长白山天池火山泥石流展布特征及其灾害研究

长白山天池火山是我国最具灾害性喷发危险的活动火山,火山泥石流是最致命的火山灾害之一.本文根据距离火山口远近不同堆积物所展现的不同特征,基于野外实地调查的剖面,系统阐述了长白山天池火山千年大喷发形成的泥石流的物源、堆积方式及分布特征,探讨了火山泥石流的成因和灾害规模.通过对千年前火山爆发的分析,初步预测并划分了火山泥石流灾害的高、低危险区,并利用ERDAS软件对火山爆发造成的天池水下泻灾害（包括下泻的出水口及下泻流量）进行了预测,为本地区的防灾减灾提供科学依据.     

基于LAHARZ的泥石流堆积范围预测模型的建立及应用

为了探究泥石流的堆积范围,利用LAHARZ软件,对北京市密云县泥石流沟喇嘛栅子南沟进行了数值模拟。结合泥石流沟小流域1：10 000数字高程模型图,模拟了泥石流的堆积范围。首先利用中国部分地区泥石流体积和堆积范围的数据资料,获得了泥石流体体积与其堆积范围的新的统计模型B=11.42V^0.7156;然后通过模拟沟道与实际沟道的对比,确定了最佳沟道阈值为15 000;再结合现场调查统计和降雨历史资料,确定了10年、20年、50年和100年一遇暴雨条件的泥石流体积值,分别为56 500、72 900、94 200和113 100 m³;最后在此基础上对该条泥石流沟的堆积范围进行了预测。结果表明,100年一遇的暴雨条件下泥石流堆积面积为48 729 m²,到达最远距离约为490 m,已影响下游村庄。     

长白山火山次生泥石流灾害危险范围预测

长白山火山次生泥石流是由长白山火山喷发引起的火口湖中的水沿长白山北坡缺口,以类似水库溃坝的形式突然溢出而形成的短时间、大体积的水流,是携带着地表的松散堆积物,沿着沟谷和山坡向下快速流动的一种类似洪流的特殊泥石流.笔者在野外地质调查和室内模拟试验的基础之上,采用FLOW-3D数值模拟软件,对长白山火山喷发引起的次生泥石流灾害进行大范围的数值模拟,并着重研究其对二道白河镇地区的影响程度,旨在为政府决策和防灾提供依据.结果表明:泥石流总体积为30.27亿m³时,二道白河镇将完全被泥石流淹没;不论哪种泥石流体积假设情况,泥石流都将到达二道白河镇,并对其造成危害;一旦火山爆发,二道白河镇居民可逃生时间只有30~42 min.     

基于CFX的江口沟泥石流危险区范围预测模拟

拟建猴子岩水电站移民安置点位于江口沟泥石流堆积扇上,通过现场调查泥石流形成条件和运动特征,获得了1958年发生的50 a一遇泥石流危险区范围,根据雨洪法计算确定了泥石流的相关运动学参数。使用基于有限体积法的CFX软件,选择Bingham流变模型对江口沟泥石流流动过程的液面分布情况和速度场进行了三维数值模拟,得出了泥石流危险区范围和速度场分布情况。模拟结果显示,江口沟50 a一遇泥石流流过堆积区的平均速度为5.76 m/s,其中最大速度为13.59 m/s。数值模拟计算得出的危险范围较1958年扩大,是因为早期泥石流堆积物将原有地面特别是沟道附近地面抬高,使得现状条件下泥石流更容易向两侧漫流泛滥而扩大。上述结果为泥石流防治工程设计及危险区范围划定提供了一种新的方法,对工程实践具有重要的指导意义。     

基于FLO-2D数值模拟的工布江达县城泥石流灾害危险性评价

工布江达县位于藏东地区,雨季区内泥石流频发,对人民基本生活和区域经济建设与发展造成了严重影响。为研究藏东地区中—小型泥石流灾害对城镇居民聚集区的危害特征和潜在危险性,运用FLO-2D软件,以西藏自治区工布江达县县城周边居民分布较为集中的5条泥石流沟为研究对象,通过模拟泥石流泥深和流速等方面的冲淤特征,以县城典型泥石流沟模拟冲出结果为基础,确定泥石流强度并划定危险性分区,分析泥石流危险分区与居民聚集区之间的拓扑关系,评估县城周边泥石流危险性,为工布江达县城的城镇规划和防灾减灾提供技术参考。     

