火山灾害及防灾措施

张明晓，白志达

中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083

0 引言

火山喷发是地球内部物质和能量骤然强烈释放的一种突发性自然现象。它给人类创造了许多财富，如矿产资源、地热资源、火山旅游资源，同时也常给人类带来巨大的灾难。据统计，全球有近20%的居民生活在火山灾害危险区和影响范围内。1987年联合国大会正式通过“国际减轻自然灾害10年”的决议，把火山灾害列为八项自然灾害之一。因此，研究火山灾害类型，对火山监测和预报并采取相应的防灾措施，是减轻火山灾害的关键。

1 火山灾害类型

图1 常见的火山灾害类型

火山灾害类型多样（图1），除了火山碎屑流、熔岩流和气体等灾害，还会引发海啸，地震等一系列次生灾害。

1.1 火山灰与火山云

火山灰指粒径小于2mm的火山喷发物。由于其特殊的成分及结构，当被人体吸入后会对呼吸道造成很大的伤害，甚至致人窒息死亡。大量火山灰的降落可导致建筑物垮塌，少量的火山灰亦可对农作物、电力设备等带来严重危害。2010年4月14日冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发，火山灰导致欧洲各国纷纷关闭机场，使欧洲航空业遭受巨额损失。

1.2 火山碎屑流

火山碎屑流是由炽热的火山灰、火山气体和火山碎屑物混在一起形成的流体，具有高密度、高温、高速等特征，它能击碎和烧毁在它流经路径上的任何生命和财物，具有极大的破坏性和致命性。公元79年意大利维苏威火山喷发，灼热的火山碎屑流和火山灰埋葬了当时繁华的庞贝古城。

1.3 熔岩穹与熔岩流

呈液态在地表流动的熔浆被称为熔岩流，其温度达1000℃～1100℃，其流速取决于熔岩流的成分、温度及具体的地形地貌。熔岩穹与熔岩流的灾害主要限于火山锥体部分和熔岩流溢流区范围内，酸性粘度大的熔岩流流动速度较缓慢，给了人们足够的反应时间，因而对人员的伤亡危害性较小。但会摧毁沿途各种设施并引起火灾和森林大火。1902年培雷火山喷出的熔岩流使圣彼耳城毁灭，2.5万居民丧身。

1.4 火山气体与气溶胶

火山喷发时会释放出大量有毒气体,如CO2、HF、HCl、SO2等。火山气体及形成的气溶胶，能导致平流层中臭氧浓度减小，甚至出现“臭氧洞”，诱发皮肤癌等疾病。在1986年的喀麦隆尼沃斯灾难中，1700余人死于火山活动喷溢的大量CO2气体。

1.5 火山碎屑涌流

火山碎屑涌流是由蒸汽—岩浆蒸气产生的低密度火山碎屑流。分为干涌流（地面涌流）和湿涌流（基底涌流）两种类型。干涌流温度高，运移速度快，虽搬运距离短，但也会对周围生命造成危害。

1.6 火山泥石流

火山泥石流是主要的火山次生灾害。它是由火山喷发物与水体混合（雨水、雪水及冰的融化）形成的大体积快速流动的高密度流体。它所携带的大量碎石和泥沙会堵塞河道，造成河流改道，引发一系列灾难性后果。1980年美国圣海伦斯火山爆发，火山灰、砂石和融化的雪水混合形成强大泥石流，以80km/h的速度席卷了房屋、桥梁等各种工程设施，造成严重破坏。

1.7 火山地震

火山喷发引起的地震，称为火山地震。特点：影响范围较小，只限于火山附近几十公里远的范围内，常以成群小地震形式出现，且发生次数也较少，约占全球地震总数的7%，所造成的危害较轻。但有时也相当强烈，如喀拉喀拉火山爆发时引起的火山地震，激起海浪高达30m，将150km外雅加达市的墙窗震裂。

另外，火山喷发还会引起山崩、滑坡、海啸等间接灾害。需要强调的是，有时有些火山爆发造成的间接影响会比直接影响大得多。

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2 我国火山潜在的危险

我国晚新生代火山主要分布在东北一华北、华南沿海、台湾北端、昆仑山地区和云南腾冲地区。由于火山活动频率与多火山国家相比较低，只有少数近代有过活动，如台湾大屯火山群、昆仑山火山带的卡尔达西火山群（1951年喷发）、东昆仑可可西里（1973年喷发）。且在历史上有过喷发记录的火山大都分布在偏远地区，因此给公众及地质学者一种错误印象：中国不存在活火山，也不存在火山灾害危险。但是，近年来的研究成果表明，我国存在活火山，且具有潜在危险的火山主要分布在长白山、五大连池、龙岗、镜泊湖、台湾、雷琼、腾冲以及西昆仑阿什库勒等地[2]。最危险的地区首推长白山火山。长白山天池火山有历史记载的喷发为5次，分别发生在公元1413，1597，1668，1702和1903年。其休眠时间已达百年，与历史上的喷发周期相当。另外，历史上长白山喷发与日本火山遥相呼应，而近年来，日本火山有过喷发。所以，长白山具有极大的喷发危险性。五大连池老黑山、火烧山火山于公元1719～1721年有过两次喷发，如果再次爆发，火山空降物和熔岩流可能危害五大连池市。其它地区，如雷琼地区火山，也具备再喷发的条件。如果有喷发活动，也主要是基性岩浆喷溢，规模和强度不会太大，其危险性不会很大[2]。

