《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Secondary explosions on silicic lavas: A case study from Banco Bonito rhyolite lava flow, New Mexico
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本研究分析了新墨西哥州Valles Caldera的Banco Bonito流纹岩流动上的二次爆炸 кратеры，通过高分辨率地形数据和文本分析，揭示了 кратеры的形态、空间分布及形成机制，表明蒸汽在流动内部积累导致爆炸，并模拟了爆炸规模及火山危害。
Jessica J. Bersson | Amanda B. Clarke | Ramon Arrowsmith
美国亚利桑那州坦佩市亚利桑那州立大学地球与空间探索学院
摘要
虽然次级爆炸在玄武岩和火山碎屑沉积物中已有充分记录，但在硅质熔岩流中的研究却很少。新墨西哥州瓦莱斯火山口（Valles Caldera）最年轻的喷发产物——Banco Bonito流（BBF）上分布着许多大型爆炸坑。本文记录了这些特征，并评估了其形成机制，以进一步完善硅质熔岩流中次级爆炸的概念模型。这些爆炸坑的直径从62米到243米不等，深度从3米到29米不等，体积大约在10^4至10^6立方米之间。它们呈圆形或轻微椭圆形（中位椭圆率为1.3），具有明显的喷射物边缘，并与贯穿熔岩表面的弧形、不连续的压力脊在空间上相关联。熔岩流内部的纹理分区表明可能存在蒸汽积聚的区域。一层粗粒多孔的浮石（CVP）覆盖着一层不透水的硬壳，这可能促进了蒸汽的积聚和压力升高，从而引发了爆炸。基于现场的纹理测绘显示，CVP层的厚度和深度在熔岩流中存在差异，这可能解释了观察到的爆炸坑的多样性。爆炸坑与其喷射物边缘之间的体积差异显著，表明有大量物质被喷射到熔岩流的外部或暂时形成的火山灰云中。将火山灰云建模为瞬时热柱，计算出的平均高度约为5公里，这表明这些事件的发生可能发生在熔岩流凝固后的多年之后，突显了它们的规模及其相关的火山危害。
引言
火山沉积物中的次级爆炸（即与初始喷发无关的爆炸）在玄武岩熔岩流（例如无根锥：Fagents和Thordarson，2007；Greeley和Fagents，2001；Hamilton等人，2017）和火山碎屑密度流沉积物（例如水热喷发：Gilbertson等人，2020；Moyer和Swanson，1987）中已有深入研究，但在硅质熔岩流中的记录却很少。迄今为止，只在加利福尼亚州Newberry火山的两个流纹岩流中发现了次级爆炸坑（Castro等人，2002；Jensen，1993），其形成机制与已研究的玄武岩和火山碎屑案例有显著不同。尽管两种模型都认为爆炸是由于挥发性物质（即蒸汽）的过压引起的，但蒸汽的来源和位置却大相径庭。在玄武岩和火山碎屑模型中，蒸汽是由被热沉积物“包裹”（或在冰块破碎的情况下“包含”）在下的地表水或冰蒸发形成的，当压力达到临界值时发生爆炸。而在Newberry火山的Big Obsidian流中，次级爆炸则被认为是由熔岩流“内部”的岩浆蒸汽和/或陨石蒸汽在压力脊下方的大气腔中积聚引起的（Castro等人，2002；Jensen，1993）。这些腔体是在熔岩流前沿停滞、较冷的刚性外壳弯曲并从较热的延展性内部分离时形成的。然而，新墨西哥州瓦莱斯火山口Banco Bonito流（BBF）上的爆炸坑与现有的次级爆炸形成模型不符。这些爆炸坑的深度远小于熔岩流的厚度（59米；Leggett等人，2020），表明爆炸可能是由熔岩流内部的过程驱动的，而不是与其底部的水体相互作用引起的。与Newberry火山的Big Obsidian流不同，BBF中并未发现这样的腔体。这就提出了一个问题：熔岩流内部究竟在哪里积累了能够引发爆炸的蒸汽。
本研究的目的是通过（1）识别和描述BBF上的爆炸坑形态；（2）阐明爆炸机制；（3）模拟爆炸的规模，来扩展我们对硅质熔岩中次级爆炸的概念模型。
章节片段
瓦莱斯火山口
Banco Bonito流（BBF）是新墨西哥州瓦莱斯火山口最年轻的喷发产物（图1；Zimmerer等人，2016）。它位于Jemez线性构造和Rio Grande裂谷的交汇处，是复活型火山口的典型代表（Smith和Bailey，1968）。瓦莱斯火山口在约162万年前（Cook等人，2016；Spell和Harrison，1993）和126万年前（Phillips等人，2007）发生了两次主要的火山灰流喷发，形成了Otowi层和Tshierge层。
识别、测绘和聚类
由于之前没有研究过BBF上的爆炸坑，我们利用高分辨率地形数据来识别、绘制并描述这些爆炸坑以及熔岩流上的显著压力脊。BBF上爆炸坑的远程识别和测绘使用了来自Jemez河流域Snow-off LiDAR调查的1米栅格分辨率数字地形模型（DTM），数据由OpenTopography提供。
https://doi.org/10.5069/G9RB72JV。访问地址：
识别和分布
我们在BBF表面识别出了56个爆炸坑（图2A）。值得注意的是，BBF至少有三个明显的瓣状结构，这些结构以明显的坡度变化和流动方向为特征（图2B和C），这从压力脊的曲率中可以明显看出。尽管爆炸坑分布在熔岩流的不同瓣状结构和部分区域，但Esri平均最近邻分析显示出了高度的多边形聚集现象，这种聚集在统计上是显著的。
Banco Bonito流爆炸坑与其他硅质熔岩流中爆炸坑的比较
与其他硅质熔岩流相比，BBF的厚度和体积都更大（Leggett等人，2020）。如果爆炸坑是由于不透水外壳下的蒸汽过压形成的，那么它们的规模和形态可能会受到宿主熔岩厚度的影响。这就引发了一个问题：BBF上的爆炸坑是否在大小或形态上与较薄熔岩流上的爆炸坑有所不同。到目前为止，只在另外两个流纹岩流（Big Obsidian流：Jensen，1993；Castro等人）中发现了爆炸坑。
结论
本研究对Banco Bonito流（BBF）上的爆炸坑进行了分析，扩展了我们对流纹岩流中次级爆炸的概念模型。我们识别出了BBF表面的56个爆炸坑，描述了它们的形态特征及其与附近压力脊的关系，并模拟了引发这些爆炸的规模。这些爆炸坑的大小各不相同，直径从62米到243米不等，深度从3米到29米不等。
CRediT作者贡献声明
Jessica J. Bersson：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，形式分析，概念化。Amanda B. Clarke：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，调查，概念化。Ramon Arrowsmith：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，概念化。
未引用的参考文献
OpenTopography，2012
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
Jessica J. Bersson报告称她获得了Jack Kleinman火山研究纪念基金的财务支持。Jessica J. Bersson还获得了Colorado科学协会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能会影响研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究的资金支持来自亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的夏季探索项目（2020年）、美国地质调查局的Jack Kleinman火山研究纪念奖（2021年）以及Colorado科学协会的学生研究项目（2022年）。此外，这项工作还得到了美国国家科学基金会CAREER项目（EAR-1654584）对C.B. Till的支持。我们感谢Claire Richardson、Kyle Mohr、Lorrie Carnes和Yamini Patel在野外工作中的协助。
