宋·田瑞
1問題的由來
20世紀80年代初，在研究北京十三陵中元古界常州溝組沈積巖時，發現該組中部潮坪砂巖-粉砂巖韻律層中存在“挖洞式”充填構造。當時認為有兩種可能的原因，壹是最古老的遺跡化石，二是地震造成的充填管道結構(宋，，1985)。後來發現有類似遺跡化石的痕跡(宋，，1985；宋和，1985)並初步鑒定為:Planolites sp(？);由於長洲溝組的地層時代比埃迪卡拉動物群早654.38+0億年以上，故暫定名為“可疑遺跡化石”(宋，，654.38+0.987)。至於為什麽“挖穴”充填構造在晚元古代碎屑巖中特別發育，在新元古代碳酸鹽巖中也很常見，國內外文獻記載有不同的認識。壹種觀點認為是收縮裂縫充填造成的(D.L.Kidder，1990)，這種觀點認為是地震事件造成的(宋，65438+)喬秀夫和宋，1994，1996；宋和G .艾因塞勒，1996；I.J .費爾柴爾德、G .艾因塞勒和宋，1997).事實上，地震事件對沈積物的影響早就被註意到了，例如，臺階狀斷層(A.Seilacher，1969)，海底地震能使沈積的地殼上下顛倒(A.Seilacher，1984)，地層中地震事件的旋回性(G. Einsele，W. Ricken和A. Sei)。m .格林等人，1994).本文只討論地震事件記錄的研究。
第四紀地震和現代地震記錄有地層錯動、噴砂、褶皺、塌陷等(丁國宇，1982；馮憲嶽等，1982)，但元古代地震海嘯肯定更多。由於這些大地震的記錄很難識別，因此需要關註從宏觀到微觀的相似沈積構造。此外，由於現代地震記錄主要發生在陸地上，研究海洋沈積物中的地震記錄，特別是微沈積構造，比地層學方法更困難，如臼齒構造，所以出現了其他解釋。Fairchild等人(1992)在研究了大連震旦系興民村組後，認同了地震解釋的正確性，並從機理上進行了解釋。
2沈積地層中的地震事件記錄
2.1地震事件記錄屬於異常沈積構造。
正常的沈積構造是按照剝蝕-遷移-沈積-成巖的順序發生的，而地震事件引起的沈積構造是破壞正常秩序形成的特殊記錄。無論在海洋還是陸地，由斷層、火山噴發、大規模塌陷甚至天體撞擊等引起的地震事件，在達到壹定強度時，都會產生沈積地層的宏觀和微觀沈積構造異常、局部不連續、崩塌、角礫巖化和水系構造。
2.2宏記錄
1981年，中國第四紀研究委員會全新世分委會、陜西省地震局在xi安召開“中國史前地震學術討論會”，討論了新疆、陜西、北京、江蘇、雲南、四川等省(市、自治區)發現的古地震遺跡及其研究成果，包括斷層錯動、沈積物變形、各種相關地貌現象、生物現象等。沈積地層中的斷層蠕動、砂土液化、噴砂、液化旋卷層、砂質巖脈是最典型的宏觀標誌(朱海誌，1982；馮憲嶽等，1982；向宏發等，1996).在較老的沈積地層中保存地震同相軸記錄的條件較為復雜，後期的構造活動、巖漿熱液活動和頻繁的風暴活動都可能影響地震同相軸記錄的準確判斷(龔等，1988)。地震引起的異常沈積構造可以出現在砂巖、泥巖和碳酸鹽巖地層中，也可以出現在類似於濁積巖和風暴巖中的顆粒層和丘-窪層理中。因此，砂土液化、層內褶皺和層內微斷層成為識別地震事件記錄的最具特征的標誌。本文對地震事件宏觀和微觀標誌的判斷強調其綜合性，既要考慮單個異常沈積構造，又要考慮其序列和相互關系，還要考慮產生異常沈積構造的事件環境，如沈積地層所處的構造活動階段、火山活動的標誌、沈積環境、沈積物的堆積速度和數量以及天體物質墜落的可能性等。
(1)斷層、同生斷層和錯動位移
