震积岩——古地震灾变事件的岩石学记录

摘要本文介绍了震积岩作为古地震的岩石学记录,是古代较大地震活动的产物。震积岩具有不同的成因类型,主要具有枕状构造、球枕构造、地震液化脉、震褶构造、震滑塌体构造及层内微断裂等地震成因的同沉积变形构造。不同的构造有其特有的识别标志与形成机理。震积岩对古地震的研究具有重要的理论和现实意义。

中图分类号:P5文献标识码:A

0 前言

地震活动是一种灾变性地质事件,是常见的地球内力地质作用的表现,是地壳运动的一种特殊而直观的表现形式。人类有关地震的历史记载,仅两三千年,因此只有通过其他方式来寻找古地震灾变事件的记录。震积岩不是一种岩石的名称,而是具有成因联系的一系列岩石的总称,它是由地震作用所产生的,具有震积构造和震积岩序列,是一种复杂的沉积现象。震积岩以其身独特的鉴别标志和震积序列有别于其它类型的沉积岩,在古地震灾变的识别、古地震灾变事件的分析和研究中具有重要意义,在某种程度上可以称之为古地震灾变事件的岩石学记录。

1 震积岩的形成机理和震积构造

地史中的古地震活动频繁,但不是所有地震都能形成震积岩并能保存下来。研究表明地层中能保存下来的,目前能识别的主要是6级以上强震作用形成的震积岩。在震积岩层中往往存在地震液化脉、层内阶梯断层、震褶构造、震塌体以及球枕构造等古地震记录。这些震积构造是在特殊的古环境中由于地震作用而形成的同沉积变形构造,下面介绍几种常见的震积岩的震积构造和形成机理。

1.1 枕、球—枕构造

枕状构造、球—枕构造是由地震诱发而形成的一种特殊的软沉积物变形构造,是地层记录中的古地震岩石学证据。

1.1.1 枕状构造

枕状构造(图1箭头所指)的宏观特征是:枕状体向上弯曲,纹层理平行于枕状体的底面弯曲;顶面平直或有起伏;枕与枕之间被下伏地质体分割。枕状构造的宏观特征表明其形成机制与沉积物的液化作用有关。枕状构造与下伏地质体均为未固结的软沉积物。下部为强液化层,具有较强的液化流动能力,上部为弱液化层,液化流动能力较弱。在地震波的作用下,下伏强液化层向上流动,导致弱液化层的纹层沿向上流动的方向牵引弯曲而形成枕状构造。枕状构造是软沉积物在原地被下伏液化层向上穿刺形成褶皱的结果。由于枕状层在原地形成,因此其厚度取决于弱液化层的厚度,而枕的宽度则不确定。

1.1.2 球—枕构造

球—枕构造的宏观特征是:球—枕构造与负载构造共生;位于岩层的不同部位中。球—枕构造与负载构造共存于同一个软沉积物液化层中,由于强地震剪切作用而诱发沉积物液化,粗颗粒组成的沉积物比下伏细颗粒组成的沉积物比重大,在剪切作用与重力作用下下沉到下伏液化层中,下沉的负载体脱离母岩层后形成球—枕构造。

1.2 地震液化脉

液化脉构造是常见的一种震积构造类型,主要包括碳酸盐岩液化脉构造、粉砂岩液化脉构造、细砂岩液化脉构造等。液化脉构造具有如下共同特征:纵向上延伸有曲有直,但大多数脉垂直层面或以较大倾角与层面相交;液化脉的两端或一端收敛变尖;脉(图2箭头所指)与围岩的颜色、物质成分有明显差异(图2)。液化母岩层往往容易液化,而围岩一般难以液化或不能液化,在地震波作用下,母岩层液化,流体沿地震裂隙开始填充,在填充时,流体前端要克服左、右、前三个方向的阻力,所以前端为尖端,若液化脉的一端与液化母岩层相连时表现为一端为尖端。由于脉源于液化母岩层,所以脉的颜色、物质成分与液化母岩层基本一致,脉与围岩往往具有较明显的界线。

1.3 震褶岩

震褶岩的特点是:具有卷曲变形构造,且卷曲变形仅限于地震扰动层以内;微褶皱(图3箭头所指)纹理一般形态不规则,定向性差,尺度较小。由于地震波作用于软的或未完全固结的沉积物时,沉积物产生褶皱变形,形成同沉积层内变形构造,而附近岩层则无明显变形。

图3震褶岩2009.5摄于山东安丘

1.4 震塌岩

震塌岩的特点是:震塌体的颜色与成分与其左右及下侧甚至上部岩土层具有明显差异。由于地震波的作用,上覆沉积层失稳,继而产生塌落,若塌落体与上部母岩层相连,震塌体的颜色与物质成分与上部母岩层一致,但与其左右及下侧岩层区别较大;如塌落体与上部母岩层脱离,则塌落体的颜色和物质成分与周围差异明显,由于与其周围岩土层极不协调而称之为不协调岩土块。震塌体在地震摇晃及塌落过程中往往会伴随着角砾化的过程度,其角砾化程度自上而下有逐渐减弱的趋势。在上部,强烈破碎,角砾砾径较小,棱角分明,排列杂乱,形态可呈三角形体状、四边形体状、多边形体状。下部角砾砾径较大,但是角砾基本上未发生位移或倒转。另外,由于强烈振动产生地裂缝的同时,塌落体充填裂缝,形成大致垂直于地面、切割正常层理、上大下小的“楔”状体,一般称之为“地震楔”。

