缅甸兰里岛泥火山灾害与成因机制探讨

万 园 许建东 于红梅 赵 波 潘 波

(中国地震局地质研究所，北京 100029)

缅甸兰里岛泥火山灾害与成因机制探讨

万 园 许建东 于红梅 赵 波 潘 波

(中国地震局地质研究所，北京 100029)

文中主要探讨缅甸兰里岛泥火山灾害与成因机制，结合兰里岛地质背景以及泥火山活动现状，对在兰里岛东北部、中部以及西部所取3个泥火山采样点的样品进行粒度分析以及显微形貌分析，发现样品粒度在1～100μm之间，均呈单峰正态分布，粒径中值相近，粒度分布集中，分选较差，粒度对称程度呈很正偏态;样品基质以泥质为主含有大量泥质碎屑、细小晶体碎屑以及少量气孔，并含有少量蚀变强烈的斜长石晶屑和辉石晶屑，可判定样品点物源相同。据此推断兰里岛普遍存在均匀泥质层作为泥火山喷发的统一物源。

泥火山 粒度分析 显微形貌分析 兰里岛

0 引言

泥火山是特定地质构造及水文地质环境下的一种构造流体地质现象，其主要由混有泥质黏土质沉积物的水与气体同时喷出地面后堆积而成，其外形多为锥状或盆穴状小丘，丘的尖端部常有凹陷且有通向深部的管孔。泥火山不同于通常意义上的熔岩火山，它是由泥浆形成的，不具有岩浆通道，并且在物质来源、成分、温度、压力、喷发规模等方面与熔岩火山都有本质的差别。泥火山的喷发物不是来自地壳以下的高温熔融岩浆，而主要是由地壳浅部层次地质流体作用喷出的泥浆，温压条件较低，喷发规模较小(Milkov，2000;朱佛宏，2003;JUIKun chiu et al.，2006;夏鹏等，2008;解超明等，2009)。

全球泥火山主要分布在2个活动带，特提斯带和西太平洋带。特提斯带中最大的泥火山活动中心位于南里海地区，分布有大约400个泥火山，其中220个在陆地上，170多个在海洋中(高小其等，2008)。在美国西海岸、墨西哥湾、巴巴多斯近海、尼日利亚近海、黑海、里海、挪威海、地中海海岭等地区也有数量众多的海底泥火山分布。世界上著名的泥火山有伊朗的马克兰、罗马尼亚的布扎，最大的泥火山分布在阿塞拜疆的巴库，美国的黄石公园更是以泥火山闻名天下。在中国，新疆乌苏有亚洲最大的泥火山群，分布在乌苏西南的天山北麓山谷里的白杨沟附近;台湾的台南、高雄、花莲、台东等地也发现活动的泥火山，它们不仅有典型的地貌形态，还有喷火的自然景观。

研究泥火山灾害与成因机制有着非常重要的意义。第一，由于泥火山喷发带上来的是地下深处的沉积物，可以提供地壳浅部层次的地质信息，而对泥火山沉积物中岩石碎屑的研究是确定泥火山区沉积剖面的有用资料;第二，泥火山活动与现代活动断裂、地震的关系密切，是现代地壳运动、新构造活动的显著标志;第三，泥火山的发现是天然气等水合物存在的活证据(梁杰等，2006;朱婷婷等，2009)。泥火山喷发产生的灾害类型有:天然气水合物的温压环境改变，致使天然气水合物分解，产生滑塌，是潜在的地质灾害;由于泥火山涌流出的地下水都含有高矿化的氯化物，可能会造成水污染，并且大量可燃气体的排出可能引起火灾;岩石碎块的猛烈喷发有时在局部范围也可造成人员伤亡。而泥火山喷发对工程的直接灾害主要在于喷出的泥浆对其周围建筑设施可能产生的掩埋作用，但鉴于其喷发方式和规模的局限，其影响范围非常有限。

1 泥火山成因机制与灾害

泥火山是由细粒岩石通常是富含死火山角砾岩和水的黏土受到强烈的挤压所形成的。而形成泥火山的构造挤压区域，通常需要以下地质条件:1)深部具有丰富的泥质地层，且具有较高的孔隙流体压力，常常和超压现象密切相关;2)具有能够维持深部沉积物高孔隙流体压力的封隔层，通常为泥质岩层;3)具有深部泥质喷出的通道，允许气体和泥浆的涌出，多与活动性断层有关;4)需要触发泥火山活动的动力机制，往往是断层活动。某些地区的地表或近地表有天然气或者地下水，而地层是比较松软的泥岩，当地层受到地下压力时，比较松软的物质就会沿着裂缝或断层上升，并在地下水或天然气的挟带下穿透地表的空隙喷出，将携带的泥沙等溅落到地表，便形成泥火山。

