JIE杰高升
A Study of Seismic Events in the Late Sinian Carbonates of Dalian
彭阳杨天南乔秀夫李典志王国桢杨中柱杨小波
本文为辽东半岛南端旅顺地区7幅1:50000地质调查成果。辽南末前寒武系已变质，且变形复杂，过去依据岩性将旅顺地区与大连相对比。通过地质填图过程中，用地震灾变事件进一步证实了旅顺与大连地区对比符合客观地质记录。论文是实际工作的总结，并用较详细的岩石学研究讨论了液化脉的地震成因机理。论文将地震事件层位与层序地层相结合，进一步论证了液化泥亮晶脉形成于浅水环境。由于有事件地层及构造研究方面的新成果，图幅被评为国优图幅。原文刊于2001年地质学报，第75卷第2期，现刊印文仅作了个别文字补充。
大连地区的上震旦统南关岭组、甘井子组和营城子组碳酸盐岩地层中，可识别出以震动液化脉、震动液化角砾岩、碳酸盐岩浊积岩等震积岩为代表的古地震灾变事件层。地震记录的研究进一步提高了辽南震旦系的研究程度，证明了辽南地区晚震旦世存在4个地震活跃期，从而为区域地层对比提供了新的实际材料。新发现的甘井子组白云岩中的地震灾变事件层表现为白云石质的震动液化脉及液化卷曲变形，是对辽南震旦系研究程度的提高和丰富。
20世纪80年代末，乔秀夫等（1994,1996a）在大连北部复州地区南关岭组、营城子组碳酸盐岩中识别出的泥亮晶碳酸盐岩脉及某些角砾岩系地震引起的震动液化作用的产物，在大连金州区龙王庙剖面和金石滩剖面的营城子组、兴民村组灰岩中也识别出了震积岩，并据此建立了震积岩序列。但在辽东半岛最南端的旅顺—大连地区，变形强烈的震旦系碳酸盐岩石的结构构造常常被破坏，液化脉及液化角砾常常被强制性沿劈理定向，且重结晶严重，这给震积岩的识别带来了很大困难。
笔者在1:5万区域地质调查等工作中，从沉积学和构造变形等多角度分析，确认大连工作区（图1）同样存在南关岭期、营城子期的地震事件，为区域地层对比提供了准确依据。并且在甘井子组中识别出了一个新的地震事件层位，大连金州兴民村组中的震积岩是震旦纪最晚期的地震事件，因此辽南晚震旦世共有4个地震活跃期，从而修正了华北地台东部晚震旦世地层对比的标尺（乔秀夫等，1995,1996b）。
1大连工作区上震旦统碳酸盐岩中的地震灾变事件
大连地区上震旦统自下而上由南关岭组、甘井子组、营城子组、十三里台组、马家屯组、崔家屯组、周家崴子组、王家坦组、兴民村组构成，其中南关岭组、甘井子组、营城子组、兴民村组等4个碳酸盐岩组中的地震灾变事件记录丰富多彩，因兴民村组在工作区范围内未出露，本文只涉及3个地震事件层（图2）。
图1 大连工作区及主剖面位置图
概述
图2 大连地区上震旦统碳酸盐岩震积岩序列（黄龙尾剖面）
DS—层序，QP3—第四系；TST—海侵体系域；CS—凝缩段；HST—高位体系域，1～10—小级别地震活跃期
大连地区上震旦统碳酸盐岩地震灾变事件层总的特征是具液化脉和液化角砾的碳酸盐岩所代表的地震灾变事件层与间震期正常碳酸盐岩互层。
南关岭组和营城子组中的震积岩由具液化脉粉晶灰岩、具液化脉砂屑鲕粒灰岩、震动液化钙质角砾岩、具地裂缝泥晶灰岩、具粒序层理砂屑灰岩（浊积岩）构成；甘井子组中的震积岩由具液化脉白云岩、震动液化卷曲变形白云岩组成。总之，大连工作区最常见的震积岩类型是具震动液化脉碳酸盐岩和震动液化角砾碳酸盐岩（图2中a—k，图版I）。
旅顺—大连地区的液化脉均为亮晶碳酸盐岩脉。各期的震动液化脉虽然有不同的颜色、成分、结构、产状、规模和出现频率，但有两个共性：①结构上的等粒性——液化脉内的方解石近似等轴粒状（白云石液化脉除外），均为亮晶。受构造变形影响而定向时，表现为沿劈理方向拉长的各颗粒不再是等轴粒状，但粒度均一，明显与围岩不同；②成分上的纯净性——液化脉内方解石颗粒间的杂质比围岩中的要少得多（图版Ⅰ－8,9）。
同样，各期震动液化角砾岩虽然有不同的厚度、粒度和成分，但有3个与其他成因角砾岩相区别的共性：①砾石成分单一、棱角状，彼此之间具可拼合性（图2b，图版Ⅰ－4）。受构造变形影响而定向时，表现为各砾石沿劈理方向拉长，但保留棱角状特征，且沿应力拉开方向复原时仍具可拼合性；②纵向上一般与具液化脉灰岩互层；③横向上常与具地裂缝灰岩及具液化卷曲变形灰岩共生（图2e）。
与红海现代沉积物中地震事件记录的比较
将大连工作区上震旦统液化脉、液化卷曲变形及液化角砾岩与红海现代地震事件记录进行对比，二者的相似性进一步证明大连地区的液化脉及液化角砾是地震灾变事件的产物。
