揭秘古地震

刘汉斌

与人类历史上有记载的地震不同，古地震是人类历史记载以前所发生的地震。古地震距今时间越长，与现今地震的关系越小，其中，第四纪以来的古地震，即200多万年以来的地震，因与现今地震关系密切，是古地震研究的重点。

古地震的研究

研究古地震有什么用处呢？按照地质学“以古论今、论未来”的理念，要想对某一地区进行有效的地震预测或进行地震区划，就必须清楚这一地区地震的空间分布范围和时间上的活动趋势，如地震强度的变化规律、大地震发生的时间间隔等。但有人类文字记录的历史只有几千年，借助地震仪记录地震的历史不到两百年，能用作研究的资料和数据显然是不够的。

研究古地震，一方面可以弥补人类历史记录上的不足，为评估未来地震发生概率提供基础数据；另一方面，还可以利用古地震来进行区域地层对比，标定特殊地质事件。

研究古地震，需要通过寻找地质历史时期地震变形遗迹，追溯和反演地质历史时期地震震级和发生时间。那么如何寻找这些地质历史时期的地震变形遗迹呢？一是通过开挖探槽（图1）；二是通过识别地层中的古地震记录，如液化脉（图2）。其中前者主要用来寻找第四纪以来松散沉积物中的古地震记录，后者主要用于识别已经固结成岩的地层中的地震事件。

图1 为了研究古地震开挖的探槽

图2 液化脉

古地震研究最早出现于19世纪80年代，由美国、日本、俄罗斯、新西兰等国家率先开展。随着技术的进步，这项研究得以快速发展。

早期的古地震研究较多地关注大的变形地貌。20世纪60年代末至70年代初，古地震学才作为一个独立的学科出现，开始开展单个史前地震特征的研究，使古地震学迈入了新的阶段。国内对古地震的研究始于海原大地震后的1921年，并于1958年对此次大地震极震区开展了系统的震后科学考察。20世纪70年代中期，国内科学家开始基于一些间接的古地震遗迹，如古滑坡、古沙土液化、古裂缝、古地震断层陡坎等来研究史前地震事件。到了20世纪90年代，我国古地震研究有了一些新的技术手段，开始利用大型组合探槽和三维勘探，探讨古地震标识、古地震时间、强度分布及复发规律，并将古地震研究成果应用于20世纪、地震中长期预测和地震安全性评价中。

古地震研究中出现的经典案例 

1.千年追“凶”——喇家遗址的古地震事件

喇家遗址位于青海省海东市民和回族土族自治县官亭镇喇家村，是一处新石器时代的大型聚落遗址（图3）。喇家遗址是一场4000年前的突发地震的遗存，被称为“东方庞贝”，2001年被中华人民共和国国务院公布为第五批全国重点文物保护单位，同时入选“2001年度中国考古十大发现”。喇家遗址在最初发现时，一直被认为是气候变化引发的异常洪水造成的，并且常被当作我国全新世气候突变的证据。但科学家通过研究遗址上游河谷中的古地震记录发现，这场洪水其实是因为地震引发的堰塞湖溃决，是地震及其次生堰塞湖溃决洪水共同毁灭了喇家文化遗址。这一发现和研究结论，充分显示了古地震研究对科学认识史前人地关系的重要意义。

图3 青海喇家国家考古遗址公园

2.亿年大发现——云冈石窟古地震遗迹

2018年12月25日，中国地质科学院地质研究所研究员苏德辰和孙爱萍等人在云冈石窟考察时，在石窟内的景点“山堂水殿”北侧道路山体崖面下的侏罗纪地层中发现了数十个形态完好、直径为10～20厘米的砂岩柱（图4）。通过仔细观察，科学家发现这些砂岩柱形状总体下粗上尖，或分叉或复合，垂直方向最大延伸接近2米，同时砂岩柱的围岩中有明显向上运移、拖曳的痕迹。经过分析测量和综合评定，最终认定这些砂岩柱来自亿年前的地震事件造成的砂岩液化事件，并将这些砂岩柱命名为地震液化砂岩柱，即地震引发未固结砂岩发生“喷沙冒水”，而“喷沙冒水”的通道里填充的泥沙经长期地质作用固结成岩石后，形成了向上“挤入”或“侵入”的砂岩柱。这些砂岩柱出露集中，形态完好，甚至可与美国科罗拉多大峡谷中的地震液化砂岩柱群相媲美。目前，这些地震砂岩柱已被当作一个新的参观景点保护起来（图5）。

圖4 云冈石窟景区古地震记录的发现地层

图5 如今，云冈石窟古地震遗迹已成为景点

大同恐龙

云冈石窟古地震遗迹的发现为世界文化遗产、国家5A级旅游景区云冈石窟景区增添了一个全新的地学科普教育点，极大地丰富了景区景观，提升了景区的科学内涵与科学价值。

目前，古地震研究已成为我国重大建设工程地震安全性评价、城市活动断层探测等工作中必不可少的内容，并在我国历代地震动参数区划图编制中发挥着不可替代的作用。未来，随着经济建设的进一步发展，古地震研究将会变得越来越重要，成为区域地质调查研究中必须开展的课题，同时也将是地震科学研究的一个热点。