大型岩坡变形:来自意大利中部亚平宁山脉原始调查数据的证据,表明这种变形具有造山尺度上的分布特征

《Geomorphology》:Large rock slope deformations: Evidence of orogen-scale distribution from an original inventory in central Apennines (Italy)

【字体: 时间:2026年03月05日 来源:Geomorphology 3.3

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  本研究系统梳理了意大利中部阿普尼尼山区337处大型岩石滑坡变形(DSGSDs)的空间分布与形态特征,通过五年期航拍影像叠加实地核查,发现这些变形体多沿继承性构造线(如晚第三纪推覆构造和第四纪正断层)呈线性聚集,且受碳酸盐岩平台褶皱带控制。统计分析表明,DSGSDs面积超过1 km2时呈现幂律分布特征,其空间格局与区域地质构造、岩性组合及地形起伏密切相关,对理解该区第四纪地貌演化具有重要价值,并为灾害评估提供新依据。

  
E. Di Luzio | M. Saroli | M. Moro | E. Zullo | M. Albano | G. Scarascia Mugnozza | M.E. Discenza | M. Fiorucci | D. Guglietta | C. Esposito
CNR-IGAG,意大利国家研究委员会,环境地质与地质工程研究所,Montelibretti,Via Salaria Km 29.3,Monterotondo St.,00165,罗马,意大利

摘要

大规模岩石斜坡变形,通常被称为深部重力斜坡变形(DSGSDs),在世界各地的山区普遍存在,然而对其发生和分布的全面理解仍然是一项复杂的任务。本研究介绍了意大利阿布鲁佐地区中部记录的337个DSGSDs案例。该数据集基于以往的研究案例,并经过五年的摄影解释工作以及实地考察完成,新增了约260个地点的记录。
通过统计分析研究了DSGSDs的形态参数,包括其覆盖范围和所在岩石斜坡的形态特征。研究表明,当变形面积达到1平方公里时,其频率-规模分布表现出幂律行为。地理空间分析显示,这些变形现象沿继承的构造线(包括中新世至更新世的逆冲断层和正断层)有显著的线性聚集趋势。岩性条件也影响DSGSDs的空间分布和规模,其中最大的重力驱动变形发生在逆冲断层及其后缘的碳酸盐岩平台上。
尽管构造特征和岩性被认为是主要影响因素,但该地区的长期演化过程(多步骤逆冲作用及相关的抬升作用)以及整体地形也发挥了重要作用。此外,晚墨西拿期地区的局部抬升、地形起伏、平均海拔范围和坡度粗糙度为DSGSDs的发生创造了更有利的条件。
最后,与莫利塞地区的类似研究结果相比,发现阿布鲁佐中部地区的DSGSDs在空间分布和形态特征上具有相似性,这表明此类地质过程在该地区具有普遍性。本研究的结果为进一步探讨大规模岩石斜坡变形在景观演化中的作用提供了基础。

