地震灾变事件地层——地质学的分支学科

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  Earthquake Catastrophic Event Stratigraphy——A Branch of Geology

  乔秀夫　宋天锐

  地震是地球动力作用的表现，它是地球内部结构失去平衡突然释放出巨大能量的灾变。现代地震引起地表发生变化，地震诱发沙土液化、地面下沉对建筑物基底的破坏、地裂缝对交通的破坏，地震引起陆内的泥石流、滑坡以及近海的海啸造成的破坏等均直接影响到人们的生命、财产，因此被广泛关注。地震学家正力图解决难度很大的近期地震预报问题。

  人类历史时期有文字记载的地震可称为历史地震，研究历史地震记录，从统计学角度可以了解一个地区发生地震的周期。史前地震一般称为古地震

  古地震的时限、含义在地震学家中有不同的认识。本书采用史前地震，即赋存于全新世及其之前古老地层的地震记录为古地震的观点。。古地震记录保存于地层中，地震地质学家与第四纪地质学家侧重研究全新世时期地层中的地震记录，目的是从更大的时间尺度研究发生地震的长周期，结合区域构造分析，提出地震活动较长周期的预报。对于全新世之前的地震记录，地震地质学家一般很少涉及，因为与解决现代地震预报的目标距离太遥远。

  全新世及之前地层中的地震记录应是地质学家研究的范畴。古地震记录与现代地震记录的不同之处在于古地震形成的地貌已不被保存。如地裂缝在现代发生地震后可以看到中间下陷的狭长的“V”形地表裂缝，但古地震在地层中常常观察到一组相向的正断层组成的地堑以及层内的坍塌角砾，且其中被沉积物充填满。地层中地震引起的变形记录有两种情况，即已成岩的坚硬沉积物与尚未成岩、富含水的软沉积物在地震发生时所受到的影响与变形是不同的。总的讲，坚硬沉积物主要是脆性变形；而软沉积物则是受到强地震水平剪切的振动影响，引起富含水软沉积物的液化泄水与变形，形成一系列层内的软沉积物变形构造。有一些软沉积物变形构造已被识别解释为地震成因，尚有一些软沉积物变形未被识别，或者被作为其他成因解释。区域性、有固定层位的软沉积物的液化变形是鉴别地层中地震的重要依据。

  地层中的地震记录是地层学、沉积学、构造地质学（变形构造、新构造与大地构造）与地震学的交叉学科，地震灾变地层是地质学中的一个分支学科。与其他分支学科相比较，研究状况处于相对滞后的状态，这是因为地质学受到均变论的长期影响，相当多的地质学家不注意也不很相信地层中有地震灾变记录的存在。实际上，古地震一定非常频繁，因为人类历史中已出现过多次大规模地震灾难，那么，几十亿年的历史长河中应该有更多的地震灾变发生。从构造角度，我国壳系由众多块体组成，这些块体在地史中曾有多次碰撞挤压与分离，在挤压环境与拉张环境下均相应发生地震。仅仅因为我们不认识古地震的标志而完全忽略了这些重要地质记录。传统的地层学研究中不包括地震灾变记录，沉积学家则将一些地震记录作为其他正常沉积成因解释，而构造地质学家则将众多地层中地震成因变形（同沉积变形）解释为后期构造变形。另一方面，野外地质调查中对地层中的一些奇特的地震记录只描述了现象而未深入进行成因解释。如在我国北方长期工作的野外地质学家对各种碳盐岩中的泥、亮晶脉早已注意（20世纪60～70年代），并进行描述，但未深入研究；南方二叠纪的碳盐岩岩墙也早有报导（20世纪70年代），但用正常沉积充填作用解释。实际这些都应是地震记录，相当多的地震记录在野外调查时被遗漏。在我们过去的区域地质调查填图的报告中，对构造变动、火山活动描述及讨论很多，唯独看不到与之相关联的对地史中地震的报道，这是地层学、沉积学、构造地质学研究中的遗漏与失误！

  中国地质学家于20世纪80年代开始注意地层中的地震灾变记录，90年代有了很大进展，90年代之后有关地层中地震记录的研究受到很大注意，出版了相当数量的论文及专著。我们对古地震或称地史中地震的研究，与国外大体同步、同水平，并且有自己特色，这些特色是：

  （1）理论基础：引起软沉积物液化泄水及变形有多种动力，但是区域性、有固定层位的软沉积物变形是由地震诱发的。

  （2）多学科的交叉研究，注意与现代地震现象与对比，重视模拟实验结果，比较注意地震灾害过程的研究，并用类似沉积学中的序列，即地震灾变相序表示，以便于野外地质调查时能对所研究剖面灾变有预见性。

