Seismites（地震岩）等术语的概念与名称

1、Seismites地震岩等术语的概念与名称摘要：seismites，按其字面意思理应翻译成地震岩，即与地震有成因联系或受发震断裂改造、变形的岩石。按发震时地质材料的固结程度与力学性质，地震岩可分为震积岩地震时尚未固结成岩的含水沙土层，即软沉积物和脆性断层岩地震时已经固结成岩的沉积岩、岩浆岩和变质岩。脆性断层岩包括断层角砾岩、碎裂岩、超碎裂岩、假熔岩和断层泥等。发育由沙土液化形成的软沉积物变形构造的沉积岩，统称为“沙土液化岩liquefactites，但是长期以来一直被误译为seismites。大量的研究说明，并不是所有的沙土液化和软沉积物变形都是由地震造成的，也并不是所有地震都能导致沙土液化。

2、只有那些所在区域存在重要发震断层、真正由地震引起的区域性的沙土液化造成的软沉积物发育变形构造的岩层才能称之为震积岩seismicliquefactites。震积岩不应再翻译成seismites。零星出现的软沉积物变形构造与沙土液化构造例如：砂涌丘缺乏以作为古地震的证据。关键词：地震岩；沙土液化；震积岩；软沉积物变形构造；构造岩；断层岩中图分类号：N04；H083；P5文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2021.06.006OnSeismites，LiquefactitesandFaultRocks/JIShaochengAbstract：Seismites

3、aretectonitesorfaultrocksthatweredeformedinabrittlemannerbyseismicfaultingintheEarthslithosphere.Theybroadlyincludeseismicliquefactitessoftsedimentssuchaswatersaturatedsandysoilsandbrittlefaultrockssuchasincohesivebreccia，cataclasite，ultracataclasite，pseudotachyllyteandfaultgougesolidstatesedimentar

4、y，igneousandmetamorphicrocks.Thesedimentaryrocksthatdevelopedliquefactioninducedsoftsedimentdeformationstructures，whichhavelongbeenerroneouslycalledseismitesintheliterature，shouldbenamedasliquefactites.Alargenumberofstudieshaveshownthatsoilliquefactionandsoftsedimentdeformationstructurescanbecausedn

5、otonlybyseismicshakingbutalsobyanyotherinstabilityeventsinvariousgeologicalsettingse.g.，waterwaves，tides，floods，icefloes，upwardescapeofwater，differentialstressinducedlateraldisplacement，landslides，andmudflow.Furthermore，notallearthquakescancauseliquefaction，dependingontheirmomentmagnitudes，thedistan

6、cesfromtheseismicfault，thethickness，watercontentandpropertiesofthesedimentse.g.，grainsizedistribution，porosity，andgrainsurfaceroughnessandtheverticaloverburdenstress.onlytheearthquakeinducedliquefactiondepositscanbecalledseismicliquefactites，whichshouldbemainlydistributedaboutaregionallyimportantsei

7、smicfaultassociatedwithbrittlefaultrockssuchasgouge，breccia，cataclasiteandpseudotachylyte.Asporadicoccurrenceofsmallscaledsoftsedimentdeformationstructuresandsandyliquefactionstructurese.g.，sandblowsarenotsufficientevidencetosupportthepresenceofpaleoearthquakes.Keywords：seismites；liquefaction；seismi

8、cliquefactite；softsedimentdeformationstructure；faultrocks收稿日期：2021-05-20修回日期：2021-11-01作者簡介：嵇少丞1960，男，1987年获法国蒙彼利埃大学博士学位，自1991年起任加拿大蒙特利尔工学院教授，主要从事构造地质学、岩石流变学和物理性质的教学与研究工作。通信方式：sjipolymtl.ca。一地震岩、构造岩和断层岩“seismites这一术语最初由德国学者赛拉赫Seilacher于1969年提出【1】，按其字面意思理应翻译成地震岩，即与地震有成因联系或受发震断裂改造、变形的岩石。如此这般，地震岩属于构造岩t

