侧向岩墙传播与先存断裂对浅表变形的影响：基于埃特纳火山1947年喷发与模拟实验的综合研究

本研究通过历史航拍影像、无人机勘测和模拟实验，揭示了埃特纳火山NE裂谷带1947年侧向岩墙（dyke）传播如何受先存断裂控制，首次量化了断层滑动剖面（slip profiles）的NE向衰减规律，为理解火山侧翼失稳机制和灾害评估提供了关键实证。

　　

埃特纳火山作为欧洲最活跃的火山之一，其喷发模式包括山顶喷发、侧翼喷发和偏心喷发等多种类型。理解岩浆上升路径和伴随的浅表变形机制，对火山灾害评估至关重要。然而，关于侧向岩墙（dyke）传播与垂直传播导致的变形差异，以及先存断裂如何影响后续变形的研究仍存在明显空白。1947年埃特纳NE裂谷带的喷发事件为回答这些问题提供了理想案例，但受限于历史数据精度，其变形模式与岩浆流动方向的关联长期未能明确。

来自意大利的研究团队通过多学科方法重建了这一关键事件。他们整合1932-1954年历史航拍影像的摄影测量处理、2024年无人机（UAV）高精度地形建模、野外断层滑动剖面测量，以及砂箱模拟实验，首次系统揭示了侧向岩墙传播的浅表响应特征。论文发表在《Journal of Volcanology and Geothermal Research》。

关键技术包括：1）基于149张历史航片（分辨率29 cm/像素）的立体摄影测量，重建喷发前后断裂场；2）RTK无人机获取1.65 km²
区域3.4 cm/像素分辨率数字表面模型（DSM）；3）测量540个垂直位移值构建断层滑动剖面；4）几何动态比尺（l*=2×10^-3
）的砂箱实验模拟侧向岩墙侵入过程。

【4.1 喷发时序与断裂传播】
通过分析报纸记载和Silvestri（1949）的1:20,000地图，发现1947年2月24日NE向断裂在6小时内延伸6 km，伴随7个喷口（Vent 1-7）的阶梯状开放。喷口高程从3050 m（Vent 1）降至2070 m（Vent 4），表明岩浆侧向流动主导。3月5日在2150 m处出现的"隆起"（Relief 3）反映局部岩浆滞胀导致的逆向断层活化。

【4.2.1 结构几何与分布】
1932-1954年影像对比显示，1947年新形成的293条断裂严格沿先存（1614-1809 CE）的112条断裂带分布，35%先存断裂被重新激活并延长。断裂走向从南段N-S渐变为北段NE-SW，形成向东凸出的弧形，在Relief 1-2处出现放射状断裂群。

【4.2.3 断裂运动学与扩张】
258个穿刺点测量显示，南段以纯拉张为主（开口量1.3 m），北段左旋分量增加。累计扩张量2-5 m，在喷口区达峰值。Relief 3表现为NE-SW向地垒，中央块体相对抬升70 cm，符合岩墙顶托模型（Gudmundsson et al., 2008）。

【4.2.4 断层滑动剖面】
Graben 2-3的102条断层滑动剖面显示：SE/NW倾断层垂直位移均向NE衰减（最大70 cm→0），与模拟实验中岩墙厚度递减方向一致。砂箱实验证实，当岩墙厚度从15 mm（近端）减至4 mm（远端），地表断层落差相应降低，形成不对称滑动剖面。

【5.3 先存断裂的作用】
先存断裂通过三重机制影响新变形：1）降低岩墙传播阻力（零抗拉强度）；2）控制喷口定位（10条活化断裂转为喷发裂隙）；3）改变局部应力场（放射状断裂反映岩浆滞胀）。但65%先存断裂未被活化，可能与岩墙距离或方位角偏差有关。

这项研究首次证实侧向岩墙传播会导致断层滑动剖面的定向衰减（NE向），这一规律可通过岩墙厚度梯度解释。发现先存断裂带既能加速岩浆侧向运移（6 km/小时），又能通过局部应力扰动形成放射状裂隙和地形隆起。研究成果为理解火山裂谷带的渐进式破坏机制提供了范式，建立的无人机-历史影像-模拟实验联用方法，可推广至其他活动火山的灾害预测。特别是揭示的"地形屏障-岩浆滞胀-断裂转向"三阶段模型，对预判侧翼喷发路径具有重要实践价值。