日本东北部昭火山历史活动期间的泥浆再 mobilisation（重新流动）过程：从斜长石的纹理和成分角度进行的探讨

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Mush remobilisation process during historical activity at the Zao volcano, northeastern Japan: Perspectives from plagioclase textures and compositions

火山岩浆系统结构及活化过程通过岩晶体 textures 和 compositions 分析，结合热力学建模与扩散计时法，揭示了Zao火山Okama火山碎屑物中浅层岩浆库的混合与再激活机制。研究显示不同演化程度的岩浆（M?-M?）在软流体的动态重组过程中形成复杂 zoning 模式，Mg扩散模拟表明混合-喷发时间范围为数日到数百年，主要混合发生在喷发前数日。

　　在东北日本地区，佐贺火山（Zao volcano）的活动历史与岩浆系统内部的动态变化密切相关。通过对奥卡马（Okama）火山喷发产物——奥卡马火山碎屑（Okama pyroclastics, Okp）中火山晶体的纹理和成分进行详细分析，研究人员揭示了岩浆储库的结构、激活过程及其时间尺度。这项研究不仅加深了对佐贺火山历史喷发机制的理解，也为预测未来火山活动提供了重要依据。奥卡马火山自约800年前开始活动，至今已多次喷发，但其最新的喷发发生在1894至1897年。尽管佐贺火山在过去一个世纪内未发生喷发，但地质和历史记录表明其喷发频率较高，这提示我们该火山仍存在潜在的喷发风险。

火山碎屑的成分相对均匀，这可能反映了岩浆储库在长期活动过程中保持了某种稳定状态。然而，晶体的多样性表明，喷发前的岩浆系统经历了复杂的混合和重组过程。通过对晶体的系统分析，研究团队识别出了三种不同的岩浆环境：M1、M2 和 M3。这些环境的差异主要体现在温度、压力、水分含量和二氧化硅含量上。M1 是一种未充分演化、含有较高水分的岩浆，而 M2 和 M3 则分别代表了不同阶段的演化岩浆。M1 与 M2 的混合可能发生在喷发前的几周至几个月，而 M2 与 M3 的混合则可能在更短的时间内发生。这种混合模式表明，岩浆储库并非静态，而是通过持续的注入和混合过程保持活跃。

晶体的纹理和成分变化为理解岩浆系统的动态提供了关键线索。例如，振荡带（oscillatory zoning）的形成通常与岩浆条件的周期性变化有关，而斑点状、筛状和尘状带则可能由玄武质岩浆注入引起的重吸收过程形成。这些不同的结晶模式反映了岩浆在储库中经历的多种物理和化学条件变化。此外，六边形晶状结构的出现可能表明岩浆在喷发前经历了快速冷却过程，这种现象在一些喷发前的岩浆中较为常见。

研究还利用了镁扩散模型来确定混合到喷发的时间尺度。通过分析单个晶体内部镁元素的扩散模式，研究人员能够识别出喷发前的混合事件。例如，宽幅的高镁带可能指示混合发生在喷发前的三到七年，而窄幅的高镁带则可能与喷发前数天至数年的混合有关。这种高分辨率的时间尺度分析为理解岩浆系统的响应机制提供了重要数据，尤其是在喷发前的短期混合事件中，镁元素的扩散速度是关键因素。

为了进一步揭示岩浆储库的条件，研究团队结合了热压计（thermobarometry）、水含量分析（hygrometry）以及流体-熔体相互作用模型（rhyolite-MELTS）进行综合评估。这些方法不仅能够确定岩浆储库的压力和温度，还能帮助理解其中的挥发分含量和熔体成分变化。通过这些分析，研究人员发现岩浆储库内部存在显著的物理和化学异质性，这种异质性可能源于储库中不同部分的重新激活和混合。

在佐贺火山的喷发历史中，最新的喷发阶段（Stage VI）开始于约35,000年前，可能伴随着顶部分裂形成的Umanose火山口的形成。地质研究表明，佐贺火山的活动可以划分为六个不同的阶段，每个阶段都对应着不同的岩浆演化模式和喷发特征。这种长期的地质活动记录为理解岩浆系统的动态变化提供了重要背景，同时也强调了火山监测和预警系统的重要性。

研究团队通过对奥卡马火山碎屑中的长石晶体进行详细分析，揭示了岩浆系统内部的混合过程。长石晶体的纹理和成分变化不仅反映了岩浆条件的变化，还提供了关于喷发前岩浆重组的直接证据。例如，长石晶体中的振荡带和斑点状结构可能与岩浆在储库中的周期性变化有关，而六边形晶状结构的出现则可能指示了岩浆在喷发前的快速冷却过程。这些发现表明，岩浆系统内部的动态变化是复杂且多阶段的，而不仅仅是简单的混合过程。

此外，研究还强调了晶体在记录岩浆演化过程中的重要性。晶体的生长历史和成分变化能够反映岩浆在不同阶段的物理和化学条件，从而帮助科学家重建喷发前的岩浆状态。通过分析长石晶体的成分梯度，研究团队能够更精确地确定混合事件的时间尺度，这对于理解岩浆系统的响应机制至关重要。同时，研究还指出，晶体的多样性可能源于储库中不同部分的重新激活，这种现象在许多弧火山中都较为常见。

在方法上，研究团队采用了多种技术手段，包括背散射电子成像（BSE）和电子探针显微分析（EPMA）。BSE 成像用于分类晶体的纹理，而 EPMA 则用于定量分析晶体的化学成分。这些技术手段的结合使得研究人员能够更全面地理解晶体的生长历史和成分变化。同时，研究还利用了数值模拟方法，如 rhyolite-MELTS 模型，来预测岩浆储库的物理和化学条件。这些模型能够帮助科学家理解岩浆在储库中的演化路径，以及其在喷发前的混合过程。

通过这些分析，研究团队提出了一个关于岩浆储库重新激活的模型。该模型表明，岩浆储库内部的异质性可能由不同部分的周期性混合和重吸收过程引起。这种模型不仅适用于佐贺火山，也可能为其他弧火山的岩浆系统研究提供参考。研究还指出，火山监测系统在预测喷发方面的重要性，特别是在那些长期休眠的火山中。通过结合地质、矿物学和地球化学数据，科学家能够更准确地评估喷发的可能性，并为火山预警系统提供科学依据。

总之，这项研究通过对奥卡马火山喷发产物中晶体的详细分析，揭示了岩浆储库的复杂结构和动态变化。这些发现不仅有助于理解佐贺火山的历史喷发机制，也为其他弧火山的岩浆系统研究提供了新的视角。同时，研究还强调了晶体在记录岩浆演化过程中的关键作用，以及多学科方法在火山研究中的重要性。这些成果对于提高火山活动的预测能力、加强火山监测和预警系统具有重要意义。