《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Magma plumbing system evolution beneath Puyehue-Cordón Caulle, Andean Southern Volcanic Zone, influenced by loading and subsequent post-glacial unloading of the Patagonian ice sheet
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火山岩浆系统演化与冰期加载/卸载效应研究。通过分析Puyehue-Cordón Caulle火山复合体过去70,000年 lava flows和tephra deposits的矿物组成、热力学建模及冰层应力变化，揭示了冰期（35-18 ka）深层（9-24 km）岩浆库与去冰期（18-0 ka）浅层（5-12 km）岩浆系统的动态演化，发现冰退导致基性岩浆上涌形成浅层储库，并促进双峰式岩浆活动（粗面岩与富镁基性岩共生）。
Sally Stevens | Brad S. Singer | Brian R. Jicha | Pablo Moreno-Yaeger | Meredith Townsend | William O. Nachlas | Brent V. Alloway
摘要
普耶韦-科尔多恩卡乌莱（Puyehue-Cordón Caulle，PCC）火山复合体以1921–1922年、1960年以及2011–2012年的爆发性喷发而闻名，这些喷发产生了超过2.5立方公里的流纹英安岩和英安岩物质，引发了大量的地球物理和岩石学研究。普耶韦复合火山在过去7万年中从科尔多恩卡乌莱（Cordón Caulle）东南方向6公里处的喷口喷发了玄武岩和流纹英安岩熔岩及火山灰，但相比之下受到的关注较少。在最后一次冰盛期（eLGM，约3.5万至1.8万年前），该火山复合体被巴塔哥尼亚冰盖（Patagonian Ice Sheet，PIS）覆盖。关于科尔多恩卡乌莱历史喷发起源的研究表明，流纹英安岩熔岩主要来源于玄武岩结晶混合物的浅层提取。然而，对于冰盖扩张期间（eLGM）以及冰川快速消退后（约1.8万至1.6万年前）PCC下岩浆系统的发展过程，我们了解甚少。本文报告了来自普耶韦火山过去7万年间喷发物中的新玻璃和矿物成分数据。矿物成分分析、热压测量以及流纹英安岩熔融模型表明，连续的喷发是由多个不同的岩浆批次驱动的。冰盛期前至冰盛期期间（7万至1.8万年前），玄武安山岩至英安岩熔岩来源于深度为9至24公里的岩浆储库；这一时期的熔岩和火山灰显示出广泛的fO?缓冲范围（从ΔNNO?到+1），并保留了玄武岩与流纹英安岩混合的宏观和微观证据。冰盛期结束后（1.8万至2万年前），重新组织的岩浆系统产生了来自较浅层（约12公里深度）的英安岩和流纹英安岩喷发，以及储存在10至32公里深度的玄武安山岩和玄武岩。与冰盛期类似，1.8万至2万年前喷发的岩浆同样来自多个不同的岩浆储库，且具有不同的fO?含量。冰川消退后的这一阶段喷发频率增加，同时出现了异常的双峰岩浆活动现象——包括PCC首次喷发的流纹英安岩和同期富MgO的玄武岩。最近一次喷发发生在940年前，形成的4.3立方公里规模的Mil Hojas英安岩在玻璃和矿物成分以及T-fO?值（890–950°C，ΔNNO在?0.8至?0.2之间）上与科尔多恩卡乌莱历史喷发的流纹英安岩相似。这些观察结果结合岩石学建模以及冰盖不对称膨胀和收缩对地壳应力扰动的建模表明，地表负荷的变化促使玄武岩岩浆通过基底断层向西北方向流动。自1.8万年以来，整个PCC下形成的浅层玄武岩岩浆储库为流纹英安岩喷发提供了物质来源。
引言
了解受冰盖负荷和卸载影响的火山下方岩浆系统的长期演化对于评估快速冰川消融是否以及如何调节喷发频率和成分至关重要（例如，Huybers和Langmuir，2009；Watt等人，2013；Singer等人，2024；Coonin等人，2024）。安第斯南部火山带（Andean Southern Volcanic Zone，SVZ）是研究冰盖负荷和卸载对大型、长期存在的复合火山喷发流量和成分影响的理想场所（Watt等人，2013；Rawson等人，2016；Singer等人，2024）。虽然过去1.5万年的晚冰盛期至冰川消退期的火山灰记录受到了较多关注（例如，Watt等人，2013；Rawson等人，2016），但40Ar/39Ar地质年代学和热压测量的进步使我们能够探究过去10万年间SVZ火山下方岩浆系统在冰盖扩张和消退过程中的演化（Moreno-Yaeger等人，2024；Moreno-Yaeger等人，2025；Moreno-Yaeger等人，2026）。同时，最近的地质年代学综合研究和数值建模进一步明确了过去3.5万年间巴塔哥尼亚冰盖在SVZ的扩张和消退范围及时间（Davies等人，2020；Cuzzone等人，2024；Castillo-Llarena等人，2024）。这些进展推动了进一步研究SVZ火山如何响应冰盖的扩张和快速消退（Singer等人，2024）。一般认为，在冰盖压迫下，地壳内的应力增加会阻碍岩浆上升，导致岩浆在地壳中积聚和酝酿（Watt等人，2013；Rawson等人，2016；Wilson和Russell，2020；Conway等人，2023）。冰川消退后岩浆系统的减压允许岩浆上升、挥发物析出，或两者共同作用，从而增加喷发频率（Watt等人，2013；Conway等人，2023；Wilson和Russell，2020；Coonin等人，2024）。另一个较少被考虑的方面是冰盖负荷和快速卸载对岩浆成分演化的影响（Rawson等人，2016；Moreno-Yaeger等人，2025；Moreno-Yaeger等人，2026）。本文通过研究冰盛期前后普耶韦-科尔多恩卡乌莱火山复合体（PCC）下方岩浆系统的岩浆储存条件和成分变化，探讨了这一过程。
