ETA: eu estava enganado; a unidade não é uma máquina SMB Windows, mas uma máquina executando uma compilação QNAP Linux 3.2.26 (que o avahi-discover estava adquirindo como Windows).
Descobriu-se que a unidade de rede era uma máquina Windows SMB (pensei erroneamente que era Linux) (consulte ETA) e o processo de bloqueio do arquivo estava sendo executado pelo Windows. Eu não levei em conta que lsof e fuser só retornam processos para a máquina em que estão sendo executados (ou seja, minha máquina local, e não a unidade de rede :).
A unidade de rede não tinha o ssh habilitado e o smbclient não me permitia substituir o bloqueio, então pedi ao nosso administrador de rede para reinicializar a unidade. O processo foi encerrado e consegui excluir o arquivo.
(Para referência dos outros: usei o avahi-discover para obter o sistema operacional da unidade de rede e outros detalhes.)
Adere a @derobert por me apontar na direção dos processos do servidor.