山西平陸黃河沿岸震積層特征研究

史雙雙，趙　強(qiáng)，董　斌，韓曉飛，張龍飛

(1.山西省地震局，山西　太原　030021；2.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西　太原　030025)

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·地震地質(zhì)·

山西平陸黃河沿岸震積層特征研究

史雙雙1，2，趙強(qiáng)1，2，董斌1，2，韓曉飛1，2，張龍飛1，2

(1.山西省地震局，山西太原030021；2.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西太原030025)

摘要：山西省是中國東部地震活動最強(qiáng)烈的省份之一，汾渭地震帶歷史時期曾發(fā)生過多次強(qiáng)震。通過對新發(fā)現(xiàn)的山西平陸地區(qū)黃河沿岸震積層剖面進(jìn)行研究，簡述剖面中軟沉積物變形的特征、規(guī)模及變形構(gòu)造類型，結(jié)合該地區(qū)歷史地震資料和黃河水文資料，分析與震積層對應(yīng)的歷史地震事件。該研究可為地震事件及其變形構(gòu)造的深入研究提供基礎(chǔ)資料和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：歷史地震；震積層；軟沉積物變形

0引言

震積層(巖)(seismite)原義指一個構(gòu)造活動區(qū)未固結(jié)的水下沉積物受到地震活動改造再沉積的沉積層(巖)，首先由A.Seilacher于1969年提出[1]，現(xiàn)泛指地層中具有古地震事件記錄的巖層。全新世和現(xiàn)代沉積物中的地震引起的構(gòu)造變形研究，開始于上世紀(jì)七十年代[2]，對現(xiàn)代沉積物中震積構(gòu)造的認(rèn)識可用來確定地震復(fù)發(fā)間隔[3-7]，可以通過震積層及震級序列的研究，確定古地震事件及其發(fā)生時間范圍和地震強(qiáng)度。

汾渭地震帶歷史上發(fā)生過多次6級以上地震，對平陸一帶造成Ⅷ度以上影響的歷史地震有靈寶盆地1815年平陸6級地震和渭河盆地1556年華縣8級地震(見圖1)。震積層的變形構(gòu)造絕大多數(shù)是由Ms≥5地震引起[8]。山西平陸地區(qū)黃河沿岸發(fā)育的地層中變形構(gòu)造為首次發(fā)現(xiàn)，記錄了某次大地震事件引起的變形構(gòu)造。通過對山西平陸地區(qū)黃河沿岸震積層剖面的研究，查明震積層變形構(gòu)造的特征，為確定地震事件的年代序列具有重要意義。

1研究區(qū)概況

本次研究發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)剖面位于山西省平陸市黃河北岸三門峽水庫一帶，地處汾渭斷陷帶靈寶斷陷盆地(見圖1)，剖面在水庫蓄水期拔河高度1.2 m，剖面所在位置的地貌屬于黃河一級階地，發(fā)育全新世地層。

2剖面特征描述

2.1巖性特征

圖1　研究區(qū)地理位置圖Fig.1　Location of study area

該剖面位于窯頭村東南1 km處莊稼地與黃河水相接處(見第2頁圖2a)，剖面總長約340 cm，高約96 cm(見第2頁圖2b)，主要發(fā)育粉土、亞黏土及粉砂層。按照巖性自上而下可分為四層：

①粉土。厚度15 cm，黃褐色—深褐色，底面平整，含有植物根系，濕潤—飽和，不發(fā)育變形構(gòu)造。

②亞黏土。厚度23～28 cm，紅褐色，底面不平整，該層下部發(fā)育液化卷曲變形構(gòu)造，環(huán)形層中夾有褐黃色粉砂細(xì)層。

③粉砂。厚度36～42 cm，褐黃色，細(xì)微紋層發(fā)育，呈黑色，夾有紅褐色黏土條帶，條帶呈碟形，其上發(fā)育大量液化卷曲變形構(gòu)造及變形條帶。

④亞黏土。厚度15～18 cm，該層未完全揭露，呈紅褐色，稍濕，頂面不平整。

2.2液化卷曲構(gòu)造

液化卷曲構(gòu)造是軟沉積物液化變形中的一種，通常在薄層、條帶狀土層中可被識別。由圖2可以看出，液化卷曲構(gòu)造主要發(fā)育于亞黏土層的下部及粉砂層。其中，粉砂層的液化流動構(gòu)造較為明顯，在整個剖面均有分布；卷曲構(gòu)造以黑色泥質(zhì)條帶和紅褐色黏土條帶為特征(見圖2d)，而亞黏土層底部的卷曲條帶則以紅褐色黏土條帶為主(見圖2c)。

