緬甸蘭里島泥火山災害與成因機制探討

萬 園 許建東 于紅梅 趙 波 潘 波

(中國地震局地質研究所，北京 100029)

緬甸蘭里島泥火山災害與成因機制探討

萬 園 許建東 于紅梅 趙 波 潘 波

(中國地震局地質研究所，北京 100029)

文中主要探討緬甸蘭里島泥火山災害與成因機制，結合蘭里島地質背景以及泥火山活動現(xiàn)狀，對在蘭里島東北部、中部以及西部所取3個泥火山采樣點的樣品進行粒度分析以及顯微形貌分析，發(fā)現(xiàn)樣品粒度在1～100μm之間，均呈單峰正態(tài)分布，粒徑中值相近，粒度分布集中，分選較差，粒度對稱程度呈很正偏態(tài);樣品基質以泥質為主含有大量泥質碎屑、細小晶體碎屑以及少量氣孔，并含有少量蝕變強烈的斜長石晶屑和輝石晶屑，可判定樣品點物源相同。據此推斷蘭里島普遍存在均勻泥質層作為泥火山噴發(fā)的統(tǒng)一物源。

泥火山 粒度分析 顯微形貌分析 蘭里島

0 引言

泥火山是特定地質構造及水文地質環(huán)境下的一種構造流體地質現(xiàn)象，其主要由混有泥質黏土質沉積物的水與氣體同時噴出地面后堆積而成，其外形多為錐狀或盆穴狀小丘，丘的尖端部常有凹陷且有通向深部的管孔。泥火山不同于通常意義上的熔巖火山，它是由泥漿形成的，不具有巖漿通道，并且在物質來源、成分、溫度、壓力、噴發(fā)規(guī)模等方面與熔巖火山都有本質的差別。泥火山的噴發(fā)物不是來自地殼以下的高溫熔融巖漿，而主要是由地殼淺部層次地質流體作用噴出的泥漿，溫壓條件較低，噴發(fā)規(guī)模較小(Milkov，2000;朱佛宏，2003;JUIKun chiu et al.，2006;夏鵬等，2008;解超明等，2009)。

全球泥火山主要分布在2個活動帶，特提斯帶和西太平洋帶。特提斯帶中最大的泥火山活動中心位于南里海地區(qū)，分布有大約400個泥火山，其中220個在陸地上，170多個在海洋中(高小其等，2008)。在美國西海岸、墨西哥灣、巴巴多斯近海、尼日利亞近海、黑海、里海、挪威海、地中海海嶺等地區(qū)也有數(shù)量眾多的海底泥火山分布。世界上著名的泥火山有伊朗的馬克蘭、羅馬尼亞的布扎，最大的泥火山分布在阿塞拜疆的巴庫，美國的黃石公園更是以泥火山聞名天下。在中國，新疆烏蘇有亞洲最大的泥火山群，分布在烏蘇西南的天山北麓山谷里的白楊溝附近;臺灣的臺南、高雄、花蓮、臺東等地也發(fā)現(xiàn)活動的泥火山，它們不僅有典型的地貌形態(tài)，還有噴火的自然景觀。

研究泥火山災害與成因機制有著非常重要的意義。第一，由于泥火山噴發(fā)帶上來的是地下深處的沉積物，可以提供地殼淺部層次的地質信息，而對泥火山沉積物中巖石碎屑的研究是確定泥火山區(qū)沉積剖面的有用資料;第二，泥火山活動與現(xiàn)代活動斷裂、地震的關系密切，是現(xiàn)代地殼運動、新構造活動的顯著標志;第三，泥火山的發(fā)現(xiàn)是天然氣等水合物存在的活證據(梁杰等，2006;朱婷婷等，2009)。泥火山噴發(fā)產生的災害類型有:天然氣水合物的溫壓環(huán)境改變，致使天然氣水合物分解，產生滑塌，是潛在的地質災害;由于泥火山涌流出的地下水都含有高礦化的氯化物，可能會造成水污染，并且大量可燃氣體的排出可能引起火災;巖石碎塊的猛烈噴發(fā)有時在局部范圍也可造成人員傷亡。而泥火山噴發(fā)對工程的直接災害主要在于噴出的泥漿對其周圍建筑設施可能產生的掩埋作用，但鑒于其噴發(fā)方式和規(guī)模的局限，其影響范圍非常有限。

