《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Evolution of a fissure eruption: The case of the Chichinautzin small monogenetic lava-shield volcano, Central México
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火山盾构造喷发动力学研究。通过对奇钦阿乌辛火山沿900米长裂缝喷发形成的52平方公里熔岩盾地形分析，结合高分辨率数字高程模型和多种卫星影像解译，揭示了该火山从爆发相向溢流相转变过程中岩浆流动速率从>100m3/s骤降至<1m3/s的动态特征，估算喷发总量3.3-3.6km3，持续时间7-11年。火山沿基岩流域分布特性导致熔岩呈放射状扩散，形成覆盖墨西哥城南部新居住区的特殊地貌格局
阿米埃尔·尼托-托雷斯（Amiel Nieto-Torres）|安娜·莉莲·马丁·德尔·波佐（Ana Lillian Martin Del Pozzo）
千年火山风险研究所（Millennium Institute on Volcanic Risk Research）- 凯克拉尔火山（Ckelar Volcanoes），安加莫斯大道（Avenida Angamos），0610安托法加斯塔（Antofagasta），智利
摘要
奇奇纳乌钦火山（Chichinautzin volcano）形成于一条呈西南-东北走向的裂隙上，这条裂隙长达900米，位于两个盆地的分水岭处。这导致熔岩流向四周扩散，但主要朝向南部和北部，最终到达了如今墨西哥城最南端的居民区。奇奇纳乌钦火山的喷发活动最初以火山碎屑的喷发开始，随后迅速转变为溢流式喷发，其特征是流体熔岩的喷出以及大型熔岩管的形成。这些熔岩流形成了一个覆盖面积达52平方公里的熔岩盾。通过对奇奇纳乌钦火山熔岩流的80多次野外调查、高分辨率数字高程模型的处理，以及SPOT、Maxar、Sentinel 2和LANDSAT 8卫星图像、无人机图像和12张1:5000比例尺航拍照片的分析，我们识别出了与每次熔岩流相关的各种结构，如熔岩丘、熔岩堤、沉降坑、膨胀裂缝、熔岩管和小型熔岩丘（hornitos）。测量了每个熔岩流的厚度、宽度和长度，以估算其喷发速率、体积和持续时间。我们发现喷发速率存在显著变化，这些变化与每次喷发阶段喷出的熔岩体积和熔岩流特性有关。喷发初期喷发速率很高，超过100立方米/秒，而随着喷发的进行逐渐降低至1立方米/秒。使用两种方法计算出的熔岩总体积在3.3至3.6立方公里之间。喷发持续时间估计为7至11年。熔岩成分随时间变化，从玄武安山岩（53%）逐渐变为安山岩（57%）。喷发初期喷出的熔岩为流动性较强的熔岩，形成了远端的熔岩流，而后期的熔岩流较短。将奇奇纳乌钦火山的喷发特征与其他全球近期的单成因裂隙火山喷发进行比较后，发现其独特性明显，尤其是喷出熔岩量巨大和喷发持续时间较长。这种裂隙火山活动在墨西哥这一地区也非常罕见。该火山位于两个盆地的分水岭处，且靠近人口密集区，这凸显了墨西哥城和莫雷洛斯（Morelos）地区面临的潜在风险。
引言
奇奇纳乌钦熔岩盾火山（Chichinautzin lava-shield volcano）位于年轻的奇奇纳乌钦单成因火山场（Younger Chichinautzin Monogenetic Field，简称YCMF）的中心地带，地处墨西哥城南部。Jaimes-Viera等人（2018年）将YCMF定义为组成奇奇纳乌钦单成因火山场（Sierra Chichinautzin Monogenetic Field，简称SCMF）的四个火山群中最年轻的一个。YCMF区域内有约121次喷发记录（时间距今小于35千年，Nieto-Torres和Martin Del Pozzo，2019年）。其中至少有13次喷发发生在过去14,000年内，3次发生在过去2000年内（Nieto-Torres等人，2023年）。因此，YCMF未来发生喷发的潜在危险性很高。
奇奇纳乌钦火山是墨西哥城最年轻的火山（Nieto-Torres和Martin Del Pozzo，2019年；Nieto-Torres等人，2023年；Jaimes-Viera等人，2025年）。根据Siebe和Macías（2004年的研究，该火山的年龄不超过184万年前。这座火山为整个SCMF区域命名。其流动的熔岩流覆盖了墨西哥城南部的森林地带，这些地区在喷发时无人居住，但随着城市扩张逐渐被人口占据。“Chichinautzin”在纳瓦特尔语中意为“燃烧之主”，这一名称强烈表明前哥伦布时期的居民曾目睹过这次喷发。未来可能的喷发情景将与奇奇纳乌钦火山相似，但由于人口增长，影响将更为严重（Nieto-Torres和Martin Del Pozzo，2019年；Nieto-Torres等人，2023年）。
近期相对低体积的火山喷发（如2021年的塔霍加伊特火山（Tajogaite）、2021年的拉帕尔马火山（La Palma）和2023–2025年的冰岛松德努库尔火山（Sundhnúkur）的案例表明，了解单成因和裂隙火山喷发的行为和动态至关重要（Biass等人，2024年；Muhambya等人，2024年；Parks等人，2025年）。理解大规模、长期持续的单成因火山喷发的行为及其形成条件尤为重要。
