日本宫崎县石卷平原海啸堆积物调查

何宏林 冉勇康 宋方敏 陈立春 陈 杰

1)中国地震局地质研究所，国家地震活断层研究中心，北京 100029

2)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

日本宫崎县石卷平原海啸堆积物调查

何宏林1)冉勇康1)宋方敏1)陈立春1)陈 杰2)

1)中国地震局地质研究所，国家地震活断层研究中心，北京 100029

2)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

2007年4月，为执行科技部科研院所社会公益课题“中国沿海地区古海啸的定量研究”，课题组部分成员访问了日本，并对日本东北地区宫崎县石卷海岸平原的海啸堆积物做了概略性的调查。2011年3月11日，该地区发生了9.0级大地震并引发海啸，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。为了使人们对该地区过去的海啸历史有一个概略认识，并了解海啸堆积物的调查方法，对这次调查作一简要报道。这次调查揭示出3次海啸事件，最新一次发生在公元915年十和田火山喷发之前，对应于公元869年的贞观大海啸。

海啸堆积物 日本东北海啸 大地切片

0 引言

2011年3月11日14时46分，日本宫崎县东部海域发生MW9.0地震，震中位于38°2'N，143°9'E，震源深度约10km(日本産業技術総合研究所活断層·地震研究センター，2011)。截至2011年4月8日，发生了5次7级以上强余震，同时还触发了6级以上板内地震 (图1a)(大木等·东京大学地震研究所，2011)。该地震系列发生在太平洋板块和北美板块之间的俯冲带上，为海沟型地震。同震GPS观测数据显示三陆海岸南部向东水平位移了5.3m，向下沉降了1.2m，而结合地震和海啸波记录，推测破裂面南北长400km、宽200km，最大位移向量30m，平均15～20m(日本国土地理院，2011)。这种巨大断层在海底造成的数m地壳运动，产生了巨大的海啸。海啸引发的巨大灾难，波及全日本和周边国家，乃至太平洋东海岸。在日本本州岛东北的三陆地区里亚斯式海湾最为严重，海啸波最高达到37.9m，在宫城县的仙台平原和石卷平原也达到10m左右，而引起福岛第一核电站的严重核泄漏事故的海啸波高达14m(图1b，都司·东京大学地震研究所，2011)。

实际上，人们早已认识到日本东北三陆地区，包括仙台平原和石卷平原，是一个易于遭受海啸袭击的地区(阿部寿等，1990;菅原大介等，2001)。1933年3月3日的昭和三陆海岸M8.1大地震和1896年明治三陆海岸M8.2～8.5大地震都引发过巨大海啸 (图1b)。据《日本三代实录》的记载，该区域在公元869年发生过一次大地震并伴有巨大海啸，由于该地震海啸发生在三代实录的贞观时期，因此被称为贞观海啸。箕浦和中矢在1991年就发现了该次地震造成的海啸堆积物(Minoura et al.，1990)，此后仙台平原和石卷平原就成为日本开展太平洋沿岸海啸发生历史研究的重要地区。2004年以后日本产业技术综合研究所活断层·地震研究中心在该地区开展了大量海啸调查研究，除1896年和1933年具有详细记录的海啸事件外，至少鉴别出5层海啸堆积，根据14C和火山灰的测年结果推测，从古至今它们分别是3，100～2，800cal a BP、2，300～2，100cal a BP、公元 869 年(869 年贞观海啸)、公元 1300—1400 年(14 世纪)和公元1400年以后(1611年庆长海啸)(宍倉正展等，2007;澤井祐紀等，2007)。海啸的复发间隔在500～1，000a之间，它比通常认为的宫城县海域地震的复发周期要长，但目前我们还无法知道这些海啸是不是来自同一个波源。

图1 a 2011年3月11日日本东北MW9.0地震及其余震分布(大木等·东京大学地震研究所，2011)，背景为日本本州岛和北海道地形，细线为日本及其周边的四大板块边界;右侧黑色框标明的为主震和发生于板块边界的7级以上强余震;左侧红色框标明了发生在板内的触发地震;下面的色标显示了余震的震源深度;b三陆地区2011年(红色点)、1933年(蓝色点)和1896年(绿色点)3次海啸波高比较(都司·东京大学地震研究所，2011)Fig.1 a，main shock and aftershocks of Northeast Japan earthquake，March，2011(Oki et al.·Earthquake Research Institute，the University of Tokyo，2011).The background is the topography of Honshou and Hokaido.Narrow black lines show the plate borders.The black frames with time and magnitude of earthquake on the right indicate the inter-plate aftershocks larger than M7，and the red frames with time and magnitude of earthquake on the left indicate intra-plate earthquakes larger than M6 triggered by the main shock.The color bar shows the depth of aftershocks.b，the wave height of three tsunamis occurring in Sanriku area in 2011(red points)，1933(blue points)and 1896(green points)(Tsuji·Earthquake Research Institute，the University of Tokyo，2011).

