火山泥流的英文名称lahar本来是印尼语,指含有大于25%火山物质的泥流(Mudflows)或碎屑流(Debris Flows)。火山泥流外形变化不定,重量巨大,它的冲击速度比清水溪流快得多——有时,可高达每小时100公里。这样,火山猛烈地泻出火山废物。再经过雨季浸透,泥土岩石变成泥浆,如同大量不规模的湿混凝土,沿山坡奔腾而下,摧毁桥梁,掩埋房屋,吞噬生命。在低海拔处的破坏更大。这些东西剧烈的流动,卷走了一切,从滑石粉状的微粒到运动车辆大小的巨砾,全部被卷走。
菲律宾皮纳图博1991喷发后Lower Sacobia River的火山泥流(1993)
1985年哥伦比亚的鲁伊斯火山发生VEI=3的喷发,诱发了火山泥流,速度达每小时60公里,74公里外的阿梅罗市大约70%的人口死亡(2.1万人),经济损失大约77亿美元.。1991年6月皮那图博火山喷发,之后发生多次火山泥流,至1995年10月,大雨再次触发火山泥流,深达8米,造成数百人死亡。5600年前美国雷尼尔火山产生的Osceola火山泥流堆积深140米,覆盖了330km2的土地,体积达2.3km3。
火山泥流的稠度相当于新鲜湿的混凝土。火山泥流与碎屑流一样都包含高浓度的岩石碎屑,具有内在的强度,而能搬运巨大的砾石、房屋、桥梁,同时在其通过的路径上施加特别强的冲击力。泥流与碎屑流相比,比较细,同时粘性较大。火山泥流的稠度相当于新鲜的湿水泥。如果把水加入碎屑流泥浆中,粘性降低,孔隙流体能够逃逸,形成泥浆水和粗粒颗粒这两种独立相的混合物。
一定规模以上的火山泥流在其途径上具有多种不同的构造,而且可以自己开辟通道,因此火山泥流的途径预测比较困难。另一方面火山泥流离开自己的通道后能量迅速衰减。火山泥流的粘滞系数随时间而较小,也可能被雨水所稀释,然而当火山泥流停止运移时,将很快凝固下来。
产生火山泥流的原因:
(1)大规模水饱和碎片的山体的垮塌;
(2)大雨使火山沉积消蚀(eroding);
(3)突然的冰雪融化,可能由于火山顶部辐射热而产生融化,也可能是由于火山侧面火山碎屑流而产生融化;
(4)由于冰河、火山口湖、或被火山喷发堵塞后之后,湖水冲破堰塞坝形成的洪水。
根据中国泥石流研究,坡度5.7°~11.3°最有利于泥石流的形成,坡度太小,水动力条件太差,而坡度太大,松散沉积物往往形成滑坡(朱平一,2000)。
SimithFritz(1989)用火山泥流表示源自火山的快速流动岩石碎屑与水的混合物(而不是普通水流)。其速度可以达到85km/小时。火山泥流中的沉积物含量的典型范围为75~90wt%,而超浓缩流的典型浓度范围为40-70wt%(Pierson1985)。
当这种离解出现时,水成为搬运输沉积物的流动介质(Pierson1985a)。当固体含量低于75-70wt%时,将产生湍流(Pierson和Scott 1985;Pierson 1986)。
在距火山一定距离,雪崩和融化水全部转化成碎屑流后,在横剖面上,垂直结构的变化显示了3个主要流带:
(1)基底流,搬运最大的巨砾。具有粗粒的、未分级到逆分级、分选很差的沉积,显示为沙坝和滩肩。
(2)中间流带,颗粒粒度范围很广。
(3)上层流带,其沉积分选很差,中粒泥砂以相对均匀的岩席出现在阶地面上。随着距离的增大,火山泥石流也出现由碎片流-超浓缩流-河水流的流转换:
a、火口附近,火山碎屑涌浪的岩石碎块,与陡峻火山锥壁的塌陷物一起,形成了初始的岩屑崩落(debris avalanche)。
b、河流源头地区,由于湖水、冰雪融溶水或暴雨洪水的混入,使岩屑崩落转换为巨大体积、高荷载量的碎片流(debrisflow),为无内聚力的层状流或塞式流(plug flow)。
c、在河谷的下游,碎屑流稀释为超浓缩流,明显地失去了悬浮巨砾级碎屑物的能力,是一种湍流,发育差异性沉积的递变粒序层。
d、超浓缩流进一步稀释,演变成正常的河水流(stream flow)。河水流具纯粹的湍流习性,为沉积物支撑的基本动力。
Mouginis(2000)未预料到的是pinatubo火山1991年最后一次爆发后还有如此多的热量储存下来。那次爆发――80年里世界上最大的一次火山爆发,在山坡上倾倒了五立方公里多的火山灰。Mouginis-ark称:“高温似乎阻止了植物生根”,因为没有根网状物稳定岩屑,所以雨水肯定要把岩屑冲到人口密集的低地。