9、ectonite或断层岩faultrock系列中与地震密切相关的一类特殊岩石。构造岩与断层岩是同义词，两者根本可以互换使用【2】。地震时已经成岩的固态岩石火成岩、变质岩与沉积岩和尚未成岩、富含水的软沉积物具有非常不同的变形行为和差异极大的流动强度。即使同为固体的岩石对构造应力与应变的响应不仅取决于岩性而且还取决于岩石所处的深度。随着深度增加，围压与温度相应地增加，岩石由脆性、半脆性逐渐过渡到塑性。脆-韧性转变带的深度主要取决于岩性与地热梯度。以石英和长石为主控矿物的岩石的脆-韧性转变温度分别约为300和4503-4。假设某地区地热梯度为20/km，上述以石英和长石为主控矿物的岩石的脆-韧性转变

10、的深度那么分别为约15km和2223km。韧性变形域中的构造岩属于糜棱岩系表1，按重结晶的程度体积百分比可分为初糜棱岩90%。韧性变形域中岩石发生塑性蠕变，而不发生地震。位于脆-韧性转变带之上的脆性域中的断层岩石具黏滑特性，即在两次地震之间除了发生少量弹性变形之外，断层锁住不动，只有当构造应力积累到脆性断裂或摩擦强度之后才突然发生破裂、破碎与滑移，能量释放引发地震，形成脆性构造岩，属于碎裂岩系表1。后者据碎裂程度可分为断层角砾岩90%等。如果碎裂岩在其形成过程中因为摩擦生热而发生局部熔融，而后再迅速冷却形成含玻璃往往呈黑色的碎裂岩，那么叫玻化岩或假熔岩pseudotachyllyte。浅表的断

11、层岩，特别是那些被无数次地震研磨呈粉状物碎粒比外表积大大增加，与地下水反应，水化生成低温黏土矿物例如：蛭石、蒙脱石、滑石、高岭石、蛇纹石等，这类没有完全固结的、超细晶粒的断层物质那么叫“断层泥faultgouge。由上述黏土矿物组成的断层泥的摩擦系数一般都比较低二沙土液化与软沉积物变形地震特别是强震会造成发震断裂通过的地区或附近区域发生强烈的地面震动，导致松散软沉积物的变形图1。这类软沉积物包括海底、河道与湖泊相的沉积物与流沙土等，它们空隙度大，内含饱和水，具触变性thixotropy。在静态情况下，沙土中各个矿物颗粒是相互接触的，颗粒间的流体压力很低，缺乏以支离相邻颗粒，影响颗粒接触与应力支

12、撑，固有一定的稳定性。但在动态情况下，例如地震波强烈晃动下，颗粒间的流体压力增加，能够支离相邻颗粒，降低其颗粒间的接触与摩擦力，使得水饱和的松散沉积物瞬刻失去稳定性，呈现出液态的物理性质，这种地质现象称之为沙土液化liquefaction。沙土液化后发生流动会形成一系列特殊的构造，例如充填-胶结喷砂、砂质或泥质岩脉、层内褶曲液化旋卷层等、挤断层内微断层等7-14。發育上述构造特征的岩石应称之为liquefactite沙土液化岩，即保存由沙土液化造成软沉积物变形构造的沉积岩。但是，触发沙土液化的原因有很多，地震只是其中之一，而且并不是所有地震都能造成地表沙土液化，只有超过一定震级的强震才能有足够

13、的能量在发震断裂及其附近地区激发沙土液化图1。另外，即使在发震断裂带所在区域，软沉积物能否发生液化，还取决于软沉积物自身的性质，即含水量、颗粒形状与粒径的分布。只有当沙土中的流体体积含量超过一定的临界值30%40%之后，固体颗粒之间才能有效地被流体分开，不再彼此接触。流体一旦在三维空间中构成虽然弯曲却是连续的应力支撑格架，砂-水两组分复合体系的宏观力学强度就会骤降，在重力或构造振动作用下，其行为就像流体一般，发生流动。沙土液化涉及材料流变学的问题，即强相支撑体系例如：多孔材料和固-液复合材料到弱相支撑体系例如：悬浮液流变行为转变及其临界条件等科学问题。1905年爱因斯坦的博士论文?论分子大小的

