安第斯山脉中部的火山碎屑流沉积物：地貌特征与内部特性

《Journal of South American Earth Sciences》：Volcanic debris avalanche deposits of the Central Andes: geomorphological features and internal characteristics.

火山碎屑雪崩地貌特征及其形成机制研究——以安第斯山脉中段为例，分析了Quaternary火山结构崩塌形成的火山碎屑雪崩沉积（VDAD）的地貌类型（如Toreva块体、丘陵等）及其与地质构造、岩浆活动、地震等因素的关联，揭示了此类地貌对火山稳定性评估和灾害管理的指导意义。

　　

作者：Inés Rodríguez、Benigno Godoy、Osvaldo González-Maurel

所属部门：特木科天主教大学工程学院土木工程与地质学系，地址：Rudecindo Ortega 03694, Temuco

摘要

自1980年5月18日圣海伦斯火山喷发并坍塌以来，火山碎屑流一直被视为与火山构造演变相关的灾难性事件。这些碎屑流具有极远的传播距离，能够搬运数千立方米的物质，并形成相应的沉积物（即火山碎屑流沉积物，简称VDAD）。其特征既受碎屑流动的物理条件影响，也受坍塌前该地区的古地形作用影响。VDAD形成的地貌特征，如托雷瓦块、丘陵、堤岸等，对研究火山环境的演变具有重要意义。在位于南纬18°至25°之间的安第斯中部地区，由于该地区气候干燥，这些地貌保存较为完好，不过其规模和分布存在差异。本文综述了安第斯中部地区第四纪火山构造坍塌所产生的主要地貌特征（包括帕里纳科塔、塔塔萨巴亚、伊鲁普通库、奥利亚圭、索科姆帕、卢利亚伊亚科和拉斯塔里亚等地的沉积物）。我们描述了可识别的主要地貌类型及内部结构（如块状物、断层和褶皱），以理解与火山构造生长和破坏相关的过程及灾害。

引言

1980年5月18日圣海伦斯火山灾难性喷发后，火山碎屑流重新引起了人们的关注。这类现象被认为是与火山构造演变相关的常见且周期性事件（参见Francis和Self（1987年）、Zernack等人（2009年）以及Cortés等人（2019年）的研究）。火山碎屑流被定义为由火山构造部分坍塌产生的混杂物质。引发火山构造坍塌的因素包括岩浆侵入（Voight等人，1981年；Richards和Villeneuve，2001年）、火山构造的热液改造（López和Williams，1993年；Reid，2004年；Godoy等人，2017年）、基底扩张（van Wy de Vries和Francis，1997年；Wooler等人，2004年）、火山构造下的断层重新活动（Vezzoli等人，2008年；Wooller等人，2009年）、地震（Montalto等人，1996年；Coviello等人，2021年）以及火山区域的气候变化（Capra，2006年；Tormey，2010年）。通常，多种不稳定因素和触发机制共同作用才会导致火山侧翼的灾难性坍塌。具体坍塌事件的不稳定因素和触发机制可通过火山构造本身及火山碎屑流沉积物（简称VDAD）来推断（参见Andrade和van Wyk de Vries，2010年；Roverato等人，2011年；Godoy等人，2017年；Rodríguez等人，2020年）。

VDAD沉积物中包含火山构造崩塌产生的碎屑（Bernard等人，2021年所称的“构造块相”），以及同期喷发产生的年轻物质（如果坍塌是由喷发引起的）。此外，在火山坍塌过程中，周围分布的基底物质、河流沉积物、冰川沉积物和/或冲积沉积物（Bernard等人，2021年所称的“基底块相”）也可能被卷入碎屑流中（参见Francis和Self，1987年；Clavero等人，2002年、2004a年；Bernard等人，2008年；Andrade和van Wyk de Vries，2010年；Godoy等人，2012年、2017年；Rodríguez等人，2020年；Pierson等人，2025年）。碎屑流在运动过程中可能再次发生破碎，形成典型的VDAD地形，其中丘陵和洼地最为显著（Siebert，1983年；Ui，1984年）。这些丘陵高度从几米到数百米不等，沉积物主要由基质相和块状相组成（Glicken，1986年定义）。基质相由小于64毫米的碎屑构成，块状相则大于64毫米，其中小于1米的块状物称为碎屑，大于1米的称为巨块（Palmer等人，1991年）。沉积物中的物质分布反映了火山构造坍塌时的原始分布情况（Voight等人，1981年；Glicken，1986年；Clavero等人，2002年；Godoy等人，2012年、2017年；Bernard等人，2021年）。如果源头区域未被后续地质事件完全覆盖，还可观察到剧场状凹陷（Ui，1983年；Siebert，1984年；Clavero等人，2002年、2004a年；Bustos等人，2025年）。

