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，公元946年發(fā)生的長白山千年大噴發(fā)（Millennium Eruption）被認為是全球兩千年來最大的噴發(fā)事件之一；同時，長白山也是我國唯一的一座由多旋回、多期次噴發(fā)形成的大型復(fù)合層火山，包括造盾、造錐、破火山口和后破火山口多個噴發(fā)階段（圖1）。長白山不同噴發(fā)階段形成的多期火山噴發(fā)物，蘊含著火山深部巖漿系統(tǒng)形成與演化的寶貴信息，是揭示新生代歐亞大陸東緣大地幔楔控制下板內(nèi)火山深部巖漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及巖漿過程的關(guān)鍵線索。
圖1 長白山火山地質(zhì)簡圖
1-前造盾階段玄武巖；2-造盾玄武巖；3-造錐玄武巖；4-造錐粗面巖；5-破火山口階段堿流巖；6-破火山口階段火山碎屑巖。
為了探索長白山火山深部巖漿房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其演化過程，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院長白山火山研究團隊單玄龍教授、衣健副教授等與意大利國家火山與地球物理研究所Guido Ventura 教授、吉林省長白山天池火山監(jiān)測站武成智高級工程師、孔慶軍站長合作，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，在地球物理資料分析基礎(chǔ)上針對長白山造錐階段、破火山口階段和后破火山口階段多期火山噴發(fā)物開展了系統(tǒng)的巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)相關(guān)研究，取得了系列創(chuàng)新成果。
1、刻畫了長白山造錐階段基性巖漿系統(tǒng)：長白山造錐階段除了粗面質(zhì)主火山錐體外，還形成了200余座單成因火山，可分為基性單成因火山和中性單成因火山兩類。長白山由造盾階段進入造錐階段后，火山群下方的巖漿系統(tǒng)發(fā)生了演變。縱向上，原有的天池火山巖漿系統(tǒng)不斷向淺部延伸，形成了位于上地殼內(nèi)不同深度的多個中酸性巖漿房；橫向上，在天池火山巖漿系統(tǒng)的周圍，小規(guī)模基性巖漿在下地殼中形成了多個“新的”小體積巖漿房，每座基性單成因火山下方至少包含一個位于下地殼巖漿房，中性單成因火山則具有下地殼和上地殼雙巖漿房系統(tǒng)（圖2），這些小體積性巖漿房供應(yīng)了天池周圍基性和中性單成因火山活動。
圖2 長白山造錐及破火山口階段巖漿系統(tǒng)示意圖
2、揭示了長白山破火山口階段火山噴發(fā)深部巖漿補給機制。長白山破火山口階段噴發(fā)主要由天文峰期（TWF）、氣象站期（QXZ）、千年大噴發(fā)第一期(ME-I)和千年大噴發(fā)第二期(ME-II)四次噴發(fā)構(gòu)成（圖3），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）。天文峰期、氣象站期和千年大噴發(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給站作用，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。
3.建立了長白山后破火山口階段巖漿房系統(tǒng)地質(zhì)模型，并恢復(fù)了巖漿過程，對預(yù)測火山噴發(fā)具有重要理論意義。長白山千年大噴發(fā)之后的后破火山口階段發(fā)生了多次小規(guī)模噴發(fā)作用（公元1265年、公元1373年、公元1668年、公元1702年和公元1903年小規(guī)模噴發(fā)），它們由千年大噴發(fā)巖漿房坍塌破壞后的殘留巖漿系統(tǒng)控制。在1403年噴發(fā)事件中，噴發(fā)的巖漿主要為淺地殼巖漿房（埋深1.9至5.4 km）中殘留的千年大噴發(fā)第II期粗面質(zhì)巖漿。粗面質(zhì)巖漿在巖漿房中經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用，并與深部補給的玄武質(zhì)巖漿發(fā)生了混合，深部玄武質(zhì)巖漿的突然注入是主要觸發(fā)機制（圖4）。近期的高精度地震、重磁探測以及氣體、地震監(jiān)測顯示，長白山淺地殼巖漿系統(tǒng)仍然活躍，長白山具有再次噴發(fā)的危險性。
圖3 長白山破火山口階段噴發(fā)期次構(gòu)成
圖4 長白山后破火山口階段巖漿房系統(tǒng)和巖漿過程示意圖
上述系列研究成果發(fā)表在國際地質(zhì)學(xué)期刊《Geoscience Frontiers》、《Lithos》、《Journal of Petrology》、《Journal of Volcanology and Geothermal Research》、《Acta Geologica Sinica(English Edition)》及《巖石學(xué)報》上。吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院單玄龍教授為其中4篇文章的通訊作者；吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院衣健副教授為其中3篇文章的第一作者，2篇文章的通訊作者。
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Jiannan Guo, Xuanlong Shan*, Jian Yi, et al., 2024. Xitudingzi Volcano, a trachytic monogenetic volcano in the Changbaishan volcanic field, China: petrogenesis, magma plumbing system and implications for non-basaltic monogenetic Volcanism. Journal of Petrology, 65, egae101. 論文鏈接：https://doi.org/10.1093/petrology/egae101
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Jiannan Guo, Xuanlong Shan, Jian Yi*, et al., 2023. Basaltic magma plumbing system for the cone-construction stage of the Changbaishan from mineralogical, geochemical, and Sr–Nd isotopic data. Lithos, 448-449: 107173. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107173
Jian Yi*, Pujun Wang, Xuanlong Shan, et al., 2019. Lahar deposits generated after the Millennium eruption of the Changbaishan Tianchi volcano in the Erdaobaihe River system, China, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 380: 1-18. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2019.05.003.
衣健, 王璞珺, 單玄龍*, 等. 長白山天池火山千年大噴發(fā)火山碎屑流堆積相特征. 巖石學(xué)報, 2020, 36 (11): 3346-3362.
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