14、测定?16发表于1906年，1911年他又纠正了文中一个小错误就是研究理想悬浮液的黏度随其中所含固体颗粒的体积含量Vs的变化规律，因其广泛的实用性，该论文的引用率远超过爱因斯坦关于相对论、光电效应以及质量-能量相互转化的论文。这篇文章也因此成为流变学的开山之作。当然，爱因斯坦在推导公式时为了简化起见做了假设干假说，例如：固体粒子为等大、外表光滑的、不可变形的刚性球体；固体和流体之间没有密度差，也没有摩擦力，流体为不可压缩的牛顿流体，体系不受边界的影响，等等。虽然实际悬浮液很难满足上述理想条件，但是他推导出来的公式与许多稀释悬浮液如糖水、油漆、血液等的实验材料根本吻合。在含高浓度、不规那么形状固

15、体颗粒的悬浮液中，固体粒子相互碰撞与接触，黏结成团，局部流体填充到聚合团内的间隙中去，从而减小了系统中流体的有效体积分数，亦即增加了固体粒子的有效体积分数，其结果就是增加悬浮液的有效黏度或流动强度。后来的科学家17-18发现应该用Vs/Vm替代爱因斯坦1906年公式中的Vs，这里Vm是最大堆积密度。当Vs到达或超过Vm时，固体颗粒相互连接形成应力支撑格架，存在于颗粒间隙中的流体分量缺乏，不再能对粒间运动起润滑作用。此时，体系从流体行为转变为固态行为。阈值Vm取决于固体颗粒的形状、粒径分布、形状优选定向shapepreferredorientation以及剪切应变量和剪切速率。在通常情况下，Vm

16、随颗粒的长/宽比增加而减少，有形状优选定向比没有形状优选定向具有更小的Vm值。假设固体颗粒为等大球体，那么Vm和球径无关，Vm=/180.74，此值对应于开普勒猜想中的等大球体的最大堆积密度19。通常0.74被看作是理论上不可逾越的最大值。这个开普勒就是那个著名的天文学家开普勒。文献20-21的理论推导得出任意最紧密堆积密度为0.637。将等大刚球置入体积刚性容器的实验也证明任意紧密堆积的密度介于0.601和0.637之间。前人的理论分析和计算机模拟得出等大球体的任意紧密堆积密度约为0.64。由此可见，任意紧密堆积密度远小于立方面心或六方最紧密堆积密度。Vm的下限值应该是0.55522，此值对

17、应于等大球体的任意疏松堆积，小于此值就无法在三维空间堆积成形了。所以，等大球体悬浮体系液态行为向固态行为的转变应出现在Vs=0.555和Vs=0.64之间。火山喷发岩的研究说明，自然界含非球状矿物晶体岩浆的Vm一般约为0.60。此外，Vm随剪切应变量的增加而增加，这是因为矿物晶体的形状优选定向程度随剪切应变量的增加而增强。前人的研究发现，Vm还取决于颗粒径分布的范围。小颗粒会填进大颗粒间的空隙之中，从而腾出局部空间来。粒径呈单峰分布的颗粒要比多峰分布的颗粒更易形成应力支撑格架。在相同的条件下，粒径呈多峰分布的体系的相对黏度比粒径呈单峰分布的体系能小一个多数量级。强烈地震造成的地表振动能够使得沙