1 泥火山成因機制與災害

泥火山是由細粒巖石通常是富含死火山角礫巖和水的黏土受到強烈的擠壓所形成的。而形成泥火山的構造擠壓區(qū)域，通常需要以下地質條件:1)深部具有豐富的泥質地層，且具有較高的孔隙流體壓力，常常和超壓現(xiàn)象密切相關;2)具有能夠維持深部沉積物高孔隙流體壓力的封隔層，通常為泥質巖層;3)具有深部泥質噴出的通道，允許氣體和泥漿的涌出，多與活動性斷層有關;4)需要觸發(fā)泥火山活動的動力機制，往往是斷層活動。某些地區(qū)的地表或近地表有天然氣或者地下水，而地層是比較松軟的泥巖，當?shù)貙邮艿降叵聣毫r，比較松軟的物質就會沿著裂縫或斷層上升，并在地下水或天然氣的挾帶下穿透地表的空隙噴出，將攜帶的泥沙等濺落到地表，便形成泥火山。

泥火山的災害種類具有多樣性，首先噴出的泥漿對周圍建筑設施會產生掩埋作用，若噴發(fā)方式為猛烈爆炸式噴發(fā)可能造成人員傷亡，并且泥漿囊內天然氣水合物分解會導致滑塌災害，對工程造成影響。有些研究顯示泥火山的噴發(fā)與地震也有相對應的聯(lián)系，區(qū)域地殼構造應力不斷增強可造成泥火山的噴發(fā)，也能導致地震的孕育和發(fā)生，因此可以說二者具有同源關系。例如，2004年12月印度尼西亞蘇門答臘島近海發(fā)生8.7級地震，引發(fā)了緬甸的泥火山噴發(fā)(陳中原，2001;陳萍等，2002;方銀霞等，2005)。

2 區(qū)域地質背景

蘭里島位于孟加拉灣東岸，距離中國約6,500km，面積約2,300km2，是緬甸的第一大島。孟加拉平原在緬甸東部陡崖這一側被泥火山所覆蓋，泥火山口獨立且整齊地沿N 70°E排列。這些泥火山的噴發(fā)源在其北部最為豐富，并且在朝向大陸邊緣爬升時噴發(fā)量依然充足，蘭里島是沿線最后并且最大的泥火山噴發(fā)區(qū)域。蘭里島距大陸最近處30余km，擁有19座近圓形泥火山，其堆積物10～15m高，直徑50～90m，且泥火山干裂角礫巖的厚度可達數(shù)百m(Bender，1983;Ko Ko Myint，1994;Rao et al.，1997;Alam et al.，2003;Nielsen et al.，2004;Mazzini et al.，2007;Normile，2008)。

區(qū)域內歷史泥火山沿NE向廣泛發(fā)育，歷史泥火山噴發(fā)影響范圍較小，最大的直徑約1km，最小的直徑僅約0.15km，表面剝蝕嚴重，有些被植被所覆蓋，有些可明顯看出噴發(fā)所形成的環(huán)狀流動單元。另外，有些正在噴發(fā)的泥火山口與歷史泥火山口重合，但噴發(fā)物覆蓋范圍較小，采樣點MVS-1東側0.23km處發(fā)育一座直徑約為0.2km的歷史泥火山，而采樣點MVS-2就位于歷史泥火山噴發(fā)范圍之內(圖1)。

1 號泥火山(采樣點 MVS-1)的地理坐標為:19°22'10.7″N，93°34'16.1″E。該火山口近圓形，直徑約32m，頂部十分平坦，分布著7個數(shù)m不等的泥火山錐，主要由灰色的泥火山噴發(fā)物組成，自火口向東、西2個方向低洼處流動，流動特征明顯，最大流動距離約140m。采樣點MVS-1位于頂部的小火山錐體側翼(圖2)。

