华北地台震旦纪-早古生代地震节律

1、第 4 卷 第 34 期1997 年 9 月地学前缘 ( 中国地质大学 ,北京)Eart h Science Fro ntiers ( China U niversit y of Geo sciences ,Beijing)Vol . 4 No . 34Sep . 1997华北地台震旦纪 早古生代地震节律乔秀夫李海兵高林志( 中国地质科学院地质研究所 ,北京 ,100037)摘要在华北地台的震旦系与下古生界中的固定层位中 ,赋存并呈区域性分布着泄水脉灰岩 、泥质岩 ,它们是强地震时 ,距震中一定距离内未成岩的沉积物经受水平振动时产生的液化泄 水构造 ,是鉴别地层中地震灾变事件的依据 。华北地台

2、东部及北部的震旦系和下古生界中可识别出 20 个震积岩岩组 , 在地层柱中 代 表 了 6 个 地 震 活 跃 期 , 每 个 活 跃 期 之 间 的 周 期 长 度 为40 Ma 或 30 Ma 节律 ,可能有某种具普遍规律性的意义 。 关键词华北地台 震旦纪 早古生代 震积岩 地震节律 CL CP65地震是一种自然灾变事件 ,是地球内动力作用的表现 ,是大陆动力学研究的基本内容之一 。现代地震因与国民经济和人民生命安全直接相关 ,因而受到地震学家与地质学家的高 度重视 。为了研究地震的周期性 ,地震地质学家研究了数千年以来的历史地震记录 ,包括文 字记录与野外记录 ,以解决用仪器记录在研究

3、强地震重复周期时遇到的困难 。但是对全新世以前地层中的强地震遗迹则很少去研究 。 中国大陆壳系由不同地史时期的块体分解与拼贴的结果 ,在这个复杂的过程中必定伴随着强地震 (大于里氏 5 级与 6 级) 发生 。强地震事件在当时的沉积物中留下记录 ,形成规 模壮观的震积岩 ( seismite) ,不协调地插入正常沉积地层中 ,遍及整个盆地 ,形成一个成因地 层单元与事件地层单元 ,并常作为一个标志层和独立的填图单元使用 。板块构造学说的兴起带动了地层学与沉积学的发展 。在沉积组合与板块构造的关系中 ,曾建立了许多序列与 模式 ,除提及浊积岩外 ,几乎不研究原地沉积物中的记录 ,而作为其它成因予

4、以解释 ,这是板 块构造学 、沉积学 、地层学在研究与实际工作中令人遗憾的缺陷 。中国地质学家在最近十年以来对地层中震积岩进行了卓有成效的研究 ,涉及不同时代 、 不同构造环境 、不同岩性中的震积岩110。笔者曾系统研究了华北地台震旦系及下寒武统震积岩 ,建立了相应的序列 :碳酸盐岩振动液化地震序列3 ,8及萨布哈震积岩序列8 ,10。根 据野外大区域的实际调查与研究 ,在华北地台东部及北部震旦系 、寒武系 、奥陶系中 ,在 20 个层位中于野外被识别为震积岩岩组 ,计 6 个地震活跃期 (图 1) 。收稿日期 :1997203201作者简介 : 乔秀夫 ,男 ,1930 年生 ,研究员 ,长

5、期从事地层学 、沉积学研究 ,近年来致力于层序地层与事件地层的研 究 。本文受国家基础性重大研究项目 ( SSL C) 及国家自然科学基金 ( 编号 :49642008) 联合资助 。震旦纪计有 3 个地震活跃期 ,大体为 68 , 660 , 600 Ma 。每个活跃期的事件岩组均列于震积岩岩组构造解释古 亚 洲 洋 俯冲 ,白云鄂博裂陷槽扩张腮林忽洞群白云鄂博群张夏组古大林子组郯兴 民 村 组 , 万 隆组 , 魏 集 组 , 望 山组 , 四 顶 山 组 , 青沟子组营城子组 , 九顶山 组 , 九 里 桥 组 , 张 渠组庐带扩张南 关 岭 组 , 贾 园组 , 赵 圩 组 , 刘 老