18、粒发生重新排列，细沙流进粗砂之间的间隙，腾出更多的空间被挤出的水充填，出现冒水喷沙，在地表形成砂涌丘sandblow或sandboil。粗砂比例减少和细沙体积分数增加使得沙土液化更容易发生23-24。动态失稳例如：发生地震时，有上覆压力处于一定的埋藏深度比没有上覆压力地表的水饱和沙土层更容易发生沙土液化23-24，于是下层位流动沙土侵入上覆层形成砂质岩脉和层内微断层等变形构造。此外，Vm值还随颗砂粒外表糙度roughness增加而减小。大洋俯冲带的巨震还会造成海啸，到达浅海-滨海地带能使海水骤然升高，例如1896年和1933年在日本本州的三陆外海发生的地震海啸使得当地海平面上升2024m，这样

19、的巨浪威力很大。2021年12月26日发生在印尼苏门答腊岛西的矩震级到达9.1级的特大地震造成的海啸可以把直径23m的岩块向大陆方向推移近900m25-27。这些岩块在移动过程中一路碾压与推挤尚未固结的软沉积物，最后与层序紊乱的泥沙相混杂，固结之后就成为“海啸岩tsunamites。海啸岩中的泥沙局部往往发育丘状-洼状层理14。虽然构造地震能够造成沙土液化，形成软沉积物变形构造softsedimentdeformationstructures，但并不是所有的软沉积物变形构造都是由地震造成的。能造成沙土液化和软沉积物变形构造的非地震成因很多8-12，例如：1大洪水28-29；2地形与斜坡造成的压

20、力差导致的侧向挤压，造成软沉积物褶皱与逆冲；3承压层位的地下水穿越上覆沙土层后溢出，形成砂涌丘等；4大风大浪大潮对水下软沉积物的骚动；5滑坡、塌方与泥石流；6陨石对湖底或海底的撞击；7冰川活动与浅水浮冰运动见图2；8地下水压致裂；9温泉；10火山；11生物动物与植物的活动；等等。只有那些具有区域性、有固定层位、在所在区域发现重要地震斷层的软沉积物变形才能被认作是地质诱发的震积岩。伴随地震断层的应存有碎裂岩系或假熔岩等脆性变形岩石，后者的原岩一般为固态岩石，而非尚未固结的软沉积物。正如冯增昭先生强调的，单凭个别零星分布的软沉积物变形构造与沙土液化构造缺乏以作为古地震的证据30。三结论综上所述，s

21、eismites按其字面意思理应翻译成地震岩，即与地震有着成因联系的一类变形岩石。假设原岩为已经成岩固化了的岩石岩浆岩、变质岩和沉积岩，seismites那么对应于地壳中脆性变形的构造岩或断层岩，包括断层角砾岩、碎裂岩、超碎裂岩、玻化岩和断层泥等。在发震断裂及其附近地区尚未固结的浅表含水沉积物中，强震会触发沙土液化，造成软沉积物发生变形，这类成岩后保存地震成因的软沉积物变形构造的沉积岩称之为震积岩，后者翻译成英文应该是seismicliquefactites。然而，并不是所有的沙土液化和软沉积物变形都是由地震造成的。只有那些所在区域存在重要发震断层、真正由地震引起的区域性的沙土液化造成软沉积物

22、发育变形构造的岩层才能称之为震积岩。为了区别起见，可以把那些尚未确定与地震有着成因联系的、但发育由沙土液化形成的软沉积物变形构造的沉积岩，称为沙土液化岩liquefactites。换言之，震积岩属于沙土液化岩，但并不是所有的沙土液化岩都是震积岩，任何零星分布的软沉积物变形构造与沙土液化构造例如：砂涌丘缺乏以作为古地震的证据。所以，地震岩seismites是包括震积岩地震时尚未固结成岩与脆性断层岩地震时已经固结成岩一类地震变形岩石的总称。致谢：感谢?中国科技术语?编辑部邀请笔者对seismites发表意见，感谢冯增昭教授有益的讨论。参考文献【1】SeilacherA.Faultgradedbed