总之，这些火山再喷发的危险性和可能性依然存在。此情况已引起有关方面的高度重视。目前，我国已经编制火山灾害区划图，预测未来火山喷发的强度、类型、范围及后果。建立长白山天池、五大连池、琼北、腾冲火山等火山监测站，开展了对新期火山的监测与研究，初步构建了火山灾害预警体系的框架。

3 防灾措施

3.1 加强火山调查与监测

3.1.1 火山调查

火山灾害调查是火山监测的基础和前提。调查内容除了通常的地质调查如火山地貌，构造背景，喷发周期等，更侧重于火山灾害的范围、调整、强度。还需要进行系统的火山区调查与承灾体研究，调查火山区人口、建筑、生命线等分布，研究火山区承灾体易损性[3]。

3.1.2 火山监测

火山监测是指记录火山及其周围地区发生的可见和不可见的所有变化[4]。如地震活动与大地形变。目前国内外普遍采用的火山监测技术有火山地震学方法、地形变测量和火山气体地球化学观测。

1）地震学

地震学方法是监测火山活动的重要手段之一。在火山地震台网中，一般使用短周期0.1s～100s的宽频带的地震仪来监测无线电波发送的地震信息。获得背景地震活动基线,是一项必要的基础工作。另外，使用地震反射波及折射波探测岩浆房位置和岩浆活动,已成为火山地震学和火山监测的主要内容[5]。区分火山地震与其它构造地震可以通过在地震模拟记录与数字化台网记录上引入频谱地震图（spectra-seismo-gram）的分析方法实现。

2）地形变

地形变技术是当岩浆活动时测量地表或近地表的变化的技术。测量手段主要有：用GPS接收器测量水平和垂直位移，及火山地震的位置、类型、地震频率；用反射激光和红外线光的激光测距（EDM）测量火山顶峰间的距离，以观测火山所处的状态；另外，还有重力、地应变，以及地磁地电等多种测量手段。这些手段从不同角度监测岩浆囊的膨胀和收缩，各有优缺点。

3）火山气体

利用SO2，H2O，CO2，H2S，Br，O2，CH4等火山气体的丰度变化指示火山活动性的大小。用地球化学方法测量高温喷气孔气体中C、S、H2的含量，分析气体的扩散速率和组分的变化。用分光计或COSPEC测SO2的含量，火山气体和其他地球物理信号存在明显的相关性，SO2观测与地震及形变数据结合可以正确地评估火山的状态，有助于预报喷发。

4）其他方法

还有其它的一些方法：利用卫星热红外遥感技术（TIRS），合成孔径雷达（SAR）和合成孔径雷达干涉测量（INSAR）等高新技术进行火山监测。另外，实时地震振幅测量（RSAM）和地震谱振幅测量（SSAM）系统用于火山地震的快速分析。

世界范围内的观测经验表明，只有通过多种方法（地震、应变、电磁信号以及地球化学监测）而不是单一方法的综合监测和分析才能取得更好的监测结果。

3.2 火山预测

火山预测是在火山监测的基础上进行的。预测内容有喷发时间、喷发规模、熔岩流流动速率等火山信息。火山地区地理基础数据的获取、监测水平的提高、地质工作者素质的改进等决定未来火山喷发预测水平的提高。

3.3 制定可行的应急预案

成立综合防灾和应急指挥机构，制定切实可行的应急预案，防范于未然。这需要多省多部门间的统筹、协调、相互配合，同时制定合理的防灾措施和救灾行动。目前，已经制定了长白山火山，腾冲火山，五大连池，海口火山的预警方案。

3.4 加强对群众教育与应急演练

减轻灾害的后果需要科学技术和人双方面共同努力，以往人们过多地重视了火山预警技术的提高而忽视了对人的教育。因此需要对群众普及火山知识和应急知识，介绍这样避免灾害。

应急演练是减轻灾害的重点。组织专业的火山应急救援队伍，以便火山喷发时迅速做出反应，同时要有计划的定期组织群众进行疏散演练，以达到安全迅速的组织群众立即疏散和撤离的目的。

4 结论

近年来，我国政府和科学工作者已经比较重视对火山的研究和监测，取得了一些有价值的成果，但是与火山研究水平较高的发达国家相比还有不少差距。我们完全可以借鉴国际上的经验教训，发挥后发优势，使我国的火山灾害的预警和减轻研究在不久的将来也能够处在较高的水平。

[1]IAVCEI Workshop on ULAWUN Decade Volcano，Papua New Guinea.Volcanic Cone Collapses and Tsunamis :Issues for Emergency Management in the Southwest Pacific Region.Geological Survey of Papua New Guinea，Australian Geological Survey Organisation，1998：1-40.

[2]刘嘉麒，郭正府，刘强.火山灾害与监测[J].第四纪研究，1999(5)：414-422.

[3]洪汉净.“火山灾害预警研究”项目成果介绍[J]，2006，(9)：70-72.

[4]张学霞，薄立群，张树文.3S技术在国外减灾中的应用[J].国际地震动态，2000(11)：1-7.

[5]徐光宇，黄甫岗.国外火山减灾研究进展[J].地震研究，1998，21(4)：397-405.