涠洲岛南湾火山射汽岩浆喷发过程及火山碎屑涌浪搬运机制实验模拟

Nanwan volcano is a large-scale phreatomagmatic volcano on Weizhou Island and rarely seen in China. Various types of pyroclasts appeared around Nanwan maar. The magma-water interaction of phreatomagmatic activity and related particle transportation mechanism of pyroclastic surges are long-term concerns for volcanologist. The features of pyroclasts dispersal and micro-morphology of fine ash recorded the physical mechanism and eruption environment. Bedding variation and grain size distribution of pyroclastic surge preserved the information of flow transportation process and rheology. This project will investigate the dispersal characters and micro-morphology of fine ash of different kind of pyroclasts, to reveal the process and environment of explosive eruption of Nawan maar. More importantly, the bedding form evolution and particle size distribution of typical pyroclastic surge will be inspected and simulated, by scanning the outcrop and experimental simulation, to explore the space evolution of dilute pyroclastic density currents and establish the relationship among eruption scale, rheological region and particle size distribution. This project could enhance the understanding of Nanwan explosive eruption process, enrich the fundamental physics of dilute pyroclastic density currents and provide supports for the volcanic hazards assessment in Beibu Gulf.

涠洲岛南湾火山是国内少见的大型射汽喷发形成的玛珥火山，碎屑物类型多且分布广泛。射汽岩浆喷发的水-岩浆作用过程和喷发形成的火山碎屑涌浪搬运机制一直是火山学研究的重要内容。不同类型火山碎屑堆积物的展布方式和火山灰形貌记录了射汽岩浆喷发的物理机制和喷发环境；火山碎屑涌浪堆积物的空间层理演变和粒度分布特征含有流体搬运和流变信息。本项研究结合火山地质调查、镜下碎屑物粒度分析、扫描电镜碎屑物形貌分析，探讨南湾火山爆炸性喷发的碎屑物分布特征并揭示其喷发物理机制和喷发环境。更重要的是，利用空间测站仪扫描和实验模拟的手段，对典型火山碎屑涌浪堆积物的层理演变和粒度分布特征进行调查和相似物流体实验模拟，探索低密度火山碎屑流的空间演变规律，并建立喷发规模、流变区域和粒度分布特征之间的物理关系。本项研究的结果将加深对南湾火山喷发过程的理解、丰富火山碎屑涌浪的物理基础并对北部湾火山灾害的预警提供理论依据。

涠洲岛的火山喷发活动具有多期、多旋回的喷发特点，保存了大面积的射汽岩浆喷发的火山地貌。射汽岩浆喷发火山碎屑涌浪具有特殊的流体化特征，其堆积物的沉积构造、展布、碎屑粒度分布和碎屑微观形貌对火山喷发过程、火山碎屑涌浪搬运机制具有指示意义。本项目按计划对南湾火山周围的8个剖面（含两个连续出露剖面：红色之路垂直连续剖面、灯塔–滴水丹屏横向连续剖面）进行了堆积物在不同位置演化、不同沉积构造和结构特征的调查研究。对涠洲岛其他火山和钻孔剖面也进行了调查。.本项目通过建立不同剖面堆积物特征、统计分析代表性剖面中的碎屑粒度分布、解析堆积物颗粒微观形貌，为建立南湾火山的喷发过程、喷发环境和火山碎屑涌浪的搬运模式积累了一手资料。目前调查到南湾火山堆积物分布限于东部海岸仔坑村附近，西部海岸涌浪堆积物未到石螺口；认为整体上南湾火山的喷发环境经历了富水–贫水–富水的变化。南湾灯塔剖面堆积中的厚块状堆积结构，在向西300-500 m的距离演化成为具有弱层理的块状堆积结构，在向西1300 m的剖面中逐渐演化为具有波状层理和平行层理的堆积层。这一方面显示了堆积物随着火口距离增加，能量不断减弱，也暗示了本套火山碎屑涌浪在300-500 m位置是一个关键的流态转折点。增生火山砾被认为是湿涌浪的标志之一，本项目在南湾火山周边的灯塔剖面、南湾南西内缘剖面、红色之路剖面都发现了增生火山砾，暗示这些层位是湿涌浪堆积形成的，并间接显示南湾火山喷发过程中存在更多的水环境差异。.本项目的执行受到了新冠肺炎疫情的影响，但及时调整了研究内容。已发表调整过方向的研究论文1篇（SCI），1篇论文在投；本项目计划的研究内容在备稿阶段。本项目与课题组人员合作，协助培养了1名硕士研究生（已毕业）；协助联合培养2名硕士研究生，1名已毕业，1名在读。本项目计划出国参加国际会议一次（加拿大），根据当时的国际政治局势，项目负责人取消了参会计划，费用改用于国内野外考察。