冰岛北部 Dalvík 线状构造：地热资源与第四纪滑坡的构造及地震构造意义

《Landslides》：The Dalvík Lineament, North Iceland: structural and seismo-tectonic implications for geothermal resources and Quaternary landslides

　　

过去一个世纪中，冰岛北部 Tj?rnes 断裂带（TFZ）沿线的地震活动已造成基础设施破坏与地貌改变。然而，导致这些事件（震级最高可达 Mw 7）的诸多断层，包括构成 Dalvík 线状构造（DL）的断层，仍缺乏充分认识。研究人员采用遥感制图、适用性无人机影像建立的运动恢复结构（Structure from Motion, SfM）数据及野外地质填图相结合的方法，识别了 DL 沿线的断层、岩脉以及大型滑坡等第四纪要素。重要的是，与 TFZ 中其他断层或地震线状构造不同，并不存在一条可连续追踪填绘的 DL 断层陡坎。相反，岩脉填图结果与地震活动在总体北—南向展布上具有一致性。滑坡的分布与频率与 DL 某些区段的地震活动以及野外识别的岩脉具有相关性。这些滑坡在微震活动较强的地带空间上最为集中。许多滑坡的后缘陡坎与切穿区域熔岩堆积体的岩脉相吻合。尽管既往研究认为滑坡事件由冰川卸载支撑作用减弱以及永久冻土融化所触发，但本研究数据表明，在 Tr?llaskagi 地区，大型滑坡的发生频率与空间分布同时受地震作用和构造因素（即岩脉）控制。通过建立 DL 西北部一个局部地区的三维（3D）模型，研究清楚显示 Tr?llaskagi 半岛的低温地热田与这些岩脉呈定向一致关系。这表明地质构造在控制地下流体运移方面具有重要作用，尤其是在层状地层的区域性层理沿倾向方向与岩脉相交时，可促进地热勘探。

该文发表于《Landslides》，聚焦冰岛北部 Tj?rnes 断裂带（TFZ）南段 Dalvík 线状构造（DL）的地表构造表现、地震活动、第四纪滑坡分布及其与地热系统之间的耦合关系。研究背景在于，北冰岛长期处于洋中脊与地幔热点共同作用形成的复杂火山—构造环境中，区域内地震频繁，历史上曾发生高达 Mw 6.3 乃至近 Mw 7 的破坏性地震，并造成地貌改造与工程损害。然而，相较于 Husavik–Flatey 断层（HFF）等构造，DL 虽被视为 TFZ 的重要组成部分，却缺乏清晰、可连续追踪的地表断层陡坎，其真实构造属性、地震活动承载结构及其对滑坡与地热流体运移的控制机制长期认识不足。与此同时，Tr?llaskagi 与 Flateyjarskagi 半岛广泛发育大型第四纪滑坡，既往研究多将其归因于冰川退缩后的卸载、地形陡峻及永久冻土融化，但对地震触发与次级构造控制的重视不足。因此，开展该研究的必要性在于厘清 DL 是否对应一条贯通性活动断层，识别可能隐伏的控震构造，解释滑坡集中分布的深层原因，并服务于低温地热资源勘探。

研究人员综合遥感、无人机摄影测量、野外构造填图、地震目录分析及三维综合解释，对 DL 及其周缘开展系统研究。研究表明，DL 并非一条在地表具有连续断层陡坎的贯通性断裂带，而更可能表现为一组与区域微震带相对应的近南北向岩脉与断层构造带。研究进一步发现，大量第四纪滑坡集中分布于 DL 附近，尤其集中在微震更活跃的地段，且多处滑坡后缘陡坎直接与切穿熔岩堆积体的岩脉重合。这说明该区滑坡不仅受冰后地形演化影响，更明显受到地震强震动与岩脉等构造弱面/刚性界面的双重控制。研究还指出，低温地热异常与岩脉群展布、微震活动及区域熔岩层倾向之间存在空间耦合关系，揭示了岩脉与断层在形成次生渗透性、导引地下热水上升方面的重要作用。该成果的重要意义在于：一方面修正了对 DL 构造性质的传统理解，另一方面将地震构造、滑坡灾害与地热资源三者纳入统一框架，对于北冰岛地震灾害评估、滑坡危险性认识以及地热找靶具有直接价值。

