震積巖——古地震災(zāi)變事件的巖石學(xué)記錄

摘要本文介紹了震積巖作為古地震的巖石學(xué)記錄，是古代較大地震活動(dòng)的產(chǎn)物。震積巖具有不同的成因類(lèi)型，主要具有枕狀構(gòu)造、球枕構(gòu)造、地震液化脈、震褶構(gòu)造、震滑塌體構(gòu)造及層內(nèi)微斷裂等地震成因的同沉積變形構(gòu)造。不同的構(gòu)造有其特有的識(shí)別標(biāo)志與形成機(jī)理。震積巖對(duì)古地震的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

中圖分類(lèi)號(hào):P5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

0 前言

地震活動(dòng)是一種災(zāi)變性地質(zhì)事件，是常見(jiàn)的地球內(nèi)力地質(zhì)作用的表現(xiàn)，是地殼運(yùn)動(dòng)的一種特殊而直觀的表現(xiàn)形式。人類(lèi)有關(guān)地震的歷史記載，僅兩三千年，因此只有通過(guò)其他方式來(lái)尋找古地震災(zāi)變事件的記錄。震積巖不是一種巖石的名稱(chēng)，而是具有成因聯(lián)系的一系列巖石的總稱(chēng)，它是由地震作用所產(chǎn)生的，具有震積構(gòu)造和震積巖序列，是一種復(fù)雜的沉積現(xiàn)象。震積巖以其身獨(dú)特的鑒別標(biāo)志和震積序列有別于其它類(lèi)型的沉積巖，在古地震災(zāi)變的識(shí)別、古地震災(zāi)變事件的分析和研究中具有重要意義，在某種程度上可以稱(chēng)之為古地震災(zāi)變事件的巖石學(xué)記錄。

1 震積巖的形成機(jī)理和震積構(gòu)造

地史中的古地震活動(dòng)頻繁，但不是所有地震都能形成震積巖并能保存下來(lái)。研究表明地層中能保存下來(lái)的，目前能識(shí)別的主要是6級(jí)以上強(qiáng)震作用形成的震積巖。在震積巖層中往往存在地震液化脈、層內(nèi)階梯斷層、震褶構(gòu)造、震塌體以及球枕構(gòu)造等古地震記錄。這些震積構(gòu)造是在特殊的古環(huán)境中由于地震作用而形成的同沉積變形構(gòu)造，下面介紹幾種常見(jiàn)的震積巖的震積構(gòu)造和形成機(jī)理。

1.1 枕、球—枕構(gòu)造

枕狀構(gòu)造、球—枕構(gòu)造是由地震誘發(fā)而形成的一種特殊的軟沉積物變形構(gòu)造，是地層記錄中的古地震巖石學(xué)證據(jù)。

1.1.1 枕狀構(gòu)造

枕狀構(gòu)造(圖1箭頭所指)的宏觀特征是:枕狀體向上彎曲，紋層理平行于枕狀體的底面彎曲;頂面平直或有起伏;枕與枕之間被下伏地質(zhì)體分割。枕狀構(gòu)造的宏觀特征表明其形成機(jī)制與沉積物的液化作用有關(guān)。枕狀構(gòu)造與下伏地質(zhì)體均為未固結(jié)的軟沉積物。下部為強(qiáng)液化層，具有較強(qiáng)的液化流動(dòng)能力，上部為弱液化層，液化流動(dòng)能力較弱。在地震波的作用下，下伏強(qiáng)液化層向上流動(dòng)，導(dǎo)致弱液化層的紋層沿向上流動(dòng)的方向牽引彎曲而形成枕狀構(gòu)造。枕狀構(gòu)造是軟沉積物在原地被下伏液化層向上穿刺形成褶皺的結(jié)果。由于枕狀層在原地形成，因此其厚度取決于弱液化層的厚度，而枕的寬度則不確定。

1.1.2 球—枕構(gòu)造

球—枕構(gòu)造的宏觀特征是:球—枕構(gòu)造與負(fù)載構(gòu)造共生;位于巖層的不同部位中。球—枕構(gòu)造與負(fù)載構(gòu)造共存于同一個(gè)軟沉積物液化層中，由于強(qiáng)地震剪切作用而誘發(fā)沉積物液化，粗顆粒組成的沉積物比下伏細(xì)顆粒組成的沉積物比重大，在剪切作用與重力作用下下沉到下伏液化層中，下沉的負(fù)載體脫離母巖層后形成球—枕構(gòu)造。