  （3）将地震记录与区域断裂构造和岩浆活动联系研究是国内研究的重要特点。

  （4）最近我们应用了对现代地震地质研究的方法，即找寻基底岩系与盖层之间巨大滑脱剪切作用形成的假玄武玻璃岩（Pseudotachylyte），以确定盖层中软沉积物变形的地震成因与地震年代。假玄武玻璃被认为是确认地震变形与确定地震年代的活化石。

  （5）注意到在地史不同时期地震诱发的软沉积物变形是不同的，特征也有很大区别。

  （6）应用地层中地震记录，解释区域大地构造、解决一个构造带中地层等时对比等问题是我国地质学家在古地震研究中重要特色。古地震记录是呈现区域性分布，与某个断裂相关，或与某些岩浆活动有关。因此可以建立起古地震带，包括板块边缘俯冲带附近及板内伸展构造强烈地区的古地震带。这些地震带的确立是对一个地区最深刻的地球动力学解释。

  古地震的研究不可能直接解决现代地震预报问题，但它是地史中地球动力学与地史学研究的重要内容，是揭示一个地区地史与构造发展中的渐变与突发的灾变史；它可以从更长的地史时间尺度一个地区的地震活动性。如我们在中国北方建立的震旦纪古郯庐地震带，中元古代的燕辽地震带，至今仍是一个继承性地震活动带。

  如何在野外调查古地震记录，尚未写入目前1:5万或其他比例尺地质调查的地层或沉积岩规范中，这是一个需要探索与总结的科学问题，但是一些原则性建议可参考。

  （1）对地层中的一些奇特软沉积物变形构造与沉积现象应试图用灾变观点审视，避免用正常沉积学原则勉强去解释。

  （2）进行对现象认真的客观描述，为室内研究采样、拍照。特别是这些记录在地层中与正常沉积的关系。变形构造分析是研究地震诱发软沉积物变形的基本方法，科学的排除法则是野外宏观调查时应有的思路。

  （3）灾变记录的地层时代，空间分布，是否呈带状区域分布，与哪些断层相关联，灾变记录地层附近有无同时期岩浆活动等。

  （4）综合性研究，指两个方面：一是对所有灾变记录综合研究，注意他们之间的相互关系与顺序。例如对地震成因的液化脉，除研究脉本身外，尚需研究与之伴生的微断层及各种软沉积物变形构造。若仅限于脉的本身研究则不可能揭露的全过程与本质。二是指多学科的研究，即地层、沉积、构造、相关的断裂及火成岩的综合研究。地震灾变的研究中，地层仅是一个载体，沉积学是研究的切入点，软沉积物的液化泄水与变形构造分析是野外研究的本质问题，最后应研究地震记录的区域构造背景。

  本书的内容包括三个部分：

  （1）中国地质调查局《中国及边缘关键地史阶段地震研究》项目中部分研究成果。新撰写了第1,2,4,10,14,18,22等七章。

  （2）选择了一些地震成因变形的宏观记录（执行中国地质调查局项目中拍摄的），供野外地质调查时参考。更多的地震成因变形记录尚有待于野外调查时识别。

  （3）精选了一部分作者等已发表的有关地层中地震记录的文献，我们认为这些文献对于野外地质调查时识别与研究地层中地震灾变记录是有参考意义的，这些文献也是研究项目立项的基础。对纳入本书的论文，根据近年来的研究，对其中一些论文均已做了修改与较大补充，与原文已有相当区别，有一些是在原文基础上的再创作研究成果，但仍沿用原论文题目，目的是便于读者引用，也可看到本书作者对有关问题的认识过程与新的解释。这些文献包括对不同地震时期、不同地层类型中地震记录的识别、描述、地震记录的成因机制与背景论述，应用地震记录解释区域构造与地层对比等。

  本书未对古地震记录的特征做全面介绍与描述，只是一般性的评述了当前国内古地震研究的现状，我们希望读者能在本书有关内容中找到自己感兴趣与需要的材料。本书内容不可能也没有这种科学水平总结所有古地震的特征，只能起到一个启发与引导作用，更多古地震在地层中的特征需要所有地质学家今后共同努力去识别、总结。

  我们高兴地看到，20世纪90年代以后，我国地质调查填图中开始注意古地震记录的研究，反映在1:5万地质图幅（吉林省、辽宁省、山东省、安徽省、江苏等省有关1:5地质图）对古地震均有详细描述，并与地层和大构造结合讨论，从而提高对客观地质记录的解释，提高了图幅的科学质量。中国地质调查局在有关的区域地质调查总结中（2003年），也将古地震调查作为区调进展之一。我们坚信，古地震的调查、研究必将成为提高不同比例尺基础地质调查的科学内容。随着地质调查中对古地震的识别将不断丰富这一新的地质学分支学科内容；古地震将成为地球系统科学与地球过程中必须研究与关注的内容。

  浏览 418赞 101时间 2022-01-05