爆炸性火山活动的产物可以被输送到海洋中，形成海相火山灰层。其沉积过程通常较为复杂，涉及多种输送机制。在2022年RV Investigator航次IN2022-V02期间，研究人员在新西兰北部的Havre海槽水深2460米处通过活塞取芯获得了一个厚35厘米的海

　　爆炸性火山活动的产物可以被输送到海洋中，形成海相火山灰层。其沉积过程通常较为复杂，涉及多种输送机制。在2022年RV Investigator航次IN2022-V02期间，研究人员在新西兰北部的Havre海槽水深2460米处通过活塞取芯获得了一个厚35厘米的海相火山灰单元。该单元从底部平面层理的中砂，向上过渡为交错层理的细砂，顶部为块状砂质粉砂。其主要由伸长（管状）、多孔、曲平面状流纹质玻璃碎屑组成，底部富集少量岩屑、辉石和长石碎片。浮游有孔虫作为完整生物碎屑出现，含量从1 vol.%向上增加至20 vol.%。整个序列中玻璃碎屑的主量及微量元素组成均一，表明其来自同一火山事件的初生岩浆。地球化学指纹识别出距岩心站点约100公里的Macauley火山为最可能的源区。地层学与沉积构造的垂向排列与以下沉积模式一致：首先通过亚喷发柱降落和/或火山碎屑密度流在海洋上空输送，随后在水柱中形成垂直密度流，最终在撞击海底时转化为贴底浊流。研究结果表明，与大规模喷发相关的原生海相火山灰的沉积历史可能复杂，且包括垂直密度流作用。这种沉积体制可能对海相标志性火山灰层的厚度横向变化有显著贡献。

　　海相火山灰层被广泛用作地层标志物，用于远距离沉积单元对比与定年（Freundt et al., 2022）。然而，这些单元的形成过程极为复杂，常涉及多种输送机制，如大气沉降、亚喷发柱降落、火山碎屑密度流、浮石筏等，这些机制可进一步演变为海水支撑的贴底密度流、悬浮沉降或垂直密度流（VDC）（Allen & McPhie, 2009; Carey et al., 1996; Jutzeler et al., 2017）。垂直密度流是指颗粒群以高于单颗粒斯托克斯沉降速度通过水柱的集体沉降，是一种尚未被充分认识的输送过程（Bradley, 1965; Carey, 1997）。尽管已有研究推断VDC的存在（Jutzeler et al., 2017; Wiesner et al., 1995），并在天然沉积物和模拟实验中描述了预期沉积物（Carey, 1997; Fiske et al., 1998），但从未在天然沉积岩心中明确识别出VDC沉积物。1991年菲律宾皮纳图博火山喷发表明，大气沉降的火山灰在水柱中的垂向沉降速度比斯托克斯定律预测的快2–3个数量级（Carey, 1997）。实验室实验证实，水表面异常累积的细粒火山物质可产生瑞利-泰勒不稳定性，形成高速垂直下降的VDC羽流（Carey, 1997; Jacobs et al., 2015）。当VDC撞击海底时，预计会转变为贴底浊流，并能在软质海底基质上产生冲刷（Carey, 1997; Jutzeler et al., 2017）。然而，从野外沉积物中区分出由VDC形成的沉积单元仍具挑战性。本研究旨在通过结合沉积构造、粒度、组分和地球化学分析，阐明一个35厘米厚、具有复杂层理的海相火山灰单元的喷发、输送和沉积过程。

　　研究人员在2022年RV Investigator航次（IN2022-V02）中，于新西兰北部Havre海槽2,460米水深的一个孤立盆地中获取了5.58米长的活塞岩心（IN2022_V02-06PC）。在岩心3.07米深度处发现了一个35厘米厚的火山碎屑单元，该单元由平面层理、交错层理和块状相组成，整体向上变细。研究人员对该单元进行了高分辨率沉积相分析、粒度分布、组分分析、扫描电镜（FE-SEM）、电子探针（EPMA）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICPMS）分析。结果表明，该单元由单一火山事件形成，玻璃碎屑的地球化学组成均一，主量及微量元素表现出从玄武质到流纹质的线性演化趋势。通过地球化学指纹对比，确定Macauley火山（距岩心约100公里）为最可能的源区。沉积构造序列（底部冲刷、平面层理、交错层理、块状）与VDC撞击海底后转化为贴底浊流的沉积模式一致。完整的浮游有孔虫壳体和缺乏底栖有孔虫表明，火山灰先经历亚喷发柱输送（大气沉降或火山碎屑密度流），然后落入海面，形成VDC，最终沉积。该研究首次从天然海相岩心中明确识别出VDC沉积物，证实了大规模喷发产生的海相火山灰可经历复杂的输送历史，包括垂直密度流过程。

