揭秘古地震

劉漢斌

與人類歷史上有記載的地震不同，古地震是人類歷史記載以前所發(fā)生的地震。古地震距今時(shí)間越長，與現(xiàn)今地震的關(guān)系越小，其中，第四紀(jì)以來的古地震，即200多萬年以來的地震，因與現(xiàn)今地震關(guān)系密切，是古地震研究的重點(diǎn)。

古地震的研究

研究古地震有什么用處呢？按照地質(zhì)學(xué)“以古論今、論未來”的理念，要想對(duì)某一地區(qū)進(jìn)行有效的地震預(yù)測或進(jìn)行地震區(qū)劃，就必須清楚這一地區(qū)地震的空間分布范圍和時(shí)間上的活動(dòng)趨勢，如地震強(qiáng)度的變化規(guī)律、大地震發(fā)生的時(shí)間間隔等。但有人類文字記錄的歷史只有幾千年，借助地震儀記錄地震的歷史不到兩百年，能用作研究的資料和數(shù)據(jù)顯然是不夠的。

研究古地震，一方面可以彌補(bǔ)人類歷史記錄上的不足，為評(píng)估未來地震發(fā)生概率提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面，還可以利用古地震來進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比，標(biāo)定特殊地質(zhì)事件。

研究古地震，需要通過尋找地質(zhì)歷史時(shí)期地震變形遺跡，追溯和反演地質(zhì)歷史時(shí)期地震震級(jí)和發(fā)生時(shí)間。那么如何尋找這些地質(zhì)歷史時(shí)期的地震變形遺跡呢？一是通過開挖探槽（圖1）；二是通過識(shí)別地層中的古地震記錄，如液化脈（圖2）。其中前者主要用來尋找第四紀(jì)以來松散沉積物中的古地震記錄，后者主要用于識(shí)別已經(jīng)固結(jié)成巖的地層中的地震事件。

圖1 為了研究古地震開挖的探槽

圖2 液化脈

古地震研究最早出現(xiàn)于19世紀(jì)80年代，由美國、日本、俄羅斯、新西蘭等國家率先開展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這項(xiàng)研究得以快速發(fā)展。

早期的古地震研究較多地關(guān)注大的變形地貌。20世紀(jì)60年代末至70年代初，古地震學(xué)才作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科出現(xiàn)，開始開展單個(gè)史前地震特征的研究，使古地震學(xué)邁入了新的階段。國內(nèi)對(duì)古地震的研究始于海原大地震后的1921年，并于1958年對(duì)此次大地震極震區(qū)開展了系統(tǒng)的震后科學(xué)考察。20世紀(jì)70年代中期，國內(nèi)科學(xué)家開始基于一些間接的古地震遺跡，如古滑坡、古沙土液化、古裂縫、古地震斷層陡坎等來研究史前地震事件。到了20世紀(jì)90年代，我國古地震研究有了一些新的技術(shù)手段，開始利用大型組合探槽和三維勘探，探討古地震標(biāo)識(shí)、古地震時(shí)間、強(qiáng)度分布及復(fù)發(fā)規(guī)律，并將古地震研究成果應(yīng)用于20世紀(jì)、地震中長期預(yù)測和地震安全性評(píng)價(jià)中。

古地震研究中出現(xiàn)的經(jīng)典案例?

1.千年追“兇”——喇家遺址的古地震事件

喇家遺址位于青海省海東市民和回族土族自治縣官亭鎮(zhèn)喇家村，是一處新石器時(shí)代的大型聚落遺址（圖3）。喇家遺址是一場4000年前的突發(fā)地震的遺存，被稱為“東方龐貝”，2001年被中華人民共和國國務(wù)院公布為第五批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，同時(shí)入選“2001年度中國考古十大發(fā)現(xiàn)”。喇家遺址在最初發(fā)現(xiàn)時(shí)，一直被認(rèn)為是氣候變化引發(fā)的異常洪水造成的，并且常被當(dāng)作我國全新世氣候突變的證據(jù)。但科學(xué)家通過研究遺址上游河谷中的古地震記錄發(fā)現(xiàn)，這場洪水其實(shí)是因?yàn)榈卣鹨l(fā)的堰塞湖潰決，是地震及其次生堰塞湖潰決洪水共同毀滅了喇家文化遺址。這一發(fā)現(xiàn)和研究結(jié)論，充分顯示了古地震研究對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)史前人地關(guān)系的重要意義。

圖3 青海喇家國家考古遺址公園

2.億年大發(fā)現(xiàn)——云岡石窟古地震遺跡

2018年12月25日，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所研究員蘇德辰和孫愛萍等人在云岡石窟考察時(shí)，在石窟內(nèi)的景點(diǎn)“山堂水殿”北側(cè)道路山體崖面下的侏羅紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)形態(tài)完好、直徑為10～20厘米的砂巖柱（圖4）。通過仔細(xì)觀察，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些砂巖柱形狀總體下粗上尖，或分叉或復(fù)合，垂直方向最大延伸接近2米，同時(shí)砂巖柱的圍巖中有明顯向上運(yùn)移、拖曳的痕跡。經(jīng)過分析測量和綜合評(píng)定，最終認(rèn)定這些砂巖柱來自億年前的地震事件造成的砂巖液化事件，并將這些砂巖柱命名為地震液化砂巖柱，即地震引發(fā)未固結(jié)砂巖發(fā)生“噴沙冒水”，而“噴沙冒水”的通道里填充的泥沙經(jīng)長期地質(zhì)作用固結(jié)成巖石后，形成了向上“擠入”或“侵入”的砂巖柱。這些砂巖柱出露集中，形態(tài)完好，甚至可與美國科羅拉多大峽谷中的地震液化砂巖柱群相媲美。目前，這些地震砂巖柱已被當(dāng)作一個(gè)新的參觀景點(diǎn)保護(hù)起來（圖5）。

圖4 云岡石窟景區(qū)古地震記錄的發(fā)現(xiàn)地層

圖5 如今，云岡石窟古地震遺跡已成為景點(diǎn)

大同恐龍

云岡石窟古地震遺跡的發(fā)現(xiàn)為世界文化遺產(chǎn)、國家5A級(jí)旅游景區(qū)云岡石窟景區(qū)增添了一個(gè)全新的地學(xué)科普教育點(diǎn)，極大地豐富了景區(qū)景觀，提升了景區(qū)的科學(xué)內(nèi)涵與科學(xué)價(jià)值。

目前，古地震研究已成為我國重大建設(shè)工程地震安全性評(píng)價(jià)、城市活動(dòng)斷層探測等工作中必不可少的內(nèi)容，并在我國歷代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖編制中發(fā)揮著不可替代的作用。未來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，古地震研究將會(huì)變得越來越重要，成為區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究中必須開展的課題，同時(shí)也將是地震科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。