火山危险性和空降碎屑灾害研究.pdf

摘要本文针对中国火山的类型和特点(潜在型火山),同时结合目前中国火山研究中的空白和社会需求,提出了亟待解决的科学命题,即火山危险性实用化评估方法以及爆炸性火山喷发的空降碎屑灾害实用化评估方法。给出适合于中国国情的这两种实用化方法或许是本文的贡献之处。本文针对火山孕育动力学过程中的几个阶段和时间尺度,总结了各个阶段对应的物理规律性和物理模型,提出以岩浆房内超压和岩浆通道内压力梯度以及岩浆补给速率为危险性评价因子,并对Maeda模型进行了改进,给出了岩浆补给速率的数学表达式。同时,给出压力梯度和岩浆房压力的临界指标。在此理论基础上给出了危险性的实用化评估方法: A、定量评估方法: (1)岩浆房压力Pn测定的垂直形变方法。(2)结晶压力Pc的测试方法(3)火山系统应力状态的评估方法。(4)火山压磁效应的计算方法。(5)喷发状态下重力异常指标。 B、定性评估方法: (1)火山区居里面局部抬升指标。(2)s波分裂现象是否出现及快波优势方向是否与区域应力场方向一致。(3)由火山区地震波的纵横波速比确定火山区的泊松比Y,再逐步给出泊松比Y 随时问变化的曲线,从而确定火山岩浆房目前的应力状态。 C、取K=log(Pn/Pm)作为危险程度指数,比较岩浆房现今应力与喷发危险时期应力量级上的差别,从而给出危险程度的定量化概念。本文在对镜泊湖火山区进行了大地电磁测深及航空磁异常反演和正演以及重力正演,火山岩角闪石电子探针测试分析,居里面深度反演的基础上,首次给出了镜泊湖火山危险性基础评估模型和评估参数。在比较了国际上火山研究历史上提出的若干空降碎屑空间分布模型基础上, 选择了日本火山学家Suzuki(1983)提出的二维模型为基础模型,并对此模型做了5点改进工作: (1)在认真推导Suzuki公式的基础上,对Suzuki公式适用范围进行了拓展,使计算结果精度更加提高: (2)对Suzuki模型中关键性参数?B参数给定的随意性提出置疑,通过数值实验和理论分析最终给出B参数的物理意义和解析表达式; (3)对于影响计算精度的另一个关键因素?火山区的风参数提出了风参数的精确计算模型和方法: (4)通过数值实验发现Suzuki模型仅考虑了远场中细粒火山碎屑的扩散问题,而忽略了近场处的碎屑抛射体分布问题。因此本文在Mastine(1991)的风剖面与抛射面重合情况下的单体碎屑抛射轨迹计算模型的基础上,推导出考虑到风和空气拖曳因素下的火山喷发碎屑抛射分布模型; (5)Suzuki模型在数值实验中还暴露出另外一个问题,没有考虑到火山喷发结束前喷发柱坍塌的过程,因此本文提出在不考虑火山口周围地形环境即不考虑碎屑惯性流动下的喷发柱坍塌模型。在此基础上,给出了岩石地球化学方法估算结晶压力和喷发压力,以封闭系统的混合流喷发动力学模型和Wilson的喷发柱高度计算模型来计算喷口速度和喷发柱高度,以SFT方法计算碎屑参数,以理论估算和喷发指数为参数的经验值给出碎屑喷发总量,以改进后的Suzuki模型计算碎屑的质量或厚度分布,从而系统给出火山空降碎屑灾害预测实用化方法。为了真正达到实用化的目的,编制了爆炸性火山喷发空降碎屑灾害预测应用软件包。同时对镜泊湖火山喷发空降碎屑灾害进行了数值模拟,提出了古渤海国灭亡原因的假说。关键词: 潜在型火山危险性爆炸性喷发空降碎屑灾害评估方法 Abstract The present d/Ssertationputs forward thescientificsolutions for廿le project needed tobe dealwithinterms ofthetype andchalacteristics ofvolcanoes inChina (potential activevolcanoes),bination withdemand and blank ofvolcano research copies with themetllod ofprediction about thehazard of potential activevolcanoesand the disastercaused byexplosive failingtepbm,which may be acontributionbecause itproposes twomethods for thepurpose ofprediction Forthestageand time scaleofvolcanoes dynamic process,the present paper slimsupphysical behaviors andphysical model for each stage,maimaining thatthe eleme