红海泥质碳酸盐岩中发育的液化脉[图3(a)]与大连工作区震旦系中的液化脉（图2、4、5及图版Ⅰ－1～3、5～7）十分相似；钙质泥岩中的液化卷曲变形[图3(b)]与甘井子组白云岩中的液化卷曲变形（图5、图版Ⅰ－3）十分相似；具纹理灰岩中的粗粒震动液化角砾岩[图3(c)]与南关岭组（图2b）和营城子组（图版Ⅰ－4）中的粗粒震动液化角砾状纹理灰岩非常相似。因此，震旦系碳酸盐岩中液化脉及液化角砾岩系古地震产物。
南关岭期的地震灾变事件
大连信台子剖面的南关岭组由含粉砂泥晶灰岩、含砂砾屑鲕粒灰岩、砂砾屑灰岩组成，标志着震旦系碳酸盐岩台地的真正开始。底界是碳酸盐岩上超面，顶界是明显的岩性和沉积相转换面（图2）。
图3(a）砾岩中的砂岩“岩墙”；（b）钙质泥岩中液化卷曲变形造成的石香肠构造；（c）地震引起的液化角砾岩—成岩过程中形成，向上过渡到原始纹理灰岩层
（据Plaziat et al.,1990)
图版Ⅰ大连上震旦统地震灾变事件记录
地层中地震记录
南关岭组地震事件层位于该组上部、南关岭层序高位体系域，具多个以液化脉含粉砂泥晶灰岩、具液化脉砂屑鲕粒灰岩、震动液化角砾岩、具地裂缝泥晶灰岩为代表的地震灾变事件序列（图2、4），代表大连地区震旦纪的第1个地震活跃期。
图4 大连信台子南关岭组震积岩序列剖面图
南关岭组中的震积岩序列可划分为3个（图2a—d），其各序列特征如下：序列1连续发育了10个次级震积岩序列，如图4所示；序列2为具液化脉砂屑泥粒灰岩与粒泥灰岩互层（图2c）；序列3为具液化脉撕裂状砂屑灰岩与粉晶灰岩互层（图2d）。
液化脉不切穿自然层，是未固结或弱固结地层对地震的响应；地裂缝常切入下伏地层，由与液化脉特征相同的方解石填充，与液化角砾岩共生，代表已固结的硬地层对地震的响应（图4a）。
显微镜下，液化脉中的亮晶方解石颗粒均沿劈理定向，可分为两类：①较为平直的水平状：由～细晶方解石组成，粒度均一，含泥质少，该类液化脉发生在液化初期或末期（露头特征见图2c）；②不规则竖直或斜交状：由左右细晶方解石组成，粒度均一且比围岩细，含个别石英粉砂（围岩中含15%的石英粉砂），上下穿刺纹理，该类液化脉发生在液化高峰期（露头特征见图2a，图4，图版Ⅰ－1）。
液化脉常被地震诱发的强风暴打碎形成碎屑（图2d，图版Ⅰ－7），砂屑与鲕粒受变形影响而定向、拉长。
甘井子期的地震灾变事件
甘井子组底部是潟湖相灰白色细晶白云岩（含黄铁矿1%）、灰色细晶质泥晶白云岩、砂屑粒泥白云岩；下部是浅潮下带灰白色藻砂屑填隙的叠层石白云岩、灰色藻纹层白云岩，深灰色鲕粒白云岩，灰色具液化脉含燧石白云岩（图版Ⅰ－2、3及图2e、图5）夹灰色薄层具液化脉白云质灰岩（甘井子组一段）；上部是灰红色含燧石具粒序层理细晶质泥晶白云岩（具帐篷构造、泥裂、鸟眼、浅水藻席等）、具不规则斜层理的粉晶质泥晶白云岩（含黄铁矿2%）（甘井子组二段）。
在甘井子组一段顶部、海侵体系域（DS2）的灰色厚层块状含燧石白云岩夹灰色薄层灰岩中识别出多个震积岩层，液化脉出现在白云岩中，为白云石质液化脉，这在辽东半岛地区是首次发现，丰富了震积岩序列的岩石类型（已识别出的南关岭组、营城子组、兴民村组液化脉均是方解石质、出现在灰岩中），代表大连地区震旦纪第2个地震活跃期。
甘井子组液化脉成分为细晶白云石，露头呈灰白色、白色细小不规则状脉，水平或向上、向下穿刺纹理。与南关岭组及营城子组中的液化脉相比，甘井子组中的液化脉总体上更细小，脉体粗细更不均匀，看上去密集且杂乱无章（图版Ⅰ－2、3及图2e、图5）。显微镜下由自形、半自形细晶白云石晶体充填，粒度较方解石质液化脉粗，等粒化程度不高，这是白云石质液化脉与方解石质液化脉结构上的区别。
图5 大连信台子剖面甘井子组白云岩中的细小液化脉及软沉积物变形
甘井子组中的液化卷曲变形构造发生在液化脉层间，卷曲引起了纹理的牵引变形（图2e，图版Ⅰ－3及图5）。
甘井子组中的白云石液化脉与裂隙型碳酸盐岩脉的区别表现在：①露头呈不规则状、上下穿刺使纹理弯曲，但不穿过自然层（图5），后期碳酸盐岩脉常常较平直规整并切穿自然层；②显微镜下液化脉内白云石粒度较围岩粒度粗，为半自形粒状，较均匀，不具孔隙充填特征，后期碳酸盐岩脉常常粒度不均匀、呈脉壁粒度细、脉中央粒度粗的孔隙充填特征。
甘井子组中震积岩序列可分为4个：①灰白色中层藻黏结白云岩—具粒序层理含砂屑藻白云岩（粒序由砂屑显示）—灰色中层含燧石具液化脉细晶白云岩（图版Ⅰ－2）；②藻粘结白云岩—砂屑白云岩—具液化脉砂屑（或粉晶）白云岩—具粒序层理（由细晶粒度显示）含燧石细晶白云岩；③灰白色细晶白云岩—具液化脉细晶白云岩—灰色薄层液化卷曲变形细晶白云岩（图2e及图5）；④灰色薄层泥晶质细晶白云岩—深灰色中层液化角砾岩—具液化脉细晶白云岩。
