综述：关于2018年12月埃特纳火山喷发前数月内其喷发系统演变的多参数分析

　　火山活动分析：2018年12月埃特纳火山爆发前岩浆储层动态及多参数观测研究。通过重力时间序列、CO2排放及地壳形变数据揭示，岩浆在2-3公里深度的储层中经历阶段性上涌，伴随气体逸出和压缩效应，导致重力信号与CO2排放同步振荡。深层（5公里）岩浆体积累积主导地壳形变，而浅层（2-3公里）质量变化驱动重力异常。2018年10月地震后，储层压力剧增，最终触发火山断裂并形成岩浆通道。研究证实多参数协同分析对理解复杂火山动力学至关重要。

　　

埃特纳火山2018年12月爆发前的深部过程解析意大利那不勒斯国家地球物理和火山研究所的科学家团队，通过整合重力监测、GNSS形变数据和CO2扩散观测等多参数数据，系统揭示了埃特纳火山2018年12月爆发前复杂的深部过程演变。该研究突破了以往单一参数分析的局限，首次建立了涵盖气体运移、岩浆压缩性、断层活动等多维度的火山预警框架。1. 阶段化演化特征

研究将爆发前7个月的压力累积过程划分为三个典型阶段：

- **第一阶段（6-10月）**：重力监测显示显著周期性振荡，与CO2扩散流量呈现0.8的强相关性。这表明深部岩浆库（2-3公里深度）通过气体溶解/析出过程进行动态调整，而非传统认为的渐进式 magma积累。地震监测显示同期存在浅层断裂活动，但未观测到明显形变。

- **第二阶段（10-11月）**：2018年10月6日ML4.7地震后，重力场出现持续上升（MNT站24μGal，SLN站8.5μGal），GNSS形变速率提升至年均2100万立方米。该阶段揭示深部岩浆库（5公里）与浅层储层（2-3公里）的协同作用：深层库体通过体积膨胀主导形变，而浅层库体通过质量增加主导重力变化。

- **第三阶段（11-12月）**：重力场趋于稳定，但GNSS显示形变速率仍保持高位。地震活动显著增强，连续监测到超过400次浅层地震（深度<10公里）。此阶段揭示岩浆向浅层迁移的临界状态，CO2扩散流量降至最低，而SO2排放量激增，显示中央 conduit系统渗透性提升。2. 关键物理机制解析

研究创新性地提出"压力缓冲机制"理论：

- 深部岩浆（5公里）因低压缩性（βm≈1-3×10^-9 Pa^-1）主要通过体积变化（ΔV≈4.5×10^5立方米）驱动形变，但质量变化对重力场影响微弱（ΔM≈1.3×10^11 kg）。

- 浅层岩浆（2-3公里）因高压缩性（βm≈10^-8 Pa^-1）更易通过质量变化响应压力变化，其重力信号增幅可达深部源的2.8倍。

- 2018年10月地震引发岩浆通道破裂，形成压力释放通道。破裂区上方岩浆快速迁移，导致浅层储层质量显著增加（约1.3×10^11 kg），同时深层库体体积膨胀（ΔV≈4×10^6立方米/年）。3. 多参数协同观测机制

研究构建了独特的多参数关联模型：

- **重力-气体耦合**：CO2扩散流量与重力变化呈现同步波动，揭示气体从深部岩浆向浅层运移的活塞效应。当中央 conduit渗透性降低时（CO2/ SO2比值<0.1），气体通过周边破碎带排放，形成重力周期性振荡。

- **形变-地震耦合**：GNSS形变速率与地震活动存在正相关（r=0.78），但深度分布不同：形变主要源自5公里深度岩浆体积膨胀，地震活动反映2-4公里深度岩浆上涌引发断裂。

- **岩浆化学调控**：通过熔体包裹体分析发现，2018年岩浆中CO2饱和度（χCO2≈0.135%）显著高于2015年（χCO2≈0.06%），导致相同压力变化下（ΔP=1MPa）密度变化差异达15-20kg/m3。4. 爆发触发条件推演

研究提出三级触发机制：

- **压力积累阶段**：2018年6-10月，CO2扩散流量与重力变化周期性耦合，显示深部岩浆库通过气体逸出调节压力。此阶段累计释放CO2约120万吨。

- **通道贯通阶段**：10月6日地震引发岩浆通道破裂，压力缓冲机制失效。浅层岩浆库（2-3公里）在两周内接收约1.3×10^11 kg新物质，岩浆密度从2680kg/m3降至2520kg/m3，体积膨胀率提升至年均2100万立方米。

- **临界突破阶段**：11月初重力场进入稳定期，GNSS显示形变速率降至年均1800万立方米，但SO2排放量达5万吨/天峰值。此时岩浆中CO2含量接近饱和，形成高压气体气泡（体积分数达8-12%），导致岩浆粘度降低30%以上，最终引发12月24-27日的浅层爆发。5. 火山监测启示

研究确立三大监测原则：

- **深度分层观测**：需分别监测5公里深部体积变化（形变主导）和2-3公里浅层质量变化（重力主导）

- **气体-岩浆耦合分析**：CO2/SO2比值波动（0.05-0.15）可指示岩浆上升阶段，当比值>0.2时需警惕浅层岩浆库过载风险

- **多时间尺度整合**：结合分钟级重力波动（周期3-10天）、日尺度形变（周期周至月）、月尺度压力累积，构建三维预警模型该研究为复杂火山监测提供了新范式，其揭示的"压力缓冲-通道破裂-临界突破"三阶段演化规律，成功解释了2018年爆发中为何在长达7个月的累积后仍出现快速爆发。特别发现浅层岩浆库的CO2饱和度比深部岩浆高15%，这为预测火山喷发类型（Strombolian vs. Plinian）提供了新判据。研究建立的"重力-气体-形变"三维预警指标体系，已在意大利火山观测网络（INGV）中得到应用验证，显著提升了埃特纳火山的中长期预测能力。