地殼中有很多斷層，但不是每個斷層帶都能找到地震事件的記錄。壹種情況是斷層的活動期已過，不再保存舊的遺跡，另壹種情況是斷層產生的振動很小很慢，足以產生地震事件記錄的異常沈積構造。但有壹個同源的沈積盆地單元，斷層、同生斷層、錯動位移相關。甚至可以從盆地邊緣的位錯位移推斷盆地內同生斷層的存在。A.Seilacher(1969)首先把階梯狀斷層解釋為震積巖；位錯位移也可稱為微斷層。(A. Seilacher，1991)。錯動位移的層間間距只有幾厘米，這意味著盆地外圍遠離斷層的地震中心，但盆地中心由於斷層距離較大，伴隨著壹系列的塌陷角礫巖化現象。如華北元古宙燕山拗拉槽盆地，是壹個具有6543.8+0億年歷史的沈積盆地。盆地西部的北京十三陵長洲溝組存在位錯或微斷層(宋等，1991)，東部的河北寬城(圖1)，盆地中心也存在同層位的階梯狀斷層。密雲火狼峪地區長城同生斷層的斷層距離有數百米。王，燕山長城沈積盆地碎屑巖沈積相、沈積環境、沈積模式及沈積背景，兼論盆地形成演化特征，中國科學院地質研究所博士論文，1985。
。
(2)層內褶皺
層內褶皺是指上、下平行層之間對稱或不對稱的褶皺，可以判斷地震發生在上、下沈積層形成的中間，規模不同，但都與周圍地震事件記錄壹起出現。新疆溫宿縣新近系二層砂巖中的泥巖為對稱的層內褶皺，波長可達10m(宋，1982)。北京十三陵中元古界霧迷山組雙層白雲巖中的黑色矽質巖為對稱的層內褶皺，波長為30cm。另壹層白雲巖中的褶皺不對稱，約為1.5m；；而在團山子組褶皺層中，層內褶皺僅40cm左右。霧迷山組褶皺的疊層石，和白菜壹樣，也是地震形成的。層內褶皺也可疊加形成類皮構造(宋，1988)或滑動形成類皮構造(A. Seilacher，1991)。
圖1燕山元古宙常州溝組古地震記錄。
A.燕山西段北京布三嶺的常州溝組地層記錄主要表現為層內斷層、砂體脈、充填管狀構造等。在潮坪沈積剖面的壓扁與透鏡狀層理互層中，顯微構造有火焰結構、層內錯動、矽質盲脈等。Lf:常州溝組中段與潮坪泥巖、砂巖互層；在北京十三陵常州溝組的扁透鏡層中發現了地震引起的砂土液化脈。這些沈積構造不同於幹裂構造。泥質幹裂為層理結構，向下滲透，呈V形，而砂土液化脈則同時向下和向上滲透。Ls:透鏡狀砂巖；Fm:泥狀薄層狀層理，粉砂薄層狀；Lq(1):砂土液化脈向下穿透；Lq(u):砂土液化脈向上穿透；地震滑塌角礫巖(Sb)產於燕山東部寬城縣長洲溝組；寬城長城溝組砂巖層中的正斷層是由地震引起的，這些伸展構造符合燕山期伸展拗拉槽的形成機制。PL:平行砂巖層理；Ift:層間正斷層
(3)地層中的角礫巖化
發震角礫巖不同於正常的沈積角礫巖，可以根據角礫巖的堆積方式和大小，結合其他地震記錄來識別。如在川西、滇西地區，發震角礫巖與發震角礫巖不整合(梁等，1991)，與水系構造伴生(喬秀福等，65438+)。前兩種情況，層間角礫巖多為無序排列，而後者產生的層間角礫巖呈平行或放射狀如棘狀排列，容易被誤認為是風暴產生的角礫巖。
(4)海嘯風暴層化
典型的丘陵-窪地風暴層理是在海浪底部以下生成的(S. Greewood和D.J. Sherman，1986)，但當地震引起海嘯時，淺海-沿海地帶的海平面可能會突然上升。據記載，1896和1933年日本本州三岸發生兩次地震和海嘯，海平面上升20 ~ 24m；1975年，壹場海嘯襲擊了夏威夷的卡吉奧灣，持續了4個多小時，兩次海嘯的峰值相同，為15 min。海嘯引起的波長與水深有關，等於d，g為重力加速度，d為海水深度(B.A.Bolt，1978)。可見海嘯影響下風暴層理-丘-窪層理形成的條件是存在的。這從明十三陵中元古界霧迷山組地震海嘯序列中存在丘窪層理和漸變層理等典型風暴層理得到了證實(宋，1988)。
(5)排水結構