6、碑组 ,石旺庄组图 1 华北地台东部 、北部 Z Pz1 地震节律Eart hquake rhyt hm during Sinian2Lower Palaeozoic in nort hern and eastern part s of t he Nort h China PlatformFig11图 1 中 。震 旦 系 震 积 岩 均为碳酸盐岩 ,野外的宏观特 征为 :液化泄水泥晶脉扰动 灰岩 , 液 化 卷 曲 变 形 ( 震 褶 岩) ,液化角砾岩 ,层内阶梯状 断 层 ( f ault2graded ) 与 地 裂缝 。以上均为大于里氏 5 级大地震突发时 ,在距震中 一定 范 围

7、内 的 软 沉 积 物 中 所保 留 的 地 震 记 录3。其次尚 有 波 浪 丘 状 层 与 碳 酸 盐 浊 积 岩 , 属 于 异 地 系3统。但 是 最 突 出 与 最 明显的 震 积 岩 特 征 是 液 化 泄 水泥晶脉灰岩 ( 图 2 , 3) , 即笔者 建 立 的 碳 酸 盐 震 积 岩 序列中的 A 单元3。北 起图 2 强地震 (大于里氏 6 级) 振动形成的液化泄水泥晶脉 (辽宁震旦系兴民村组)Fig12 Liquefaction water2escaped micrite vein by st rong seismic vibration吉林南部 ,经辽东半岛 、鲁中至苏

8、皖北部 ,在震旦系中均可追踪以液化泥晶脉灰岩为特征的 1997 ,4 ( 34) 地学前缘前沿边缘分支热点事件岩组 。寒武纪 奥陶纪也有 3 个地震活跃期 ,大体为 560 ,530 ,490 Ma (见图 1) ,每个活跃期 的间隔为 30 Ma 。(1) 下寒武统大林子组震积 岩岩组大林 子 组 位 于 辽 东 半 岛 南 部 ,是 一 个 萨 布 哈 环 境 , 泥 质 岩 中的震积岩 (图 5) 是由三个单元 组成 :A 单元液化角砾岩层 ;B 单元为液化卷曲褶皱层 ; C 单元为 泄水 脉 、水 塑 性 褶 皱 、水 塑 性 微 断层 三 维 一 体 成 为 萨 布 哈 环 境 中震

9、积岩序列的主要部分 ,在大 林子 组 中 这 个 震 积 岩 序 列 有 两个 。它们之间的沉积物较薄 ,并液化泄水泥晶脉灰岩 (安徽北部震旦系望山组)Fig13 Liquefaction water2escaped micrite vein limestone震 (因为大林子组中上地震 岩序 列 规 模 、强 度 较 大 , 下 地震岩序列相对较小) 。(2) 中寒武统张夏组震 积岩位 于 山 东 后 孟 唐 庄 张夏组 的 泥 晶 灰 岩 中 ( 图 4 ) , 一系 列 液 化 的 砂 脉 贯 入 上 覆泥质灰岩中 。(3 ) 奥 陶 系 腮 林 忽 洞 群 、白云鄂博群中的震积岩内 蒙

10、 古 腮 林 忽 洞 群 为 白云鄂博群的下部层位 , 由 于在 岩 石 切 片 中 三 叶 虫 屑 的发 现 及 分 离 出 下 奥 陶 统 疑源类 , 其层位应为寒武 且基本上未被剥蚀 ,故两次地震的间歇期较短 ,或者是否可说是 一次 大 地 震 过 程 中 的 前 震 和 主图 3奥 陶 系 而 非 中 元 古 界9。腮林 忽 洞 群 的 上 部 与 白 云 鄂博 群 的 哈 拉 霍 疙 特 组 中图 4 张夏组中液化脉素描 (国外文献称之为 molar toot h)Fig14 Sketch of liquefaction vein in Zhangxia formation泥晶条带状

11、灰岩与极薄层硬砂岩互层 ,薄层砂岩液化后贯入泥晶灰岩中第一次识别出震积岩组 ,其特征为纹理灰岩中的泄水脉 ( 图 6) ,即笔者建立的液化序列中 A单元3。野外可识别出 10 个密集的震积岩层 ,代表 10 个地震幕 。图 5 大林子组 Sabkha 震积岩序列Fig15 Seismite sequence of sabkha in Dalingzi formation 1997 ,4 ( 34) 地学前缘前沿边缘分支热点根据野外识别的震积岩而确定的强地震事件记录 ,在地史中大体有一定周期 。图 1 中的震积岩岩组分别位于上震旦统 、下寒武统 、中寒武统及下奥陶统 , 大体在 680 , 64

