日本箱根火山喷气孔场电阻率结构解析：蒸汽活动与近期热液喷发的深层机制

本研究通过可控源音频大地电磁法(CSAMT)揭示了箱根火山大涌谷喷气孔场的地下结构，发现热液系统被低电阻率盖层(caprock)覆盖，其顶部在2015年喷发前发生沉降。研究首次识别出盖层内部存在局部高电阻率蒸汽主导区(vapor-dominated zone)，提出喷气孔区下方存在双层蒸汽系统的新模型，为理解热液流体化学演化及喷发机制提供了关键证据。

　　

箱根火山作为日本著名的旅游胜地，其持续的地热活动既造就了壮观的喷气孔景观，也潜藏着致命的热液喷发风险。2015年发生的热液喷发事件引发学界对这类"热液主导型火山"地下结构的深入思考——为何喷发总发生在看似平静的区域？地表热液活动与地下结构有何关联？这些问题的答案对灾害预警和地热资源开发都至关重要。

为解开这些谜团，来自国内多家机构的研究团队对箱根火山最大的喷气孔场大涌谷(Owakudani)开展了系统性研究。通过整合电磁勘探、水文化学和地表形变监测等多学科数据，他们首次绘制出整个喷气孔场的精细电阻率结构剖面，相关成果发表在《Journal of Volcanology and Geothermal Research》上。

研究采用可控源音频大地电磁法(CSAMT)进行二维电阻率成像，覆盖了2015年喷发中心及其西部区域。通过布设东西向和南北向两组测线（共56个测点），采集23个频率（1-8192Hz）的电磁场数据，经近场校正后采用非线性最小二乘法进行二维反演，最大探测深度达500米。同时结合蒸汽生产井(SPW)的温度监测、人工温泉化学成分分析以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)获取的地表形变数据，构建了完整的热液系统模型。

【电阻率结构特征】研究发现大涌谷下方存在显著的向上凸起的低电阻率区（≤10Ωm），被解释为富含蒙脱石(smectite)的盖层结构。这个直径约500米的穹窿状盖层顶部位于2015年喷发中心以西的森林覆盖区，其顶部在喷发前出现沉降现象。值得注意的是，在盖层内部特别是南部区域存在明显的高电阻率异常区，与主要喷气孔和温泉的位置对应。

【双层蒸汽系统】研究提出创新性的"双层蒸汽主导系统"模型：下层是盖层下方的主要蒸汽区(MV)，其蒸汽温度可达163°C以上；上层则是分布在盖层内部的蒸汽囊(VP)。这种结构解释了为何人工温泉（MV蒸汽与雨水混合）与天然温泉（通过VP上涌）具有显著不同的Cl^-
/SO₄
^2-
比值——VP系统能选择性富集H₂
S等气体成分。

【喷发机制新解】2015年喷发与一条先存裂隙的再活化有关，该裂隙切入盖层内的高阻蒸汽囊(VP)。有趣的是，VP可能通过相变缓冲机制减轻了流体注入引起的压力骤增，这解释了为何喷发规模受限。InSAR监测发现喷发前西部存在直径500米的缓慢沉降区，恰好对应盖层穹窿顶部，表明热液系统存在区域性失压过程。

【热液活动控制】电磁勘探揭示所有活跃喷气孔下方均存在VP结构，而已废弃的喷气孔（如神奈场A、CD区）上覆厚层高阻带，反映蒸汽补给中断后形成的非饱和带。西部温泉区（如蛋池TMG）下方VP与深层MV相连，而2015年喷发中心的VP则相对独立，这种结构差异决定了它们对喷发事件的不同响应模式。

这项研究首次系统揭示了大涌谷喷气孔场的三维热液结构，建立了盖层内部蒸汽囊(VP)与地表地热活动的直接关联。提出的双层蒸汽系统模型突破了传统认识，为理解热液流体化学分异提供了新视角：MV作为主要蒸汽源输送热量和挥发分，而VP则充当"化学过滤器"，通过选择性富集H₂
S等组分塑造了独特的温泉化学特征。实践方面，盖层穹窿的识别为潜在喷发危险区划定提供了新指标——其边缘薄弱带更易发生流体突破。研究还证实2015年喷发属于典型的"位移型"热液喷发，即新注入流体驱替原有孔隙水导致喷发，这为同类火山的灾害预警提供了重要参考。未来需进一步探索VP形成的物理化学条件及其在喷发触发中的精确作用，这些认识将推动热液系统动力学模型的创新发展。