营城子期的地震灾变事件
营城子组一段是潮下带灰色厚层粉晶灰岩，下部夹数层灰质液化角砾岩，底部以古喀斯特角砾岩与下伏甘井子组分界，发育多层震积岩；营城子组二段是粉白色中薄层具纹理白云岩（潮间潟湖相）；营城子组三段是潮下缓坡相叠层石灰岩、细晶灰岩、细砾砂屑灰岩、藻砂屑鲕粒粒泥灰岩，发育多层地震液化脉及液化角砾岩；营城子组四段是灰黄色、灰红色页岩，下部夹泥质灰岩（缺失中上部地层），营城子组的4个段分别与4个三级层序相当，在各层序的TST及HST中发育了10个震积岩序列，代表大连地区震旦纪第3个地震活跃期。
黄龙尾剖面中震积岩序列出现在营城子组一、三、四段中，共有10个液化脉相对集中分布的层段，代表10个小级别地震活跃期（图2）：
序列1具液化脉细晶灰岩—含砂屑粒泥细晶灰岩—多成分砾屑灰岩。砾屑是：具藻凝块藻粘结灰岩（65%）、暗色均匀粉晶灰岩（10%）、具弯曲变形纹理的粉晶灰岩（25%），为风暴碎屑流沉积；液化脉不规则状，由均匀细晶方解石组成，与劈理方向一致。
序列2具液化脉泥晶灰岩—具浅灰色液化脉细碎屑的砂屑灰岩。浅灰色液化脉不规则状，与劈理斜交（图2f）；砂屑灰岩中的砂屑以碎屑状液化脉为主，结构成分与之相同，是液化脉被地震诱发的风暴打碎后经短距离搬运再沉积而成（图2g，图版Ⅰ－7）。液化脉碎屑层与下伏具液化脉层（原地）之间为明确的不平整的物理面一震积不整合面。
序列3具低角度斜层理泥晶灰岩—具稀疏液化脉藻纹层粉晶灰岩、具稀疏液化脉具纹理粉晶灰岩—具液化脉砂屑的砂屑灰岩（图版Ⅰ－7）。露头上砂屑灰岩底部具冲刷面，液化脉在单层顶部集中。显微镜下液化脉由浅色均匀拉长定向的方解石细晶组成（～），拉长方向与劈理一致。
1～3地震层出现在营城子组第一段，营城子组二段白云岩中及三段底部灰岩中没有震积岩，代表间震期。
序列4具浅灰色、灰色、深灰色密集液化脉粉晶灰岩—含黄铁矿砂屑填隙的板条状震动液化角砾岩。液化脉由泥晶—粉晶方解石组成，常常沿劈理方向拉长定向（图2h、i，图版Ⅰ－5）；板条状砾块灰岩为纹理灰岩被震动液化搅起形成粗粒度震动液化角砾岩（图版Ⅰ－4），与具液化脉灰岩互层。
序列5具稀疏液化脉水平层理泥晶灰岩—具液化脉粉晶灰岩，岩石结构不均匀，水平层理由暗色富铁质纹理泥晶方解石与浅色粉晶方解石互层显示；灰白色液化脉（5%）上下穿刺，方向各异。
序列6具水平纹理藻砂屑鲕粒泥粒灰岩—青灰色具液化脉粉晶灰岩。鲕粒已白云石化（半径～），约35%，暗色藻砂屑（半径～），约20%，泥晶方解石胶结；由的粉晶方解石构成的液化脉（30%）被改造，沿劈理拉长、变形呈破碎状。
序列7泥晶灰岩、砂屑泥粒灰岩—具液化脉粉晶灰岩—泥质泥晶灰岩填隙的灰色砾块灰岩。砂屑为：眼球状具泥晶套细晶方解石（15%）、泥或粉晶灰岩（44%）、暗色藻屑（1%），不典型放射同心鲕粒5%；浅灰色液化脉（15%）由粉晶、泥晶方解石组成，不含铁质杂质，色较围岩深，粒度较围岩细，与劈理平行或斜交（图2j）；砾块灰岩分选不好，次棱角状，成分：少量具浅灰色液化脉粉晶灰岩、大量粉晶灰岩，与具液化脉灰岩互层，为地震诱发的近源津浪碎屑流沉积（图2k）。
序列8浅灰色具液化脉、具纹理砂屑粒泥灰岩—具液化脉、具纹理含泥晶粉晶灰岩—藻黏结灰岩与粉晶灰岩互层。液化脉10%～15%，由均匀粉晶方解石组成，沿劈理拉长定向；藻黏结灰岩由暗色泥晶团均匀分布显示，在野外露头上表现为砂屑状。
序列9具液化脉暗色泥晶灰岩—具液化脉纹理粉晶灰岩—（含硅质）砾砂屑颗粒灰岩；暗色泥晶中含大量有机质，不均匀状，浅色不规则状液化脉由粉晶方解石组成，沿劈理定向；大量液化脉（60%）上下穿插岩石，破坏纹理，并使岩石成碎屑状；砾砂屑成分为：具暗色泥晶套多晶方解石屑（15%）、长条状液化脉屑（5%）、长条状富有机质砂砾屑（55%）。
序列10灰色具液化脉、具纹理粉晶灰岩—具液化脉砂屑粒泥粉晶灰岩—粉晶灰岩—含砾砂屑颗粒灰岩（图版Ⅰ－6）。浅色液化脉由等轴粒状（）粉晶方解石组成（15%～30%），量少，规模小，可切穿两个细层，也可顺层分布；砂屑成分为粉晶方解石，具正粒序，底面常为浅冲刷面（碳酸盐岩浊积岩）；粉晶灰岩中常有细晶方解石小团块（液化角砾）。
4～10地震层出现在营城子组第三段。
2地震灾变事件地层的形成机制及其与沉积环境、层序的关系