1.5 层内阶梯状断层

层内阶梯状断层的主要特点是:为一系列微细并近似于平行排列的同沉积小断层;一般仅分布在岩层中较薄的范围内;断距小,倾角较大,剖面平行排列呈阶梯状(图4)。层内阶梯状断层的形成是在地震引起的液化作用停止后,沉积物重新固结使体积变小,导致沉积物表面产生差异性下沉而形成一系列微断裂,常与卷曲变形构造共生,但其形成时间略晚于卷曲变形构造。

图4层内阶梯状断层2009.8摄于山东济南(箭头所指为部分微断层)

2 震积岩对古地震灾变事件研究意义

2.1 有助于建立古地震的识别标志

由于地震引起的地面变形与构造运动及外营力等非地震成因所产生的变形不易区分,所以,鉴定古地震是一项非常复杂的工作。对于古地震,可以依靠永久构造变形以及相关的微地貌和微沉积特征进行识别,可以识别出较大规模的古地震,可以弥补仪器和历史地震记录的不足,有助于建立古地震的识别标志。

2.2 有助于诠释大地构造演化

地震灾变事件是大地构造演化过程中的客观存在,地震灾变事件的记录可以合理解释某些地层中存在的令人疑惑的现象。震积岩是强地震事件的岩石学记录,强地震事件是剧烈构造活动的反映。目前的大地构造状态是不同地史时期的块体分解、拼贴的结果,在这个过程中常常伴随有强烈的地震发生,形成震积岩。因此通过研究震积岩类型与时空分布、结合有关构造活动研究成果有助于恢复古构造的活动性,有助于诠释大地构造演化。

2.3 有助于研究古地震节律

对古地震记录的研究,有助于研究历史地震的周期性。研究震积岩的时空分布规律,可以了解全球的古地震带分布以及地史时期古地震的活跃期,了解其周期性规律。如乔秀夫等在华北地台东部及北部的震旦系和下古生界中识别出20个震积岩岩组,指出它们代表6个地震活跃期,每个活跃期之间的周期为40Ma或30 Ma。因此,对震积岩的研究有助于研究古地震节律,以此反映地球的自然节律。

3 结论

古地震是大地构造背景下的一种地质灾变现象,具有频发性。震积岩层是较大地震活动的产物,震积岩具有不同的成因类型,主要具有枕状构造、球枕构造、震褶构造、震滑塌体构造及层内微断裂等地震成因的同沉积变形构造,不同的构造有其特有的识别标志与形成机理。震积岩作为古地震的岩石学记录,对古地震的研究具有重要的理论和现实意义。

参考文献

[1]孙晓猛,梁定益,聂泽同.大陆边缘震积岩数字序列——以金沙江中段震积岩为例[J].现代地质,1995.9(3):l-27.

[2]贾松,彭军,刘建锋.国内震积岩研究现状[J]. 地质灾害与环境保护,2006.17(1):39-44.

[3] 乔秀夫,李海兵.枕、球—枕构造:地层中的古地震记录[J].地质论评,2008.54(6):721-730.

[4]乔秀夫,高林志.华北中新元古代及早古生代地震灾变事件及与Rodinia的关系[J].科学通报,1999.44(16):1753-1758.

[5]乔秀夫,高林志,彭阳.古郯庐带新元古界——灾变·层序·生物[M].北京:地质出版社,2001:1-122.

[6]乔秀夫,高林志,彭阳.古郯庐带沧浪铺阶地震事件、层序及构造意义[J].中国科学(D)辑,2001.31(11):911-918.

[7]乔秀夫,宋天锐,高林志等.碳酸盐岩振动液化地震序列[J].地质学报,1994.68(1):16-29.

[8]田洪水,万中杰,王华林.鲁中寒武系馒头组震积岩的发现及初步研究[J]. 地质论评, 2003.49(2):123-131.

[9]田洪水,王金光,吕明英等.山东安丘古近纪冲积层中的地震记录[J].沉积学报, 2005.23(3):75-81.

[10]田洪水,张增奇,张邦花等.山东临朐红丝石层中的古地震事件记录[J].中国地质,2006.33(5):1137-1143.

[11]田洪水,李洪奎,王金光等.沂沭断裂带及其近区的地震成因岩石新认识[J]. 地球学报, 2007.28(5):496-506.

[12]田洪水,张增奇. 从郯庐地震带安丘地区地震成因土层构造认识地震破坏 作用[J].岩土工程学报,2005.27(12):1453-1457.

推荐访问:灾变 岩石 地震 事件 记录