1.2 地震液化脈

液化脈構(gòu)造是常見(jiàn)的一種震積構(gòu)造類(lèi)型，主要包括碳酸鹽巖液化脈構(gòu)造、粉砂巖液化脈構(gòu)造、細(xì)砂巖液化脈構(gòu)造等。液化脈構(gòu)造具有如下共同特征:縱向上延伸有曲有直，但大多數(shù)脈垂直層面或以較大傾角與層面相交;液化脈的兩端或一端收斂變尖;脈(圖2箭頭所指)與圍巖的顏色、物質(zhì)成分有明顯差異(圖2)。液化母巖層往往容易液化，而圍巖一般難以液化或不能液化，在地震波作用下，母巖層液化，流體沿地震裂隙開(kāi)始填充，在填充時(shí)，流體前端要克服左、右、前三個(gè)方向的阻力，所以前端為尖端，若液化脈的一端與液化母巖層相連時(shí)表現(xiàn)為一端為尖端。由于脈源于液化母巖層，所以脈的顏色、物質(zhì)成分與液化母巖層基本一致，脈與圍巖往往具有較明顯的界線。

1.3 震褶巖

震褶巖的特點(diǎn)是:具有卷曲變形構(gòu)造，且卷曲變形僅限于地震擾動(dòng)層以內(nèi);微褶皺(圖3箭頭所指)紋理一般形態(tài)不規(guī)則，定向性差，尺度較小。由于地震波作用于軟的或未完全固結(jié)的沉積物時(shí)，沉積物產(chǎn)生褶皺變形，形成同沉積層內(nèi)變形構(gòu)造，而附近巖層則無(wú)明顯變形。

圖3震褶巖2009.5攝于山東安丘

1.4 震塌巖

震塌巖的特點(diǎn)是:震塌體的顏色與成分與其左右及下側(cè)甚至上部巖土層具有明顯差異。由于地震波的作用，上覆沉積層失穩(wěn)，繼而產(chǎn)生塌落，若塌落體與上部母巖層相連，震塌體的顏色與物質(zhì)成分與上部母巖層一致，但與其左右及下側(cè)巖層區(qū)別較大;如塌落體與上部母巖層脫離，則塌落體的顏色和物質(zhì)成分與周?chē)町惷黠@，由于與其周?chē)鷰r土層極不協(xié)調(diào)而稱(chēng)之為不協(xié)調(diào)巖土塊。震塌體在地震搖晃及塌落過(guò)程中往往會(huì)伴隨著角礫化的過(guò)程度，其角礫化程度自上而下有逐漸減弱的趨勢(shì)。在上部，強(qiáng)烈破碎，角礫礫徑較小，棱角分明，排列雜亂，形態(tài)可呈三角形體狀、四邊形體狀、多邊形體狀。下部角礫礫徑較大，但是角礫基本上未發(fā)生位移或倒轉(zhuǎn)。另外，由于強(qiáng)烈振動(dòng)產(chǎn)生地裂縫的同時(shí)，塌落體充填裂縫，形成大致垂直于地面、切割正常層理、上大下小的“楔”狀體，一般稱(chēng)之為“地震楔”。

1.5 層內(nèi)階梯狀斷層

層內(nèi)階梯狀斷層的主要特點(diǎn)是:為一系列微細(xì)并近似于平行排列的同沉積小斷層;一般僅分布在巖層中較薄的范圍內(nèi);斷距小，傾角較大，剖面平行排列呈階梯狀(圖4)。層內(nèi)階梯狀斷層的形成是在地震引起的液化作用停止后，沉積物重新固結(jié)使體積變小，導(dǎo)致沉積物表面產(chǎn)生差異性下沉而形成一系列微斷裂，常與卷曲變形構(gòu)造共生，但其形成時(shí)間略晚于卷曲變形構(gòu)造。

圖4層內(nèi)階梯狀斷層2009.8攝于山東濟(jì)南(箭頭所指為部分微斷層)

2 震積巖對(duì)古地震災(zāi)變事件研究意義

2.1 有助于建立古地震的識(shí)別標(biāo)志

由于地震引起的地面變形與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及外營(yíng)力等非地震成因所產(chǎn)生的變形不易區(qū)分，所以，鑒定古地震是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。對(duì)于古地震，可以依靠永久構(gòu)造變形以及相關(guān)的微地貌和微沉積特征進(jìn)行識(shí)別，可以識(shí)別出較大規(guī)模的古地震，可以彌補(bǔ)儀器和歷史地震記錄的不足，有助于建立古地震的識(shí)別標(biāo)志。