如图2所示，具液化脉灰岩、液化角砾岩等岩石组合均在海侵体系域、高位体系域中出现，很少出现在凝缩段或与之相当的地层中，故推测在较深水环境地震不会引起液化；另一种解释是：地震在海平面下降与上升的拐点、即盆地沉降与抬升的转折点时不发生，而发生在上升或下降的过程中。
液化脉最早被称为“molar tooth”，国外的地质学家将其解释为：脱水收缩缝、生物沉淀、方解石替代藻类或蒸发矿物、微晶方解石沉淀在沉积物孔隙中、早期成岩构造和地震裂隙（Frank et al.,1998），中国地质学家乔秀夫等（1996）、宋天锐等（2000）详细研究了华北中元古代（串岭沟组页岩中的泥晶方解石液化脉）、新元古代（震旦系中的碳酸盐岩液化脉）、下寒武统（大林子组泥岩中的白云质液化脉）的震积岩，成功地将液化脉与各种形态相似的物理、化学、生物构造区别开来，并将其与现代地震中形成的沙土液化构造相类比，限定了其为地震诱发的振动液化脉，并详细解释了其向上、向下穿刺的机理；在宏观构造上，Guiraud等（1993）排除了由于古斜坡、重力负载及成岩作用等引起的变形构造，将不和谐的液化卷曲变形与同沉积断层活动引发的地震相联系，并更细致地考虑到了震源深度和强度与液化的关系：弱而浅源的地震引起的液化变形范围小（级，1～5km），强而深源的地震引起的液化范围大（级，80km）；Plaziat等（1990）认为埃及红海现代沉积砾岩中发现的砂岩“墙”与火山岩的形成相类似，是地震引起砂质成分的向上穿刺所致，并讨论了不同地震波引起的颗粒的不同变形（Plaziat et al.,1993）；但在外国地质学家的解释中，液化脉被认为只向上穿刺。
笔者认为大连的地震灾变事件是晚震旦世Rodinia裂解所引起的板内扩张的信号。在露头上所观察到的现象是液化脉向多个随机方向穿刺、逃逸，并非只限于上、下两个方向，因为液化脉穿刺方向为外压应力小于液化物质内部张力的方向，在一次地震过程中液化物质的内部张力与围岩应力都不是均匀的，因此岩石中的液化物质的穿刺方向是随机的。地震震荡使孔隙水集中并重新溶解围岩，形成富含碳酸钙、镁的饱和溶液，由于浓度高、结晶中心多、沉淀速度快，因此液化脉内常常沉淀快速再结晶而成的纯化的、近等粒度的细粒方解石晶体。
在薄片中可清晰地观察到液化脉发生、发展的不同阶段的记录：液化初期（即地震初期），孔隙水开始集中，并破坏了原始层理，形成了似团块状构造（图版Ⅰ－8），岩石由深浅两种颜色的成分组成，似砾状、团块状，在野外常常被命名为砾屑灰岩；在薄片中，深色部分常常是含泥铁质杂质的微晶或细晶方解石（图版Ⅰ－8中的A成分），即原岩，浅色部分是近等粒粒状方解石（图版Ⅰ－8中的B成分），与液化脉的结构及成分特征完全一致，两种成分之间并无明确物理界线（据此与砾屑相区别）。这两种成分的分异现象，在整个岩石中均匀分布，用地震震荡诱发的液化分异成因来解释是最合理的。此时不形成液化脉，可能与能量有关。但这种现象可能只发生在液化初期，在野外不很常见，而且亦容易误认为是一般的砾屑灰岩，应给予特别注意。
液化中期到后期（即地震高峰期），孔隙水与碳酸盐沙开始连通并穿刺，形成各种方向的液化脉，以各种角度斜交或垂直层理。液化脉是地震引起的碳酸盐岩软沉积物变形的最稳定表现形式，因此在野外露头上最为常见。例如：当地震初期，液化脉表现为水平为主，此时最大应力方向应为垂直方向；地震中后期，液化脉以斜交和竖直为主，向上或向下穿刺，此时的最大应力方向应为水平方向。
3结语
（1）各液化脉均为亮晶碳酸盐岩而非初始沉淀的泥晶碳酸盐岩，显示其准同生期受震动而再次活化、沉淀的特征；液化脉在地层中的产状不同反映了地震波应力强度和方向在时间上和空间上的变化。
（2）大连震旦系中的地震灾变事件的识别，有助于恢复震旦纪的构造环境与认识当时的盆地性质，如大连地区上震旦统碳酸盐岩中的一系列地震灾变事件与Rodinia的裂解密切相关，因此识别地层中的地震灾变事件也是历史大地构造研究的重要手段。
（3）已强烈变形的大连工作区震旦系中的3个地震灾变事件层，在不变质的复州地区震旦系中也同样存在，确认二者属同一个沉积盆地。
（4）第4个地震灾变事件层在金州兴民村组中，因此辽南震旦纪存在4个地震活跃期，修正了华北地台东部晚震旦世地层对比的标尺（乔秀夫等，1995,1996b），为辽东半岛南端与北部以及苏皖北部地区震旦系岩组之间的对比提供了准确的事件依据。
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ni入戏太深