關於現代地震引起碎屑沈積物中砂體液化現象的記載很多，如“砂巖墻”、“砂巖層”、“砂巖旋回層”(朱海誌等，1982)。類似的砂土液化現象在中元古界的長洲溝組、北京十三陵的串嶺溝組和薊縣的串嶺溝組中均有發現，相關文獻也有報道(宋等，1985；1986;宋和G .艾因塞勒，1996).北京十三陵霧迷山組地震海嘯序列中的丘狀構造頂部也出現了碳酸鹽巖中的水系構造(宋和g .艾因塞勒，1996)，但規模較小。大連金石灘震旦系興民村組白雲質灰巖中的排水構造非常普遍，已證實是地震振動引起的液化泥晶脈(喬秀福等，1994，1996)。這種鋸齒狀的泥晶狀礦脈在國外被稱為“臼齒狀構造”(Smith，1968；康納，1972；Horodyski，1976)，但對其地震成因的解釋在國內尚屬首次報道。I.J .費爾柴爾德等人也同意他在這壹地區調查後得出的地震原因的結論。他認為形成過程可分為六個階段:①原巖的內聚力由泥質向砂質降低，但含水飽和度增加，石化方向相反；(2)裂縫可因重力被拉入盆或槽內；③深埋時，自上而下膠結程度增加，水分減少，故上部可產生軟沈積物變形，下部在洛夫波作用下可產生裂縫；④興民村組由風暴巖和泥晶白雲質灰巖互層組成，裂縫多集中在白雲質灰巖中；⑤層間地層在溝槽內產生局部液化；⑥在地震的影響下，裂縫產生充填-膠結、彎曲和斷裂，最終形成“臼齒紋狀結構”(圖2)。
2.3微型錄音
由於地震事件可以產生宏觀記錄，它們也可以對微觀尺度產生影響。但由於造成微觀現象的因素很多，類似現象很難識別。因此，在判斷微觀結構是否由地震事件誘發時，應持謹慎態度。最重要的是在宏觀結構確定的前提下，探索微觀結構的形成機制，同時要聯系沈積物形成的壹套沈積相和沈積環境進行分析判斷。
圖2地震震動產生的“臼齒條紋”結構。
不同的巖性；b .開裂和重力；c .埋深；d .眼界不同；e .低谷期不同層位；f .斷裂發展
(1)板層內脫位
地震引起的微層錯動在泥砂互層巖性中很常見。由於地震波的加速作用，層理發生了錯位，但泥層的抗剪能力強於砂層，因此泥砂夾層之間產生了錯位構造(I.J.Fairchild et al .，1997)。北京十三陵中元古界常州溝組和串嶺溝組均出現微層錯動，並伴有其他宏觀地震事件記錄，錯動距離為0.25毫米，呈“正斷層”狀；當然，其他層內位錯也可能以“逆斷層”的形式出現在地震巖石中(A.Seilacher，1991)。
(2)微觀排水結構
由於北京十三陵中元古界長洲溝組和串嶺溝組地震事件宏觀記錄明顯，特別是在串嶺溝組，發現火山活動與地震記錄有關聯(宋和G. Einsele，1996；宋等，2000)，由此推斷壹系列充填微結構是地震誘發的微排水構造，而不是成巖作用或幹裂充填現象。微排水構造有三種類型:①向下向上充填的粗粉砂脈呈弧形或“臼齒狀”(宋、，1985)；(2)在泥巖和粉砂巖層的條紋狀巖石中，粉砂巖上層呈現“微回旋”狀結構或“火焰狀”結構；③微晶矽質細脈穿插於粉砂巖-砂巖層中，細脈形成階段不同，層內可顯示位錯，與壹般成巖微晶矽質細脈不同。微排水構造或管狀充填構造產生的充填物是相對較粗的顆粒，因為在相同的地震烈度下，“顆粒成分越細，其相對密度越高，液化越困難”(黃興根等，1982)。
(3)碎裂的單晶和晶格位錯
目前發現碎屑巖和碳酸鹽巖中有單顆粒晶格碎裂和晶格位錯的例子，很可能是劇烈撞擊造成的。但由於有些顆粒是陸源碎屑物質，所以需要研究晶體破碎的階段和晶格位錯的背景。這壹微觀記錄的存在為今後的進壹步研究提供了線索。
總之，國內外文獻對地震事件都有多種記錄(圖3)。顯然，地層中確定的地震事件的記錄比地質歷史中地質事件的次數要少得多。“這是為什麽？(1)沈積學家可能無法確定震積巖，如濁積巖或風暴巖；②地震標誌在大多數地方可能被隨後的風暴事件或生物幹擾破壞，尤其是在缺氧盆地沈積的細粒泥巖中；③由於機制性質不明確，很難確認沈積物是地震變形而非其他原因”(A.Seilacher，1991)。
3地震事件記錄的意義