引言

涉及大面积山体斜坡的重力变形通过一系列地貌诊断特征进行识别,如双脊、沟槽、地堑、陡崖和反向陡崖,同时伴有下部区域的岩石断裂、隆起和滑坡现象(Radbruch-Hall, 1978; Bovis, 1982; Savage and Varnes, 1987; Chigira, 1992; Agliardi et al., 2001, Agliardi et al., 2012; Ambrosi and Crosta, 2006, 2011; Jaboyedoff et al., 2013; Discenza and Esposito, 2021)。这些地质过程的特点是位移量相对较小(毫米/年甚至厘米/年),变形速率极低(Saroli et al., 2005; Moro et al., 2009, 2011; Frattini et al., 2013; Jaboyedoff et al., 2013; Pánek and Klime?, 2016; Stramondo et al., 2016; Delchiaro et al., 2021; Albano et al., 2023)。尽管学者们对这些现象有共同的认识,但术语仍存在争议,因为不同的研究使用了不同的定义。
“深部重力斜坡变形”(Deep-Seated Gravitational Slope Deformation,简称DSGSD)这一术语最初由Malgot(1977年)提出,如今广泛使用(Dramis and Sorriso-Valvo, 1994; Crosta, 1996; Agliardi et al., 2001)。DSGSD指的是一种重力驱动的地质过程,其变形深度可达数十至数百米。但由于地下信息有限,厚度或深度作为判断标准并不准确。虽然本文不涉及文献综述(详见Discenza and Esposito, 2021),但其他描述也强调了不同的重要方面。例如,“岩体蠕动”(Mass Rock Creep,如Radbruch-Hall, 1978; Chigira, 1992)侧重于岩体的力学行为和时间依赖性;而“斜坡构造”(Slope Tectonics,Jaboyedoff et al., 2011)则强调了局部地形应力场在变形中的作用。Jarman(2006)和Jarman and Harrison(2019)提出了“岩石斜坡变形”(Rock Slope Deformation,RSD)的概念,指失去结构完整性的岩体在重力作用下发生侧向移动并与未变形区域融合的现象。
“大规模岩石斜坡变形”(Large Rock Slope Deformation,简称LRSD)是一个较为准确的定义。然而,DSGSD这一缩写在科学文献中已被广泛使用,如果引入新术语可能会造成混淆。因此我们继续使用DSGSD这一术语,将其定义为:i) 涉及数百米至数公里范围内的广阔斜坡区域;ii) 具有从山脊顶部延伸至山麓区的典型地貌特征;iii) 有可能改变斜坡原有的结构;iv) 具有狭窄或模糊的侧边界,不一定有明显的陡崖;v) 变形边界位于未知深度,由连续或不连续的变形面/带界定。
随着科学界对DSGSDs研究的兴趣增加,欧洲阿尔卑斯山(Agliardi et al., 2013; Crosta et al., 2013)、东比利牛斯山(Jarman et al., 2014)、苏格兰高地(Jarman, 2006)、英国山脉(Jarman and Harrison, 2019)和西喀尔巴阡山(Pànek et al., 2019)等地都建立了区域性的数据库。在欧洲以外,日本(Kaneda and Kono, 2017)、新西兰(McLean et al., 2015)和台湾(Tsou et al., 2015)也完成了相关研究。在此基础上,最近有人尝试建立全球性的DSGSDs数据库(Tolo?ka, 2025)。
对于阿布鲁佐中部地区,大规模岩石斜坡变形的记录被整理收录在一个公开的滑坡数据库中(IFFI, 2007)。直到最近,意大利地质图(CARG项目)才开始以1:50,000的比例尺记录少量案例(https://www.isprambiente.gov.it/Media/carg)。然而,过去四十年来发表的关于该地区单个DSGSD的论文(如Crescenti et al., 1987; Dramis et al., 1987; Di Luzio et al., 2004a, 2022; Martino et al., 2004; Galadini, 2006; Scarascia Mugnozza et al., 2006; Esposito et al., 2007, 2013, 2014, 2021; Moro et al., 2009, 2012; Bianchi Fasani et al., 2011, 2014; Discenza et al., 2011, 2023a; Gori et al., 2014; Albano et al., 2015; Della Seta et al., 2017; Del Rio et al., 2021; Khalaf et al., 2025)表明需要更新科学研究和进一步调查。
从科学角度来看,缺乏区域性地图编制是一个关键问题。此外,DSGSDs的数据库对于有效评估灾害风险至关重要。总体而言,在阿布鲁佐中部地区,物质流失和沉积物流动主要发生在DSGSD区域或其周边通道。然而,小到中等规模的快速滑坡事件可能会增加搬运物质的体积(例如Di Luzio et al., 2021)。在某些地点,阿布鲁佐地区的DSGSDs演变成了大规模的岩石崩塌(Di Luzio et al., 2004b; Scarascia Mugnozza et al., 2006; Bianchi Fasani et al., 2014),这种事件可以迅速改变河谷地形,短时间内搬运数百甚至数千立方米的碎屑物质,从而对水文地质安全构成严重威胁。
因此,本研究的主要目标是建立阿布鲁佐中部地区轴向带内的DSGSDs数据库(见图1)。采用地貌学标准划定每个DSGSD的边界,以包含其独特地貌特征(见图2a–g)。根据Jarman(2006)的分类方法,该数据库不包括那些结构基本保持完整的短距离平移滑坡。计算了整个数据集的DSGSDs形态参数和斜坡地貌变量。
为了深入理解控制大规模岩石斜坡变形的因素,本研究还比较了DSGSDs的分布、区域岩性特征、主要构造特征的演化趋势以及活动断层网络的位置。此外,与其他地区的研究类似(如Agliardi et al., 2013),本文试图将DSGSDs的特征置于山脉长期演化和整体地形的背景下进行探讨,并研究其在局部尺度上的成因作用。
最后,本研究延续了Discenza et al.(2023b)在邻近莫利塞地区进行的类似研究,是完成整个阿布鲁佐山脉DSGSDs数据集的宏伟尝试的一部分。