国际地震动态 1986年12期 目 录 1986年5—7月上海地震谣言事件概况及对策A GENERAL ACCOUNT OF THE RUMOUR OCCURRING IN SHANGHAI DURING MAY-JULY OF 1986 AND THE COUNTERMEASURES AGAINST IT 苏公望 张君仪 李锦芳 王祖康 我国地震区划工作回顾与展望REVIEW AND PROSPECT OF SEISMIC ZONING WORK IN CHINA 鄢家全 我国地震地下水动态监测与研究工作展望PROSPECT OF MONITORING AND RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF UNDERGROUND WATER AND ITS RELATION WITH EARTHQUAKES IN CHINA 王铁成 1986年4—6月的全球地震动态DEVELOPMENTS IN GLOBAL SEISMICITY FOR APRIL—JUNE OF 1986 吴佳翼 一幢装有滑动带的住宅 靳君达 1626年北京地区特大灾异综合研究学术讨论会概况A BRIEF ACCOUNT OF THE SYMPOSIUM ON COMPREHENSIVE STUDY OF THE CATASTROPHE IN BEIJING AREA IN 1626 徐好民 1985年度上半年全世界破坏性地震灾害情况综合汇编A COMPREHENSIVE COMPILLATION OF DESTRUCTIVE EARTHQUAKE DISASTERS ALL OVER THE WORLD DURING THE FIRST HALF OF THE YEAR 1985 李怀英 宋守全 《地震对策》专著已正式出版并向国内外公开发行THE MONOGRAPH“EARTHQUAKE COUNTERMEASURES”FORMALLY PUBLISHED AND OPENLY DISTRIBUTED AT HOME AND ABROAD 商宏宽 《国外地震科技情报》1987年度继续出版征订 董泰 希腊大地震临震前地电场的周期变化 迈耶 赵玉林 墨西哥地震的长周期波 竹内敬二 赵仕万 高加索的地震活动性特征与其地质构造的对比 雷姚镇 孔多尔斯卡娅 预测地下风暴 靳君达 马尔金 用空气代替混凝土作为水坝抗震防护层 科雷洛夫 靳君达 测试核反应堆在地震中的安全性 索洛 卓秀榕 许万通 “《国际地震动态》文集之三、之四、之五:国际震磁研究、国际地震学实验研究、国际地震预报警报和地震对策研究”将分别出版并征订发行 董泰 《中国地壳上地幔地球物理探测成果》一书即将出版 姚家榴 《灾害学》杂志创刊 董泰 《自然灾害及其对策研究》文集出版并征订发行 董泰 零讯 《国际地震动态》荣获国家科委颁发的全国科技情报系统科技情报成果奖 往期检索
弱智好儿童
1、硕士论文：《自然灾害防控过程中的人类行为研究》，东北师范大学， 科学技术哲学， 2007，作者：耿东风。2、硕士论文：《自然灾害：人与自然的另类互动》南昌大学 2009 鲁晓燕 3、参考文献：苏桂武 高庆华 自然灾害风险的行为主体特性与时间尺度问题，自然灾害学报 2003, 12(1)4、国家科委全国重大自然灾害综合研究组 中国重大自然灾害及减灾对策(总论) 1994 5、马宗晋.李闽锋 自然灾害评估、灾度和对策 1990 6、聂高众.高建国.马宗晋 中国未来10～15年地震灾害的风险评估
空空的小新
杨宝俊刘财韩立国张海江何敏
（长春地质学院地球物理系，长春130026）
摘要中国满洲里—绥芬河地学断面（以下简称为MS断面）是由全球地学断面计划确定的中国境内11条地学断面之一。在MS断面上完成了130km的垂直反射地震的资料采集、处理与解释。资料采集的主要因素是源能量，资料处理的主要手段是偏移、宽带滤波，资料解释的主要目标是地壳结构及其地质意义。在130km长的反射剖面上发现地壳上部的多组低角度断裂，即拆离断层。这些断层特征各异；具有共同的成因背景，即太平洋板块向西斜向俯冲，在西太平洋陆缘的地壳上部产生压扭应力场。这种应力场的作用前缘至少达到泰康东一带。该拆离断层又发生了后期的拉张活动，从而引起了一系列的断陷盆地。拆离断层对断陷盆地在成因、幅度、沉积岩相、油气目标评价等具有重要的控制作用。
关键词MS断面拆离断层断陷盆地
1引言