2 號泥火山(采樣點 MVS-2)的地理坐標為:19°23'44.5″N，93°35'20.6″E。由 SN 向 2 個泥火山噴出口組成，北部泥火山火口直徑約為110m，近圓形分布，災害區(qū)域范圍內流動特征不明顯;南部泥火山火口直徑約為90m，沿SW向呈帶狀分布，流動特征明顯，最大流動距離約320m。2個火口地勢均較為平坦。采樣點MVS-2位于北部泥火山錐體之上，火山通道直徑約40cm，錐體周圍裂隙十分發(fā)育(圖3)。火口頂部發(fā)育眾多直徑在2～5m之間的塌陷坑(圖4)，近年噴發(fā)的高度可達3m左右，持續(xù)時間短，為間歇式噴發(fā)。其中，泥火山噴發(fā)物中包含氣相以及液相噴發(fā)物，采樣樣本均為凝固之后的液相噴發(fā)物。

3號泥火山樣品(采樣點MVS-3)位于晈漂首站西南約2km處，海拔標高4m，地理坐標:19°22'05″N，93°28'32.1″E。此處地表未見泥火山噴發(fā)跡象，但通過鉆探巖心可見泥火山噴發(fā)物，分布深度在15～20m之間，取樣品MVS-3(圖5)。

圖1 研究區(qū)泥火山分布范圍示意圖Fig.1 Extent and distribution of historical eruptions ofmud volcanoes of the study area.

3 噴出物特征分析

3.1 粒度分析

在樣品的不同部位分別取樣，由于樣品粒度小，對由細小顆粒形成的懸浮液應用激光粒度儀進行粒度分析，得到的結果如圖6所示，在形態(tài)上具有很大的相似性，均呈單峰正態(tài)分布。

圖21號(采樣點MVS-1)泥火山Fig.2 Mud volcano No.1(sampling site MVS-1).

由粒度分析得到的重要參數(shù)列于表1。這些參數(shù)有中值(M dφ/μm)、均值(M z/μm)、標準偏差(σφ)、偏度(SK1)和峰度(KG)。其中，中值是累計曲線上碎屑含量50%處對應的粒徑;均值表示粒度分布的集中趨勢;標準偏差代表了碎屑的分選性;偏度用來判斷粒度分布的對稱程度;峰度用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度，也就是度量粒度分布的中部與兩尾端的展形之比。

3個樣品的粒度參數(shù)極為相近，中值 M dφ在4.26～5.46μm之間，均值 M z在5.42～7.76μm 之間，標準偏差 σφ為4.77 ～7.89，偏度 SK1在0.514 ～0.603 之間，峰度 KG在1.249 ～1.446之間。通過上述數(shù)據可得3個樣品物源相近，因此粒徑中值相近，粒度分布集中，因凝固時間短，未經過長距離搬運所以分選較差，粒度對稱程度呈很正偏態(tài)，以粗粒為主。

圖32號泥火山(采樣點MVS-2)結構圖Fig.3 Structure ofmud volcano No.2(sampling site MVS-2).

圖4 2號泥火山噴氣錐(a)與塌陷坑(b)Fig.4 Fumarole(a)and collapse crater(b)ofmud volcano No.2.

圖5 3號泥火山樣品(MVS-3)采樣位置圖Fig.5 Sample(MVS-3)location ofmud volcano No.3.

圖6 泥火山樣品懸浮液粒度分布圖Fig.6 Mud volcano samples suspension particle size distribution.

3.2 顯微結構特征分析

3.2.1 偏光顯微鏡顯微形貌

MVS-1樣品中含有大量的泥質碎屑，不透明，在單偏光和正交偏光下均呈黑色，還含有少量的斜長石晶屑，大部分蝕變強烈?；|中以泥質為主，還含有大量細小的晶體碎屑和少量氣孔(圖7)。

MVS-2與MVS-1樣品相似，含有少量的斜長石晶屑和輝石晶屑，最大者約2mm，大部分蝕變強烈，其主要成分是泥質碎屑，不透明，在單偏光和正交偏光下均呈黑色?；|中以泥質為主，還含有部分細小的晶體碎屑和少量氣孔(圖8)。

MVS-3樣品基質與以上2個樣品相近，以泥質為主，但碎屑成分區(qū)別較大，晶屑含量很高，一般呈他形，大小介于50～200μm之間，主要為石英和長石(圖9)。

圖7 MVS-1樣品顯微照片(單偏光)Fig.7 Micrograph of Sample MVS-1(plane polarized light).

