软沉积物变形构造(soft-sediment deformation structure，SSDS)是用来描述未成岩沉积物的变形构造^[1]，其在现代和古代沉积物中都有记载^[2-4]。对地震作用最敏感的沉积物具有对比性和分选性好(粉砂质)的特点，如交错的、分选好的粉砂、土及泥质层。地震成因的SSDS主要发育在冲积平原、潮滩、河口三角洲或平原、湾顶、湖泊及沼泽环境的含水粉砂质和粘土层中^[5]。各种流态化和液体喷出的现象不一定是地震成因，也有可能是快速沉积卸载导致的流体超高压、河道沉积、泥石流等因素造成，而液化作用和流体化是M_W≥5地震中和震后在未固结的沉积物中形成SSDS都会经历的过程^[6]，但绝大多数其他非地震因素在湖(河)相环境中则不会形成液化和流体化^[7]。因此，区分地震成因和非地震成因的变形构造需要对其形成机制及沉积环境进行准确的分析。第四纪沉积物中记录的地震成因变形构造可以用来确定地震及地震复发周期^[6]。

山西南部运城市平陆地区黄河北岸一级阶地全新世地层剖面位于灵宝断陷盆地东北部三门峡水库北侧(34°46′31″N，111°6′58″E)(图 1)，黄河丰水期剖面拔河高度为1.2 m，枯水期拔河高度约为2.2 m。剖面中发育软沉积物变形构造，是一组由碟状构造、液化卷曲构造及球枕构造组成的多重变形构造。

1 软沉积物变形构造特征 1.1 碟状构造

碟状构造位于剖面的粉砂层中，岩性为深褐色粘土，呈向上弯曲状(图 2(a)、图 2(b))。最大的碟状构造长约58 cm，条带宽0.8~2.0 cm，发育于粉砂层的底部，其上发育大量黑色纹层液化卷曲变形构造(图 2(c))。碟状构造是一种泄水构造，本次研究中与粉砂层有关。富含水的砂层由于其高渗透性特性，在外力作用下产生高水压，压力通过渗透、流体向上流动及发生液化泄水来释放^{[5, 8]}，液化泄水砂脉向上冲断条带状薄层或纹层，上覆薄纹层被向上泄水的细脉牵引发生弯曲，被破坏改造的薄层或纹层便形成向上弯曲的碟状构造^[9]。

1.2 液化卷曲构造

液化卷曲构造位于剖面中部及下部的粉砂层中(图 2(c))，厚约40 cm，岩性为褐黄色粉砂岩。液化卷曲构造遍布整个粉砂层，夹有红褐色、褐色粘土条带及环状条带，具有较为明显的液化流动层理，其中，粉砂层的中部及底部以褐色泥质条带为主，上部则以红褐色泥质条带为主。液化卷曲构造是在外力作用下，软沉积物颗粒液化后发生水塑性变形，并重新组合排列形成的微结构纹理。

1.3 球枕构造

球枕构造位于剖面粉砂层中，厚约20 cm，球状体位于粉细砂层的不同部位，直径为2~8 cm不等(图 2(d))，其下伏粉砂层具有强烈的液化变形，而上覆砂层变形较弱。球枕构造是地层中很特殊的软沉积物变形构造，其变形机理与砂层的液化作用有关，其宏观特征为：1)球枕构造与负载构造共生；2)球、枕体位于岩层的不同部位，球枕构造与负载构造共存于同一个软沉积物液化层中，这为球枕构造成因解释提供了基础^[9]。图 2(d)中标出了强液化层中不同球、枕体的形状。球枕构造层是在外力作用下沉积物发生液化，粗颗粒沉积物比下伏细颗粒沉积物比重大，在重力作用及剪切的振动摇晃下，下沉到下伏强液化层中，负载体脱离母岩层后形成。这类构造可能是由于密度驱动不稳定导致^[8]，也可能是由于地震产生向上的短时水压造成^[10]。负载构造的地震震动成因被Owen^[8]模拟，模拟的负载构造位于中砂与细砂界面之下，是由于中砂下沉到细砂层内形成。

