遙感技術在長白山天池火山熔巖流 表殼類型結構研究的可行性分析

楊 帆季靈運孫立影李萌萌顧國輝閆東晗

1）中國長春130117 中國地震局火山研究所

2）中國長春130117 吉林省地震局

3）中國西安710054 中國地震局第二監測中心

溢流式熔巖噴發是火山噴發的一種常見形式，容易造成火山災害。從火口或裂隙呈液態噴發出的溶巖，沿地表向前流動，熔巖溫度逐漸降低，黏度隨之增大，流動速度逐漸減慢，直至停滯、凝結。炙熱熔巖流在流動過程中，會對沿途及周邊植被、建筑物和人員等造成破壞和傷亡。Andrew 和Rowland（2015）對aa 和pahoehoe 的力學原理、冷卻原理、流變學原理進行了詳細闡述，并對熔巖流單元的劃分和各種形態的熔巖構造進行了詳細說明。Mogren 等（2017）研究了阿瓦地區玄武巖熔巖流的空間分布，及其與地質特征的關系，應用各種遙感處理方法分析Landsat 8 衛星圖像，制作了崎嶇地形的火山災害地圖。Pedersen 等（2017）利用遙感影像觀測數據，恢復了2014—2015 年冰島Holuhraun 火山噴發的熔巖流動力學過程，重新劃分了熔巖流類型（包括aa、slabby pahoehoe 和spiny pahoehoe），并計算出各類型熔巖流的流速范圍。

本次研究區為中國東北地區的長白山天池火山，其地處我國東北多火山地區，在中國乃至全世界均是比較重要的火山研究地區。以長白山天池火山熔巖流為例，通過高分辨率衛星影像和數字高程模型（DEM），參考野外火山地質調查成果，對研究區老房子小山組熔巖流表殼類型的數字化快速劃分、熔巖流的流動過程恢復和動力學參數做嘗試性研究，確定火山噴發特征以及不同熔巖流流動單元堆積時序和空間分布，并分析該區地質地貌特征，為高精度火山地質填圖提供遙感技術支持。以數據處理流程和噴發過程反演為研究思路，利用ArcGIS 軟件，對長白山天池火山熔巖流進行地表粗糙度計算，并以此為依據，對表殼類型進行數字化快速劃分，得到不同熔巖流表殼類型以及與之對應的熔巖流流動單元邊界。在此基礎上，對于不同熔巖流單元，采用ArcGIS 進行室內面積測量和野外厚度測量，以恢復噴發體積。參考火山噴發歷史記錄，估計熔巖平均溢出率、平均速度等噴發動力學參數。依據結殼熔巖的熔巖流長度與平均溢出率之間關系的經驗公式，計算得出長白山天池火山地區1702 年爆發時熔巖流的平均溢出率和流速，并對結果進行檢驗。依據火山噴發破壞指數（Destructiveness Index）計算方法，估算1702 年長白山天池火山爆發時的破壞情況。

長白山天池火山熔巖流表殼類型的遙感研究作為本次工作的核心內容和成果，不僅為長白山天池火山熔巖流噴發過程提供了遙感學依據，也為以后該地區和其他火山區野外地質調查提供了遙感技術儲備。