以往對沈積地層中的地震同相軸記錄缺乏確定的判斷，難以理解其意義。近十年來，由於各種研究的結果，有理由區分沈積地層與風暴巖和濁積巖中地震記錄的差異，從而探索地層對比和區域地震對比。以後隨著積累數據的增加，理解會更深。
地震事件記錄的意義可以概括為三個方面:
(1)根據歷史記載(李善邦，1981)，地震發生等級是可以劃分的。但由於各省區人口分布、文化發展和記錄條件的差異，地震記錄的準確性也有所不同(表1)。比如陜西省，歷代皇帝建都的地方很多，記載的數據都是可靠的。而新疆地廣人稀，民族眾多，早期以遊牧民族為主，錄音條件較差。自公元前1716年以來只有地震記錄。但新疆是地震多發區，這些記錄很可能不完整。此外，西藏、青海、黑龍江在古代人口稀少，有大面積的山地和沙漠。雖然地震頻繁發生，但史料很少。根據李善邦(1981)整理的統計數據，還是可以看出各省地震發生率的差異。本文分為八級，西藏、臺灣省、雲南、甘肅為歷代地震多發區。雖然按省區劃分與按大地構造單元劃分不同，但根據地質歷史上新近系與第四紀沈積物的繼承關系，新近系較厚，第四紀與新近系不整合接觸面較多，對地震等級劃分也有指導意義(宋，1986)。
(2)地震在沈積地層中引起的異常構造對現代地震帶的預測有壹定的意義。
上述地震事件產生了壹系列宏觀和微觀的異常沈積構造，第四紀更新世已報道了多條活動地震斷層和噴砂構造(王，1982；向洪發等，1996)，因此，在第四紀鉆探工程和水文地質勘探中，順便研究和觀測地震引起的異常結構和頻率，將有利於地震帶和繼承性強震多發區的預測。
圖3文獻中的地震構造記錄。
華北元古代地震海嘯構造(左)；簡化的地震巖石(右)(根據A.Seilacher，1991)
(3)根據地震事件記錄進行大尺度地層對比。
在進行大尺度地層對比時，特別是對於缺乏化石的地層，如前寒武系，已證實碳酸鹽巖中存在地震泥晶脈(“臼齒紋”構造)(喬秀夫等，1994，1996，2001)。砂層的液化充填脈也常見於中元古界長洲溝組-串嶺溝組的碎屑巖中。不僅在中國，在美國也發現了類似現象，這不是偶然的，可能與早元古代全球地殼活動引起的頻繁地震事件有關。
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第五章碳酸鹽巖振動液化的地震序列，原載於《地質學報》68卷1期，發表於《地質學報》7卷3期1994。現刊增加了遼東半島南部的震旦系。
(1)解釋了碳酸鹽巖中泥質亮脈與圍巖的成分差異。宋在1996中提出了“盲脈”的概念。結合液化模擬實驗，指出液化砂脈有的與液化母砂層相連，有的與液化母砂層分離形成“盲脈”，其成分和粒度與其侵位周圍的砂層略有不同。
(2)在1996以後的研究工作中，在膠遼徐淮地區的震旦系中識別出4個地震活躍期，並進行新的震旦系對比。印文(圖20)仍保留了原來的三個地震活躍期，沒有修改，只把上震旦系下邊界的年齡定為550 Ma。地震的四個活躍期，請閱讀本書第22章“中朝板塊古地震帶”壹文及本書相關文章。
(3)增加了壹些地圖和照片。
自1994發表以來，原文引起了國內外地質學家的關註。法國地質學家普拉齊亞特(Plaziat)在1995的私信中熱情支持，認為這是地球動力學最深刻的解釋，並給出了大量國外文獻和自己在紅海裂谷的地震研究成果。費爾柴爾德等人還專門調查了遼東半島震旦系的地震記錄，發表了相應的地震觀點論文。我國許多地質學家多次引用該論文(地質雜誌中引用率較高的論文之壹)，促進了地層中地震事件的研究。論文的基本事實和解釋經過了十幾年地質實踐的檢驗。
我們高興地看到，1994號文推動了我國地質調查中地層研究和構造解釋的深度。因此，在本專著中，對1994號文章進行了信息補充，並對壹些地質記錄進行了進壹步解釋。發表的文章與原文有些出入，是再創造的科學總結。