中国满洲里—绥芬河地学断面是中国岩石圈委员会为实施全球地学断面计划而拟定的我国境内11条地学断面之一[1～3]。MS地学断面的位置见图1。断面的研究目的是查明东亚大陆边缘中国东北地域的岩石圈结构，以便有助于建立西太平洋陆缘大陆岩石圈地球动力学模型。从地质演化的角度看，该断面域涉及两个时代不同的板块对接带，一个是 近的太平洋板块与亚洲大陆板块的近南北向对接带，叠加在另一个较老的西伯利亚板块与华北板块的近东西向对接带上[4,5]。70年代，美国Cornell大学教授负责组建了COCORP（Consortium for Continental Reflection Profiling）。该机构的主要目标是通过人工地震反射剖面，研究地壳的深部结构与重要的地表地质构造的成因，进而揭示各类大地构造单元的形成和发展，最终弄清整个地壳的演化规律。从1983年以来，法国、英国、德国、加拿大和澳大利亚等国，相继组织了类似COCORP的机构，并且开展了垂直反射地震工作[6]。
大地构造研究
垂直反射地震方法的主要特点是接收道距小、排列短，由地球内返回的地震波能量较强；处理系统手段多；成果清晰，可靠性优于其他地球物理方法；便于与其他方法、学科进行综合研究。已经用垂直反射地震方法研究地壳的反射结构模式，包括叠层状、衍射型、鳄鱼型、陡倾与缓倾、双重反射、鱼骨型、随深度减弱型等[7,8]；对反射性的下地壳提出了几种可能，即伸展构造、镁铁质侵入体、流体填充层、残留的沉积层理[9～12]；关于Moho的研究，首先发现它不是一个面，而是一个速度递变或互变层，此外发现在不同的大地构造背景中Moho的发育程度不一，具有横向不均匀性[13～15]；用深反射方法研究了碰撞和俯冲构造，与盆地和伸展构造的地震反射可能存在亮点信息不同，那里常表现为地壳中上部的鳄鱼构造[16～18]；而用反射地震研究走滑构造则较少。比较了克拉通与活动带的反射地震特征[19,20]。研究表明，反射地震特征在很大程度上反映了不同构造单元的性质，是地球内部复杂构造的一种物理反映[21,22]。
图1满洲里—绥芬河地学断面位置
三个实例
近年来，垂直反射地震研究在资料采集、处理与解决地质问题诸方面有相当大的进步。例如在Bering shelf-Chukchi Sea上成功进行的3000km深部地壳反射剖面，利用汽枪组合作震源，25m道间距，40次覆盖，18s记录。用这条剖面详细研究了陆壳种类和特征、陆块边界、深部沉积盆地（Navarin,Norton,Hope,Chukchi）成因以及造山带与低角度正断层之间的关系等[23]。又如著名的INDEPTH（International Deep Profiling of Tibet and the Himalaya）研究，已经成功地得到长度为300km的深部反射剖面，在它的资料采集中结合宽角与非纵观测，也结合沿线的重、磁资料的采集。初步解释表明，印度陆壳向Tethyan Himalaya俯冲的顶部在25～41km之间变化，莫霍面的深度达到75km，更深的莫霍面尚在追踪之中，青藏高原的隆升起因于印度陆壳的俯冲[24]。再如COCORP与全球深部地震剖面研究，包括Project CRATON,Project URSEIS,COCORP Superdeep,COCORP in Hyper-space以及3D COCORP[25]。
发展趋势
深部反射地震剖面用于盆地研究，主要朝着提高准确度的目标发展；还可与广角地震测深相结合，有效地控制区域构造与速度分布；应用于几项专门问题，包括地壳正断层的研究、地球物质的性质、洋陆过渡带的陆壳结构等，都已取得进展。值得注意的是，应用三分量接收器采用3D深部地震观测的采集技术一定会对垂直反射地震在深部地质研究中的贡献达到空前的程度。此外，深部地震反射技术注意到了成像效果（叠前、全三维）、速度模型、反射振幅的真实性、模型技术等。诸如此类的进展可参见1994年9月在匈牙利布达佩斯举行的“关于大陆和陆缘的反射地震探查第六届国际学术讨论会”会议论文摘要集[26～28]。
拆离断层
在MS断面域上完成了130km长的垂直反射地震研究，具体位置见图2。着重研究中国松辽盆地的成因，松辽盆地基底的性质，对130km断面的各种地球物理资料的控制，盆地范围内地震波速度的分布及其地质意义，地壳结构特征，关于Moho的基本问题，松辽盆地深层油气目标评价等科学问题。研究发现，在130km长的反射剖面上存在地壳上部的多组低角度断裂，即拆离断层。虽然这些断层表现出不同的特征，但是具有共同的成因，即太平洋板块向西斜向俯冲，在西太平洋陆缘的地壳上部所产生的压扭应力场。拆离断层对松辽断陷盆地产生重要的控制作用，包括盆地的成因、盆地的空间范围、沉积岩相以及油气目标评价等。