2.2 有助于詮釋大地構(gòu)造演化

地震災(zāi)變事件是大地構(gòu)造演化過(guò)程中的客觀存在，地震災(zāi)變事件的記錄可以合理解釋某些地層中存在的令人疑惑的現(xiàn)象。震積巖是強(qiáng)地震事件的巖石學(xué)記錄，強(qiáng)地震事件是劇烈構(gòu)造活動(dòng)的反映。目前的大地構(gòu)造狀態(tài)是不同地史時(shí)期的塊體分解、拼貼的結(jié)果，在這個(gè)過(guò)程中常常伴隨有強(qiáng)烈的地震發(fā)生，形成震積巖。因此通過(guò)研究震積巖類(lèi)型與時(shí)空分布、結(jié)合有關(guān)構(gòu)造活動(dòng)研究成果有助于恢復(fù)古構(gòu)造的活動(dòng)性，有助于詮釋大地構(gòu)造演化。

2.3 有助于研究古地震節(jié)律

對(duì)古地震記錄的研究，有助于研究歷史地震的周期性。研究震積巖的時(shí)空分布規(guī)律，可以了解全球的古地震帶分布以及地史時(shí)期古地震的活躍期，了解其周期性規(guī)律。如喬秀夫等在華北地臺(tái)東部及北部的震旦系和下古生界中識(shí)別出20個(gè)震積巖巖組，指出它們代表6個(gè)地震活躍期，每個(gè)活躍期之間的周期為40Ma或30 Ma。因此，對(duì)震積巖的研究有助于研究古地震節(jié)律，以此反映地球的自然節(jié)律。

3 結(jié)論

古地震是大地構(gòu)造背景下的一種地質(zhì)災(zāi)變現(xiàn)象，具有頻發(fā)性。震積巖層是較大地震活動(dòng)的產(chǎn)物，震積巖具有不同的成因類(lèi)型，主要具有枕狀構(gòu)造、球枕構(gòu)造、震褶構(gòu)造、震滑塌體構(gòu)造及層內(nèi)微斷裂等地震成因的同沉積變形構(gòu)造，不同的構(gòu)造有其特有的識(shí)別標(biāo)志與形成機(jī)理。震積巖作為古地震的巖石學(xué)記錄，對(duì)古地震的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孫曉猛，梁定益，聶澤同.大陸邊緣震積巖數(shù)字序列——以金沙江中段震積巖為例[J].現(xiàn)代地質(zhì)，1995.9(3):l-27.

[2]賈松，彭軍，劉建鋒.國(guó)內(nèi)震積巖研究現(xiàn)狀[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2006.17(1):39-44.

[3] 喬秀夫，李海兵.枕、球—枕構(gòu)造:地層中的古地震記錄[J].地質(zhì)論評(píng)，2008.54(6):721-730.

[4]喬秀夫，高林志.華北中新元古代及早古生代地震災(zāi)變事件及與Rodinia的關(guān)系[J].科學(xué)通報(bào)，1999.44(16):1753-1758.

[5]喬秀夫，高林志，彭陽(yáng).古郯廬帶新元古界——災(zāi)變·層序·生物[M].北京:地質(zhì)出版社，2001:1-122.

[6]喬秀夫，高林志，彭陽(yáng).古郯廬帶滄浪鋪階地震事件、層序及構(gòu)造意義[J].中國(guó)科學(xué)(D)輯，2001.31(11):911-918.

[7]喬秀夫，宋天銳，高林志等.碳酸鹽巖振動(dòng)液化地震序列[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，1994.68(1):16-29.

[8]田洪水，萬(wàn)中杰，王華林.魯中寒武系饅頭組震積巖的發(fā)現(xiàn)及初步研究[J]. 地質(zhì)論評(píng)， 2003.49(2):123-131.

[9]田洪水，王金光，呂明英等.山東安丘古近紀(jì)沖積層中的地震記錄[J].沉積學(xué)報(bào)， 2005.23(3):75-81.

[10]田洪水，張?jiān)銎妫瑥埌罨ǖ?山東臨朐紅絲石層中的古地震事件記錄[J].中國(guó)地質(zhì)，2006.33(5):1137-1143.

[11]田洪水，李洪奎，王金光等.沂沭斷裂帶及其近區(qū)的地震成因巖石新認(rèn)識(shí)[J]. 地球?qū)W報(bào)， 2007.28(5):496-506.

[12]田洪水，張?jiān)銎? 從郯廬地震帶安丘地區(qū)地震成因土層構(gòu)造認(rèn)識(shí)地震破壞 作用[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2005.27(12):1453-1457.