泥火山的灾害种类具有多样性，首先喷出的泥浆对周围建筑设施会产生掩埋作用，若喷发方式为猛烈爆炸式喷发可能造成人员伤亡，并且泥浆囊内天然气水合物分解会导致滑塌灾害，对工程造成影响。有些研究显示泥火山的喷发与地震也有相对应的联系，区域地壳构造应力不断增强可造成泥火山的喷发，也能导致地震的孕育和发生，因此可以说二者具有同源关系。例如，2004年12月印度尼西亚苏门答腊岛近海发生8.7级地震，引发了缅甸的泥火山喷发(陈中原，2001;陈萍等，2002;方银霞等，2005)。

2 区域地质背景

兰里岛位于孟加拉湾东岸，距离中国约6,500km，面积约2,300km2，是缅甸的第一大岛。孟加拉平原在缅甸东部陡崖这一侧被泥火山所覆盖，泥火山口独立且整齐地沿N 70°E排列。这些泥火山的喷发源在其北部最为丰富，并且在朝向大陆边缘爬升时喷发量依然充足，兰里岛是沿线最后并且最大的泥火山喷发区域。兰里岛距大陆最近处30余km，拥有19座近圆形泥火山，其堆积物10～15m高，直径50～90m，且泥火山干裂角砾岩的厚度可达数百m(Bender，1983;Ko Ko Myint，1994;Rao et al.，1997;Alam et al.，2003;Nielsen et al.，2004;Mazzini et al.，2007;Normile，2008)。

区域内历史泥火山沿NE向广泛发育，历史泥火山喷发影响范围较小，最大的直径约1km，最小的直径仅约0.15km，表面剥蚀严重，有些被植被所覆盖，有些可明显看出喷发所形成的环状流动单元。另外，有些正在喷发的泥火山口与历史泥火山口重合，但喷发物覆盖范围较小，采样点MVS-1东侧0.23km处发育一座直径约为0.2km的历史泥火山，而采样点MVS-2就位于历史泥火山喷发范围之内(图1)。

1 号泥火山(采样点 MVS-1)的地理坐标为:19°22'10.7″N，93°34'16.1″E。该火山口近圆形，直径约32m，顶部十分平坦，分布着7个数m不等的泥火山锥，主要由灰色的泥火山喷发物组成，自火口向东、西2个方向低洼处流动，流动特征明显，最大流动距离约140m。采样点MVS-1位于顶部的小火山锥体侧翼(图2)。

2 号泥火山(采样点 MVS-2)的地理坐标为:19°23'44.5″N，93°35'20.6″E。由 SN 向 2 个泥火山喷出口组成，北部泥火山火口直径约为110m，近圆形分布，灾害区域范围内流动特征不明显;南部泥火山火口直径约为90m，沿SW向呈带状分布，流动特征明显，最大流动距离约320m。2个火口地势均较为平坦。采样点MVS-2位于北部泥火山锥体之上，火山通道直径约40cm，锥体周围裂隙十分发育(图3)。火口顶部发育众多直径在2～5m之间的塌陷坑(图4)，近年喷发的高度可达3m左右，持续时间短，为间歇式喷发。其中，泥火山喷发物中包含气相以及液相喷发物，采样样本均为凝固之后的液相喷发物。

3号泥火山样品(采样点MVS-3)位于晈漂首站西南约2km处，海拔标高4m，地理坐标:19°22'05″N，93°28'32.1″E。此处地表未见泥火山喷发迹象，但通过钻探岩心可见泥火山喷发物，分布深度在15～20m之间，取样品MVS-3(图5)。

图1 研究区泥火山分布范围示意图Fig.1 Extent and distribution of historical eruptions ofmud volcanoes of the study area.

3 喷出物特征分析

3.1 粒度分析

在样品的不同部位分别取样，由于样品粒度小，对由细小颗粒形成的悬浮液应用激光粒度仪进行粒度分析，得到的结果如图6所示，在形态上具有很大的相似性，均呈单峰正态分布。

图21号(采样点MVS-1)泥火山Fig.2 Mud volcano No.1(sampling site MVS-1).

由粒度分析得到的重要参数列于表1。这些参数有中值(M dφ/μm)、均值(M z/μm)、标准偏差(σφ)、偏度(SK1)和峰度(KG)。其中，中值是累计曲线上碎屑含量50%处对应的粒径;均值表示粒度分布的集中趋势;标准偏差代表了碎屑的分选性;偏度用来判断粒度分布的对称程度;峰度用来衡量粒度频率曲线尖锐程度，也就是度量粒度分布的中部与两尾端的展形之比。

3个样品的粒度参数极为相近，中值 M dφ在4.26～5.46μm之间，均值 M z在5.42～7.76μm 之间，标准偏差 σφ为4.77 ～7.89，偏度 SK1在0.514 ～0.603 之间，峰度 KG在1.249 ～1.446之间。通过上述数据可得3个样品物源相近，因此粒径中值相近，粒度分布集中，因凝固时间短，未经过长距离搬运所以分选较差，粒度对称程度呈很正偏态，以粗粒为主。

图32号泥火山(采样点MVS-2)结构图Fig.3 Structure ofmud volcano No.2(sampling site MVS-2).

