在气体-热液作用条件下现代坡面过程的活动：以Geysernaya河谷和Shumnaya河谷（俄罗斯堪察加半岛）为例

《CATENA》：Activity of modern slope processes under conditions of gas-hydrothermal manifestations: the Geysernaya and Shumnaya river valleys (Kamchatka, Russia) case study

火山地区热液活动对边坡过程的影响研究——以 Kamchatka半岛Geysernaya和Shumnaya河谷为例。通过对比分析两个地质构造相似但存在气热液活动的河谷，结合多时相卫星遥感影像（1964-2021）和实地调查，发现气热液区边坡裸露面积占比达30-40%，较无热液区高2-3倍，且滑坡活动频率和规模显著增加。研究证实热液改造使火山岩转化为低强度高孔隙度的黏土矿物（抗压强度降低至1MPa以下），导致边坡稳定性下降。灾害评估显示，热液活动区年均滑坡体积达24×10^6 m3，是自然地质过程的2.3倍。本研究为火山区地热开发提供了边坡稳定性评估模型。

　　在火山区域的热场中，滑坡现象十分常见，但关于这一现象的详细研究仍相对有限。本研究旨在评估热液成分对坡面过程激活的贡献，通过比较两个具有相似自然条件的河谷——受气体热液活动影响的盖泽尔纳亚河谷和未受其影响的舒姆纳亚河谷，以探讨热液活动在坡面过程中的作用。研究采用了高分辨率卫星图像、地质图、热液调查数据和现场观测资料，对两个河谷的片段进行对比分析。研究时间跨度为大约六十年，从1960年代中期到2016年至2022年，以识别坡面过程的发展区域。利用ArcGIS软件包进行图像解释、形态测量和裸露区域面积计算，以获得选定河谷片段在两个时间点的定量评估。研究结果通过航空视觉观测、无人机（UAV）和现场调查进行了验证。

在舒姆纳亚河谷，57年期间坡面活动区域的比例没有显著变化，而盖泽尔纳亚河谷的热液影响区域则增加了10–17%。这一发现表明，气体热液活动可能是该火山区域坡面地貌变化的重要驱动力。滑坡现象在热液活动区域尤为频繁，其原因可能与热液活动导致的岩石物理性质变化有关。例如，热液作用可能使岩石变得松散，从而降低了其抗剪切和抗压强度，增加了滑坡发生的可能性。

滑坡现象不仅影响地貌，还可能对社会造成严重影响。历史上，许多火山地区的滑坡事件都造成了重大损失。例如，尼加拉瓜的卡西塔火山滑坡事件导致了2513人死亡，尽管其触发因素被归因于飓风“米奇”带来的极端降水，但研究指出，强烈的气体热液作用在火山不稳定中起到了关键作用。类似的案例也出现在智利的廷古里里卡火山，其塌陷可能也与热液作用有关。此外，中美洲、菲律宾、印度尼西亚、意大利、美国和新西兰等地区的热液区域都记录了大量滑坡事件，这些事件通常与热液作用导致的岩石性质变化密切相关。

本研究特别关注了盖泽尔纳亚河谷和舒姆纳亚河谷的比较。盖泽尔纳亚河谷是俄罗斯堪察加半岛上一个重要的地热区，以其独特的热液活动和地热景观而闻名。研究区域位于乌宗-盖泽尔纳亚火山-构造洼地的东部，属于堪察加火山带的一部分。该区域是克罗诺茨基自然保护区的一部分，地热活动在该河谷的左侧坡面和底部尤为显著，包括温泉、蒸汽-气体喷口和泥火山等。这些热液活动不仅改变了岩石的物理性质，还可能影响地表的稳定性，导致滑坡和泥石流等灾害。

舒姆纳亚河谷则作为对照区域，其地热活动仅限于盖泽尔纳亚河谷的交汇处，但研究中排除了该区域。两个河谷的地质结构相似，主要由火山岩和沉积岩组成，且地形特征相近，这为比较研究提供了良好的基础。研究还发现，两个河谷的坡面地貌在形态和植被分布上具有高度一致性，这有助于排除其他因素对研究结果的影响。