通过分析火山表面的地貌特征，我们可以更好地理解火山当前的形态，这对土地管理研究（例如Alcalá-Reygosa等人，2016年；Gabrielli等人，2020年；Bustos等人，2025年）具有重要意义，尤其是在人口密集地区进行灾害风险评估时。此外，火山地貌的研究有助于我们了解火山活动的各个阶段及其演变过程（例如Klime?等人，2009年；Gabrielli等人，2020年）。因此，研究VDAD有助于评估火山稳定性，尤其是位于人口密集区域的火山构造，从而减轻可能与火山碎屑流相关的灾害。本文总结了安第斯中部山脉（从智利北部和阿根廷延伸至玻利维亚南部）不同火山中的VDAD地貌特征，这些特征有助于了解此类大规模火山弧中火山碎屑流的运动特性。

地理与地质背景

安第斯中部地区（南纬15°至27.5°）是一个与俯冲作用相关的构造-岩浆弧，其形成始于侏罗纪时期（Coira等人，1982年；Haschke等人，2006年）（见图1），覆盖秘鲁南部、玻利维亚西部以及智利和阿根廷北部。该火山弧与纳斯卡板块与南美板块碰撞形成的俯冲带平行（见图1），目前该区域仍存在活跃的火山活动（即安第斯中部火山活动）。

火山碎屑流的地貌特征

在火山碎屑流的流动过程中，会形成多种地貌特征，这些特征可能成群出现或单独存在于VDAD沉积物中（参见Clavero等人，2002年；Godoy等人，2017年；Valderrama等人，2018年；Paguican等人，2021年）。这些地貌的形成受地形控制和火山碎屑流内部应力状态的影响（Bernard等人，2008年；Yoshida，2014年；Clavero等人，2004a年；Thompson等人）。

安第斯中部地区的火山碎屑流沉积物

尽管只有一座火山（拉斯卡尔火山，Gardeweg等人，1998年）仍具有活跃的火山口（见图1），但安第斯中部火山带存在多个具有活跃喷气孔和地表变形的火山，表明这些区域仍存在岩浆活动（例如Lastarria火山，Pritchard和Simons，2002年；Uturuncu火山，Eiden等人，2023年）。至少有10座火山发生了构造坍塌，形成了VDAD沉积物（见图1）。这些沉积物的特征各不相同。

讨论与结论

火山碎屑流是火山构造生命周期中的常见现象。这类现象比火山喷发更具危险性，因为它们可能在没有岩浆侵入的情况下被触发（例如气候变化、地震、基底不稳定、内部热液作用等），并且能够传播到距离源头数公里远的地方（Siebert和Reid，2023年；Bustos等人，2025年）。

CRediT作者贡献声明

Osvaldo González-Maurel： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、调查、资金筹集、数据分析及概念构建。 Benigno Godoy Neira： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、调查、资金筹集、数据分析及概念构建。 Inés Rodríguez： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、调查、资金筹集、数据分析及概念构建。

未引用参考文献

Deruelle，1982年；Eiden等人，2023年；Gardeweg等人，1998年；Paguican等人，2020年；Wadge等人，1995年；Wooller等人，2004年。

利益冲突声明

? 作者声明可能存在以下财务利益或个人关系，这些可能被视为潜在的利益冲突：Benigno Godoy表示获得了国家创新与科学技术发展基金的资助；Inés Rodríguez也表示获得了同一基金的资助。

致谢

野外调查工作得到了以下机构的资助： - FONDECYT（塔塔萨巴亚项目，编号1040137）； - FONDECYT（伊鲁普通库项目，编号11100372）和ECOS-CONICYT项目C11U01； - FONDAP（索科姆帕项目，编号11200293、15090013、15200001、ACE2100005）； - FONDECYT（拉斯塔里亚和卢利亚伊亚科项目，编号1070162）。 此外，还获得了格奥尔根-奥古斯特大学（Georg-August-Universit?t G?ttingen，帕里纳科塔项目）、开普敦大学以及特木科天主教大学（奥利亚圭项目）的资助。同时感谢Monica da Costa Pereira Lavalle Heilbron博士的支持。