图4 2号泥火山喷气锥(a)与塌陷坑(b)Fig.4 Fumarole(a)and collapse crater(b)ofmud volcano No.2.

图5 3号泥火山样品(MVS-3)采样位置图Fig.5 Sample(MVS-3)location ofmud volcano No.3.

图6 泥火山样品悬浮液粒度分布图Fig.6 Mud volcano samples suspension particle size distribution.

3.2 显微结构特征分析

3.2.1 偏光显微镜显微形貌

MVS-1样品中含有大量的泥质碎屑，不透明，在单偏光和正交偏光下均呈黑色，还含有少量的斜长石晶屑，大部分蚀变强烈。基质中以泥质为主，还含有大量细小的晶体碎屑和少量气孔(图7)。

MVS-2与MVS-1样品相似，含有少量的斜长石晶屑和辉石晶屑，最大者约2mm，大部分蚀变强烈，其主要成分是泥质碎屑，不透明，在单偏光和正交偏光下均呈黑色。基质中以泥质为主，还含有部分细小的晶体碎屑和少量气孔(图8)。

MVS-3样品基质与以上2个样品相近，以泥质为主，但碎屑成分区别较大，晶屑含量很高，一般呈他形，大小介于50～200μm之间，主要为石英和长石(图9)。

图7 MVS-1样品显微照片(单偏光)Fig.7 Micrograph of Sample MVS-1(plane polarized light).

图8 MVS-2样品显微照片(正交偏光)Fig.8 Micrograph of Sample MVS-1(crossed polarized light).

图9 MVS-3样品显微照片(正交偏光)Fig.9 Micrograph of Sample MVS-3(crossed polarized light)，showingmass quartz and feldspar phenocryst.

3.2.2 体视镜显微形貌

在体视镜下观察MVS-1与MVS-2样品，样品内碎屑与基质磨圆度均较差，呈次棱角状，应未经过长距离搬运。此外，碎屑棱边改造很少，且形态单一。从碎屑形态学与碎屑流喷发机制关系上推断，本地区泥火山喷发机制单一，爆炸力弱，影响范围小，灾害程度低。

图10 MVS-1样品体视镜照片Fig.10 Stereoscope photos of Sample MVS-1.

图11 MVS-2样品体视镜照片Fig.11 Stereoscope photos of Sample MVS-2.

4 结论

根据粒度分析和偏光显微镜显微结构分析，研究区出露的泥火山喷发物基质以泥质为主，粒度在1～100μm之间，均呈单峰正态分布，所含晶体主要为斜长石与辉石晶屑，应具有相同的物源。据此推测，在兰里岛存在均一泥质层构成的泥浆囊作为岛内泥火山喷发的统一物源。由于采样位置差异，即MVS-1和MVS-2样品采自泥火山口附近，而MVS-3样品采自海边，结果导致前二者与后者样品中晶体含量和晶体大小上具有一些差异。根据粒度分析和体视镜显微结构分析可知，样品粒度分布集中，分选较差，磨圆度较低。据此可推断兰里岛泥火山为非爆炸式喷发，喷发强度弱，凝固时间短，灾害效应不强烈;但泥质层的存在容易造成滑塌，因此对邻近的工程场地会产生一定的影响。

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MUD VOLCANO DISASTER AND GENETIC MECHANISM IN RAMREE ISLAND

WAN Yuan XU Jian-dong YU Hong-mei ZHAO Bo PAN Bo
(Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，Chian)

This papermainly discusses themud volcano disaster and its genetic mechanism in Ramree Island.Combined with the geological background of Ramree Island and the present situation of themud volcano，grading analysis andmicro-morphology analysis have beenmade by taking samples from three sampling sites of the northeast，themiddle and the western part of Ramree Island.The finding is that the particle sizes of samples between 1 ～100μm show a unimodel normal distribution，with similar grain sizemid-value，concentrated size distribution，poor sorting，and quite positive skewness in grading symmetry;The samples'matrix aremainly argillaceous，containing a lot of argillaceous clasts，tiny crystal clasts and a few pores，and having a little strongly altered plagioclase phenocryst and pyroxene phenocryst，from which，we can judge that the sampling sites have the same provenance.Thus，it can be deduced that there is a uniform argillaceous layer as the unified provenance of the Ramree Island mud volcano.

mud volcano，grading analysis，micro-morphology analysis，Ramree Island

P317.2

A

0253-4967(2011)02-0452-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.018

2010-09-13收稿，2011-02-14改回。

中国地震局行业专项(20070827)资助。

万园，女，1980年生，中国地震局地质研究所在读博士研究生，现主要研究方向为火山地质与火山灾害，电话:13911627308，E-mail:wanyuan_1980@163.com。