2 变形构造的成因解释

无论是碟状构造、液化卷曲构造还是球枕构造，均属于软沉积物变形构造(SSDS)，三者变形机理有别，但是否均由地震触发有待进一步考察分析。同一时代层位中，地震引起的SSDS能够帮助地震学家认识M≥5的古地震事件及当时的构造活动。Rana等^[11]研究喜马拉雅中部藏南拆离系Burfu湖软沉积物变形构造的地貌背景、结构属性及沉积环境认为，软沉积物变形构造发育在平静的湖相环境中，与第四纪地震活动有关。液化绝大多数时候是由地震引起^[5]，但有时候这些扰动并非是地震激发的，也有可能是波浪、洪水、快速沉积和地下水运动造成^[3]。因此，判断是否为地震成因的SSDS，需要考虑一系列的标准，Sims^[2]提出有以下几点：1)发生在地震活跃地区；2)主要集中在某一具体的层位中；3)在一个沉积盆地内部大范围内可追踪到；4)没有发现其他的斜坡滑动或斜坡塌陷。

Hilbert-Wolf等^[12]也总结出震积成因地层(岩石)的几条标准：1)与断层有明显的相关性；2)观测到的变形与已知地震成因的变形一致；3)一定范围内普遍分布；4)越往震中方向，密度和频率越高；5)没有其他机制的标志；6)垂向上出现多期多次变形层；7)变形层处于未变形层之间；8)层间出现角砾岩、砾岩和块状砂岩楔状体相关的断层。

Owen等^[3]提出地震成因地层(岩石)的标准是：1)发育范围较大；2)地震成因的液化通常与M≥5地震有关^[13]。地震对沉积物的影响通常是在距离震中40 km范围内(90%的地震事件)^[14]，尽管这个距离与沉积物的特性有关，但由于地震变形可能被构造干扰而中断，也有可能局部被剥蚀，很难追踪很远的距离，因此这个标准在实践中很难应用。

根据以上描述和分析，平陆地区黄河沿岸发育的SSDS具有以下特征：1)发育不止一种类型的软沉积物变形，且均与沉积物的液化相关；2)剖面位于黄河一级阶地，除地震因素外，不具备发生水下滑坡这一导致沉积物液化作用的其他外力因素；3)变形构造具有侧向连续性；4)3类变形构造具有与地震相关的SSDS相同的构造特征^{[11, 15]}；5)有史料记载以来，山西平陆地区及周边地震频繁，曾发生多次5级以上地震^[16]；6)排除其他非地震的触发因素。

对比以上标准，山西平陆黄河沿岸发育的SSDS所具有的特征预示着这些变形是由古地震事件产生的，其变形构造为地震成因，剖面中的SSDS是地层记录中的古地震证据。因此，无论是碟状构造、液化卷曲构造还是球枕构造，变形机理有别，但均为由地震触发液化变形引起的软沉积物变形构造，根据不同时代地层中记载的SSDS构造变形，可以追溯古地震发生的时间。

3 变形构造的沉积序列

地震变形构造所在地层的沉积序列是地震时形成的沉积单元组合，反映了地震的沉积环境变化规律(环境相)或沉积作用变化过程(事件相)^[17]。

3.1 平陆地区变形构造所在地层的沉积序列

对于研究区构造剖面来说，沉积层垂向序列由下至上可总结为：1)A段下伏未震层；2)B段碟状构造和液化卷曲变形层；3)C段球枕构造层；4)D段上覆未震层。其中，下伏未震层(A段)对应图 2(a)中未变形亚粘土层(层④)，碟状构造和液化卷曲变形层(B段)对应图 2(a)中变形粉砂层(层③)，球枕构造层(C段)对应图 2(a)中层③顶部和变形粉细砂层夹亚粘土层(层②)底部，上覆未震层(D段)对应图 2中未变形粉土层(层①)。由此，建立山西南部平陆地区完整的包含软沉积物变形构造的沉积序列(图 3)。