　　1. **高分辨率沉积相分析**：对岩心进行环氧树脂剥片，识别平面层理、交错层理和块状相等沉积构造，并结合粒度变化划分亚单元。

　　2. **组分与粒度分析**：使用SIMPATEC QICPIC进行粒度分布测定，通过光学显微镜和偏振光显微镜进行组分计数（玻璃碎屑、晶体、岩屑、生物碎屑），并利用FE-SEM获取颗粒形貌。

　　通过高分辨率相分析，将35厘米厚的单元划分为四个亚单元：亚单元1（333.5–342 cm bsf）为平面层理中砂，底部发育冲刷构造，含较多岩屑、晶体和褐色玻璃；亚单元2（325–333.5 cm bsf）为高角度交错层理中细砂，晶体和褐色玻璃含量降低；亚单元3（314–325 cm bsf）为保存较差的交错层理细砂，向上过渡为块状，含软沉积变形；亚单元4（307–314 cm bsf）为块状砂质粉砂，浮游有孔虫含量最高（达20 vol.%）。整体上，玻璃碎屑占主导，晶体和岩屑富集于底部，浮游有孔虫含量向上递增且大部分完整，无底栖有孔虫。

　　粒度分布呈单峰、分选良好（0.35–0.7 ?），整体向上变细，但存在两个叠置的向上变细序列。底部（339–341 cm）主峰300–500 μm，顶部（308–309 cm）主峰约63 μm。亚单元4分选较差，负偏态，J9九游会粒度范围较宽（10–500 μm），表明混合了多种浊流和悬浮沉降。

　　EPMA分析显示玻璃碎屑成分从玄武质到流纹质（SiO254–74 wt.%），流纹质为主。K2O-SiO2图显示钙碱性-拉斑系列边界。主量元素Harker图解（CaO、FeO* vs SiO2）显示均一趋势。微量元素分析表明，镁铁质-中性的玻璃含Zr 60–160 ppm，长英质玻璃Zr 148–180 ppm，Sc在镁铁质中22–37 ppm，J9九游会长英质中15–22 ppm。玻璃碎屑成分的均一性和线性演化趋势支持单一喷发事件。

　　该单元为单一喷发事件产物，证据包括：整体向上变细、单峰粒度分布、均一组分、无再搬运迹象（完整有孔虫）、无底栖生物扰动。地球化学上，玻璃碎屑成分从基性到酸性连续分布，并出现带状玻璃（指示岩浆混合），排除了多次喷发混合的可能性。

　　通过主量元素对比（K2O含量较低）和微量元素比值（Zr/Y、Nb/Y等），排除Rangitāhua、Havre、Giggenbach等火山，确定Macauley火山为最可能源区。但受限于弧前区域地球化学数据覆盖不足，物源归属仍存在不确定性。

　　长距离输送以亚喷发方式为主（大气沉降或火山碎屑密度流在海面传播），而非水下浊流，因为：水下浊流路径存在显著地形障碍，且沉积物中完整浮游有孔虫和缺乏底栖有孔虫不支持长距离水下搬运。对比喷发规模，需要VEI 6–7级喷发才能产生35厘米厚的沉降层（如Tambora 1815或Krakatau 1883）。沉积构造序列（底部冲刷、平面层理、交错层理、块状）与VDC撞击海底后转化为贴底浊流并逐渐衰减的模型一致。两个叠置的向上变细序列可能对应多期VDC脉冲。亚单元4的块状结构代表最终悬浮沉降（斯托克斯沉降）。

　　提出综合模型：（1）Plinian式喷发柱将大量火山碎屑注入大气；（2）向西扩散并降落到海面；（3）海面高密度颗粒聚集触发VDC；（4）VDC高速下降，撞击海底产生冲刷，并侧向偏转为低浓度贴底浊流；（5）浊流能量衰减，依次形成平面层理、交错层理和块状沉积。该模型挑战了传统仅用大气沉降或单一浊流解释海相火山灰层的观点，强调了VDC在大规模喷发产物远程沉积中的重要性。

　　研究首次在深海岩心中识别出由垂直密度流形成的沉积单元。岩心IN2022_V02-06PC/4中35厘米厚的火山碎屑沉积显示平面层理、交错层理、块状相序列，整体向上变细，含两个叠置的向上变细序列。组分以玻璃碎屑为主，底部富集晶体和岩屑，向上完整浮游有孔虫含量增加。岩浆混合结构表明基性岩浆注入可能触发喷发。玻璃碎屑地球化学均一，显示从玄武质到流纹质的线性演化，证实为单一喷发产物。化学指纹指出Macauley火山为最可能源区。沉积构造和缺乏底栖有孔虫表明初始亚喷发输送，然后降落到海面，随后在水柱中形成垂直密度流，最终沉积。该研究提供了岛屿和海岸爆炸性火山活动复杂输送与沉积过程的新证据，强调了垂直密度流作为一种重要沉积机制的作用。