長白山火山監測

1 火山地震監測
長白山天池火山的地震監測工作始於1985年。1992年吉林省地震局在每年6~9月,採用DD-1型短周期地震儀,在位於天池北側3km的位置進行單台觀測,地點與現在的長白山天池火山觀測站接近。1992年後,流動觀測增加到3~5台,採用了DSL-3和EDAS-3地震儀,進行季節性觀測。
長白山火山監測台網自1999年7月份開始運行。2006年對台網進行了升級改造,建成了由一個中心台和10個測震子台組成的火山地震台網。目前台網包括3個短周期地震台和8個寬頻帶地震台。其中橫山台、東大坡、西大坡等3個子台因顧停測,其它8個子台運轉良好。
建成後的火山台網中心將可以檢測到ML0.1級火山地震並能對ML1.0級以上火山地震進行快速定位,從而實現對火山口周圍50km範圍之內火山地震進行有效監控。
長白山天池火山地震活動自2002年7月份起逐漸增高,地震頻次每月由幾十次增至上百次,至2003年達到頂峰,為1293次,這種情況一直持續到2005年7月份,2005年7月份以後火山地震頻次和能量基本恢復到1999~2001年間的活動水平。
長白山天池火山地震除以震群形式發生外,2004年12月17日和2005年4月14日,在距天池火山口30km左右的望天鵝火山分別發生ML4.4和ML4.0地震。
2 形變監測
為有效地監測和研究長白山天池火山的地殼活動,從1999年開始,陸續在火山區建設了15個站組成的定期觀測的GPS 網、兩條精密水準測量路線。構成了點、線、面結合,空間觀測技術和常規大地測量技術相結合,以及火山區水平和垂直地殼形變監測相結合的地殼形變立體監測。
長白山天池火山監測站的形變監測工作分為山洞定點形變監測、水準測量監測及GPS觀測等。目前山洞定點形變監測儀有DSQ水管儀、SSY-Ⅲ型伸縮儀、PET潮汐重力儀等。天池火山水準觀測自2002年開始,首先是在火山北坡進行,全線距離為24.8km,每公里偶然誤差為0.45 mm,符合一等水準測量標準。這條水準路線2002及2003年觀測結果有比較大的異常變化,全線24.8km的相對高差上升了38.6mm。GPS形變監測網由15個點構成,控制網覆蓋範圍為1200km2。儀器選用瑞士徠卡公司350型雙頻GPS接收機,每年進行一次測量。
監測結果表明:自2002年到2005年,長白山天池火山區地面出現了發生了明顯的變形。在垂直方向上,水準路線高差3年累積變化達6.8cm,且越是靠近火山口,變形量越大。在水平方向上,以火山口為中心,各觀測點總體位移出現放射狀變化,最大可達38cm;山體出現明顯的膨脹,最大面膨脹可達6×10-6/a。上述變化於2006年後逐步恢復為正常變化。在此期間,長白山天池火山區火山地震活動頻繁,其它監測資料也出現了同步的異常變化。
3 長白山流體地球化學監測
天池火山觀測的主要泉點為聚龍溫泉群9號泉、15號泉、錦江1號泉,如圖。聚龍溫泉群位於天池瀑布北750m處,二道白河上游東西岸I級階地上,距天池火山口僅3km,海拔約1900m,出露100多個溫泉口;錦江溫泉群位於長白山天池西南4km處的錦江上游處,錦江大峽谷內,海拔約1700 m,出露泉口20多處。
自1999年起,長白山火山監測站對聚龍溫泉、錦江溫泉開展了連續監測。聚龍9號、15號溫泉每周採集2次溫泉氣體樣品;錦江溫泉則每年測量1~2次。氣體組分如CO2、He、H2、O2、N2和CH4等通過SP-3420型氣相色譜儀進行測量(1999~2006年使用SQ-206型氣相色譜儀);而He/He比值通過VG-5400質譜計測量。
天池火山區氣體成分以CO2為主,含量達68.61%~97.17%,同時含少量He、N2、CH4、H2、O2、Ar、CO、H2S和SO2等。該區逸出氣體CH4與CO2穩定同位素和He稀有氣體同位素組成具有幔源岩漿射氣的基本特徵。上官志冠等(2008)認為本區深源氣體來自歷史上火山噴發活動殘留的幔源岩漿體的可能性最大。
聚龍泉群位於地幔岩漿庫和地殼岩漿房雙重岩漿房之上,但是其水熱活動及氣體釋放主要受後者影響;而錦江泉群通過深大斷裂直接與地幔岩漿庫相連,且地幔岩漿庫處於強脫氣狀態,加之深大斷裂交匯部位形成通道,大量深源氣體順行而上,源源不斷地進入大氣中。
2003-2004年聚龍溫泉釋放氣體中He、H2含量同步增大,在這期間長白山天池火山地震頻繁,且2004年12月17日、2005年4月15日先後發生了ML4.4和ML4.0火山區構造地震。2006年He、H2、CH4等含量較少的氣體濃度同步大幅上升,同期發生了以11月11日ML2.6構造型火山地震為代表的火山地震震群。

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