12、0 , 600 ,图 6 内蒙古腮林忽洞群 (O1 ) 中的液化脉纹理灰岩 (薄片)Fig16 Liquefaction vein lamination limestone in Sailinghudong group (O1 )脉已成为亮晶方解石 ,脉的两端穿刺纹层而使之弯曲560 ,530 ,490 Ma ,即代表 6 个地震活跃期 。每个地震活跃期的时间长度极短 ,目前测年技术尚难以确定 ,但活跃期之间的间隔却很长 ,并有大体相似的周期 ,即 4030 Ma 。当然 ,地史中的地震活跃期及周期的时间概念与现代地震所称活跃期及活跃期之间的时间间隔长度是完全不同的 。40 Ma 及 30 M

13、a 的周期即地史中地震节律 。图 1 中的地震节律 ,是由华北地台东部震 旦系及下古生界中客观存在的强地震记录 (大于里氏 6 级) 而总结的 。680350 Ma 期间强地震系由这个时期古郯庐带 ( 位于华北块体与胶辽朝块体之间) 的活动引起 ,而 490 Ma 强 地震记录则由东西向发育的白云鄂博裂陷槽的活动引起的 ,与古亚洲洋加里东期向华北地 台北缘的俯冲相联系 。参考文献宋天锐 1 北京十三陵前寒武纪碳酸盐岩地层中的一套可能的地震2海啸序列 1 科学通报 , 1988 , 33 ( 8 ) : 609 611吴贤涛 ,尹国勋 1 四川峨嵋晚侏罗世湖泊沉积岩的发现及其意义 1 沉积学报

14、,1992 ,10 ( 1) :133144乔秀夫 ,宋天锐 ,高林志 ,等 1 碳酸盐岩振动液化地震序列 1 地质学报 ,1994 ,68 ( 1) :1634梁定益 ,聂泽同 ,万晓樵 ,等 1 试论震积岩及震积不整合 以川西 、滇西为例 1 现代地质 ,1991 ,5 ( 52) : 138147梁定益 ,聂泽同 ,宋志敏 1 扬子西缘东呈伸展运动 1 地球科学 ,1994 ,19 ( 4) :443453梁定益 ,聂泽同 ,宋志敏 1 再论震积岩及震积不整合 以川西 、滇西地区为例 1 地球科学 ,1994 ,19 ( 6) : 845850Bally A W. Geology of

15、passive co ntinental margins. A A PG , 1981 , ( 1) : 148乔秀夫 ,宋天锐 ,李海兵 ,高林志 1 辽东半岛南部震旦系 下寒武统成因地层 1 北京 :科学出版社 ,1996乔秀夫 ,高林志 ,彭阳 ,章雨旭 1 内蒙古腮林忽洞群白云鄂博群中的新发现和新认识 ,地质论评 ,1997 , ( 2) : 143147李海兵 ,曾令森 ,乔秀夫 1 特殊的水塑性构造 地史时期灾变事件 ( 地震) 的记录 1 地震地质 ,1997 , ( 4)12345678910SI NIA N EA RLY PAL EOZOIC SEISM IC RHY THM

16、SO N THE NO RTH C HI NA PL ATFO RMQiao Xiuf uLi HaibingGao Linzhi(I nst i t u te of Geology , CA GS , B ei j i n g , 100037 )Abstract A series of micrite water2escaped vein limesto ne and mudsto ne are fo r med regio nallyin so me fixed ho rizo ns in Sinian and Paleozoic st rata of t he No rt h Chin

17、a Platfo r m. The micrite water2escaped vein limesto ne po ssesses liquef actio n water2escaped st ruct ure w hich is fo r med in unco nsolidated sediment s under ho rizo ntal movement resulted f ro m st ro ng eart hquake wit hin certain distance of an epicenter . The micrite limesto ne may be used as o ne of t he evidences to i2 dentif y t he seismitic catast rop he event s happened in st rata . 20 seismitic rock unit s are distin2 guished into Sinian and Lower Paleozoic in t he easter n and no rt her n part s of t