http://s8/mw690/002jwlu3zy6RpTD7xjh47&690 

    科利马（Colima）火山是墨西哥西南的一座层状火山。科利马火山实际上包含两座相邻的科利马火山，北面一座海拔4330m的华多科利马火山，已经不活动；南面是一座海拔3860m的菲戈科利马，简称科利马火山，下面讲述就是南面的科利马火山（图1）。

 

科利马火山距离墨西哥城大约482 km，在科利马市北32km，目前有3万人生活在火山周围40 km内。近代火山活动经常促使周围村庄进行暂时的疏散。自从1576年以来，科利马火山喷发了40次以上，最大规模的一次喷发是在1913年。在近10年里仍有间歇性喷发。该火山又被称作“火火山”是因为火山喷发时整个山头火红壮观，浓烟漫天。

 

    一、地质背景

 

    科利马火山主要是安山岩－流纹岩，二氧化硅的含量47.7～63.3wt.%。最近的喷发主要是安山岩 (二氧化硅含量55.6～63.5wt.%)( Crummy et al., 2011)。具有高的黏滞系数（10⁶～10¹⁴ Pa.s）。熔岩穹丘往往生长几个月至几年，达到几十至几百米高，然后被穹丘崩塌或爆炸式喷发所中断。科利马火山具有复杂的地质背景，火山的形成和演化受到多种因素的影响。

（1）科利马火山位于太平洋东侧里韦拉板块和科克斯板块向北美板块俯冲的俯冲带北面大约160 km的地方，在里韦拉和科克斯板块边界的延长线上。根据震源深度，科利马火山处在板片俯冲到50 km深的上面。

（2）科利马火山位于一条近南北向的长190km、宽20～65km的科利马裂谷上。科利马裂谷覆盖了韦拉板块和科克斯板块的消减边界，是一条上新世－更新世的裂谷，这里还有两条裂谷带：WNW-ESE向的特皮克-萨科阿尔科（Tepic-Zacoalco）和E-W向的查帕拉（Chapala），三条裂谷构成一个哈利斯科（Jalisco）三联点。

 

http://s1/mw690/002jwlu3zy6RpTKyHRe40&690 图2 科利马火山

（3）科利马火山位于近东西走向的跨墨西哥火山带（TMVB）的西南隅。跨墨西哥火山带主要是铁镁质－中性的火山活动(Gomez-Tuena et al., 2003)，跨墨西哥火山带位于南面科克斯板块俯冲带附近，却不同于一般的弧后火山。在跨墨西哥火山带下没有构造地震，没有岩石圈地幔，火山带下的俯冲板片的形态也是未知的。跨墨西哥火山带与南面科克斯板块俯冲边界不平行，原因是俯冲带的倾角是变化的，西面的倾角大。

科利马火山主要是安山岩，二氧化硅占∼61 wt%，但是在1818和1913年分别有一次爆炸性喷发，二氧化硅∼58%，接着1961-1962和1975-1976，二氧化硅∼61%。1976年开始趋向于更低的二氧化硅含量，在1981年到达极值，可能由于少量岩浆来源更深。之后在1991和1998-1999年喷发中安山质熔岩更富含二氧化硅。有意思的是熔岩含二氧化硅含量相对高时（∼61%），降低岩浆上升速率，到达地面前有更充分的脱气，喷发为块状熔岩，而熔岩含二氧化硅含量相对低时（∼∼58%），提高岩浆上升速率，到达地面前脱气不充分，喷发为爆炸性的。

富含二氧化硅的熔岩穹丘（安山岩-流纹岩），高的粘滞系数（106 to 1014 Pa s）几十～几百米高，通常穹丘生长几个月～几年，然后被穹丘崩塌或爆炸式喷发所中断。例如云仙岳、科利马、Popo, Merapi & MSH。穹丘生长有内生的和外生的两种类型。内生的如Montserrat 1997，穹丘内部不断膨胀而垮塌；外生的如MSH 2004，沿着剪切带而形成孤立的isolated spi熔岩刺。

晚中新世（11～5Ma），整个中墨西哥，直到原来的北部弧，分布着大量的铁镁质火山活动，而且从西到东年龄逐步变小。这些铁镁质熔岩主要是沿引张断裂分布的，化学成分从钙碱性到钠碱性。铁镁质火山活动一直持续到7.5～3 Ma，熔岩是碱性的，带有OIB特征。7.5~5Ma岩浆活动主要是硅质的，5~3Ma转变为铁镁质活动。渐新世～第四纪墨西哥的火山活动呈现出向南迁移的趋势。

 

    二、科利马火山的早期喷发

 

