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火山喷发规模评估与火山灰分析：2002年厄瓜多尔Reventador火山爆发后通过实地调查和实验室分析，确定其爆炸性指数VEI4，估算火山灰体积135×10?m3，为北安第斯火山带百年来的最强单次爆炸事件，强调紧急地面数据收集对火山危机管理的重要性。
Jean-Luc Le Pennec | Séverine Delpit | Silvana Hidalgo | Daniel Basualto | Pablo Samaniego | Daniel Hermitte | Patricio Ramón
Geo-Ocean, 布雷斯特大学, CNRS, Ifremer, UMR6538, IRD, IUEM, 法国普卢扎内F-29280
摘要
2002年11月3日，厄瓜多尔的埃尔雷文塔多尔火山（El Reventador）发生了剧烈喷发，对火山周边地区造成了破坏，并在安第斯山脉之间的山谷中降下了大量火山灰。为了评估这次喷发的规模和特征，我们进行了实地考察，测量了距离火山源约50-100公里范围内的火山灰层厚度并采集了样本。根据厚度数据（最大40毫米），我们绘制了一张等厚线图，显示火山灰羽流向火山的西南方向扩散。火山灰样本经过粒度分布（GSD）和成分分析、形态学特征研究、体积密度和固体密度测定以及化学分析。粒度分布结果显示，研究区域的火山灰主要为细粒结构。成分分析表明，沉积物中主要是低到高气泡含量的年轻火山灰颗粒，以及大量外来矿物颗粒。火山灰的体积密度接近10^17千克/立方米，而固体（粉末）密度约为2640千克/立方米；年轻火山灰的成分与历史上记录的埃尔雷文塔多尔火山喷发产物一致（硅质安山岩：SiO2含量58-59%）。火山灰沉积物的总体积估计为80×10^6立方米，加上火山碎屑流（PDC）沉积物的体积为135×10^6立方米（VEI4级别），其基于质量的喷发强度和规模分别达到了4.2和10.8，属于次普林尼式喷发。因此，2002年11月3日的埃尔雷文塔多尔火山喷发是安第斯山脉北火山带一个多世纪以来最强烈的爆炸性事件。此外，我们的研究强调了在突发喷发后迅速获取地面数据的重要性，以及在这些突发事件早期特征描述方面仍有改进空间。
引言
2002年11月3日，厄瓜多尔安第斯山脉的埃尔雷文塔多尔火山在几乎没有预警的情况下突然剧烈喷发，火山灰柱上升至海平面以上约17公里的高度。这次喷发影响范围广泛，不仅波及火山西侧地区，还延伸至太平洋沿岸，以及靠近科卡河（Río Coca）的火山东麓（Hall等人，2004年）。与强烈地震后的情况类似，政府和民众最关心的问题是该火山是否会再次以类似的强度喷发，以及何时会发生。基多国立理工学院地球物理研究所（Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional，简称IG-EPN）肩负着在地震和火山危机发生时为厄瓜多尔风险管理机构提供信息和建议的重要任务。过去几十年中，全球范围内发生过许多具有有限前兆活动但爆发强度大的火山喷发，但具体情况各不相同（例如Passarelli和Brodsky，2012年）。例如，2015年4月智利的卡尔布科火山（Calbuco）喷发前几乎没有前兆信号，但喷发后很快恢复了平静（Castruccio等人，2016年；Romero等人，2016年）。同样，印度尼西亚爪哇岛的凯卢特火山（Kelut）也经常发生短时前兆活动的次普林尼式喷发，但随后很快再次进入休眠状态（Bourdier等人，1997年；Maeno等人，2019年）。这些喷发可以归类为“单次爆发”类型。相比之下，其他一些火山在有限的前兆信号和轻微地表活动后经历了多次强烈喷发，最强的一次并不一定是最初的喷发（例如1982年的墨西哥埃尔奇琼火山（El Chichón，Sigurdsson等人，1984年；Tilling，2009年）、1982年的加隆贡火山（Galunggung）和2024年的鲁昂火山（Ruang，Katili和Sudradjat，1984a，1984b；Suhendro等人，2025年）。这些喷发属于“多次爆发”类型的次普林尼式喷发。
