《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：The 1718 exceptional eruption of Pico volcano (Azores archipelago): The mobilization of different magmas along a local fault
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皮科火山（亚速尔群岛）2018年喷发事件揭示了断层（N150°）作为岩浆上升通道的动力学过程，不同岩浆储层（非连通）因压力累积分别沿断层激活，导致同源异成分岩浆同步喷发。研究整合了岩相学、地球化学及流体包裹体数据，提出断层控制岩浆分储与快速运移的机制，为火山监测提供新模型。
Vittorio Zanon
火山学研究与风险评估研究所 – 阿佐雷斯大学
地址：Rua M?e de Deus, 9500-321，蓬塔德尔加达，葡萄牙
摘要
皮科火山（阿佐雷斯群岛）在过去2000年里是该地区最活跃的火山。尽管我们对火山岩浆供给系统的结构有详细的了解，但岩浆上升的动力学过程仍然知之甚少，这在我们理解阿佐雷斯群岛的火山活动方面留下了重要的知识空白。对1718年皮科火山喷发事件的研究为岩浆上升动力学提供了新的见解。这次喷发沿着Lomba do Fogo-S?o Jo?o正断层发生，该断层以N150°方向切割火山体。通过对喷发产物的地球化学和岩石学分析，并结合流体包裹体的研究，发现具有不同地球化学特征和纹理特征的岩浆沿着断层的不同段落喷出。这些岩浆储存在岩浆储存系统的独立、不相连的部分中。断层的激活是由于深部岩浆系统的增压作用，这种增压是由岩浆在断层北部段落下方上升所驱动的。像Lomba do Fogo-S?o Jo?o这样的断层在阿佐雷斯群岛中部火山的侧翼广泛存在，可能成为岩浆上升的优先路径。因此，为了有效监测这些火山的地震和火山活动，了解岩浆的储存条件和上升路径至关重要。
引言
在海洋岛屿环境中，岩浆储存系统的结构和动力学对岩浆的提取、上升及其时间演化起着主要控制作用。大量研究表明，海洋岛屿下方的熔融物积聚区具有高度的瞬变性，压力和温度的波动以及可变的熔融物供应速率不断调节着岩浆在垂直延伸的储层网络中的流动性和连通性（Clague和Dixon，2000；Cashman等人，2017；Lissenberg等人，2019）。来自更深储层区域的周期性补给在重新组织地壳储层的几何形状和渗透性方面起着特别关键的作用，从而增强了岩浆的有效抽取和上升（Parmigiani等人，2014）。
加那利群岛玄武岩熔岩序列的岩石学和地球化学数据进一步表明，驻留的演化岩浆与新注入的原始岩浆之间的混合是海洋岛屿下方的一个反复发生的过程，这种混合产生了成分多样性并影响了储存区的机械稳定性。离散的岩浆囊可能会在较长时间内保持孤立状态，经历结晶和挥发性物质的析出，直到它们被新的地幔物质注入重新激活（Prieto-Torrell等人，2025；Horn等人，2022；Tornare等人，2016）。这种重新激活可以触发成分不同的岩浆近乎同时喷发。重复注入和系统增压的一个重要后果是局部应力场的扰动，这可能会重新激活预先存在的正断层（例如，Kundu等人，2020；Maerten等人，2022）。这些结构不连续性随后成为岩浆快速上升的优先路径。
皮科中央火山（阿佐雷斯群岛）提供了一个理想的自然实验室，用于研究沿断层同时喷发成分不同的岩浆。该火山位于三个区域构造趋势的交汇处——N110°拉伸系统、N60°右旋断层和N150°正断层（Madeira和da Silveira，2003；Marques等人，2014；Zanon等人，2020），展示了构造架构如何调节岩浆的储存和上升。先前的多学科研究表明，上升的岩浆最初在莫霍界面（17-18公里深度）积聚，随后在多个中地壳不连续处积聚（约16-8公里深度），在那里形成了层状岩床并发生了分馏结晶。流体包裹体和地震数据进一步表明，岩浆沿着N150°和N110-120°系统快速上升，而在N150°和N60°断层交汇处5-7公里深度的岩浆积聚可能代表了南部侧翼下方一个较浅、更复杂的储层的早期形成。这些结构和岩石学不连续性为当前研究解释岩浆上升和储存过程提供了框架。
值得注意的是，N150° Lomba do Fogo-S?o Jo?o正断层将火山体一分为二，并在1718年的喷发中发挥了作用，当时几乎同时有具有不同地球化学特征的岩浆从相反的两侧喷出（Nunes，1999；Zanon和Frezzotti，2013）。这一事件提出了一个基本问题：是什么机制使得成分不同的岩浆能够同时移动，断层在促进它们的上升过程中起了什么作用？