圖8 MVS-2樣品顯微照片(正交偏光)Fig.8 Micrograph of Sample MVS-1(crossed polarized light).

圖9 MVS-3樣品顯微照片(正交偏光)Fig.9 Micrograph of Sample MVS-3(crossed polarized light)，showingmass quartz and feldspar phenocryst.

3.2.2 體視鏡顯微形貌

在體視鏡下觀察MVS-1與MVS-2樣品，樣品內碎屑與基質磨圓度均較差，呈次棱角狀，應未經過長距離搬運。此外，碎屑棱邊改造很少，且形態(tài)單一。從碎屑形態(tài)學與碎屑流噴發(fā)機制關系上推斷，本地區(qū)泥火山噴發(fā)機制單一，爆炸力弱，影響范圍小，災害程度低。

圖10 MVS-1樣品體視鏡照片F(xiàn)ig.10 Stereoscope photos of Sample MVS-1.

圖11 MVS-2樣品體視鏡照片F(xiàn)ig.11 Stereoscope photos of Sample MVS-2.

4 結論

根據粒度分析和偏光顯微鏡顯微結構分析，研究區(qū)出露的泥火山噴發(fā)物基質以泥質為主，粒度在1～100μm之間，均呈單峰正態(tài)分布，所含晶體主要為斜長石與輝石晶屑，應具有相同的物源。據此推測，在蘭里島存在均一泥質層構成的泥漿囊作為島內泥火山噴發(fā)的統(tǒng)一物源。由于采樣位置差異，即MVS-1和MVS-2樣品采自泥火山口附近，而MVS-3樣品采自海邊，結果導致前二者與后者樣品中晶體含量和晶體大小上具有一些差異。根據粒度分析和體視鏡顯微結構分析可知，樣品粒度分布集中，分選較差，磨圓度較低。據此可推斷蘭里島泥火山為非爆炸式噴發(fā)，噴發(fā)強度弱，凝固時間短，災害效應不強烈;但泥質層的存在容易造成滑塌，因此對鄰近的工程場地會產生一定的影響。

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MUD VOLCANO DISASTER AND GENETIC MECHANISM IN RAMREE ISLAND

WAN Yuan XU Jian-dong YU Hong-mei ZHAO Bo PAN Bo
(Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，Chian)

This papermainly discusses themud volcano disaster and its genetic mechanism in Ramree Island.Combined with the geological background of Ramree Island and the present situation of themud volcano，grading analysis andmicro-morphology analysis have beenmade by taking samples from three sampling sites of the northeast，themiddle and the western part of Ramree Island.The finding is that the particle sizes of samples between 1 ～100μm show a unimodel normal distribution，with similar grain sizemid-value，concentrated size distribution，poor sorting，and quite positive skewness in grading symmetry;The samples'matrix aremainly argillaceous，containing a lot of argillaceous clasts，tiny crystal clasts and a few pores，and having a little strongly altered plagioclase phenocryst and pyroxene phenocryst，from which，we can judge that the sampling sites have the same provenance.Thus，it can be deduced that there is a uniform argillaceous layer as the unified provenance of the Ramree Island mud volcano.

mud volcano，grading analysis，micro-morphology analysis，Ramree Island

P317.2

A

0253-4967(2011)02-0452-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.018

2010-09-13收稿，2011-02-14改回。

中國地震局行業(yè)專項(20070827)資助。

萬園，女，1980年生，中國地震局地質研究所在讀博士研究生，現(xiàn)主要研究方向為火山地質與火山災害，電話:13911627308，E-mail:wanyuan_1980@163.com。