熔岩盾火山（lava-shield volcanoes）是由连续熔岩流堆积形成的低角度火山构造（坡度通常在5°-15°之间，Walker，1993年；Grosse和Kervyn，2018年）。常见的分类方法基于大小和形态将熔岩盾分为三种主要类型（例如Whitford-Stark，1975年；Pike，1978年；Pike和Clow，1981年）。其中两种多成因类型的熔岩盾体积较大（数万立方米），坡度为4°-8°；加拉帕戈斯型熔岩盾体积约为数百立方米，基底坡度较缓，中央坡度较陡，最终在中央峰顶处平缓（10°-30°）。冰岛型熔岩盾为单成因火山，体积最小（约50立方米），坡度最高为15°。此外还需考虑火星上的大型熔岩盾（体积达数百万立方米，Werner，2015年），以及体积介于0.1–15立方米之间的小型单成因熔岩盾，通常由薄而流动的熔岩流形成（Noe-Nygaard，1968年），这类火山常见于法罗群岛（丹麦）和蛇河平原（美国），常与高喷发量的玄武岩裂隙喷发相关（Hughes，2015年）。小型熔岩盾是由裂隙或中央喷口非爆炸性喷发形成的（Pike，1978年；Wood，1979年）。熔岩盾火山的裂隙区通常狭窄且边界清晰，但会逐渐发展为放射状喷口系统（Walker，1993年）。尽管Scutulum型火山体积最小，但其规模可能是典型单成因火山的数倍，因此在评估其危险性和风险时需考虑单次喷发可能覆盖的广阔区域。
该研究小组在YCMF区域进行的多项研究表明，详细分析近期火山的喷发特征对于评估其对墨西哥城及周边城市的火山威胁至关重要（例如Martin Del Pozzo，1982年；Martin Del Pozzo，1989年；Córdova等人，1994年；Martin Del Pozzo等人，1997a；Martin Del Pozzo等人，1997b；Jaimes-Viera等人，2018年；Nieto-Torres和Martin Del Pozzo，2019年；Nieto-Torres等人，2023年；Jaimes-Viera等人，2025年）。本文基于详细的地质野外调查、卫星图像处理、高分辨率数字高程模型分析、无人机测绘、地球化学数据整理，以及与其他火山场（包括墨西哥境内的其他单成因和裂隙火山喷发）的对比，得出了相关结果。这些研究有助于估算喷发产物的体积（火山渣锥和熔岩流），重建奇奇纳乌钦火山的喷发过程，并更好地了解类似喷发在YCMF及其他地区的潜在危害。
地质背景
YCMF火山位于墨西哥中部，距离中美洲海沟（Middle America Trench，MAT）约280公里，属于跨墨西哥火山带（Trans-Mexican Volcanic Belt，TMVB）的一部分，该火山带包含多个由多成因火山分隔的单成因火山场（Nixon，1982年；Johnson和Harrison，1990年；Ferrari等人，2012年）。TMVB的形成与科科斯板块（Cocos Plate）和里维拉板块（Rivera Plate）俯冲到北美洲板块下方有关（见图1）。
YCMF火山东侧与波波卡特佩特尔火山（Popocatépetl volcano）相邻...
制图与形态特征
为绘制奇奇纳乌钦火山的沉积物分布图，共进行了80多次野外考察。在野外识别出了与每次熔岩流相关的具体结构（如熔岩丘、熔岩堤、沉降坑、膨胀裂缝、熔岩管和小型熔岩丘）。通过详细分析，测量了每个熔岩流的厚度、宽度和长度。
使用的SPOT卫星图像包括一张分辨率为10米的多光谱图像和一张分辨率为5米的全色图像...
火山渣锥的形成
奇奇纳乌钦火山形成于一条走向N80E-S80W的裂隙上，裂隙长900米，宽30–40米，正好位于北部墨西哥盆地与南部巴尔萨斯盆地（Balsas Basin）的分水岭处（见图1）。喷发初期形成了一个高160米的火山渣锥，将裂隙分为两部分。在火山渣锥底部发现的火山渣呈红色，大小从1厘米到3厘米不等，具有大量气泡...
喷发过程与动态
根据地层记录，奇奇纳乌钦火山的喷发始于一条长达900米的裂隙，裂隙上形成了一个高160米的火山渣锥，随后被裂隙分割成两部分。熔岩从裂隙及其附近的多个喷口喷出，形成了熔岩帘幕，随后形成了一个次级熔岩锥和位于西北侧的熔岩湖以及另一个喷口。火山渣锥产生的火山灰被约3.3立方公里的安山岩熔岩覆盖，覆盖面积超过52平方公里。结论
奇奇纳乌钦火山是整个区域中最年轻且最独特的火山，其喷发受裂隙构造控制，形成了类似冰岛型火山的特征。由于其位于两个盆地的分水岭处，因此形成了熔岩盾。尽管其他具有类似流动特性且熔岩更稀薄的火山并未形成熔岩盾...
作者贡献声明
阿米埃尔·尼托-托雷斯（Amiel Nieto-Torres）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论设计、资料整理及概念框架构建。安娜·莉莲·马丁·德尔·波佐（Ana Lillian Martin Del Pozzo）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资源协调、项目管理、资金筹集及数据分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
阿米埃尔·尼托-托雷斯得到了
ANID科学计划-Milenio Iniciativa Científica Milenio（ICN 2021_038，“千年火山风险研究所-Ckelar Volcanoes”项目的支持。该项目部分由
UNAM资助。Carmen Jaimes-Viera、Crisóforo Torres和Christian Kalmes参与了野外工作。Mariana Sandoval协助了样品制备。作者感谢编辑Shane Cronin、匿名审稿人以及Fabio Arzilli提供的宝贵意见，这些意见极大地丰富了本文的内容。
