火山深部巖漿房系統(tǒng)（Magma chamber system）和巖漿過程是火山學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)問題。長白山火山是我國規(guī)模最大、最具噴發(fā)危險性的活火山，其頂部直徑5-7 km的破火山口（長白山天池）由公元946年左右發(fā)生的長白山千年大噴發(fā)（Millennium Eruption）形成，此次噴發(fā)被認(rèn)為是全球兩千年來最大的噴發(fā)事件之一，噴發(fā)物體積超過200 km3，火山灰最遠(yuǎn)飄落到日本。千年大噴發(fā)的發(fā)生，提示長白山火山從以巖漿溢流為主的造錐階段，進(jìn)入劇烈爆炸式破火山口噴發(fā)階段。千年大噴發(fā)之后，長白山火山又經(jīng)歷了幾次百年周期的小規(guī)模噴發(fā)。目前對長白山破火山口噴發(fā)階段，火山由溢流式向大規(guī)模爆炸式噴發(fā)轉(zhuǎn)換的成因，火山周期性噴發(fā)規(guī)律成因，火山噴發(fā)動力和觸發(fā)機(jī)制等科學(xué)問題還缺乏深入認(rèn)識，給長白山火山噴發(fā)預(yù)測和預(yù)警帶來巨大挑戰(zhàn)。
火山深部巖漿房系統(tǒng)是火山形成、演化和噴發(fā)的根本動力來源，為了更好的解決以上科學(xué)問題，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院衣健博士、單玄龍教授、王璞珺教授與意大利國家火山與地球物理研究所Guido Ventura 教授、吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院田有教授、吉林省長白山天池火山監(jiān)測站武成智高級工程師合作，在國家自然科學(xué)基金、吉林省自然科學(xué)基金和吉林大學(xué)學(xué)科交叉融合創(chuàng)新項目的共同資助下，針對長白山深部巖漿房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和巖漿過程開展了系統(tǒng)研究。
通過多次聯(lián)合野外地質(zhì)考察，厘定了長白山破火山口階段火山噴發(fā)序列。即長白山破火山口階段噴發(fā)主要由天文峰期（TWF）、千年大噴發(fā)第一期(ME-I)、千年大噴發(fā)第二期(ME-II)等三次中等-大規(guī)模普林尼式噴發(fā)構(gòu)成（圖1）。在野外地質(zhì)研究基礎(chǔ)上，利用包裹體溫壓計和礦物溫壓計估算巖漿駐留深度，結(jié)合地震、大地電磁成像，提出長白山破火山口階段存在由淺部巖漿房（埋深0.5-3 km）、中地殼巖漿房（埋深10-15 km）和殼幔邊界殘留基性巖漿房（40 km左右）構(gòu)成的復(fù)合巖漿房系統(tǒng)（圖2）。進(jìn)一步根據(jù)主微量元素和Sr-Nd同位素分析結(jié)果，區(qū)分出三條巖漿演化路徑。結(jié)合巖石學(xué)、礦物學(xué)分析，認(rèn)為天文峰期和千年大噴發(fā)第一期的堿流質(zhì)浮巖噴發(fā)由淺部巖漿房系統(tǒng)控制，中地殼巖漿房起到了巖漿補(bǔ)給站的作用，即淺部巖漿房中堿流質(zhì)巖漿均繼承自中地殼巖漿房中造錐期殘留的粗面質(zhì)巖漿，為粗面質(zhì)巖漿向堿流質(zhì)巖漿演化后，上升并注入到淺部巖漿房逐漸聚集形成。而千年大噴發(fā)第二期粗面質(zhì)浮巖則直接來自破火山口階段中地殼巖漿房中新注入的粗面質(zhì)巖漿。
綜合以上研究，提出中地殼巖漿房中新生的粗面質(zhì)巖漿快速上升并突然注入淺部堿流質(zhì)巖漿房是千年大噴發(fā)最可能的觸發(fā)因素，并引起了千年大噴發(fā)第一期和千年大噴發(fā)第二期兩次噴發(fā)時間相近，噴發(fā)物巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)屬性具有較大差異的火山噴發(fā)作用（圖3）。
圖1 長白山火山噴發(fā)序列（天文峰）
圖2 長白山破火山口階段復(fù)合巖漿房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 長白山千年大噴發(fā)巖漿過程示意圖
上述研究成果發(fā)表在國際地學(xué)期刊《Geoscience Frontiers》和《Journal of Volcanology and Geothermal Research》上。
Jian Yi（衣健）; Pujun Wang（王璞珺）; Xuanlong Shan*（單玄龍）; Guido Ventura; Chengzhi Wu（武成智）; Jiannan Guo（郭劍南）; Pengcheng Liu（劉鵬程）; Jiahui Li（李嘉慧）; Modeling the multi-level plumbing system of the Changbaishan caldera from geochemical, mineralogical, Sr-Nd isotopic and integrated geophysical data, Geoscience Frontiers, 2021, 12(5): 101171. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2021.101171.
Jian Yi*（衣健）; Pujun Wang（王璞珺）; Xuanlong Shan（單玄龍）; Hanfei Wang（王寒非）; Song Sun（孫松）; Haichao Chen（陳海潮）; Lahar deposits generated after the Millennium eruption of the Changbaishan Tianchi volcano in the Erdaobaihe River system, China, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2019, 380: 1-18. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2019.05.003.
