安山质科利马火山与英安质圣海伦斯火山熔岩穹隆喷发中地震活动的对比研究及其岩浆气体赋存特性差异的启示

本研究针对安山质科利马火山（2016–2017）与英安质圣海伦斯火山（2004–2008）熔岩穹隆喷发中地震活动的差异性问题，通过对比分析内源性（endogenous）与外源性（exogenous）穹隆生长模式的地震信号特征，揭示了岩浆气体赋存特性（gas-rich vs. gas-poor）对喷发动力学的影响，为火山灾害预警提供了新的理论依据。

　　

火山喷发是地球内部能量释放的壮观现象，而熔岩穹隆（lava dome）的形成更是其中极具破坏力的过程之一。当粘稠的岩浆无法自由流动时，它们会在火山口堆积形成穹隆状结构，这种结构的不稳定生长和崩塌常伴随剧烈地震活动与灾难性碎屑流。尽管熔岩穹隆喷发占全球火山活动的6%，但其非线性动力学特性（如结晶与脱气过程）使得喷发行为难以预测。更棘手的是，不同岩浆成分（如安山质andesitic与英安质dacitic）和生长模式（内源性endogenous与外源性exogenous）可能导致截然不同的地震信号特征，而现有研究尚未系统揭示其内在关联。

针对这一科学难题，研究人员以科利马火山（Volcán de Colima）和圣海伦斯火山（Mount St. Helens）为天然实验室，对比分析了2016–2017年与2004–2008年两次典型熔岩穹隆喷发的地震活动。科利马火山的安山质岩浆富含气体（gas-rich），以内源性生长为主，新岩浆从穹隆内部膨胀；而圣海伦斯火山的英安质岩浆气体贫乏（gas-poor），表现为外源性生长，熔岩以脊柱（spine）形式在表面堆积。这种"端元式"对比为理解岩浆-地震耦合机制提供了独特窗口。

研究团队采用宽频带地震记录分析技术，结合火山形变监测数据，系统解析了两类喷发的地震信号频谱特征与时空演化规律。科利马火山的观测数据来自RESCO地震台网，圣海伦斯火山则依托美国Cascade火山观测站网络。通过时频分析（time-frequency analysis）与事件分类统计，研究人员发现：内源性喷发以爆炸型地震（explosive seismicity）为主导，与岩浆房气体压裂（gas-fracturing）密切相关；而外源性喷发则以构造型地震（tectonic seismicity）为主，反映熔岩脊柱剪切滑移（shear slip）过程。

Seismicity accompanying the 2016–2017 endogenous episode at Volcán de Colima
科利马火山的内源性喷发呈现典型三阶段地震模式：初期高频火山构造地震（VT）伴随穹隆膨胀，中期低频长周期事件（LP）指示岩浆-气体运移，后期爆炸地震（EX）对应穹隆碎裂。特别值得注意的是，气体富集岩浆导致频发的火山颤动（tremor）与脉冲式压力释放，这与岩浆房周期性脱气（outgassing）过程高度吻合。

Seismicity accompanying the 2004–2008 exogenous eruption at Mount St. Helens
圣海伦斯火山的外源性喷发地震活动则呈现显著差异：持续性的混合频率地震群（hybrid events）与熔岩脊柱挤出速率呈正相关，反映脆性-韧性过渡带的断层活化。缺乏显著爆炸地震的现象佐证了低气体含量岩浆的"安静"挤出机制，而表面崩塌事件（rockfall）的地震信号则具有独特的锯齿状波形特征。

Discussion
研究揭示岩浆气体赋存状态是控制地震信号差异的核心因素：科利马火山的气体富集岩浆产生高孔隙压力，导致张性破裂与爆炸地震；而圣海伦斯火山的气体贫乏岩浆则以粘塑性变形为主，地震能量主要通过剪切摩擦释放。这一发现突破了传统上单纯依赖岩浆粘度解释地震差异的认知框架。

Conclusions
该研究首次建立了熔岩穹隆生长模式-岩浆气体特性-地震活动特征的关联模型，为火山监测提供了可量化的判别指标。内源性喷发的地震前兆以高频成分为主，适合短期预警；外源性喷发则需关注持续低频信号，反映长期构造应力积累。论文发表于《Journal of Volcanology and Geothermal Research》，其成果对理解硅质火山喷发多样性具有里程碑意义，尤其为人口密集区的安山质火山（如环太平洋带）灾害防控提供了科学依据。