探秘古地震

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地震对于建筑物破坏

地震是地球动力作用的表现，它是地球内部结构失去平衡，应力突然释放并产生巨大能量的灾变事件。2025年1月7日发生在西藏日喀则定日县Ms6.8级地震造成了巨大人员伤亡和财产损失。随后宁夏银川、河北沧州、山西临汾等地也发生了中小型地震。翻开历史记录，我们发现地震活动几乎贯穿了整个人类文明的发展史。那么在人类文明史之前，在人类出现之前的地球上会发生地震吗？如果发生了地震，有没有留下蛛丝马迹呢？要解答上述两个问题还要从地震的成因和破坏机理入手，将地震活动及其留下的遗迹建立联系。这就像侦探在犯罪现场寻找指纹、鞋印、血迹等一样。

地震的成因和破坏机理

地震即地表的震动，就像水中的波浪一样，其形成需要力的驱动，需要能量。地球表面由不同的板块构成，各个板块在地幔对流的作用下发生运动，进而给地表传递了能量，也给岩石施加了巨大的力，地质学上称为应力。岩石看起来是坚硬的物体，但从微观上看它是矿物的集合体。矿物内部的化学键和矿物颗粒之间的胶结作用会在一定程度上抵抗外界作用力的影响。但是当应力超过岩石所能承受的最大强度时，岩石就会发生变形。

地震的模型

岩石的变形有些是以缓慢的方式进行，在变形过程中岩石会发生弯曲和物质流动（地质学上称为流变）。但有些变形会以突然爆发的形式快速完成，表现为岩石突然破裂和位移，同时释放出巨大能量，并以震动波的形式传递到地表，这就是地震。科学研究发现，地震与断层活动关系密切，日喀则地震就是由申扎-定结断裂系中登么错断裂的断层活动所致。

地震并非单独出现，而是呈现成组的特征。最大的那次被称为主震，主震之前的称为前震，主震之后的称为余震。主震代表断层破裂的主过程，前震代表应力上升期，断层表面脆弱部分的小位移，余震则代表断层中最牢固部分的破裂以及断层附近岩石中的裂缝发生的破裂。余震可能持续数周甚至数月，余震一般都较小，但是有些余震和主震一样能导致房屋倒塌。我们不妨做个实验：用手掰断一块木板，首先是木板发生弯折，之后木板发出破裂的声音，一些纤维开始断裂，这就好比前震；随即木板嘎嘣一声断裂，这就好比主震；最后还有一些残余的相连纤维断开，这就好比余震。在木板从变形到完全断开，最大震动就发生在嘎嘣一声断裂时。

当地震波到达地表后，会使地面剧烈颠簸和摇晃，对建筑物、桥梁、大坝和其他构筑物施加应力，当应力超过其强度，就会使其发生破裂和倒塌。一般情况下，高层建筑的承重梁柱或者墙体会倒塌，在上覆楼层的重力作用下，整座楼会层层垮塌。当地震波沿着地表震动，建筑物会前后摇晃相互撞击。地表震动还会使天然气管道破裂，或者打翻有明火的灯具或炉灶，引发火灾；在山区还会诱发崩塌、滑坡等地质灾害；在地下水位较浅、松散沉积物大面积分布的地区，导致液化、地面沉降等次生灾害，从而加重了灾害风险。

地震留下的沉积记录示意图

松散沉积物——地震事件的记录仪

地震对于地表构筑物的破坏程度不仅取决于震级大小和距震中的距离，其所在的地质环境也是一个关键因素。如果地表以松散沉积物为主，灾害类型可能会以砂土液化和地面沉降为主，深切的河谷区或山区则以崩塌、滑塌等为主。这次日喀则定日地震，震中周边区域的地貌类型为盆地、河流冲积平原，土壤偏松软，放大了地震破坏效应，砂土液化灾害严重。这是由于饱和的松散堆积物在强震动作用下，破坏沉积物颗粒间的相互支撑力，从而增加了孔隙流体压力，导致剪切应力降低或者完全消失，强度降低。但也正是这个特点，远古地质过程和灾变事件，可以在松散堆积物上留下痕迹，如恐龙行走可以留下足迹，波浪翻滚可以留下波痕，大雨和冰雹倾泻亦可以留下痕迹。历史上那些没被文字记录的地震，或者在人类文明史前发生的地震也能在松散沉积物上留下蛛丝马迹。