长白山天池火山千年大喷发期后火山泥石流沉积特征及其源-汇响应关系

源于长白山天池地区的火山泥石流沉积可分为粗碎屑岩块(岩屑)泥石流和细碎屑浮岩泥石流,它们沿二道白河和松花江水系搬运的路径为从距天池火山口40km的三合水电站经过丰满大坝(360km)和吉林市(380km)到小白旗屯(450km),形成广泛的沉积区域。这两类火山泥石流的沉积成因有两种解释:一是形成于千年大喷发同期,是由一次性洪水事件搬运和沉积形成的;二是形成于千年大喷发期后经过多次搬运和沉积的产物。两个模式的共同问题是都没有考虑天池当时是否有水及其蓄水过程。后一模式在某种程度上,还回避了导致岩屑与浮岩两类泥石流频繁互层的沉积物源和水动力条件以及二者的转换机制,而这恰恰是关于泥石流沉积成因的基本要素。通过重新研究火山泥石流经典剖面(位于天池西北57.73km的水田村),作者发现本区火山泥石流沉积存在明显的物源剥蚀区与沉积堆积区的反剖面关系。即无论是粒径32～500mm的粗碎屑还是0.0625～16mm的细碎屑,成分自下而上(或沉积早期到晚期)呈现规律性变化:剖面下部的碎屑成分以浮岩为主(浮岩在物源区位于顶部),向上粗面岩和玄武岩明显增多(在源区它们位于浮岩之下),而沉积序列上部的碎屑成分是在物源区处于较深层位的岩脉辉绿岩和基底流纹岩。整个序列碎屑成分的沉积分异特征明显。沉积构造和岩相组合特征显示,该火山泥石流剖面的下部和上部碎屑粒度细、分选较好、成层性好、水平状层理发育,主要表现为环境较为稳定的以地面径流为主的河流相和末端扇相背景沉积;中部粒度粗、成层性差、主要表现为突发性洪水作用导致的洪积相事件沉积。沉积序列中频繁出现的冲刷面构造指示水流强度曾出现周期性的快速增加。自下而上冲刷面规模由小变大再变小,指示水流强度由弱变强再变弱。为了探讨天池的积水条件和蓄水过程,作者基于达西定律和质量守恒原理,模拟计算降水量、蒸发量、地表径流量、火山机构整体的平均渗透率和天池积水速率之间的关系。结果显示,当天池火山机构平均渗透率高于6m D(毫达西)时,天池地区降水量减蒸发量即使高达2000mm/y,水亦会全部渗流而出,因此天池不存在积水环境。当降水量减蒸发量小于1500mm/y时,则天池火山体平均渗透率需要小于4m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。当天池降水量减蒸发量小于1000mm/y时,天池火山体平均渗透率需要小于2.5m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。将水田村火山泥石流沉积序列与天池蓄水过程计算结果加以对比,我们提出本区火山泥石流沉积序列的另一种成因解释:(1)这是形成于千年大喷发之后的以地面径流或河流为主的背景沉积与洪水导致的突发性事件沉积互层的序列;上部和下部的细碎屑层主要表现为背景沉积,中部的粗碎屑岩块泥石流主要表现为洪流事件沉积。(2)下部的背景沉积可能对应于天池千年大喷发之后的持续积水过程,时间可能不少于200年;而上部的背景沉积则对应于本区的水系和地貌逐渐稳定并接近于现今条件的稳定型河流沉积。结合天池北坡和西坡古老树木年轮指示的沙松冷杉生长年代(公元1749-1768)同时考虑松柏类植物对水系和地貌稳定性较为敏感等因素,推测上部沉积环境趋于稳定的时间应该不晚于公元十八世纪初。     

泥石流堆积过程数值模拟及防灾效益评估方法

根据动量守恒和质量守恒原理 ,研究建立了泥石流堆积过程的数学模型 ,运用有限差分法求解数学模型 ,用以模拟泥石流堆积的动态过程。在此基础上 ,结合云南省东川市深沟泥石流堆积区的实际情况 ,对泥石流灾害的危险范围和程度进行了分析评价 ;结合各类受灾体经济损失评价 ,对比防灾工程造价 ,进行了减灾效益分析评价。     

黏性泥石流拦挡工程数值模拟

运用计算流体动力学技术对泥石流中的Bingham黏性泥石流流体对拦挡坝的冲击进行了数值模拟,所用软件为通用CFD软件CFX,使用CAD软件AutoCAD和Unigraphics（简称UG）建立了泥石流沟谷三维地形及拦挡坝模型,计算出泥石流的速度场及泥石流流体对拦挡坝的冲击力的大小与分布。     

中国火山灾害区划研究历史回顾与未来展望

火山灾害区划是防御和减轻火山灾害的一种有效的方法.以中国境内规模最大、喷发危险性最高、潜在火山灾害最强的长白山天池火山为例,回顾我国火山灾害区划研究历史,讨论典型火山喷发活动引起的主要火山灾害类型、成灾机制和灾害效应,总结不同历史阶段各种不同类型火山灾害区划图的优缺点,并结合目前国际上火山灾害区划的研究现状和编图技术,对我国未来编制具有概率含义的火山灾害区划图的思路提出展望.     

