基于更新的地质测绘、岩石学和地质年代学研究的索科帕火山（安第斯山脉中部火山弧）喷发历史

《Journal of South American Earth Sciences》：Eruptive history of Socompa volcano (Central Andes volcanic arc) via updated mapping, petrology and geochronology

　　

摘要

索科帕火山（24.40°S，68.25°W）是中部安第斯火山弧中最大的活动层状火山之一。它经历了一次重大的全新世扇形崩塌，产生了约 37 km³ 的碎屑岩流沉积物，该沉积物已被广泛研究，但其喷发历史仍缺乏明确的约束。新的野外和遥感地质填图、岩石学、全岩地球化学、年代学，以及更新后的形态参数和体积估算，使我们能够重建索科帕的演化历史。我们识别出三个主要阶段：(i) 崩塌前建设阶段，构建了火山锥体的大部分，由英安岩质 (>64 % SiO₂) 熔岩穹丘和离散熔岩流组成的基底溢流系列，以及由英安岩质至安山岩质 (<64 % SiO₂) 更复杂的熔岩流和熔岩流痕组成的主溢流系列组成；(ii) 崩塌同期建设 - 破坏阶段，包括英安岩质的爆发系列，其最显著的沉积物是 2–3 米厚的 (亚) 普林尼式浮石降落沉积，以及由扇形崩塌产生的碎屑岩流沉积物；(iii) 崩塌后建设阶段，由英安岩质熔岩穹丘、熔岩流和次要的火山碎屑沉积组成的上溢流 - 爆发系列，这些沉积物在崩塌剧场内部分重建了火山锥体。获得了主溢流系列熔岩的两个新的锆石双定年喷发年龄，分别为 37.3 ± 2.2 ka 和 9.1 ± 1.3 ka。基性微晶包体，通常为安山岩质至玄武安山岩质成分，广泛分布于所有熔岩产物中。地球化学和岩石学特征表明岩浆演化主要由开放式系统中的分异结晶主导，伴有间歇性补给、混合和交融，以及地壳相互作用。U–Th 锆石结晶年龄（约 100 至 >350 ka）显著早于喷发年龄（约 69–5.9 ka），表明岩浆储集时间漫长以及锆石群体的再活动，这可能与邻近的埃尔涅格里亚尔火山场共享的长寿区域性岩浆储库有关。火山锥体的大部分在过去约 100 kyrs 期间相对迅速且连续地生长（约 1 km³/kyr）。全新世的高生长速率（同样约 1 km³/kyr），加上少量温泉的存在和最近检测到的地表变形，表明索科帕目前处于活跃的建设阶段，因此是一个潜在危险的火山系统。

引言

中部安第斯火山弧拥有众多大型活动及潜在活动的更新世 - 全新世层状火山（例如，de Silva and Francis, 1991; W?rner et al., 2018; Grosse et al., 2025）。这些火山是理解大陆弧岩浆系统演化的关键（例如，Thouret et al., 2001; Hora et al., 2007; Klemetti and Grunder, 2008; Muir et al., 2015; Grosse et al., 2018; Aguilar et al., 2022），并代表了重大的火山灾害风险（例如，Bertin et al., 2022; Reyes-Hardy et al., 2024）。在此背景下，索科帕火山（24.40°S，68.25°W）尤为重要，因为它是中部安第斯火山弧中最大的活动层状火山之一（Ramírez, 1988; Grosse et al., 2022a; SEGEMAR 阿根廷火山监测台；SERNAGEOMIN 国家火山监测网；Aguilera et al., 2022a; Global Volcanism Program, 2024; Reyes-Hardy et al., 2024）。

以往对索科帕火山的研究主要集中于其西北翼的扇形崩塌，该崩塌产生了中部安第斯最大的碎屑岩流沉积物（Francis et al., 1985; Wadge et al., 1995; van Wyk de Vries et al., 2001; Kelfoun and Druitt, 2005; Kelfoun et al., 2008; Shea and van Wyk de Vries, 2008; Davies et al., 2010; Doucelance et al., 2014; Grosse et al., 2022a）。虽然这些研究提供了关于索科帕碎屑岩流崩塌机制及其沉积物特征的基本信息，但火山锥体的完整喷发历史仍缺乏充分的约束。特别是，虽然 Grosse 等人（2022a）确定了崩塌事件的时间并测定了多个崩塌前和崩塌后的喷发产物年龄，但关于溢流和爆发事件的序列、相关单位的层序组织、将其分类为喷发相和演化系列，以及潜在岩浆系统的动力学，仍存在重要不确定性。