作者开展研究所采用的关键技术方法主要包括以下几类。首先，利用卫星影像、Google Earth、航空影像及 10 m 分辨率数字高程模型（DEM）开展遥感解译，手工圈绘第四纪滑坡边界，并与既有研究数据进行对比整合。其次，在重点区域实施无人机航测，采集数百幅高分辨率影像，通过运动恢复结构（SfM）方法建立分辨率优于 20 cm 的 DEM 与约 10 cm 的正射影像，用于识别岩脉、断层和滑坡陡坎。再次，开展野外地质调查，实测层面、岩脉和断层产状，并结合立体网与玫瑰图分析其优势方位。最后，整合冰岛气象局（IMO）与 ICEL_NMAR SIL 地震数据库中的微震和宏震资料，并结合温泉、钻孔与地层倾向信息建立三维概念模型。

在“Introduction and Background on Tj?rnes Fracture Zone and Dalvik Lineament”部分，作者系统说明了研究区所处的大地构造背景。冰岛位于大西洋中脊与深部地幔热点交汇处，板块边界、裂谷迁移和转换构造共同塑造了复杂的火山—构造体系。TFZ 作为北冰岛主要转换带，由 Grimsey 斜裂谷、HFF 和 DL 组成。与 HFF 明显的地貌断裂特征不同，DL 地表表达较弱，但历史上曾发生 1934 年 Mw 6.3 和 1963 年近海 Mw 7.0 地震，表明其具有重要地震意义。该部分还指出，研究区发育广泛的玄武质熔岩、冰下喷发角砾岩及少量流纹岩，并经历多次第四纪冰期和显著冰后地貌改造，这为滑坡发育提供了基础条件。

在“Methodology and data”部分，作者说明了通过多源 DEM、遥感、野外调查、无人机摄影测量、构造产状测量与三维综合解释相结合的研究设计。该方法体系使研究既能在区域尺度识别滑坡与地震带的空间关系，又能在露头尺度精细刻画岩脉、断层及滑坡后缘陡坎之间的几何联系。

在“Remote sensing and field observations from the eastern DL”部分，研究人员通过东部 DL 沿线的无人机调查和区域 DEM 复核发现，基于地震活动推测的 DL 投影位置并未出现贯通性断层陡坎。这一结果与既往研究一致，说明 DL 在东部至少缺乏明确的地表破裂标志。该区虽存在大型第四纪滑坡及冰川地貌，但由于冰川沉积、农业改造和排水工程强烈重塑地表，未能发现与 DL 直接对应的地表断裂形迹。由此得出的核心结论是：东部 DL 的地震活动并不对应一条可识别的连续地表断层。

在“Quaternary landslide mapping”部分，作者通过遥感共识别并圈绘了 367 处第四纪滑坡，其中 Tr?llaskagi 半岛有 174 处，总面积 184 km²，约占半岛面积的 10%。大多数滑坡位于 DL 中位线 20 km 范围内，单体滑坡面积为 0.02–8.0 km²。结合前人资料去重后，研究区相关滑坡总面积达到 462.5 km²。这些结果表明，DL 附近滑坡极为密集，其空间分布具有显著构造—地震约束特征。

在“Remote sensing and field observations along western DL”部分，作者在 Tr?llaskagi 西部多个野外点识别出岩脉与断层，并发现它们与地震活动密集带及大型滑坡分布高度相关。Flókidalur 谷地及 Siglufjarearvegur 一带共填绘 23 条岩脉，岩性以拉斑玄武岩为主，宽度约 0.2–6 m，可追踪长度从 65 m 至数百米不等，整体平均走向约为 181°，即近南北向。多个滑坡后缘陡坎由岩脉直接构成，或与岩脉近平行、相距仅数十米。部分地点还识别出正断层及其擦痕构造，指示近直立滑动分量。该部分的关键结论是：DL 西部和北部并非缺少构造，而是发育一组与地震带一致的近南北向岩脉—断层系统，这些构造很可能才是区域地震活动的主要承载体。

在“Correlation of Tertiary dikes, faults, and seismicity along the northwest DL”部分，作者综合讨论了岩脉、断层与微震活动之间的关系。研究指出，DL 不应被理解为一条单一贯通断层，而应视为由近南北向地震条带组成的构造域，这些条带与切穿缓倾熔岩堆积体的岩脉和断层相重合。研究填绘岩脉的方位、倾角、矿物组成和构造位置彼此相似，提示其可能具有相近形成时代和共同应力背景。作者据此认为，DL 走廊内的地震活动很可能沿这些岩脉或与其相关的断裂传播并局部化应变，从而首次以野外证据将南部 TFZ 的地震活动与具体地质构造联系起来。