长白山天池火山地质学研究的若干进展与灾害分析

通过以减轻火山灾害为目的的天池火山锥体顶部地区地质填图工作，发现了天池火山锥体附近不同期次火山泥石流，部分火山泥石流显示的高温定位特征指示了其与千年大喷发的成因联系。这些火山泥石流构成了严重的火山泥石流灾害，天池火山锥体近顶部大型滑坡体的发现则指示了天池火山另一种重要的灾害类型。滑坡体堆积物结构上可分为3种类型。天池火山千年大喷发时不同成分与物性的岩浆混合作用十分发育，指示了天池火山喷发前不同岩浆批的混合与共喷发机理。本文还论述了天池火山近代历史记录喷发物的分布与鉴别特征。     

长白山天池瀑布附近地质灾害

垂挂在长白山天池出口的长白瀑布是长白山名胜佳景之一,其西侧的悬壁羊肠小道是通往天池水面的必经之路,其东侧的悬崖峭壁和崎曲山脊与天文峰相连,其下方的温泉群常年热气缭绕引人入胜……。这些奇观险境如今都处于强烈风化剥蚀和重力作用之下。特别是节理和层理发育的岩层及风化壳,在冰冻、雪蚀、风雨的寒暑酷凿下,易发生垮塌、滑坡、泥石流等灾害。研究这些地质灾害与自然景观的保护颇具现实意义。     

长白山天池火山熔融包裹体均一过程研究及地质意义

在长白山天池火山爆破式喷发作用产物中的玻璃包裹体均一过程中,某种类型的物相变化常常集中于某个特定的温度区间。包裹体中气泡变小的温度有两个富集区间：在875~975℃之间气泡开始有明显的减小,而在1025~1125℃之间,气泡减小则十分强烈。包裹体粒度较小时,其均一温度往往都要低一些;而粒度较大的包裹体,其气泡粒度往往也较大,这些包裹体一般情况下都较难均一,有时甚至根本就不能均一。     

长白山北坡垂直植被带表土植硅体组合研究

长白山垂直分布的植被是欧亚大陆从温带到寒带植被水平地带性的缩影。对其北坡不同海拔高度植被带土壤中的植硅体进行初次研究,结果发现,该山北坡海拔700m到2630m的土壤中发育了形态和数量丰富的植硅体。不同植被带植硅体组合的含量各不相同,主要特征表现为随海拔升高示冷型的植硅体含量整体呈上升趋势,而示暖型的植硅体含量整体呈下降趋势。温泉附近土壤中的植硅体则表现出明显的与其上下相邻地点不同的特点。它对中国东北第四纪沉积物中植硅体组合的研究及第四纪古植被和古环境的重建可提供重要的基础性资料。     

长白山天池火山喷发历史文献记载的考究

长白山天池火山是世界著名的火山之一,是我国规模最大、最具有潜在喷发危险的一座近代活动火山。除了距今大约1000 a前（据14C测年）此火山曾发生过特大规模喷发外,还多次发生规模不等的火山喷发。本文通过收集和查阅几千万字的文史古籍资料,进行整理、筛选、考证和分析,认为长白山天池火山于1018年、1124年、1200年、1265年、1373年、1401年、1573年、1668年、1702年和1903年多次喷发过。     

感应矢量及其在长白山天池火山区的应用

磁场的垂直分量表征介质的水平不均匀性。描述Hz与Hx、Hy之间关系的感应矢量,是研究电性水平不均匀性的有利参数,它具有受局部畸变影响小,对电性噪声干扰不敏感等优点。由实感应矢量的方向和长度,可以确定地下电性不均匀体的位置、规模以及与周围介质的电性差异。实际应用表明,长白山天池火山区从表层到深部都存在低阻的电性不均匀体,浅部不均匀体与天池水和热资源有关,而深部的不均匀体可能与地下岩浆囊有关。     