    科利马火山自从5Ma前开始活动。晚更新世发生了大崩塌，大约25km³的山体滑下了150 km。之后大约每几千年就发生一次崩塌。

    最近500年来科利马火山已经大规模喷发了25次左右。记录最早的喷发在1576年，接着是1590年。1611～1613年喷发是伴随着强烈地震的火山碎屑爆发。在138年平静后，1749年发生另一次喷发。1770年另一次巨大的火山灰喷发，1795年炽热的火山灰渣喷发，1806年地震与火山喷发造成了2000人死亡，这次喷发延续到1818年。1818年2月15日又发生大喷发（VEI=4），2月15日20点，25km外的Zapotlan的居民听到了震耳欲聋的声音。火山灰覆盖了Zapotlan, 瓜达拉哈拉（Guadalajara）（140 km）, 瓜纳华托（Guanajuato）（310 km）, 萨卡特卡斯（Zacatecas）（385 km）,以及圣路易斯波托西（San Luis Potosi）（425 km）。在250 km东的军队听到巨大的爆炸声，以为是炮弹爆炸。这次喷发物的二氧化硅含量相对较低（约为58 wt.%）。

火山全岩分析表明岩石成分有两次旋回（Luhr，2002，），一次是1818-1913，第二次是1913至今。

1818年喷发后是持续51年的平静。1869年6月12日又开始喷发，主火山口北东1 km形成一个寄生火山El Volcancito，这是有历史记录的头一次熔岩流喷发。之后是连续的较弱的活动。1872年2月26日喷发，各阶层的人们都涌到街道和广场，祈求上帝的仁慈。1872年喷发后又发生了十几次喷发，平均不到3年喷发一次。

1913年1月17～24日发生布里尼式喷发（VEI=5），喷出火山碎屑包括空降堆积、涌浪和火山碎屑流，火山碎屑流开始于熔岩丘的重力垮塌形成的块－灰流（Merapi-type），接着是有乌尔加诺式喷发所诱发的熔岩丘塌陷（Soufrière-type)，最后是布里尼柱部分垮塌所形成的富含浮岩的灰流。火山碎屑总体积1.1～1.7km³（Saucedo et al., 2004）。在南坡形成15 km长的火山碎屑流和一个900英尺深的山顶火山口，火山灰降落到725 km外的Saltillo。距离火山7.7 km的树木直径生长的速率下降大于30%( Biondi et al., 2003)。1913喷发物相对均一，为角闪石安山岩（约为58 wt.% SiO₂），比1961年以来喷发物（约为60% SiO₂）更具铁镁质，估计喷发前岩浆囊在8 km以下（Luhr et al., 2006）。

1913年大喷发后又是几十年的休眠。1941年发生强震，科利马市大部分建筑被摧毁，同时1941年和1997年各有一次喷发（VEI=3）。

火山全岩分析表明，岩石成分有两次旋回的变化（Luhr，2002，），一次是1818～1913年，第二次是1913年至今。根据Luhr和Carmichael（1980, 1990），科利马火山喷发已经有4个喷发周期，每个周期都以穹丘的形成开始，以大的爆炸性喷发终结。在每个周期结束时大喷发是岩石往往更加基性(57.9～59.2 wt.% SiO₂)，而之前的穹丘生长与塌陷含有更多的二氧化硅（约61%）。其原因是熔岩含二氧化硅含量相对高时，降低了岩浆的上升速率，到达地面前有更充分的脱气，表现为穹丘生长；而二氧化硅含量相对低时，提高了岩浆上升速率，到达地面前脱气不充分，表现为爆炸性的喷发。

科利马火山是典型的溢流－爆炸交替喷发的火山，根据最近的资料，可以发现1961年以来科利马火山经历了5个溢流－爆炸式喷发的周期（图3）。

http://s6/mw690/002jwlu3zy6RpTPG1YF75&690   图3  科利马火山喷发阶段示意图 红色代表爆炸式喷发阶段，深蓝色代表快速溢流，浅蓝色代表慢速溢流

（1）1961年1月～1991年2月，慢速溢流，1991年后爆炸式喷发；

（2）1998年11月～1999年2月，快速溢流，1999年2月后爆炸式喷发；

（3）2001年5月～2003年7月，慢速溢流，2003年7月后爆炸式喷发；

（4）2004年9月～2005年2月，快速溢流，2005年2月后爆炸式喷发；

（5）2007年1月～2010年6月，慢速溢流。

 

    三、5个周期的溢流－爆炸式旋回

 

1961～1962年安山岩穹丘生长与崩塌代表着新一期旋回的开始，旋回的结束有可能是一次火山灰流的大喷发（Luhr和 Carmichael, 1980）。

1. 1961～1997年

1961～1997年科利马火山经历了一次溢流－爆炸式喷发的变换，包括1961～1991年熔岩穹丘慢速溢流和1991～1997年10月爆炸式喷发。

（1）1961～1990年以熔岩穹丘缓慢生长和块状熔岩流为主，偶尔有小规模喷发。

1961～1962年发生较小喷发，块状安山岩熔岩流向北坡，熔岩体积达0.006km³。1975年12月11日～1976年6月20日发生一次较大喷发，熔岩体积达0.11km³。1977年12月1日～1982年6月喷出熔岩体积0.00018km³。