圖2　剖面層位劃分及液化卷曲構(gòu)造Fig.2　Stratigraphic division of the section and liquefaction structures

2.3碟形構(gòu)造

碟狀構(gòu)造是液化泄水變形中的一種，主要發(fā)育于紋層狀或薄層砂巖和泥質(zhì)巖互層的巖石中。由于一系列向上的液化泄水，上覆薄層軟沉積物被一系列液化泄水砂巖脈沖斷，并被向上泄水的細(xì)脈牽引彎曲，被液化泄水破壞改造的紋層或薄層呈向上彎曲的碟形[9]。

剖面中最大規(guī)模的碟形構(gòu)造發(fā)育于變形粉砂層的底部，該變形構(gòu)造長約58 cm，呈向上彎曲的典型碟形，碟形構(gòu)造的底由深褐色的黏土條帶組成，條帶寬0.8～2.0 cm，之上黑色細(xì)微紋層變形強(qiáng)烈，發(fā)育大量的液化卷曲構(gòu)造(見第3頁圖3)。

3認(rèn)識與結(jié)論

以上識別了平陸地區(qū)黃河沿岸軟沉積物變形構(gòu)造，通過研究該地區(qū)的地貌背景和構(gòu)造屬性得知，剖面區(qū)的地貌特征是以富含水的松散砂層為主的堆積階地。水平的沉積層中出現(xiàn)了以上各個獨立的變形構(gòu)造，意味著沉積過程中的動力事件，這些動力事件可以由沉積負(fù)載、風(fēng)暴流、波浪和地震等因素引起[10-13]，但是液化構(gòu)造絕大多數(shù)是由Ms≥5地震引起[8]。因此認(rèn)為，在山西平陸地區(qū)黃河沿岸記錄的軟沉積變形構(gòu)造對應(yīng)著某次古地震事件，該變形層序列為震積層。綜合上述分析可知，亞黏土層底部發(fā)育變形構(gòu)造，因此變形時間發(fā)生于亞黏土層沉積之后，未變形粉土層沉積之前。

歷史上發(fā)生過的對該地區(qū)影響烈度較大的地震共有2次，一次是1556年陜西華縣8級地震，震中距離研究區(qū)133 km，影響烈度是Ⅷ度；另一次是1815年山西平陸6級地震，震中距離上述震積層剖面8 km，對研究區(qū)的影響烈度為Ⅷ～Ⅸ度。震積層拔河高度1.2 m，屬全新世地層，上覆未變形層只有15 cm，根據(jù)黃河近現(xiàn)代沉積速率[14-15]，推測其形成年代接近現(xiàn)代。綜上所述認(rèn)為，該研究發(fā)現(xiàn)的山西平陸黃河震積層可能對應(yīng)于上述2次歷史地震中的1次地震事件，進(jìn)一步的結(jié)果還需年代測試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。

圖3　碟形構(gòu)造Fig.3　Dish structure

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Identification of Seismites Along the Yellow River Coast in Pinglu Area in Shanxi

SHI Shuang-shuang1,2, ZHAO Qiang1,2, DONG Bin1,2, HAN Xiao-fei1,2, ZHANG Long-fei1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan Shanxi 030021, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan Shanxi 030025, China)

Abstract:Shanxi province is one of the provinces in the east of China in which earthquake activity is strong. Fenwei Seismic Zone encountered many strong earthquake attacks in historical period. A seismites profile along the Yellow River coast in Pinglu area in Shanxi is newly identified and studied. Characteristics, size and types of the soft sediment deformation structures are described. Combined with the historical earthquake data in this area and the Yellow River hydrological data, historical earthquake events associated with seismites are analyzed. These studies provide basic data and valid evidence for the further study of historical earthquake events and their deformation structures.

Key words:Historical earthquake; Seismite; Soft sediment deformation structure

中圖分類號：P315.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：第一史雙雙(1984—)，女，湖北省隨州市人。2012年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，博士研究生，工程師。

基金項目：山西省地震局科研項目(SBK-1633)。

收稿日期：2015-11-27

文章編號：1000-6265(2016)01-0001-03