图2断面走廊域130km长的垂直反射地震剖面位置
2130km长反射地震剖面的采集与处理技术
130km长的反射地震剖面由五段组成，即泰康至安达的AB与CD段，长度为60km，安达GH段24km，肇州IJ段36km，哈尔滨KL段约10km。其中AB与CD段使用可控震源，GH、IJ、KL段使用炸药震源。
对于可控震源，为了得到14s的记录，通常需要不低于4台的震源车，定点振次也比较重要。对于炸药震源，自炮井向下传播的有效能量是重要参数，为了产生较大的震源激发能量，炸药量固然重要，但是井深是更重要的参数，最好井要打到潜水面以下几米，然后使用成型炸药；组合井距需要考虑到爆炸半径与激发岩性。覆盖次数也不是越高越好，因为存在叠加的平均效应，影响横向分辨率。
关于资料处理技术。首先，有效炮道的选取是极为重要的环节；其次是提取合理的速度参数，一方面用于其后的有关处理，另一方面是为了得到深度资料，本文采用改进的Dix公式（加权补偿）计算层速度；第三，粗叠加结果提供主要反射层的一般表现，具有检验已使用技术的效果与为以下的处理指明方向的作用，对于深部构造研究而言，粗叠加是事半功倍的技术；第四，叠后反褶积是选件，如果使用偏移技术，其前不可以进行反褶积的处理；第五，粗叠加结果出现较陡界面时，则需要进行偏移处理；第六，尽可能使用宽带滤波技术，以保持震相的基本特征，有利于动力学研究。
130km长的反射地震资料处理结果为波形加变面积时间剖面，为便于地质解释，由震相相位峰值连线得到相应的线状图，见图3。
图3断面走廊域130km长的垂直反射地震线状结构
3在130km长反射剖面上拆离断层的基本特征
为了叙述方便，把在反射剖面上出现的拆离断层分别作如下命名：安达、肇州、哈尔滨、大庆附近下部的拆离断层分别叫作AD1,ZD2,HD3和DD4。为了描述这四组拆离断层的基本特征，对反射剖面的震相与反射层进行具体分析，得到表1。
四组拆离断层的特征表明：（1）拆离断层面作为对地震波反射的界面，由于位于深4～15km，相当于中浅层反射界面，所得到的地震波记录具有视主频高、震相相位适中的特点，这对震相追踪、正演模拟、构造成图都是有利的；（2）这四组拆离断层分布在130km范围内，就震相连续性、视倾角大小、振幅强度分析，都是以AD1为中心，向两侧发生变化，即连续性变差，视倾角变小，振幅变弱，表明形成这些拆离断层的应力场在安达附近较强；（3）虽然这四组断层的形状基本是线性的，但是断层的内部结构比较复杂，即从单斜、相交变到双层，甚至呈现带状结构，这表明除了出现拆离断层的地球介质有横向变化外，形成这些拆离断层的应力作用是复杂的；（4）由图3可见，HD3尚可向东延伸；其余三组拆离断层底部收敛面深度基本一致，约为14km，这一深度与中国东北松辽盆地浅源地震震源深度范围是一致的，表明拆离断层存在的范围构造稳定性较差。
表1拆离断层的基本特征
4对拆离断层的地质解释
中国东北部主要受两次大的构造演化阶段的影响，即早期西伯利亚古板块与中朝板块的拼接和晚期滨太平洋构造域的作用。在西伯利亚板块与中朝板块拼接过程中，松嫩微板块沿嫩江断裂向大兴安岭微板块俯冲、碰撞，致使兴蒙海槽闭合，产生深部岩浆侵入和一系列NNE或NE向逆掩断层。印支运动打破了中国东部古生代的构造格局，开始了滨太平洋构造域的发展[29～33]。
成因与发育过程
滨太平洋构造域的构造演化时期主要分为俯冲-走滑转换期（200～110Ma）、斜向俯冲引张期（110～45Ma）、正向俯冲伸展期＜45Ma）三个发展期[33～39]。
（1）俯冲-走滑期。在早、中侏罗世（200～145Ma），日本库拉板块NW向俯冲于亚洲大陆之下，板内主压应力由SN向转变为WNW-ESE，在上部地壳产生大量具有推覆、走滑性质的构造，包括MS断面域内测得的多组拆离断层。由于这阶段的应力场以压扭为主，使在构造上主要表现为韧性剪切变形和大型推覆，火山活动不强[40,41]。在晚侏罗世—早白垩世（145～110Ma），太平洋内伊泽奈崎板块快速向北运动，与陆缘小角度相交，产生斜向俯冲，表现为边界转换-剪切滑动[42]。大洋板块对亚洲大陆存在侧向挤压，由于板内应力场的变化，使原NE向走滑带继续发展，运动幅度加大，并明显具有拉分的性质。这时松辽盆地发生裂谷沉降作用，使盆地具有走滑、伸展共存的特征。
（2）斜向俯冲引张期。在早白垩世—始新世（110～45Ma），伊泽奈崎板块对东亚陆缘进行斜向俯冲，东亚陆缘成为以地体拼贴为主的增生带。大陆内部，左旋走滑仍占主导作用，但引张作用十分显著。松辽盆地在走滑-引张机制下沿底部拆离面拉伸。盆地具有裂谷后沉降的性质，受区域引张应力体系的影响，形成半地堑式盆地群，张应力增加了构造沉降的幅度。