地震可以造成地表破裂，还可以改造饱含水松散沉积物的形态，形成特殊的沉积构造。这些沉积构造经过固结成岩，构造隆升后或侵蚀切割后重新出露地表，就可以把古地震的证据直观展现在人们面前。那么如何去识别那些遗留下来的地震记录呢？

古地震在地层中的记录

我们不妨设想这样一个情景：一天你到蛋糕店订做了一个奶油蛋糕。蛋糕松软的奶油层上覆盖了一层水果，包括草莓、葡萄干等。接下来你骑着自行车取回蛋糕，但是回去的路坑洼不平，放在车后座上（或车筐里）的蛋糕颠簸了一路。当你回到家打开蛋糕时发现蛋糕被颠坏了——奶油层被颠得变了形，一些附在上面的草莓陷入奶油中，有些奶油还飞溅到水果层之上，甚至到了蛋糕盒顶上。这时你看到的被颠坏的蛋糕就类似于古地震在松散沉积物上留下的痕迹。那么，在野外我们能观察到哪些痕迹呢？

地震（特别是里氏震级在4.5级以上的）常导致饱含水未固结的沉积物产生液化和（或）流化作用，从而形成不同类型的软沉积物变形构造，主要包括以下几种：

四川茂县沙湾晚第四纪湖相沉积中地震成因的负载、球枕构造

上覆颗粒较粗，密度大的物质沉入下伏密度低的、颗粒较细纹泥中，形成简单负载构造。这种沉积构造的形成就好比经过颠簸的奶油蛋糕，一些覆在奶油上的草莓会陷入奶油中。随着变形构造的继续发展，下伏细颗粒物质开始向上挤入，发生垂向位移形成悬垂负载、挤入的火焰构造。这就好比因为颠簸从蛋糕奶油层飞溅出来的奶油。

四川茂县沙湾晚第四纪湖相沉积中地震成因的火焰构造

下伏的地层在受到上覆地层的超覆压力下，发生水平剪应力，使得细颗粒的纹泥发生卷曲或褶皱变形。这就好比蛋糕因受颠簸而发生变形的奶油层。

云南德钦县阿东古堰塞湖沉积中地震成因的褶皱变形

随着液化及流化的进一步作用，粗颗粒物质完全掉入下伏低密度层中形成脱落负载构造、假结核、球-枕构造、液化脉等，并最终形成枕状层。

四川理塘县理塘盆地河湖相沉积中地震成因的假结核构造

四川理塘县理塘盆地河湖相沉积中地震成因的褶皱和液化构造

除了上述沉积构造外，我们的研究还发现了另一个现象——对公元181～2010年间法国、土耳其、新西兰、智利等32次地震统计研究显示，在强震影响的山区还可能促发大量的滑坡、粉尘等碎屑物质，并被风力或者流水搬运到湖泊中并快速沉积，并堆积到变形层上部形成水平砂层，称为事件层。这种沉积层的特点是地震越强烈，厚度越大，并且沉积物颗粒物呈现下粗上细的分异状态。

或许你会问：研究曾经发生的地震，对现实有何意义呢？其实科学研究的本质就是基于大量事实数据的基础上，对客观规律进一步深化认识和分析预测。通过分析古地震留下的遗迹（如断错地貌、地层错断、沉积物扰动等），可揭示某一地区地震发生的频率、强度和复发周期，为预测未来地震风险提供关键数据。此外根据古地震痕迹可反推板块运动的长期规律，解释山脉、盆地等地貌的形成过程，为地球科学基础研究提供新的方法和思路。

曾经的地动山摇、山崩地陷的地质活动并未完全化作历史的尘埃随风飘散，相反它们也会“人过留名、雁过留声”，并向我们传递出更多的地球科学密码。随着大数据、人工智能等技术的迅猛发展，这些古地震遗迹信息都可以成为这些新技术分析应用的数据，助力人类未来防灾减灾工作。

来源：地球杂志

编辑：杨樂多

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