运用海内仪表从熔岩体内序列勘验海内火山作用

通常认为海底表流由短期的、相对高速的喷发形成，*新的模式表明这种流体*初以薄的瓣状流（厚2030cm）前进，足以使流体内部保持流体状的速率扩散，直到其横向发展受到限制时流体的扩散才结束，然后向上膨胀。在膨胀期间，由于熔岩流内部的流体压力，上部壳体隆起（有时>5m），熔岩柱向上生长，把上下壳体连接起来。熔岩膨胀持续到喷发速率减小或者停止，这时熔岩开始回流，上部壳体缺乏支撑而塌陷，引起熔岩流内部大面积崩塌。

1998年熔岩流的地质绘图显示VSM2位于1998年熔岩流崩塌区内部，在未崩塌的上部壳残留物之下3m、喷发裂缝以西160m.即使在崩塌前熔岩高度达到3m，仪器也没有被熔岩掩埋。这个观察结果表明熔岩*初在仪器下面流动，其后，熔岩流膨胀时，便被上部壳层覆盖。在膨胀期间，VSM2随上部壳层隆起，然后在回流阶段回到崩塌区内。

VSM2的数据直接记录了这个事件的发生顺序。1998年1月25日1133地震群起动之后，1455此仪器开始缓慢上升，而VSM1于1451开始沉降。VSM2在此后5分钟之内上升了168cm，于1516突然出现急剧膨胀，平均速率为32cm/min（瞬时速率达73cm/min）。停顿了4分钟之后，在仪器下沉13cm期间，膨胀又持续了21分钟，仪器以5.5cm/min的速率又上升了113cm.在1546，膨胀戏剧性地变慢，可能是由于喷口处喷发速率突然减小所致，此后21分钟仪器只上升了7cm.在此期间，熔岩流保持或接近其完全膨胀时的厚度，1549记录的温度峰值为7.5bC.此时，熔岩膨胀结束并开始回流，这标志着喷口处熔岩喷发结束。我们认为，由于1998年的熔岩流相对较窄，崩塌区内的坡度方向直接朝着喷发裂缝，因此熔岩直接回流进入喷口。

在VSM1所处纬度，1998年熔岩流的东）西向宽度约为350m，喷发裂缝呈线状，近南北向，为熔岩流的东西边缘。根据压力数据，利用这个简单的流体几何形状，可计算出VSM2仪器附近的喷发和回流体积比。为了估算这些数据，我们假设熔岩流为2D结构，垂直的两边之间的宽度为300m，并且VSM2的数据代表了整个熔岩流宽度内的熔岩水平。由于熔岩流实际宽度大于300m，然而边缘附近呈锥状，这个近似值是合理的。

下面讨论的所有速率都以每1m长度喷发裂缝的体积比来表示，因为喷发是来自一个线源，而不是一个点源。在VSM2开始记录膨胀之前，如果熔岩以薄被状从喷口喷发时，我们就无法估算*初的喷发速率。一旦膨胀开始，熔岩膨胀*高速率时的喷发速率为2.7m3/s；在膨胀变慢的第2阶段，喷发速率降为0.27m3/s；当熔岩完全膨胀时，降为0.016m3/s.回流期间，熔岩回流进入喷口的速率为0.17m3/s.在玄武质火山中，这种以较高速率突然喷发、而后长时间减弱的模式很普遍。

以前，科学家曾运用实验室模拟实验将海底熔岩流地形与形成熔岩流的喷发速率联系在一起。这里提到的工作是**次直接估算海底火山喷发速率的方法，我们可以把这些结果与实验模拟预测的结果进行比较。当1998年的熔岩流从VSM2附近的喷口扩散时，形成了一个叶瓣状流体地形，地球化学分析表明喷发粘滞度为30Pa.如果假设初期喷发速率与流体开始膨胀时相同（3m3/s），那么，1998年阿克西亚尔熔岩流将与以前得到的实验室结果相一致，因为它处于枕状和褶皱区之间的叶瓣区之内。

将喷发裂缝处单位长度体积喷发速率外推至整个地区的喷发速率较为困难，这是因为VSM2只记录了仪器附近的数据，1998年阿克西亚尔喷发区北段裂缝长度约为2.6km，在此长度流动速率和持续时间是变化的。然而，如果我们假设沿整个裂缝的喷发条件一样，那么喷发开始时的瞬时喷发速率可达7000m3/s；如果熔岩流膨胀平均持续时间超过72分钟，则喷发速率约为550m3/s.这些值为陆地玄武岩火山喷发速率的上限。

VSM2压力记录显示，在膨胀/回流信号之后的5d，海底逐渐下沉了1.4m.这是由于当岩浆从火山口下方的储层流入南部断裂带时，阿克西亚尔火山顶部收缩所致。在相同的时间内，其它两个海底仪器也观察到了收缩放置在火山喷口中心附近的VSM1记录到3.2m的沉降，置于阿克西亚尔北段断裂带的伸缩仪测量到长40m的水平基准线下沉了4cm.如果在收缩期间这条基准线的端点朝火山喷口中心移动了68cm，这个下降值是可以解释的。这是首次在海底火山喷发时在原地测得的变形数据。在得到VSM2记录之前，根据点源弹性形变模式，运用VSM1和伸缩仪数据计算了岩浆层的深度（3.8km）和从火山喷口下方储层排出的岩浆的体积（207@106m3）。我们注意到从VSM2得到的第3个数据刚好与用这种形变模式预测的沉降曲线吻合。这提高了模式结果的可信度，并且与根据地震层析成像估算的阿克西亚尔岩浆层的深度相一致。