（3）正向俯冲伸展期。始新世（45Ma）开始，太平洋板块向亚洲大陆正向俯冲，板内以伸展引张作用为主，松辽盆地继续接受沉积。在中新世，引张作用达到最高峰，大兴安岭和松辽盆地差异性升降运动也由此开始。地质意义
现代地震研究结果表明[43～45]，岩石圈上地幔和下部地壳可以以塑性流动的形式实现远程板块边界力的传递，而这些力的释放多发生在10～35km剪切破裂为主的多震层内。渐新世以来印度板块的北冲作用力巨大，由于远程传递效应与侧向挤压的间接作用，势必会对东亚大陆上部地壳产生活化影响；此外，太平洋板块向西俯冲所产生的东亚陆缘的多组拆离断层也有使该范围地壳上部不稳定的作用，致使在这130km范围内浅震震源深度多集中于深10～20km，以深15km左右为常见。太平洋板块向东亚陆缘的斜向俯冲，产生了如下的构造单元：①弧前地体走滑拼贴带。由于这些地体的拼贴，致使俯冲带不断向洋后撤[46,47]。②岛弧区。一般规律是斜向俯冲不发育岛弧或发育不典型[48]。③弧后走滑构造－钙碱岩浆活动区。在俯冲地幔楔形体的后方，往往出现与海沟方向平行的走滑断层，沿这些走滑断层，可产生一定的岩浆活动，并形成一些拉分盆地，它兼有一定的伸展性质，可称之为走滑-伸展复合盆地或斜向伸展盆地[49,50]。随着大洋板块对陆缘斜向俯冲的进展，在岛弧区两侧，都可在上部地壳产生推覆断层构造，并且由于弧前区所受到的俯冲作用大，致使推覆断层引起逆牵引构造，而在弧后区即使推覆断层比较清楚，也难以引起牵引断层。在弧后产生推覆断层的不同部位，其应力场作用也有强弱区别。在MS断面的130km剖面内，以AD1最为清楚，基本可以说，由于大洋板块向西的斜向俯冲对地壳上部产生的应力场，在弧后盆地范围内以安达附近的应力场最强，并且该应力场作用前缘至少位于MS断面的泰康附近。拆离断层的形态与存在范围可由描述它的横向长度、视倾角以及埋深等参数加以确定。与沿拆离断层发生的引张作用大小一起，可以确定松辽断陷盆地的空间范围；在盆地断坳期内，沉积了巨厚的侏罗纪与白垩纪地层，这些地层具有良好的生油条件。这表明拆离断层对松辽盆地深层油气目标评价有重要的控制作用。
5结论
在MS断面上完成了130km长的垂直反射地震研究工作。为了产生有效的震源激发能量，井深是重要参数；覆盖次数也不是越高越好。在资料处理中作用较大的步骤包括选取有效炮道、提取合理的速度参数、粗叠加、选件反褶积、偏移技术的应用、宽带滤波等。
通过对130km长反射地震剖面上多组拆离断层特征参数的研究，认为拆离断层面作为中浅层反射界面，其震相连续性好，视主频高，有利于构造成图；形成这些拆离断层的应力场在安达附近较强；拆离断层有复杂的内部结构；拆离断层的底部收敛面深度约为14km，与中国东北松辽盆地浅源地震震源深度基本一致。在早、中侏罗世，日本库拉板块NW向俯冲于亚洲大陆之下，在上部地壳产生大量具有推覆、走滑性质的构造，其中包括MS断面域内测得的多组拆离断层。在早白垩世—始新世，伊泽奈崎板块对东亚陆缘进行斜向俯冲，松辽盆地在走滑-引张机制下沿底部拆离面拉伸。拆离断层的形态、存在范围与沿该拆离断层发生的引张作用一起，可以确定松辽断陷盆地的空间范围；拆离断层对松辽盆地深层油气目标评价有重要的控制作用。
渐新世以来印度板块的北冲作用力巨大，由于远程传递效应与侧向挤压的间接作用，对东亚大陆的上部地壳产生活化影响；太平洋板块向西俯冲所产生的东亚陆缘的多组拆离断层也有使该范围地壳上部不稳定的作用。致使在这130km长的范围内，浅震震源深度多集中于15km左右。
在弧后产生的推覆断层的不同部位，其应力场作用有强弱的区别。在MS断面的130km剖面内，大洋板块向西的斜向俯冲对地壳上部产生的应力场在弧后盆地范围内以安达附近为最强，并且该应力场作用前缘至少位于MS断面的泰康附近。
致谢美国康奈尔大学的教授在地震波速度计算方面给予了指导；在推覆构造性质方面与美国席拉丘兹大学的教授进行了有益的讨论；滕吉文研究员在地球物理特征的描述、板块俯冲的效应以及地震资料综合分析等方面给予了指导。刘光鼎教授和先生审校了该文的英文初稿。我们一并致谢。
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请参考一下《国际地震动态》
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