地质与构造背景

阿布鲁佐中部地区是由中新生代沉积楔体在非洲(亚得里亚海)板块和欧洲板块碰撞过程中变形形成的(例如Doglioni, 1991; Gueguen et al., 1998; Carminati and Doglioni, 2012)。在造山前阶段,从三叠纪到古近纪,由于早侏罗世的伸展构造作用,形成了不同的古地理环境,这些环境淹没了原有的浅水碳酸盐岩平台和沿海地带。
随后...

方法

阿布鲁佐地区DSGSDs数据库的建立遵循了多步骤的方法流程,包括:i) 收集INGV和阿布鲁佐地区网站提供的地形栅格数据集和航拍照片系列(表1);ii) 建立包含以往DSGSDs数据(如IFFI(2007)数据库、CARG数据库及其他地方来源的数据的初步GIS数据库(表2);iii) 审核已发表的研究案例(...

DSGSDs数据库与统计分析

DSGSDs数据库覆盖了10,763平方公里的面积,如果仅考虑海拔600米以上的山区,则为6,996平方公里。该数据库包含来自不同来源的337个案例(见图7)。经过审核后,保留了IFFI(意大利滑坡数据库,31个案例)、CARG(意大利区域地质图,10个案例)或两个数据库共同记录的案例(5个案例)。其中291个案例是首次记录,263个之前未知,28个是根据新资料重新解读的。

讨论

本研究的结果揭示了DSGSDs在阿布鲁佐中部地区第四纪地貌形成中的重要作用。337个DSGSDs覆盖的总面积为573.6平方公里,占该地区总面积的5.3%。如果仅考虑海拔600米以上的山区(6,996平方公里),这一比例上升至8.2%。

结论

本研究聚焦于阿布鲁佐地区,即阿布鲁佐中部山脉的核心区域,通过分析先前数据库、历史文献和原始资料中的337个案例,建立了DSGSDs的区域性数据库。地图编制基于地貌学标准,通过航拍和卫星图像的摄影解释结合详细的实地验证完成了地貌特征的划定。主要结果...

CRediT作者贡献声明

E. Di Luzio:撰写初稿、可视化处理、项目监督、研究设计、资金申请、数据分析、数据管理、概念构建。M. Saroli:撰写与编辑、可视化处理、项目监督、方法论设计、研究设计、数据分析、数据管理、概念构建。M. Moro:撰写与编辑、可视化处理、项目监督、软件开发、研究设计、数据分析、数据管理、概念构建。

资金支持

本研究由CNR的“Apennine Gravitational Processes”项目(代码DTA.AD003.731.001,负责人Emiliano Di Luzio)资助,并部分得到了Sapienza大学“大规模岩石蠕动引起的坡面不稳定性的综合分析与风险建模”项目(代码RG11916B88FA477F,负责人Carlo Esposito)的支持。

未引用参考文献

Di Esposito et al., 2021

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢都灵大学的Pierluigi Pieruccini教授在Stiffe地区和Laga域提供的咨询,以及INGV的Valensise G.博士在研究初期的支持。同时感谢Sergio Falcone博士开发的用于立体可视化和分析的代码(网址:https://zenodo.org/badge/latestdoi/546700017,访问日期:2025年4月12日)。此外,还感谢ENEA的Bianchi Fasani G.L.等人在实地工作中的贡献。
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