长白山天池火山全新世喷发与岩石地球化学特征

全新世以来长白山天池火山以爆炸式喷发为特点,其喷发物包括空降堆积浮岩、熔结凝灰岩和碎成熔岩,除了极少量粗面质成分（SiO2<65％）,均属于碱流质火山碎屑岩（SiO2＝70%～73％,K2O+Na2O=10%～11%）。火山岩的矿物学（造岩矿物和残余矿物）和主微量元素、SrNd同位素地球化学研究表明,天池火山全新世火山岩与造锥阶段、造盾阶段火山岩是同源（幔源）岩浆演化的产物,全新世火山岩都具有强烈而相似的Eu、Ba、Sr、Ti负异常,指示了岩浆演化主要受斜长石的强烈分离结晶作用控制。     

长白山苔原带土壤温度与肥力随海拔的变化特征

土壤温度与土壤肥力的分解释放、植被生长密切相关。利用2015年8月至2017年6月长白山西坡苔原带5 cm土壤温度并测试其土壤肥力,分析了土壤温度与肥力随海拔的变化特征及土壤温度对苔原带肥力的影响。结果表明：（1）长白山西坡苔原带土壤最热月为8月,最冷月为1、2月。长白山西坡苔原带土壤年均温随海拔的升高而下降,垂直变化率为-0.44℃·（100m）^-1。月均温垂直变化率则有所差别,5-9月垂直变化率为正,其余月份垂直变化率为负。（2）海拔是土壤温度空间分异的主要影响因素,冷季土壤温度随海拔升高而显著降低。随着海拔升高,越稀疏的植被和越薄的土层使得土壤热容量越小,暖季土壤温度随海拔升高而显著升高。（3）长白山西坡苔原带土壤肥力,尤其是与植物生长关系密切的速效养分随海拔升高表现出先升高再降低,在植物多样性和丰富度及草本植物盖度最高的2 250 m处达到土壤肥力最高水平。低海拔（2 050~2 250 m）的土壤肥力水平明显高于高海拔（2 350~2 550 m）的土壤肥力水平。西坡苔原带土壤肥力的空间分异状况受草本植物入侵影响较大。（4）长白山西坡苔原带土壤肥力水平随土壤温度升高而升高,温度是土壤有机质分解和矿物质养分转化的限制性因素。建议山地苔原带生态系统生产和生态管理中要重点考虑草本植被入侵给土壤肥力带来的影响。     

长白山天池火山水热活动及气体释放特征

长白山天池火山属于新生代大型多成因复式火山,位于吉林省东部中-朝边境上.天池火山周围水热活动比较强烈,主要的水热活动区有天池北部的长白温泉群、天池湖滨温泉和天池西南的锦江泉群.长白聚龙泉群水温较高,一般为70~83 ℃,湖滨温泉水温20~40 ℃,锦江泉群水温为58 ℃左右.长白聚龙泉群水热活动相对更为强烈.在水热活动区,地下气体活动也相当强烈,地下释放气体的主要成分是CO2,同时含有稀少气体He、Ar和微量气体H2、CH4及少量O2和N2.长白和锦江两处泉群的地下释放气体中,其气体同位素地球化学特征表明,两处地下逸出气体均来源于地球深部,具有慢源气体特征.但是,长白聚龙泉地下逸出气体和地壳岩浆房有关,而锦江地下释放的气体则和地幔岩浆库及深大断裂有关.     

长白山天池火山区地下热流体化学特征研究

在长白山天池火山区及外围地区采集温泉和冷泉水样19个。计算了温泉水的热储温度和热储深度,分析了火山区地下热流体的化学组成特征及其变化规律。通过与外围地区的对比研究,发现Cl、F、B、Fe和Mn等组分是天池火山区深部热流体的特征组分,认为这些组分可能成为火山监测的灵敏组分。最后初步探讨了火山区水—岩平衡及浅层地下水的混合作用等问题。     

长白山天池火山公元1014-1019年大喷发的历史记录

长白山火山是世界著名的火山之一，是我国规模最大、最具有潜在喷发危险的一座近代活动火山。目前，国内外许多火山学者为了研究长白山火山最近一次大喷发年代问题，做了大量工作，并取得了一些年代资料，但一直未取得有关这次大喷发历史记载的证实。笔者等通过再次收集和查阅了大量文史古籍资料，通过整理、筛选、考证、对比和分析处理，首次发现了长白山（白头山）火山，于公元1014～1019年间一次大喷发的历史记载。这对于研究长白山火山喷发历史具有重要的意义。