通过对比1975年卡拉帕纳（夏威夷基拉韦厄岛）7.7级地震期间的历史航拍照片，揭示了火山侧翼的不稳定性

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Volcano flank instability imaged by historical air photos correlation during the 1975?M.7.7 Kalapana earthquake (Kīlauea, Hawaii)

Kīlauea火山南 flank的Hilina断层系统在1975年Kalapana地震（Mw7.7）中的 coseismic位移场通过历史航空照片光学图像相关法重建，揭示长达13公里的断层整体复活，水平位移达3米且西向递增，表明重力过程主导 flank变形，断层可能作为大型滑块边界。

　　Kīlauea火山是夏威夷群岛中最活跃的火山之一，其南坡的稳定性受到多种地质过程的共同影响。这些过程包括岩浆注入断裂带、重力扩散、缓慢滑动事件、热液压力变化以及大型地震。其中，大型地震和岩浆活动被认为是导致南坡发生周期性不稳定的主要因素。南坡的变形和滑动不仅影响火山的形态演化，还可能引发严重的地质灾害，如大规模滑坡、地面沉降和海啸。

Kīlauea火山的南坡由Hilina断裂带系统所环绕，该断裂带系统由一系列正断层陡崖组成，高度可达约500米。这些陡崖在地质学中被称为“palis”，是火山坡面重要的地形特征。Hilina断裂带的长度超过40公里，其地下延伸情况仍然是一个存在争议的问题。然而，通过水深和地球物理观测进行的测绘表明，Hilina Pali可能代表了一种重力滑动结构，其根部位于地表以下约3至4公里的位置。此外，地震数据和地质解释也表明，这些大型地震的发生可能与重力扩散和岩浆注入断裂带有关，并且主要发生在火山底部的一个水平基底滑脱带。

在过去的两个世纪中，Kīlauea火山的南坡曾发生过六次大型地震（震级M≥6），其中包括1823年（M7）、1868年（M7.9）、1954年（M6.5）、1975年（M7.7）、1989年（M6.1）以及2018年（M6.9）。这些地震不仅对火山的结构造成了显著影响，还引发了大规模的滑坡、地面沉降和海啸，对夏威夷群岛构成了严重威胁。例如，1975年的Kalapana地震是自1868年以来最大的一次，震级达到Mw 7.7，其破裂发生在火山南坡底部，距离地震震中约30公里。此次地震还伴随着一次前震（M5.7），发生在Kalapana村庄以北约3公里的位置，并在地震发生前72分钟发生。在地震后的两周内，居民报告了数千次每日的余震。此外，地震后不久，Kīlauea火山口开始出现小型喷发，而一次局部海啸则对海岸线造成严重冲击，海浪高度达到14米，导致约410万美元的财产损失和两起人员伤亡。

通过光学图像相关技术对历史航空照片进行分析，研究人员能够重建1975年Kalapana地震期间Hilina断裂带系统上的连续地面变形分布。这种方法特别适用于那些在早期研究中未能详细记录的区域，尤其是远离人类活动和难以进入的地区。研究结果表明，在13公里长的Hilina Pali断层带上，地表发生了高达3米的水平位移。此外，地震期间整个主断层都被重新激活，位移量从震中向西逐渐增加。这些结果表明，Kīlauea火山的南坡强烈受到重力过程的影响，而Hilina断裂带可能在控制整个南坡变形方面发挥了关键作用。

研究还发现，1975年和1989年的地震发生在火山底部的一个水平基底滑脱带，其深度约为8至10公里。而2018年5月4日的地震则有所不同，它发生在一次重大火山活动期间，紧随东断裂带裂隙喷发的开始，尽管大多数的断裂活动发生在地震之后。这表明，不同类型的地震可能与不同的地质过程相关联。例如，浅层地震（深度不超过4公里）通常与岩浆注入有关，而深度超过12公里的地震则较为罕见，仅在Kīlauea火山的中央通道和Pāhala地区出现，这些地震可能与岩床侵入有关。

在本研究中，重点分析了1975年Kalapana地震期间Hilina断裂带上的地面变形情况。通过结合地震前后的光学图像，研究人员能够精确测量该断层带上的水平和垂直位移，并进一步揭示该地震所涉及的多种断层结构及其滑动模式。研究结果不仅提供了对地震破裂表面表达的新约束，也补充了现有的大地测量数据，有助于更深入地理解Hilina断裂带在南坡不稳定中的作用。

本研究还提出了一种新的方法，即利用历史航空照片生成数字高程模型（DEM）和正交拼接图（orthomosaic），并通过图像相关技术估算像素偏移量。这种方法能够有效克服传统大地测量方法在空间分布上的局限性，为研究地震期间的地面变形提供了更全面的视角。此外，研究结果为未来对Kīlauea火山南坡深层结构的进一步研究奠定了基础，尤其是在探讨重力滑动和岩浆活动对火山结构的影响方面。

通过光学图像相关技术对历史航空照片的分析，研究人员能够获得更详细的地面变形数据，这在传统的点测量方法中是难以实现的。研究还指出，虽然这种方法在时间跨度上存在一定局限，但其对地震期间断层活动的识别和量化仍然具有重要价值。特别是在探讨断层如何在不同区域和结构上分配变形时，该方法能够提供更全面的信息，从而帮助科学家更好地理解火山地质活动的复杂性。

此外，本研究还强调了历史航空影像在约束断层运动和火山坡面动力学方面的重要性。通过利用这些影像，研究人员能够揭示地震期间断层的重新激活情况，并进一步分析地震所导致的地面变形模式。这些结果不仅对Kīlauea火山的地质演化具有重要意义，也为其他类似火山的研究提供了参考。例如，研究结果表明，Hilina断裂带在控制南坡变形方面发挥了关键作用，这与之前的研究结论一致。因此，本研究为理解火山活动与地震之间的相互作用提供了新的视角。

总的来说，本研究通过光学图像相关技术对历史航空照片的分析，揭示了1975年Kalapana地震期间Kīlauea火山南坡的地面变形情况。研究结果不仅提供了对地震破裂表面的新约束，还补充了现有的大地测量数据，有助于更全面地理解Hilina断裂带在火山活动中的作用。此外，研究还为未来对Kīlauea火山南坡深层结构的进一步研究提供了基础，特别是在探讨重力滑动和岩浆活动对火山结构的影响方面。这些发现对于评估火山活动的潜在风险、制定相应的地质灾害预防措施具有重要意义。