在本贡献中，我们基于新的野外工作、地质填图、岩石学、全岩地球化学和年代学，对索科帕火山的喷发历史进行了全面修订。将我们的新数据与已发表的信息相结合，使我们能够识别出一个纯粹建设性的崩塌前阶段，包含两个喷发系列，即基底溢流系列和主溢流系列，随后是一个建设性 - 破坏性的崩塌同期（广义上）阶段，包括爆发系列以及与扇形崩塌事件相关的沉积物，最后是一个崩塌后建设阶段，由溢流 - 爆发上溢流 - 爆发系列代表。这一框架不仅阐明了塑造索科帕火山锥体的事件序列，还为潜在的岩浆过程提供了见解，并使得能够与中部安第斯火山弧中的其他大型层状火山进行比较，从而有助于更稳健地理解其喷发动力学和相关危害。

片段

区域背景

安第斯中央火山带 (CVZ)（约 14-28°S; 图 1a）横跨西科迪勒拉山脉和阿尔蒂普拉诺 - 普纳高原（Thorpe, 1984; Stern, 2004），并通过秘鲁南部、玻利维亚西部、智利北部和阿根廷西北部延伸约 1,800 公里。其特征是厚大陆地壳（高达约 75 公里；例如，Beck et al., 2015）以及自至少晚渐新世以来持续活跃的火山活动（例如，Trumbull et al., 2006; W?rner et al., 2018），由

野外工作与采样

地质填图、描述和不同单位的采样是在几次野外考察期间进行的。对于溢流相，描述了表面形态（包括流堤和折痕）、保存程度、接触关系、岩石学以及包体的存在。对于火山碎屑和火山碎屑岩沉积，挖掘了深达 2 米的剖面，并描述了结构、层理、固结程度、颜色、粒径以及浮石和岩屑的比例

结果

为了表征索科帕火山的地质演化（图 3 和表 1），我们识别出三个主要阶段：(i) 明显的崩塌前建设阶段，分为基底溢流系列和主溢流系列，产生了火山锥体体积的大部分；(ii) 崩塌同期（广义上）建设 - 破坏阶段，包括爆发系列，该系列在时间上与主扇形崩塌密切相关，以及 DAD 本身；以及 (iii) 崩塌后建设阶段

索科帕火山的演化

索科帕火山的喷发历史是连续且迅速的，导致在中更新世晚全新世期间约 100 kyrs 内构建了 CVZ 中最大的层状火山之一。明显的不连续性缺失使得难以应用基于不整合面的地层学。唯一主要可识别的不连续性是扇形崩塌疤痕，以前用于区分崩塌前和崩塌后单位（例如，Wadge et al., 1995; Grosse et al., 2022a）。

结论

索科帕火山在过去约 100-200 kyrs 中生长迅速（约 1 km³/kyr）且连续，构建了中部安第斯火山弧中最大的层状火山之一，并具有该地区最高的火山锥体生长速率之一。喷发产物包括熔岩穹丘、熔岩流痕、熔岩流和火山碎屑沉积，主要为英安岩质，次要为安山岩质成分。初始活动（基底溢流系列），大致约束在约 140 至 60 ka 之间，主要由

CRediT 作者贡献声明

罗桑娜·德·罗萨 (Rosanna De Rosa): 写作 – 审阅与编辑，资源，方法论，调查，形式分析，数据策划。彼得鲁斯·勒鲁 (Petrus Le Roux): 写作 – 审阅与编辑，资源，方法论，调查，形式分析，数据策划。阿克塞尔·K·施密特 (Axel K. Schmitt): 写作 – 审阅与编辑，资源，方法论，调查，形式分析，数据策划。奥古斯丁娜·C·维亚格兰 (Agustina C. Villagrán): 写作 – 审阅与编辑，可视化，方法论，调查。巴勃罗·格罗瑟 (Pablo Grosse): 写作 – 初稿，验证，

未引用参考文献

Bardelli et al., 2023; NACSN, 1983; NACSN, 2005; SEGEMAR 阿根廷火山监测台，2026; Red Nacional de, 2026。

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究由阿根廷国家科学技术推广局 (Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica) 项目 PICT-2017-2798 和 PICT 2021-GRF-TII-00421，以及米格尔·利略基金会 (阿根廷图库曼) 项目 G-0031-1 资助。TanDEM-X DEM 由德国航空航天中心 (DLR) 通过提案 DEM_GEOL1342 提供。MD 由澳大利亚研究理事会 (ARC) 发现资助计划 (DP230103085) 支持。作者感谢使用位于

Facundo D. Apaza|Pablo Grosse|Silvina R. Guzmán|Martin Dani?ík|Rosanna De Rosa|Petrus Le Roux|Axel K. Schmitt|Agustina C. Villagrán

北方生物与地球科学研究所 (IBIGEO), UNSa-CONICET, 阿根廷萨尔塔省罗萨里奥·德·莱尔马 9 de Julio 14, 4405