长白山火山是我国规模最大、最具喷发危险性的活火山，公元946年发生的长白山千年大喷发（Millennium Eruption）被认为是全球两千年来最大的喷发事件之一；同时，长白山也是我国唯一的一座由多旋回、多期次喷发形成的大型复合层火山，包括造盾、造锥、破火山口和后破火山口多个喷发阶段（图1）。长白山不同喷发阶段形成的多期火山喷发物，蕴含着火山深部岩浆系统形成与演化的宝贵信息，是揭示新生代欧亚大陆东缘大地幔楔控制下板内火山深部岩浆系统结构及岩浆过程的关键线索。
图1 长白山火山地质简图
1-前造盾阶段玄武岩；2-造盾玄武岩；3-造锥玄武岩；4-造锥粗面岩；5-破火山口阶段碱流岩；6-破火山口阶段火山碎屑岩。
为了探索长白山火山深部岩浆房系统结构及其演化过程，吉林大学地球科学学院长白山火山研究团队单玄龙教授、衣健副教授等与意大利国家火山与地球物理研究所Guido Ventura 教授、吉林省长白山天池火山监测站武成智高级工程师、孔庆军站长合作，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，在地球物理资料分析基础上针对长白山造锥阶段、破火山口阶段和后破火山口阶段多期火山喷发物开展了系统的岩石学、矿物学、地球化学相关研究，取得了系列创新成果。
1、刻画了长白山造锥阶段基性岩浆系统：长白山造锥阶段除了粗面质主火山锥体外，还形成了200余座单成因火山，可分为基性单成因火山和中性单成因火山两类。长白山由造盾阶段进入造锥阶段后，火山群下方的岩浆系统发生了演变。纵向上，原有的天池火山岩浆系统不断向浅部延伸，形成了位于上地壳内不同深度的多个中酸性岩浆房；横向上，在天池火山岩浆系统的周围，小规模基性岩浆在下地壳中形成了多个“新的”小体积岩浆房，每座基性单成因火山下方至少包含一个位于下地壳岩浆房，中性单成因火山则具有下地壳和上地壳双岩浆房系统（图2），这些小体积性岩浆房供应了天池周围基性和中性单成因火山活动。
图2 长白山造锥及破火山口阶段岩浆系统示意图
2、揭示了长白山破火山口阶段火山喷发深部岩浆补给机制。长白山破火山口阶段喷发主要由天文峰期（TWF）、气象站期（QXZ）、千年大喷发第一期(ME-I)和千年大喷发第二期(ME-II)四次喷发构成（图3），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）。天文峰期、气象站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。
3.建立了长白山后破火山口阶段岩浆房系统地质模型，并恢复了岩浆过程，对预测火山喷发具有重要理论意义。长白山千年大喷发之后的后破火山口阶段发生了多次小规模喷发作用（公元1265年、公元1373年、公元1668年、公元1702年和公元1903年小规模喷发），它们由千年大喷发岩浆房坍塌破坏后的残留岩浆系统控制。在1403年喷发事件中，喷发的岩浆主要为浅地壳岩浆房（埋深1.9至5.4 km）中残留的千年大喷发第II期粗面质岩浆。粗面质岩浆在岩浆房中经历了分离结晶作用，并与深部补给的玄武质岩浆发生了混合，深部玄武质岩浆的突然注入是主要触发机制（图4）。近期的高精度地震、重磁探测以及气体、地震监测显示，长白山浅地壳岩浆系统仍然活跃，长白山具有再次喷发的危险性。
图3 长白山破火山口阶段喷发期次构成
图4 长白山后破火山口阶段岩浆房系统和岩浆过程示意图
上述系列研究成果发表在国际地质学期刊《Geoscience Frontiers》、《Lithos》、《Journal of Petrology》、《Journal of Volcanology and Geothermal Research》、《Acta Geologica Sinica(English Edition)》及《岩石学报》上。吉林大学地球科学学院单玄龙教授为其中4篇文章的通讯作者；吉林大学地球科学学院衣健副教授为其中3篇文章的第一作者，2篇文章的通讯作者。
Jian Yi, Pujun Wang, Xuanlong Shan*, et al.,2021. Modeling the multi-level plumbing system of the Changbaishan caldera from geochemical, mineralogical, Sr-Nd isotopic and integrated geophysical data. Geoscience Frontiers, 12(5): 101171. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2021.101171.
Jiannan Guo, Xuanlong Shan*, Jian Yi, et al., 2024. Xitudingzi Volcano, a trachytic monogenetic volcano in the Changbaishan volcanic field, China: petrogenesis, magma plumbing system and implications for non-basaltic monogenetic Volcanism. Journal of Petrology, 65, egae101. 论文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egae101
Pengcheng Liu, Jian Yi, Xuanlong Shan*, et al., 2023. Modelling the post-caldera plumbing system of Changbaishan volcano (China) from integrated geochemical, isotopic, geobarometric, and geophysical data. Lithos, 454-455: 107287.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107287
Jiannan Guo, Xuanlong Shan, Jian Yi*, et al., 2023. Basaltic magma plumbing system for the cone-construction stage of the Changbaishan from mineralogical, geochemical, and Sr–Nd isotopic data. Lithos, 448-449: 107173. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107173
Jian Yi*, Pujun Wang, Xuanlong Shan, et al., 2019. Lahar deposits generated after the Millennium eruption of the Changbaishan Tianchi volcano in the Erdaobaihe River system, China, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 380: 1-18. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2019.05.003.
衣健, 王璞珺, 单玄龙*, 等. 长白山天池火山千年大喷发火山碎屑流堆积相特征. 岩石学报, 2020, 36 (11): 3346-3362.
Jiahui Li, Xuanlong Shan, Jian Yi*, et al., 2025. The Qixiangzhan Lava Flow at the Tianchi Volcano: Eruptive Dynamics, Emplacement Mechanism and Implications for the Formation of Long-lived Magmatic Systems Prior to Calderaforming Eruptions. Acta Geologica Sinica(English Edition) (已录用).