Singer等人（2008）指出，PCC在约13.1万年前、6.9万年前和1.8万年前经历了快速锥体生长阶段，这与海洋同位素阶段（MIS）6、4和2之后的短暂快速冰川消退期相吻合。他们提出，快速的冰层卸载可能增强了深层地壳中的熔融物质流动，从而增加了喷发频率。利用低分辨率的冰盖和地壳应力建模表明，在冰盖负荷期间，PCC下约10至15公里深度的岩石中积累了6兆帕的应力，在1.8万至1.6万年的冰川消退期间迅速释放（Cuzzone等人，2024；Singer等人，2024；Moreno-Yaeger等人，2025）。我们利用最新开发的或改进的矿物和全岩热压仪（Jorgenson等人，2022；Wieser等人，2022；Wieser等人，2023；Cutler等人，2024；Weber和Blundy，2024）来研究PCC下方岩浆储库的空间和时间演化过程。通过对过去7万年间PCC喷发产物的矿物成分、P-T-H?O-fO?估计以及流纹英安岩熔融模型的分析，我们可以评估与完整冰川-冰川周期相关的地壳应力变化期间的岩浆系统演化。
火山学背景
普耶韦-科尔多恩卡乌莱（PCC）火山复合体位于南纬40.5度的SVZ地区，包括普耶韦复合火山和长达20公里的科尔多恩卡乌莱裂谷带（图1）。西侧的冰前湖泊（如Lago Ranco、Lago Puyehue和Lago Rupanco）是由最后一次冰盛期（约3.5万至1.8万年前；大致对应于MIS 2）期间沉积的终冰碛形成的（Davies等人，2020；Singer等人，2024）。普耶韦火山顶部的2.5公里宽火山口是由一次爆发性喷发形成的。
玻璃和矿物成分
22个熔岩和火山灰样本中的矿物和玻璃成分是通过威斯康星大学麦迪逊分校的Cameca SX-Five电子探针（EPMA）在薄片或颗粒装片中使用波长色散光谱法获得的（表S1-S6）。这些样本的全岩或玻璃成分及其年龄之前已通过40Ar/39Ar或14C方法确定（Singer等人，2008；Naranjo等人，2017；Alloway等人，2022）。某些熔岩的详细信息见...全岩和玻璃成分
表2列出了来自普耶韦火山的10.49万年前Traful、6.71万年前Espejo Grande和940年前的Mil Hojas火山灰的流纹英安岩玻璃成分，以及1960年和2011–2012年科尔多恩卡乌莱火山灰的成分。这些火山灰和已发表的火山灰玻璃的主要元素成分变化（Castro等人，2013；Seropian等人，2021；Alloway等人，2022；表S1）与PCC的全岩和火山灰成分一起进行了对比。两氧化物T-fO?估计
通过分析940年前的Mil Hojas英安岩和10.49万年前Traful流纹英安岩火山灰中的磁铁矿-钛铁矿对，以及44.5万至11.5万年前普耶韦火山喷发的九个熔岩流中的T-fO?值进行了计算（图5；表S8）。四个冰盛期前的熔岩和冰盛期期间的熔岩显示出不同的T-fO?值：44.5万年前的安山岩和43万年前的玄武安山岩氧化程度较高，温度分别为797至846°C和831至898°C（图6）。34.4万年前的混合英安岩也...重新解读普耶韦火山的7至5万年前火山活动
Singer等人（2008）根据矿物组合、主要和微量元素成分以及87Sr/86Sr比值，将普耶韦火山口（PU-05-08）和阿根廷Lago Espejo（PU-04-04E）的浮石沉积物归为同一次喷发。然而，新的斜长石、单斜辉石和正辉石成分表明，这两个浮石样本可能记录了不同阶段的7至5万年前喷发序列。普耶韦火山中的一股流纹英安岩...结论
通过分析过去7万年间普耶韦-科尔多恩卡乌莱火山复合体喷发的熔岩和火山灰，我们利用新的矿物成分、岩浆储存和提取深度估计、T-fO?关系以及分数结晶的热力学模型，记录了巴塔哥尼亚冰盖扩张期间及其快速消退后（始于1.8万年前）下方岩浆系统的发展过程。我们的研究结果如下...作者贡献声明
Sally Stevens：可视化、方法学、研究、初稿撰写。Brad S. Singer：可视化、验证、监督、资源管理、项目规划、方法学、资金获取、数据管理、概念构思、审稿与编辑。Pablo Moreno-Yaeger：可视化、验证、方法学。Meredith Townsend：可视化、方法学、审稿与编辑。William O. Nachlas：资源管理、方法学、数据管理。Brent V. Alloway：可视化...未引用参考文献
Burgisser和Scaillet，2007；Burgisser等人，2015；Scaillet等人，2003；Tassara等人，2006；Watt，2019；Watt等人，2011利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系和个人关联：Brad Singer表示获得了威斯康星大学麦迪逊分校的财务支持；他还表示获得了美国国家科学基金会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关联...
致谢
我们感谢Drae Rogers和Bil Schneider在矿物分析方面的帮助，Rachel Breunig在阿根廷的野外协助，以及Shaun Marcott的有益讨论。Sebastian Watt和Eduardo Morgdo的详细审稿极大地帮助我们改进了这项工作。本研究得到了美国国家科学基金会（NSF）项目EAR-2121570的支持。