1981～1982年，在火山口的东部出现一个新的熔岩穹丘，1981年12月9日，穹丘爆炸，形成熔岩流。1985年9月19日火山西南190 km处发生一个8级地震，产生一条新的裂隙，接着于1986年发生火山灰喷发，熔岩穹丘爆发并发生雪崩。科利马火山张开了新的火山口，释放了部分压力。接着继续是熔岩穹丘的平静生长。20世纪80年代科利马的活动以小规模零星的熔岩流和频繁的山顶崩塌为特征。

（2）1991～1997年爆炸式喷发，

1991年，科利马火山上一个高30m熔岩穹丘崩塌产生碎屑流和火山弹，恢复了从前激烈的爆炸式喷发的性质。

在15年的地震平静后，发生了4次明显的地震异常。大部分地震发生在火山北侧，震源距离山顶7～11 km。1991年2月14日开始震群活动，记录到超过每天100个各种类型的火山地震。2月份一天的震群有几百次，一个震群之后又一个停顿和平静，之后是又一个震群，显示着穹丘的成长。在又一次平静之后，火山开始爆发。

美国Buffalo大学的Sheridan曾经应用计算机模拟预测西南侧的熔岩流，沿途的村庄有60%可能被掩埋。1991年3月27日Sheridan到科利马火山进行考察，发现2月份以来火山形成一个100m宽、30m高的熔岩穹丘，喷着热气，就像一个巨大的热水泡，Sheridan认为如果穹丘继续发展，2个星期穹丘顶部就可能失稳崩塌，引起熔岩流和雪崩。

1991年4月16日，一次典型的熔岩穹丘崩塌引起的喷发，产生Merapi型的火山碎屑流，长达4 km，碎屑沉积厚达10m。高达600°C的碎屑流使村庄着火，然而在距离村子2 km时停止前进，因此没有人员伤亡。

科利马山顶西侧大约8Mm³的岩块摇摇欲坠，任何小的震动都可能触发，火山灰和水的混合可能形成碎屑流或泥石流。Miami大学的Connor认为科利马火山与1980年圣海伦斯火山很类似，都是大破裂切过山顶，然后开始喷发。然而所有科学家对发布预报都非常谨慎，因为动员民众在外面待几个月是非常困难的。

1994年7月21日，科利马发生一次岩浆蒸汽喷发，这次喷发摧毁了1991年的火山口熔岩丘，并且产生崩塌和火山灰降落. 火山碎屑体积0.0006km³。

2. 1997～2001年初

这一阶段包括1998年11月～1999年2月，熔岩穹丘快速溢流以及1999年2月～2001年2月爆炸式喷发阶段。

每次喷发总是提前几个月在火山下开始地震活动,接着是山顶的穹丘的爆炸和岩崩，显示了熔岩穹丘的生长。穹丘的生长在几个月后是一系列熔岩流从火山南翼像瀑布一样倾泻而下。

（1）1997年11月～1999年2月熔岩溢流阶段。

1997年中期，当地震活动超过背景值时开始熔岩喷发。自1997年11月开始，发生一系列震群活动，山顶熔岩穹丘开始变形（Murray和 Ramirez-Ruiz,2002）。

1998年11月总共发生几千次火山颤动，18日产生喷发柱，火山口内可以见到熔岩上升，飞机测量火山口内温度达到800℃。1998年11月19日，大约250个农民被疏散。

1998年11月20日，一个原来于1994年7月开始生长的穹丘发生爆炸。11月21日熔岩穹丘开始崩塌，形成一系列块－灰流，向南南西方向流去，速度达80～90 km/h。这些火山碎屑流长达4.8 km。11月25～26日发生大规模的火山碎屑流，体积达7.3×10⁵ m³。12月2日熔岩流达1000多米。12月后期，熔岩流不再延长，主要有两支熔岩流，一支长2700～3000 m，宽500 m。另一支长2200 m。在熔岩流边缘有小规模的块灰流。

1999年1月18日熔岩流长度达到3km。2月初喷发样式改变，由溢流转向间歇性的爆炸。

（2）1999年～2001年2月爆炸式喷发阶段。

1999年2月～2001年2月，山顶穹丘发生了5次爆发，这些爆炸打开了一个新的火山口。1999年乌尔加诺式喷发中，科利马喷出的物质喷到5 km以外，幸运的是那里都是没人居住的地方。