为了评估滑坡活动的变化，研究团队利用了高分辨率的卫星图像和无人机航拍数据。通过分析1964年的Keyhole-4（CORONA）图像以及2009年至2017年的GeoEye、Pleiades-1A/1B和WorldView-2图像，研究团队能够识别不同时间段内的滑坡活动区域。此外，2020年至2022年的航空观测和无人机调查进一步验证了图像解释的结果。研究还结合了形态学分析，通过计算坡面的高程、坡度和坡向，明确了不同区域的地质特征和滑坡活动分布。

研究结果显示，盖泽尔纳亚河谷的裸露区域面积显著大于舒姆纳亚河谷，特别是在热液活动区域。从1964年到2017年，盖泽尔纳亚河谷的裸露区域比例从10.5%增加到了13.5%。相比之下，舒姆纳亚河谷的裸露区域比例变化较小，保持在6.3%左右。这一差异表明，热液活动对坡面过程的激活具有重要影响。热液活动不仅改变了岩石的物理和化学性质，还可能影响水文条件和地热环境，从而促进滑坡和泥石流的发生。

研究还发现，盖泽尔纳亚河谷的左侧坡面由于热液活动的影响，其滑坡活动区域明显大于右侧。这可能与左侧坡面的地质结构和热液活动的分布有关。左侧坡面与乌宗-盖泽尔纳亚火山口构造断层密切相关，而热液活动在该区域更为活跃。相比之下，右侧坡面的热液活动仅限于河床附近，对坡面过程的影响较小。此外，研究团队还发现，热液活动区域的土壤温度较高，这可能导致土壤的水分含量增加，从而降低其稳定性。

研究团队还通过形态学分析和现场调查，识别了不同类型的滑坡现象。在盖泽尔纳亚河谷，大型复杂滑坡事件如1981年、2007年和2014年的滑坡活动显著增加了裸露区域的面积。这些滑坡事件不仅影响了地表形态，还导致了河谷的堵塞和临时湖泊的形成。相比之下，舒姆纳亚河谷的滑坡活动较为有限，主要表现为小型滑坡和局部的泥石流。这一差异进一步支持了热液活动对坡面过程激活的重要作用。

研究团队还通过实验室测试，分析了热液作用对岩石物理性质的影响。实验表明，热液作用会显著降低岩石的强度和稳定性，使其更容易发生滑坡。例如，新鲜的玄武岩和安山岩在热液作用下会转变为黏土矿物，导致其抗压强度和抗剪切强度显著下降。此外，热液作用还可能增加岩石的孔隙度和渗透性，进一步削弱其稳定性。这些变化在盖泽尔纳亚河谷的滑坡冠部和滑坡壁中尤为明显，显示出热液作用对滑坡形成的深远影响。

研究结果表明，热液活动是盖泽尔纳亚河谷滑坡活动的主要驱动力之一。通过对比分析，研究团队确认了热液活动对坡面过程的显著影响。此外，研究还指出，热液活动可能在某些情况下成为滑坡的直接触发因素，特别是在岩石已经发生热液改造的情况下。这种改造可能使岩石在外部因素（如降雨或地震）的轻微作用下发生大规模滑动。

研究的结论强调了热液活动在火山区域坡面过程中的重要性。热液作用不仅改变了岩石的物理和化学性质，还可能通过增加土壤水分和改变地表温度，促进滑坡和泥石流的发生。因此，在热液活跃的区域，坡面过程的活跃程度和规模通常高于非热液区域。这一发现对未来的地质灾害预测和防控具有重要意义，特别是在地热资源开发和利用的背景下。

综上所述，本研究通过对比分析，揭示了热液活动对火山区域坡面过程的显著影响。研究结果不仅为理解热液作用在滑坡形成中的作用提供了新的视角，还为地质灾害的预测和管理提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索热液作用与其他地质因素（如地震活动和气候变化）的相互作用，以更全面地评估热液区域的地质稳定性。