InSAR observations of fracture movements on the Reykjanes Peninsula, SW Iceland

Abstract

Widespread fracture movements have been observed during the ongoing oblique rifting episode on the Reykjanes Peninsula (RP), but little work on their driving mechanisms exists. TerraSAR-X data from four tracks covering the RP were processed to map fractures that had moved from September 2021 to July 2024. The most extensive fracture movements during this period occurred during diking at Fagradalsfjall in 2022 and July 2023 and at Svartsengi in November 2023. Stress changes were calculated using distributed opening models of the 2022 and November 2023 dikes. Stress changes favor dextral slip on N-S striking structures along the plate boundary axis. Normal faulting is promoted along the strikes of the dikes but suppressed in regions of compression to the NW and SE of the dikes despite extensive fracture movements observed there. A pair of interferograms spanning the November 2023 dike intrusion were decomposed into near-east and near-vertical components and high pass filtered to reveal small-scale deformation across fractures. On normal faults and tensional fractures striking N40°E, displacements are controlled by normal stress change: in regions of co-diking compression, faults and fractures close sympathetically. In regions of extension, these structures open and experience triggered slip. These results demonstrate that: A) shallow fracture movements can occur in regions where stress changes are not favorable for faulting along preexisting structures and B) fractures accommodate significant amounts of compressional strain, up to ∼50 mm/km, because of their weakness relative to surrounding rock. A precision leveling profile crossing the Heiðmörk graben within the Krýsuvík fissure swarm was surveyed in 2024. Between 2012-2024, portions of the profile have subsided up to 34 ± 0.3 mm, confirming that graben deformation is ongoing although no magma movements are in the area. The maximum subsidence rate between 2012-2024 is 2.8 mm/yr, greater than measured previously. TerraSAR-X data show fracture movements with line-of-sight amplitudes of up to 45 mm on graben-bounding faults in 2011, 2018, 2021, and 2023, suggesting that the deformation rate has increased since 2018. Deformation events are coincident with shallow microseismicity within the graben (z = 0–2 km, Mlw max < 2.5). Preliminary focal mechanisms indicate that these earthquakes are the result of dip-slip faulting on near-vertical planes, consistent with shallow normal faulting. Displacements are also observed in the Húsfellsbruni lava field in January and June 2024 and are associated with two earthquake sequences (Mlw max = 3.1). The displacements observed are larger than expected for earthquakes of this size but can be explained by a lowered shear modulus corresponding to shallow, highly fractured rock. These results highlight the role that shallow crustal properties and preexisting weaknesses play in controlling surface deformation in volcano-tectonic environments.

Sprunguhreyfingar hafa mælst víða á Reykjanesskaga í tengslum við yfirstandandi gliðnunarhrinu, en takmarkaður skilningur er á eðli hreyfinganna. Bylgjuvíxlmyndir úr TerraSAR-X gervihnattagögnum frá fjórum myndrömmum sem spanna Reykjanesskaga voru notuð til að kortleggja sprungur sem hnikast höfðu til frá september 2021 til júlí 2024. Umfangsmestu brotahreyfingarnar á þessu tímabili verða samtíma myndunar kvikuganga í Fagradalsfjalli 2022 og júlí 2023 og í Svartsengi í nóvember 2023. Breytingar í bergspennu voru reiknaðar út frá líkönum af opnun á kvikugöngunum. Við ás flekaskilanna eru spennubreytingar mestar fyrir hægri handar sniðgengi með N-S stefnu. Meðfram og nálægt kvikugöngum spennubreytingar mestar fyrir siggengi og gliðnunarsprungur, en til NV og SA verður samþjöppun sem ætti að minnka sprunguhreyfingar, öfugt við það sem sést. Tvær bylguvíxlmyndanna sem spanna innskotið í nóvember 2023 voru reiknaðar yfir í nær-austur og nær-lóðréttar færslur og háhleypisíaðar til að sýna smáskala aflögun yfir sprungur. Á siggengjum og gliðnunarsprungum með strik N40°E er hniki stjórnað af spennubreytingum: á svæðum þar sem samþjöppun er ríkjandi lokast opin misgengi og sprungur. Á svæðum þar sem tognun er ríkjandi gliðna opin misgengi og sprungur. Þessar niðurstöður sýna að: A) grunnar sprunguhreyfingar geta átt sér stað á svæðum þar sem langtíma tektónísk spenna eru andstæð hreyfingunum B) sprungur geta tekið upp þónokkra samþjöppun nærri yfirborði, allt að∼50 mm/km, vegna veikleika þeirra miðað við nærliggjandi bergmassa. Árið 2024 var endurmælt nákvæmnishæðarsnið yfir sigdalinn í Heiðmörk, innan Krýsuvíkursprungusveimsins. Á árunum 2012-2024 hafa hlutar sniðsins lækkað um allt að 34 ± 0,3 mm, sem staðfestir að sigdalurinn er að dýpka án þess að kvikuhreyfingar fylgi. Hámarkssighraði á árunum 2012-2024 er 2,8 mm/ári sem er hærra en áður mældist. TerraSAR-X gögn sýna allt að 45 mm færslur á mörkum sigdalsins árin 2011, 2018, 2021 og 2023, og hefur aflögunarhraði aukist síðan 2018. Sprunguhreyfingar verða á sama tíma og grunn smáskjálftavirkni í sigdalnum (z = 0–2 km, Mlw < 2, 5). Brotlausnir jarðskjálfta eru í samræmi við siggengishreyfingar. Yfirborðsfærslur á sprungum hafa einnig mælst í Húsfellsbruna í janúar og júní 2024 og tengjast þær tveimur jarðskjálftahrinum (Mlw max = 3,1). Færslan sem mældist er meiri en búist má við fyrir jarðskjálfta af þessari stærð, en skýra má það með lágum skúfstuðul sem samsvarar grunnu og sprungnu bergi. Þessar niðurstöður varpa ljósi á hlutverk grunnra eðliseiginleika jarðskorpunnar og hvernig veikleikar hafa áhrif á yfirborðsaflögun.