震積巖——古地震災變事件的巖石學記錄

摘要本文介紹了震積巖作為古地震的巖石學記錄，是古代較大地震活動的產物。震積巖具有不同的成因類型，主要具有枕狀構造、球枕構造、地震液化脈、震褶構造、震滑塌體構造及層內微斷裂等地震成因的同沉積變形構造。不同的構造有其特有的識別標志與形成機理。震積巖對古地震的研究具有重要的理論和現實意義。

中圖分類號:P5文獻標識碼:A

0 前言

地震活動是一種災變性地質事件，是常見的地球內力地質作用的表現，是地殼運動的一種特殊而直觀的表現形式。人類有關地震的歷史記載，僅兩三千年，因此只有通過其他方式來尋找古地震災變事件的記錄。震積巖不是一種巖石的名稱，而是具有成因聯系的一系列巖石的總稱，它是由地震作用所產生的，具有震積構造和震積巖序列，是一種復雜的沉積現象。震積巖以其身獨特的鑒別標志和震積序列有別于其它類型的沉積巖，在古地震災變的識別、古地震災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之為古地震災變事件的巖石學記錄。

1 震積巖的形成機理和震積構造

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

1.1 枕、球—枕構造

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

1.1.1 枕狀構造

枕狀構造(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體分割。枕狀構造的宏觀特征表明其形成機制與沉積物的液化作用有關。枕狀構造與下伏地質體均為未固結的軟沉積物。下部為強液化層，具有較強的液化流動能力，上部為弱液化層，液化流動能力較弱。在地震波的作用下，下伏強液化層向上流動，導致弱液化層的紋層沿向上流動的方向牽引彎曲而形成枕狀構造。枕狀構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—枕構造

球—枕構造的宏觀特征是:球—枕構造與負載構造共生;位于巖層的不同部位中。球—枕構造與負載構造共存于同一個軟沉積物液化層中，由于強地震剪切作用而誘發沉積物液化，粗顆粒組成的沉積物比下伏細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，下沉的負載體脫離母巖層后形成球—枕構造。

1.2 地震液化脈

液化脈構造是常見的一種震積構造類型，主要包括碳酸鹽巖液化脈構造、粉砂巖液化脈構造、細砂巖液化脈構造等。液化脈構造具有如下共同特征:縱向上延伸有曲有直，但大多數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，流體沿地震裂隙開始填充，在填充時，流體前端要克服左、右、前三個方向的阻力，所以前端為尖端，若液化脈的一端與液化母巖層相連時表現為一端為尖端。由于脈源于液化母巖層，所以脈的顏色、物質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

震褶巖的特點是:具有卷曲變形構造，且卷曲變形僅限于地震擾動層以內;微褶皺(圖3箭頭所指)紋理一般形態不規則，定向性差，尺度較小。由于地震波作用于軟的或未完全固結的沉積物時，沉積物產生褶皺變形，形成同沉積層內變形構造，而附近巖層則無明顯變形。

圖3震褶巖2009.5攝于山東安丘

1.4 震塌巖

震塌巖的特點是:震塌體的顏色與成分與其左右及下側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，繼而產生塌落，若塌落體與上部母巖層相連，震塌體的顏色與物質成分與上部母巖層一致，但與其左右及下側巖層區別較大;如塌落體與上部母巖層脫離，則塌落體的顏色和物質成分與周圍差異明顯，由于與其周圍巖土層極不協調而稱之為不協調巖土塊。震塌體在地震搖晃及塌落過程中往往會伴隨著角礫化的過程度，其角礫化程度自上而下有逐漸減弱的趨勢。在上部，強烈破碎，角礫礫徑較小，棱角分明，排列雜亂，形態可呈三角形體狀、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生位移或倒轉。另外，由于強烈振動產生地裂縫的同時，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，一般稱之為“地震楔”。

1.5 層內階梯狀斷層

層內階梯狀斷層的主要特點是:為一系列微細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;斷距小，傾角較大，剖面平行排列呈階梯狀(圖4)。層內階梯狀斷層的形成是在地震引起的液化作用停止后，沉積物重新固結使體積變小，導致沉積物表面產生差異性下沉而形成一系列微斷裂，常與卷曲變形構造共生，但其形成時間略晚于卷曲變形構造。

圖4層內階梯狀斷層2009.8攝于山東濟南(箭頭所指為部分微斷層)

2 震積巖對古地震災變事件研究意義

2.1 有助于建立古地震的識別標志

由于地震引起的地面變形與構造運動及外營力等非地震成因所產生的變形不易區分，所以，鑒定古地震是一項非常復雜的工作。對于古地震，可以依靠永久構造變形以及相關的微地貌和微沉積特征進行識別，可以識別出較大規模的古地震，可以彌補儀器和歷史地震記錄的不足，有助于建立古地震的識別標志。

2.2 有助于詮釋大地構造演化

地震災變事件是大地構造演化過程中的客觀存在，地震災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象。震積巖是強地震事件的巖石學記錄，強地震事件是劇烈構造活動的反映。目前的大地構造狀態是不同地史時期的塊體分解、拼貼的結果，在這個過程中常常伴隨有強烈的地震發生，形成震積巖。因此通過研究震積巖類型與時空分布、結合有關構造活動研究成果有助于恢復古構造的活動性，有助于詮釋大地構造演化。

2.3 有助于研究古地震節律

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

3 結論

古地震是大地構造背景下的一種地質災變現象，具有頻發性。震積巖層是較大地震活動的產物，震積巖具有不同的成因類型，主要具有枕狀構造、球枕構造、震褶構造、震滑塌體構造及層內微斷裂等地震成因的同沉積變形構造，不同的構造有其特有的識別標志與形成機理。震積巖作為古地震的巖石學記錄，對古地震的研究具有重要的理論和現實意義。

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