火山深部岩浆房系统（Magma chamber system）和岩浆过程是火山学研究的前沿和热点问题。长白山火山是我国规模最大、最具喷发危险性的活火山，其顶部直径5-7 km的破火山口（长白山天池）由公元946年左右发生的长白山千年大喷发（Millennium Eruption）形成，此次喷发被认为是全球两千年来最大的喷发事件之一，喷发物体积超过200 km3，火山灰最远飘落到日本。千年大喷发的发生，提示长白山火山从以岩浆溢流为主的造锥阶段，进入剧烈爆炸式破火山口喷发阶段。千年大喷发之后，长白山火山又经历了几次百年周期的小规模喷发。目前对长白山破火山口喷发阶段，火山由溢流式向大规模爆炸式喷发转换的成因，火山周期性喷发规律成因，火山喷发动力和触发机制等科学问题还缺乏深入认识，给长白山火山喷发预测和预警带来巨大挑战。
火山深部岩浆房系统是火山形成、演化和喷发的根本动力来源，为了更好的解决以上科学问题，吉林大学地球科学学院衣健博士、单玄龙教授、王璞珺教授与意大利国家火山与地球物理研究所Guido Ventura 教授、吉林大学地球探测科学与技术学院田有教授、吉林省长白山天池火山监测站武成智高级工程师合作，在国家自然科学基金、吉林省自然科学基金和吉林大学学科交叉融合创新项目的共同资助下，针对长白山深部岩浆房系统结构和岩浆过程开展了系统研究。
通过多次联合野外地质考察，厘定了长白山破火山口阶段火山喷发序列。即长白山破火山口阶段喷发主要由天文峰期（TWF）、千年大喷发第一期(ME-I)、千年大喷发第二期(ME-II)等三次中等-大规模普林尼式喷发构成（图1）。在野外地质研究基础上，利用包裹体温压计和矿物温压计估算岩浆驻留深度，结合地震、大地电磁成像，提出长白山破火山口阶段存在由浅部岩浆房（埋深0.5-3 km）、中地壳岩浆房（埋深10-15 km）和壳幔边界残留基性岩浆房（40 km左右）构成的复合岩浆房系统（图2）。进一步根据主微量元素和Sr-Nd同位素分析结果，区分出三条岩浆演化路径。结合岩石学、矿物学分析，认为天文峰期和千年大喷发第一期的碱流质浮岩喷发由浅部岩浆房系统控制，中地壳岩浆房起到了岩浆补给站的作用，即浅部岩浆房中碱流质岩浆均继承自中地壳岩浆房中造锥期残留的粗面质岩浆，为粗面质岩浆向碱流质岩浆演化后，上升并注入到浅部岩浆房逐渐聚集形成。而千年大喷发第二期粗面质浮岩则直接来自破火山口阶段中地壳岩浆房中新注入的粗面质岩浆。
综合以上研究，提出中地壳岩浆房中新生的粗面质岩浆快速上升并突然注入浅部碱流质岩浆房是千年大喷发最可能的触发因素，并引起了千年大喷发第一期和千年大喷发第二期两次喷发时间相近，喷发物岩石学、矿物学和地球化学属性具有较大差异的火山喷发作用（图3）。
图1 长白山火山喷发序列（天文峰）
图2 长白山破火山口阶段复合岩浆房系统结构示意图
图3 长白山千年大喷发岩浆过程示意图
上述研究成果发表在国际地学期刊《Geoscience Frontiers》和《Journal of Volcanology and Geothermal Research》上。
Jian Yi（衣健）; Pujun Wang（王璞珺）; Xuanlong Shan*（单玄龙）; Guido Ventura; Chengzhi Wu（武成智）; Jiannan Guo（郭剑南）; Pengcheng Liu（刘鹏程）; Jiahui Li（李嘉慧）; Modeling the multi-level plumbing system of the Changbaishan caldera from geochemical, mineralogical, Sr-Nd isotopic and integrated geophysical data, Geoscience Frontiers, 2021, 12(5): 101171. 论文