本研究通过整合1718年喷发产物的零散历史记录、地质测绘、岩石学和全岩地球化学数据以及流体包裹体分析来回答这个问题。目的是重建喷发前的岩浆储存状态，突出岩浆囊与断层之间的相互作用，并提出一个关于海洋火山沿断层多成分喷发的通用模型。这项工作不仅为这一历史喷发提供了新的见解（尽管现有的记录很少且零散），还有助于填补关于海洋岛屿火山下岩浆储存系统的观测空白，对构造活跃岛屿地区的火山灾害评估具有直接意义。
章节片段
区域背景和局部应力场
皮科火山位于阿佐雷斯群岛（葡萄牙），地处北大西洋中部-北部，大约在大西洋中脊以东140公里处。阿佐雷斯地区由岛屿和海山组成，这些地形构成了线性扩张系统，适应了欧亚板块和努比亚板块之间的岩石圈伸展（Louren?o等人，1998；Luis等人，1998；Miranda等人，1998，Miranda等人，2014；Madeira等人，2015；Fernandes等人，2006；Borges等人，2007）
1718年喷发事件的历史记录
关于1718年皮科火山喷发的历史记录虽然稀少且缺乏细节，但表明喷发始于1718年2月1日上午6点左右，在此之前发生了数小时的强烈地震活动。四个喷口在海拔850至1250米之间的裂隙上打开，喷出了浓密的火山灰云（Macedo，1871）。强烈的火山碎屑物质降落在岛屿的南部，迫使圣马特乌斯教区的居民向东撤离
熔岩流场和露头的描述
北部的喷发地点位于Lomba do Fogo断层沿线（以下简称LDF），由一条分段延伸约1.8公里的喷发裂隙组成（图2A）。裂隙西侧有一条高达12米的连续火山灰脊。一条局部高度超过15米的垂直断层面暴露了喷发前的熔岩。裂隙的底部被熔岩淹没，熔岩仅向东和向北流动。
分析方法
皮科岛的植被像阿佐雷斯群岛其他地方一样，在潮湿的气候条件下生长迅速，这使得露头难以接近，也使得定义熔岩前沿变得不可能。一条穿过北部熔岩的道路在植被再次覆盖之前提供了对喷发产物的访问途径。为了克服这一困难，采用了多分析方法，包括多年的野外工作、航拍照片的解释、流体包裹体分析以及岩石学和地球化学分析
喷发产物的岩石学和地球化学特征
1718年喷发期间喷出的岩浆显示出独特的岩石学特征。LDF地点的初始熔岩流（下部单元）是斑状结构，具有斑晶质纹理，斑晶含量超过15%。矿物组合以斜长石和辉石为主，含有少量的角闪石和Fe
氧化物，以及少量的碱性长石和橄榄石。LDF的上部熔岩流单元也是斑状结构，但含有高达35%的斑晶
流体包裹体数据
来自SJ喷口的橄榄石中的流体包裹体（FIs）要么以孤立的形式存在，要么以小簇的形式存在于晶体内部和晶界处（早期阶段的包裹体），要么以长度和厚度不定的轨迹形式存在，这些轨迹终止于或穿过晶界（晚期阶段的包裹体；详见Zanon等人，2020年的文本描述）。相比之下，LDF地点橄榄石中的FIs数量更多，且均为晚期阶段（图10岩浆类型及其相互作用
为了重建1718年皮科火山喷发涉及的岩浆的岩浆成因历史，并评估它们之间可能的关系，初步观察表明：i) 四个喷发单元在岩石学上有所不同；ii) 来自LDF上部单元的一些样本显示出不同岩浆的混合；iii) 喷发的岩浆是玄武岩和benmoreite，没有中间成分。这支持了岩浆是独立批次存在的假设；iii)结论
对1718年皮科火山喷发系列的研究强调了火山体下方存在成分不同的岩浆批次，以及构造控制（特别是N150°-走向的Lomba do Fogo-S?o Jo?o断层）在调节它们上升路径中的关键作用。岩石学、地球化学和流体包裹体数据的整合使我们能够重建一个复杂的岩浆积聚和运输系统，得出以下关键发现：
i) 玄武岩和
CRediT作者贡献声明
Vittorio Zanon：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，验证，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。
致谢
感谢皮科自然公园在2016年、2017年和2018年的野外调查期间允许我们免费进入火山顶峰。感谢意大利米兰“Ardito Desio”大学地球科学系的A. Risplendente和S. Poli在显微分析方面提供的帮助。V. Acocella、M. Townsend、N.C. Mitchell和四位匿名审稿人的评论改进了本手稿。