2000年3月7日，科利马裂谷南段发生M_W5.3地震，震源机制表明断层走向SWW260°，是倾向北西的正断层，带有左旋走滑分量。2001年2月发生一次孤立的乌尔加诺式喷发。2002年2月6日，火山开始喷发岩石和灰烬，同时火山地震有所增加，表明科利马火山已接近喷发。18日，当局已将居住距离火山口只有7.5 km的村子中的213名居民转移到了一个临时居住点。观测到熔岩流和火山碎屑流。火山碎屑流向南、西南和西侧流下，长达2～3 km。

3. 2001～2003年

2001～2003年科利马火山喷发包括2001年5月～2003年7月穹丘慢速溢流，以及2003年7月开始的爆炸式喷发。

（1）2001年5月-2003年3月，熔岩溢出阶段，缓慢的穹丘生长，短的熔岩流，伴随着地球化学前兆。

2001年3月在新火山口内发现一个新的熔岩穹丘，11月23日，穹丘尺度达宽14m高21m，大约8.6万m³，生长速率大约为0.027m³ /秒。12月29日穹丘生长速率0.29 m³/秒。

2002年2月14日穹丘开始崩塌。3月4日火山灰云高度达3～4 km。2002年5月19日开始喷发熔岩流，20日喷发加剧。此外，火山附近地区的地震活动明显增加。为了保证附近居民的安全，科利马民防局两天内陆续将距离火山口10 km之内的287位居民撤离到安全地带。民防局还规定，从20日起，当地居民和游人不得进入距离火山口4 km以内的地区，并宣布距离火山口11.5 km以内地区进入警戒状态。科利马大学的专家认为，随着爆炸和火山岩外壳出现破裂，种种迹象表明科利马火山已接近喷发。然而直至2003年6月，并没有发生爆炸式喷发，大约一年时间仅仅发生熔岩流。

（2）2003年7～8月，科利马火山发生乌尔加诺式喷发，主要由于穹丘塌陷而引起的，无明显前兆。典型的是每2～10天发生一次乌尔加诺式喷发。.

 4. 2004～2006年

2004年～2006年喷发旋回包括2004年9月～2005年2月穹丘快速溢流，以及2005年2月~2006年的爆炸式喷发。

（1）2004年9～12月，熔岩溢出阶段，快速的穹丘生长，熔岩流流向北和西北坡，前兆有长周期震群和地球化学异常。

2004年9月28日，山顶的熔岩穹丘开始生长，10月1日，熔岩穹丘塌陷，形成的灰块流向山下滚动，同时熔岩喷出，一直到10月5日以后。由于火山喷发，墨西哥政府已将距离火山口20 km内的地区划为紧急地带，并命令居民和有关人员撤离。

（2）2005年2月～2006年爆炸式喷发阶段，包括高达10 km的喷发柱、碎屑流、泥石流。

2月17日～9月27日穹丘生长和塌陷，前兆为长周期地震震群；发生乌尔加诺式喷发30次，其中5月23日、5月30日和6月5日的喷发规模最大，达到VEI=2~3，其余的VEI=1~2（Varley et al., 2010）。6月5日下午，熔岩、石块喷出高度可达5km，这是近两周来第三次大规模的火山喷发，前两次没有居民撤离。第三次将火山周围3个村庄进行疏散。2005年喷发摧毁了2004年的熔岩穹丘，形成了一个260m宽、30m深的火山口。

 5. 2007年1月～2010年6月

2007年1月～2010年6月熔岩溢出阶段。2007年2月开始了新一期的熔岩生长，2008年8月1日和11月8日航空观测都发现熔岩丘体积的增大。

到2010年3月熔岩穹丘每天生长了2000m³，导致频繁的岩崩和小的喷发。2011年1月，地方报纸报道科利马上面产生灰柱。

科利马火山喷发预测还很不准确。根据熔岩穹丘的测量，在1998年11月20日喷发前一年形变数据显示出山顶和火山锥上部加速膨胀。如果提前25周预测，误差为±5周；提前4周预测，误差为±13～15天（Murray和 Ramirez Ruiz,2002）。短期预测主要利用RSEM，从预测效果看，既包括可识别前兆，也包括不可识别的信号（Reyes-Dávila和 De la Cruz-Reyna，2002）。

 

参考文献

Reyes-Dávila, G.A.  & Cruz-Reyna, S.D. 2002，Experience in the short-term eruption forecasting at Volcán de Colima, México, and public response to forecasts， Journal of Volcanology and Geothermal Research，Volume 117, Issues 1-2, September 2002, Pages 121-127

Murray J. B.; Ramirez Ruiz J. J.,2002,Long-term predictions of the time of eruptions using remote distance measurement at Volcán de Colima, México, Journal of volcanology and geothermal research,2002, vol. 117, no 1-2 (241 p.)  (8 ref.), pp. 79-89