Mazzoni和Licitra，2000）、岩石学（Varekamp等，2006）、地质年代学（Linares等，1999）、地貌学（例如González Díaz，2005）、构造-结构学（例如Melnick等，2006；Barcelona等，2019）以及地热/热液作用（例如Agusto等，2013；Lamberti等，2019）等方面。
方法论
岩相的划分基于其形态、成分、结构以及基质和/或组分的特定特征，采用描述性术语进行定义。导致各岩相形成的搬运和沉积过程的解释参考了Cas和Wright（1987）、McPhie等（1993）以及Branney和Kokelaar（2002）的研究成果。本文基于野外工作结果绘制了新的地质图。
采用Ar/Ar放射性测年方法对浮石玻璃进行了同位素分析。
岩相分析
本文描述并解释了在破火山口边缘及其周围观察到的火山岩和沉积岩岩相，以及破火山口内的岩相（图2）。由于活跃的Copahue火山及其火山岩序列形成时间晚于113±7千年（Sruoga等，2022），因此在本研究中不予考虑。根据地层分布和岩相位置，我们将这些岩相分为两类：破火山口外岩相和破火山口内岩相（图2）。见表1。
火山-沉积环境
在火山环境中，火山作用与沉积作用通常同时发生，喷发间歇期间以冲积和河流作用为主（例如Smith，1991；Marren和Schuh，2009）。在冰川地区，喷发期间还可能发生与冰川融化相关的洪水事件（例如Marren和Schuh，2009；Lang等，2020；Bucher等，2024）。破火山口外岩相的序列记录了喷发与沉积过程之间的时间变化。
结论
本文基于野外观察、结构分析、地质年代学数据以及勘探井资料，对Caviahue火山中心的演化过程进行了解释。未发现支持该凹陷具有构造起源的结构证据。导致Caviahue破火山口形成的沉降过程可以归因于火山活动。据此，我们识别出两次破火山口形成周期：
作者贡献声明
Joan Martí Molist： 负责研究。I. R. Hernando： 负责研究。Ivan Alejandro Petrinovic： 负责研究
未引用文献
Bouvet等，2021；Hempton和Dunne，1984；Maizels，1997；Martí等，2008；Martí，2019；Phillips，2006；Quane和Russell，2005；Thorpe和Francis，1979；Walker等，1993。
利益冲突声明
? 作者声明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
作者感谢Adelina Geyer、Gerardo Aguirre、Gustavo Villarosa、Claudia Corazzato、Gianluca Gropelli、Damián Gutiérrez、Roberto Carniel、Silvina Guzmán、Catalina Balbis、Elías Pitzke、Ulrich Riller、Joaquín Bucher和Cecilia del Papa在野外工作中的贡献。特别感谢Neuquén省自然保护区管理部门在过去几年中的支持。本研究得到了MINCyT-CONICET-DFG项目的资助。
