基于小波技术的火山地形多尺度特征解析：以埃特纳火山为例揭示构造演化与潜在隐伏结构

本研究针对火山地形演化过程中多尺度特征难以系统识别的问题，通过融合地形分析与小波技术，对意大利埃特纳火山开展几何建模与残余地形解析。研究人员采用椭圆几何拟合等高线重建一级地形，并通过小波分析识别出与已知火山构造（如Ellittico火山、Bove谷地）及潜在隐伏结构相关的二级地形异常，为火山演化机制与灾害评估提供了新的方法论支持。

　　

在火山学研究中，地形特征承载着火山形成、演化及潜在灾害的关键信息。意大利埃特纳火山作为全球最活跃的层状火山之一，其复杂的地形结构长期困扰着研究者——如何系统解析多尺度地形特征，并关联其与火山演化阶段、隐伏构造的关系，成为亟待解决的科学问题。以往研究多局限于定性描述或局部地形分析，缺乏定量化、系统化的技术手段来揭示不同等级地形异常的空间分布与地质意义。正因如此，Salvatore Scudero与Gianluca Groppelli团队在《Journal of Volcanology and Geothermal Research》发表了此项研究，通过创新性地结合几何建模与小波分析技术，实现了对埃特纳火山地形结构的多层次解码。

本研究主要采用以下关键技术方法：首先利用椭圆几何模型拟合火山一级地形（大规模火山 edifices），通过最小二乘法优化等高线几何参数；随后通过数字高程模型（DEM）差值运算提取残余地形（residual topography），揭示二级特征；进一步沿坡度平行（slope-parallel）和基底平行（base-parallel）方向对残余地形重采样，应用连续小波变换（wavelet transform）分析不同波长地形异常的空间分布规律。所有地形数据来源于公开高精度DEM数据库，未涉及特定样本队列。

一级地形的几何建模与火山演化关联

通过椭圆拟合埃特纳火山等高线，研究团队发现一级地形的几何参数（如长轴取向、偏心度）与火山过去300 kyr（千年）的演化阶段高度一致。模型表明，火山 edifice 的形态变化反映了不同喷发期的构造控制机制，例如当前活动中心与古火山（如Ellittico）的继承关系。

残余地形揭示二级特征

移除一级地形后的残余地形显示出显著的正负异常区。正异常对应熔岩流堆积或构造抬升区，而负异常则与侵蚀谷地或塌陷构造相关，如Bove河谷的深凹陷区域。

小波分析识别异常带

沿 slope-parallel 和 base-parallel 方向的小波分析揭示了多组波长特定的异常带。短波长异常（<2 km）与近期熔岩流和裂隙带吻合，而长波长异常（>5 km）则对应大型构造如Ellittico破火山口和东部不稳定 flank。部分异常带无地表地质对应体，暗示可能存在隐伏构造（buried structures）。

隐伏构造的潜在指示

研究识别出若干残余地形高异常区与已知火山特征无直接关联，例如火山西南侧及东南翼的局部隆起。这些异常可能指示未被探测的隐伏岩浆囊或断层系统，为未来地球物理勘探提供了优先靶区。

研究结论强调，基于小波技术的多尺度地形分析方法能有效解耦火山地形的等级结构，并将形态特征与演化过程动态关联。该方法不仅适用于埃特纳火山，也可推广至其他复杂火山系统，为理解火山生长机制、识别潜在灾害区（如 flank instability）及勘探隐伏资源提供定量化工具。此外，所发现的未识别异常区凸显了当前地质模型的不足，推动了后续跨学科探测的必要性。