3.2 软沉积物变形构造年龄的确定

为了探讨平陆地区软沉积物变形构造形成的时代，在新鲜暴露的剖面上用钢管采集了2个样品，用于光释光方法(OSL)测年，测年原理参照文献[18-19]。样品1(PL-01)位于剖面层①与层②的分界处，距地表约17 cm；样品2(PL-02)位于层②中部，距地表约40 cm。光释光测年结果见表 1。

结果显示，样品1的沉积年龄为1.8±0.2 ka，样品2的沉积年龄为2.0±0.2 ka，样品1比样品2略年轻。由于软沉积物变形构造位于层②之中，可以推断，变形构造形成于层②沉积之后、层①沉积之前，年龄可取二者的平均值，即1.9±0.2 ka。

4 讨论

山西省是我国强烈地震活动带之一。为进一步讨论软沉积物变形构造与地震的关系，通过计算历史地震对研究区影响烈度的方法来确定与变形构造相关联的地震。依据中国历史强震目录^[16]及近代地震目录^[20]，首先从研究区周围1 000 km范围内选取7.0级及以上地震，然后从华北地区(106°~118°E，30°~43°N)选取6.9级以下地震，并建立地震目录。根据中国东部烈度平均轴衰减关系式，计算各个地震对研究区造成的影响烈度：

$ \begin{aligned} I=4.493+1.454 M-1.792 \ln (R+16) \\ \sigma=0.5304 \end{aligned} $

式中，R为震中距(单位为km)，M为地震震级。

取烈度为Ⅵ度以上的地震建立影响烈度的初始目录。通过查阅相关资料，并与等震线图及相关破坏情况记载等宏观资料进行对比，筛选出对研究区产生Ⅵ度以上影响烈度的地震共有9次，但这些地震最早发生于距今700 a左右，与本文剖面的变形构造没有关联。

考虑到存在地震漏记的可能，通过收集更早时期地震现场的碑刻、题记和古建筑的地震破坏遗迹等资料发现，研究区周围在距今2 000年左右发生过2次有影响的地震^[21]：1)公元前7年(距今约2 000 a)长安北地震，有伤亡记录，但震中位置不明；2)公元144年(距今约1 900 a)洛阳地震，有伤亡记录，震中洛阳。综合以上分析可以看出，在山西南部平陆地区及周边古地震发生频繁，地震震级较大(有人员伤亡)。通过影响烈度的计算得出，1303~1827年间，对研究区造成Ⅵ度以上影响的地震就有9次(不含漏记地震)，其中造成最大影响的地震为1815年平陆6.75级地震，距离研究区仅8 km，对研究区造成Ⅷ度破坏。通过收集地震遗迹等资料发现，距今1.9±0.2 ka有2次地震可能在黄河沿岸的沉积物中记录下来。

5 结语

通过上述分析与讨论，可以获得如下初步认识：

1) 在山西南部平陆地区，至少发育有3种软沉积物变形构造：碟状构造、液化卷曲构造和球枕构造。这3类软沉积物变形构造具有与地震相关SSDS相同的构造特征，均为地震成因，与研究区的地震活动背景一致。

2) 建立了山西南部平陆地区包含软沉积物变形构造的地层沉积序列。

3) 据光释光测年结果推算，研究区变形构造年龄为1.9±0.2 ka，2次古地震可能与本文剖面中的变形构造相关。

尽管本文从地质上获得了一些软沉积物变形构造的地震成因证据，但这些认识仍是初步的。受露头剖面高度及古地震资料记录的完整度等因素所限，目前的研究还不能很好地划分地震变形构造的期次，有关地震与地震软沉积物变形构造的关系也只能通过估算和推测，与断裂的关系尚不明确。尽管如此，本文的新资料已经显示出山西南部具有研究地震软沉积物变形构造的条件与优势，相关的认识将在今后的调查与研究中进一步深化。