在“Dikes and earthquakes as structural and strong ground motion controls on landslide distribution”部分，作者重点论证了滑坡的构造控制与同震触发机制。岩脉侵位会改变围岩的岩性、结构和力学性质，在接触带形成渗透率、孔隙度、强度及可蚀性差异，既可能构成相对坚硬的平面，也可能在冷凝边部形成弱带。研究区多处滑坡的后缘陡坎与岩脉重合，表明岩脉直接参与了滑动面的形成。与此同时，滑坡在空间上与微震集中区及较大历史地震分布相吻合，说明强震动是促使这些不稳定边坡失稳的重要外部触发因素。作者依据 Crozier 提出的地震成因滑坡判据，认为本区至少满足其中 4 条，即区域地震活动性、滑坡与活动构造/地震带相关、地震振动足以致坡体失稳以及滑坡规模巨大。因此，北冰岛这些滑坡除受冰川卸载和永久冻土融化影响外，同震触发很可能也是重要成因。

在“Implications for geothermal exploration and exploitation”部分，作者进一步将构造认识延伸到地热系统。研究指出，岩脉与围岩之间的力学差异可促使应力集中于接触带，既有利于断层再活化和地震破裂传播，也可增强裂隙发育和流体迁移。通过 Flókidalur 地区三维模型，作者显示低温温泉、微震活动、岩脉分布及区域熔岩层约 10° 的倾向之间存在空间耦合：温泉多位于沿熔岩层下倾方向、并与近直立岩脉相交的位置。这说明岩脉和断层提供了次生渗透通道，而层状熔岩堆积体的倾向则帮助流体汇聚与上升。该结果表明，识别岩脉群及其与应力场、地震活动的关系，可作为低温地热勘探的重要线索。

讨论部分总体强调，DL 的本质并非典型地表线性断裂，而是一个由岩脉、断层、微震和滑坡共同揭示的复合地震构造系统。研究通过区域—局部多尺度证据表明，冰后陡峻地形、永久冻土退化、地下水或热液沿构造面的运移，以及频繁地震产生的强震动，共同塑造了 Tr?llaskagi 地区滑坡的高发格局。其中，岩脉不仅作为结构面控制滑坡后缘位置，还可能通过增强裂隙与导水性降低边坡稳定性；而地震活动则为这些潜在不稳定边坡提供反复触发。对于地热系统而言，同一套构造又充当热流体运移通道，从而将地震、滑坡和地热现象统一在同一地质结构框架中。

研究结论部分可译述如下：TFZ 南段，尤其是 DL 所在区域，是北冰岛重要的陆上地震危险带，历史上发生过最高 Mw 6.3 的显著地震事件。基于本研究的野外调查与遥感结果，没有证据支持沿 DL 存在一条连续且贯通地表的断层，这一点与具有明确地貌断裂表现的 Husavik–Flatey 断层形成鲜明对比。相反，地震活动显示出明显的北—南向条带，特别是在 Tr?llaskagi 半岛。研究首次在 Tr?llaskagi 北部识别出先前未记录的岩脉和断层，它们以北—东北向为主，与 1993—2023 年地震资料反映的区域地震趋势大体一致。DL 走廊内岩脉与南北向地震带的共定位关系说明，这些构造可能影响地震传播并促使应变局部化。研究区共填绘 23 条岩脉，其中 3 处岩脉或岩脉群直接构成第四纪滑坡的后缘陡坎，表明相对于缓倾熔岩堆积体，岩脉这一较坚硬近直立平面对边坡失稳具有明显构造控制作用。DL 及周边滑坡分布与地震活动高度吻合，说明虽然冰后陡坡和永久冻土融化对滑坡频率与分布十分重要，但频繁地震产生的强震动很可能也是这些大型滑坡形成的重要因素。与此同时，研究观察到温泉常分布于中新世熔岩堆积体下倾方向上、并与切穿熔岩层的岩脉群相伴出现，说明持续地震活动可能通过增加次生渗透性促进流体运移。总体而言，区域熔岩层倾向、穿层岩脉及地震活动之间的相互作用，共同形成并维持了有利于地热流体运移的通道，也为地热勘探目标圈定提供了依据；而鉴于该区地震活动频繁且历史上曾发生较大地震，未来仍应预期较大地震可能触发现有数百处滑坡再次活动或诱发新的滑坡，并对 TFZ 南段地热系统产生影响。