因此，除了IG-EPN对埃尔雷文塔多尔火山的紧急监测任务外，一个关键问题是：“埃尔雷文塔多尔火山更倾向于遵循上述‘单次爆发’还是‘多次爆发’的模式？”由于缺乏详细的目击报告、照片、仪器记录和卫星数据，我们很难做出准确判断。所有信息都表明这次喷发的强度超过了历史记录中的大多数情况，火山灰柱高度达到17公里，对应的火山爆发指数（VEI）为4，这种规模在该地区已有多十年未出现过。实际上，除了早期的初步研究（Le Pennec等人，2003年；Hall等人，2004年；Delpit，2008年；Delpit等人，2008年）外，目前仍缺乏更全面的地面评估来全面了解这次喷发的特征。本文基于观测数据、测量结果和分析，对2002年11月3日埃尔雷文塔多尔火山的喷发规模、强度和行为进行了详细探讨，并讨论了其在危机管理和火山学研究中的意义。文中距离单位为公里，火山灰层厚度单位为毫米，粒度单位为微米（括号内注明粒径等效值），其他数值均采用国际单位制（SI）。
厄瓜多尔火山弧
纳斯卡海洋板块俯冲到南美洲大陆下方，形成了压缩环境，从而催生了新生代时期的安第斯山脉火山活动。特别是在北火山带（NVZ），火山活动尤为活跃，目前该区域包括哥伦比亚和厄瓜多尔。
喷发过程
这里我们总结了Hall（2004年）和Samaniego（2008年）详细描述的喷发过程和时间线。2002年10月6日，埃尔雷文塔多尔火山基底西南侧记录到第一次火山-构造震动（震级4.1），随后发生了九次余震。这些事件最初被归因于安第斯山脉下区域的断层系统（Tibaldi和Ferrari，1992年；Alvarado等人，2016年）。火山重新活跃的迹象直到11月才出现。
方法论
为了从地面角度评估喷发的规模和特征，我们采用了应急响应策略，包括实地调查和后续的实验室分析。
火山灰的压实程度
我们的原始厚度数据（附录A1中的T_raw）涵盖了不同压实程度的沉积物测量结果：干燥状态下的未压实火山灰厚度（T_uc，图4）；部分压实的火山灰（压实程度约10-30%，T_pc）；以及完全被雨水压实的火山灰（压实程度100%，T Rc）。T_uc数据主要来自2002年11月4日，当时部分沉积物仍处于干燥状态；而T Rc数据主要收集于11月5日和6日。三个地点的火山灰压实程度存在差异。
导致异常大规模喷发的深部岩浆条件
我们的扩散分析、成分分析和扫描电子显微镜（SEM）图像表明，2002年11月3日埃尔雷文塔多尔火山的爆发强度异常高，这是由于多种因素共同作用的结果。喷发前，火山下方7-12公里处存在一个成分较为复杂、富含气体的安山岩浆体（SiO2含量58-59%）（Ridolfi等人，2008年）。
结论
根据现代厄瓜多尔和哥伦比亚地区火山活动的记录（Siebert等人，2010年），我们可以得出结论：2002年11月3日埃尔雷文塔多尔火山的喷发是过去一个多世纪以来该地区最强烈的短暂性爆炸事件。在哥伦比亚，1985年内瓦多德尔鲁伊斯火山（Nevado del Ruiz）的喷发体积（约39×10^6立方米）要小得多，且火山碎屑流（PDC）的贡献也相对较低（Naranjo等人，1986年）。
CRediT作者贡献声明
Jean-Luc LE PENNEC：撰写初稿、验证、监督、项目管理、方法论制定、数据收集、数据分析、概念构建。
Séverine DELPIT：撰写、审稿与编辑、数据可视化、资源协调、方法论制定、数据分析、数据管理。
Silvana HIDALGO：撰写、审稿与编辑、验证、监督、项目管理、数据收集、数据分析。
Daniel BASUALTO：撰写...
未引用参考文献
Sarna-Wojcicki等人，1981年；Smithsonian Institution，2025年；Varekamp等人，1984年。
利益冲突声明
作者声明：他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们非常荣幸能够参与这个特刊，以纪念José Germán Viramonte博士的贡献和职业生涯。同时，我们也感谢IG-EPN Quito团队为此次纪念活动所付出的努力。作者特别感谢2002年在该机构工作的所有人员，尤其是那些参与应对埃尔雷文塔多尔火山危机的人员，他们的贡献涵盖了地质物理、气体化学、官方响应和媒体沟通等多个方面。