23、sinterpretedasseismitesJ.Sedimentology，196913：155-159.【2】SnokeAW，TullisJ，ToddVR.FaultrelatedRocksM.Princeton，NewJersey：PrincetonUniversityPress，1998.【3】ScholzCH.TheMechanicsofEarthquakesandFaultingM.NewYork：CambridgeUniversityPress，2021.【4】JiSC，XiaB.RheologyofPolyphaseEarthMaterialsM.Montreal：Polyte

24、chnicInternationalPress，2021.【5】SibsonRH.ImplicationsoffaultvalvebehaviorforrupturenucleationandrecurrenceJ.Tectonophysics，1992，211：283-293.【6】XuZQ，JiSC，LiHB，etal.UpliftoftheLongmenShanrangeandtheWenchuanearthquakeJ.Episodes，2021，313：291-301.【7】VanLoonAJ.Softsedimentdeformationstructuresinsiliciclas

25、ticsediments：anoverviewJ.Geologos，2021，151：3-55.8AlvesTM.SubmarineslideblocksandassociatedsoftsedimentdeformationindeepwaterbasinsJ.MarineandPetroleumGeology，2021，67：262-285.9OwenG，MorettiM.IdentifyingtriggersforliquefactioninducedsoftsedimentdeformationinsandsJ.SedimentaryGeology，2021，235：141-147.1

26、0OwenG，MorettiM，AlfaroP.Recognizingtriggersforsoftsedimentdeformation：currentunderstandingandfuturedirectionsJ.SedimentaryGeology，2021，235：133-140.11ShanmugamG.GlobalcasestudiesofsoftsedimentdeformationstructuresSSDS：definitions，classifications，advances，origins，andproblemsJ.JournalofPalaeogeography，

27、2021，64：251-320.12FengZZ，BaoZD，ZhengXJ，etal.Researchesofsoftsedimentdeformationstructuresandseismites：abriefreviewJ.JournalofPalaeogeography，2021，54：311-317.13FengZZ.Abriefreviewon7papersfromthespecialissueof“TheenvironmentalsignificanceofsoftsedimentdeformationoftheSedimentaryGeology3442021J.Journa

28、lofPalaeogeography，2021，64：243-250.14喬秀夫，宋天锐，高林志，等.地层中地震记录古地震M.北京：地质出版社，2021.15NovikovaT，PapadopoulosGA，KarastathisV.evaluationofgroundmotioncharacteristics，effectsoflocalgeologyandliquefactionsusceptibility：thecaseofItea，CorinthGulfGreeceJ.NaturalHazards.DOI：10.1007/s11069-006-9018-9.16EinsteinAE.E

29、ineneuebestimmungdermolekuldimensionenJ.AnnalenderPhysik，190619：289-306.17RoscoeR.TheviscosityofsuspensionsofrigidspheresJ.BritishJournalofAppliedPhysics，19523：367-269.18JiSC.Ageneralizedmixtureruleforestimatingtheviscosityofsolidliquidsuspensionsandmechanicalpropertiesofpolyphaserocksandcompositema

30、terialsJ.JournalofGeophysicalResearch，2021，109B10207.DOI：10.1029/2021JB003124.19SzpiroG.KeplersConjectureM.JohnWiley&SonsInc，2021：304.20JaegerHM，NagelSR.PhysicsofgranularstatesJ.Science，1992，255：1523-1531.21JalaliP，LiM.AnestimateofrandomclosepackingdensityinmonodispersehardsphereJ.JChemPhys，2021

31、，120：1138-1139.22onodaGY，LinigerEG.RandomloosepackingsofuniformspheresandthedilatancyonsetJ.PhysRevLett，1990，64：2727-2730.23ShelleyEO，MussioV，RodriguezM，etal.evaluationofsoilliquefactionfromsurfaceanalysisJ.GeofisicaInternational，2021，541：95-109.24SeedHB，IdrissIM.ArangoI.evaluationofliquefactionpote