为执行科技部科研院所社会公益课题“中国沿海地区古海啸的定量研究”，课题组部分成员于2007年4月访问了日本，在日本产业技术综合研究所活断层·地震研究中心的宍倉正展、石山達也和藤野滋弘等的帮助下，对宫崎县石卷平原的海啸堆积物展开了短期实地调查，本文对这次调查结果作简要介绍。

1 海啸堆积物特征及其判别标志

大海啸发生并袭击海岸地区时，海拔高度较低的海岸平原将会被海水淹没，海水甚至能够到达距离海岸较远的地方。此时海啸会侵蚀海岸附近的砂土并搬运到较远的海岸平原，这些保存在离岸陆相地层中的海相砂砾，被称为海啸堆积物。这些沉积层中的砾石，其排列方式还可以指示它们的运移方向。另外，包含在沙层中的硅藻和有孔虫等微化石也可以指示其来源。海啸沉积具有双向水流特征，向岸流的沉积主要由海相砂砾组成，回流沉积主要由土壤、河流砂砾和植物碎片组成(Dawson et al.，1996;Nanayama et al.，2000)。海啸沉积的影响范围并不局限于沿岸区，还可以延伸至陆架、陆坡、深海扇乃至深海平原。

鉴于海啸堆积物的上述特征，其判别标志有以下几点:1)海啸堆积物来自海洋的海砂或含砾海砂;2)多次海啸波的反复冲击，会形成多层特征，而且回流会形成陆相堆积物夹层;3)海啸堆积物中会包含来自海洋的硅藻和有孔虫等微化石。

2 海啸堆积物调查

2.1 调查位置和调查方法

石卷平原是一种沿岸沙堤十分发育的海岸低地平原。平行海岸线的沙堤逐渐向前发展，构成了石卷滨海平原的总体格架，通过航空影像解译可以识别出20列左右的沙堤(图2)(宍倉正展等，2007)。这种地貌形态易于保存由海啸带上陆地的海砂，尤其是在沙堤之间的凹地。

图2 石卷平原沙堤列分布及海啸堆积物调查点(宍倉正展等，2007)，红色五角星指示我们的调查点Fig.2 Series of sand barriers and investigation sites of tsunami deposit in Ishinomaki Plain(Shishikura Masanobu et al.，2007).Red star shows our investigation site.

在滨海区域开展海啸堆积物调查主要采用天然露头观察和浅钻或大地切片2种方法，我们这次在石卷平原的调查采用了大地切片方法。首先，我们使用直压式半圆槽土壤取样器寻找海啸堆积物，确定适合开展切片调查的位置;然后选择合适的切片工具，或手动切片(Handy Geoslicer)或振动切片(Vibrate hammer Geo-slicer)(图3)，开展取样调查。

图3 调查方法，a直压式半圆槽土壤取样器;b手动切片，右上角为操作情景;c振动切片，右上角为切片提出情形Fig.3 Investigation methods of tsunami deposit.a Directly pressured soil sample in semi-circular groove;b Handy geo-slicer;c Vibrate-hammer geo-slicer.Upper-right shows the extracting of geo-slicer.

2.2 切片剖面和海啸事件识别

这次调查我们共获得了3个切片剖面，图4显示的是采用振动切片所获得的包含海啸堆积物的石卷平原海岸沉积地层，从中我们可以观察到3层明显的海啸堆积砂层。地层剖面自上至下分别是:1)16cm厚的表层耕作土;2)夹有3层海啸堆积层的泥炭质黏土，总厚度42cm，其中3次海啸堆积物的厚度自上至下分别为2.5cm、6.5cm和15.5cm，此外在顶部还堆积了薄层或零星火山灰;3)厚层沙堤堆积砂层，揭露厚度约42cm，而且下部25cm厚的砂层具有较好的层理。

事件1海啸堆积物只有2.5cm厚，而且呈透镜状，为不连续堆积。在切片揭露的地层顶部约20cm的位置，出露零星的火山灰，它来自公元915年日本本州岛北部的十和田火山的喷发。该层火山灰几乎覆盖了整个日本东北地区，具有重要的地质年代指标意义(町田洋等，2003)。第1层海啸堆积物位于该火山灰的下部，说明其发生年代早于公元915年。据《日本三代实录》的记载，该区域在公元869年发生过一次大地震并伴有巨大海啸，称为贞观海啸。因此，判断该层海啸堆积物应该形成于公元869年的海啸事件。另外，此次事件记录到的最大海啸波高也为30m，与今年(2011)日本东北地震造成的最大海啸波高相同，说明公元869年的地震及其引发的海啸应该与今年的地震和海啸规模相当。

图4 包含海啸堆积物的海岸沉积地层切片剖面。自右至左:标尺、切片剖面、切片剖面毡片、切片剖面解释、事件说明和图例。红色箭头指示海的方向Fig.4 Geologic column of coastal deposit including tsunami sediment.From right to left:scale，geo-slicer，interpretation of the geo-slicer，explanation of tsunami events and legend.Red arrow shows direction of sea.

事件2和事件3的堆积物厚度分别为6.5cm和15.5cm，可以看出这2次堆积物中都具有较好的成层性，层间多为海岸陆相泥炭质黏土碎片分隔。事件2大约可以分出5层，事件3可以分出6层，说明这2次事件可能分别存在5次或6次大的海啸波。日本的历史资料中没有与这2层海啸堆积物相对应的海啸记录，但从堆积物的厚度看，事件2和3要比事件1规模大，史料漏记的可能性不大，因此可能这2次事件发生在日本有历史记录之前。根据日本产业技术综合研究所活断层·地震研究中心对3层海啸堆积物上下泥炭质黏土层的14C测定结果(宍倉正展等，2007)，这2 次海啸事件分别发生在 2，100 ～2，300cal a BP 和2，800 ～3，100cal a BP。

3 结论

这次调查的结果揭示了3次海啸事件，最新一次发生在公元915年十和田火山喷发之前，与历史上记载的公元869年贞观海啸地震事件相对应。另外2次海啸事件发生得更早，分别发生在 2，100～2，300cal a BP和 2，800～3，100cal a BP。此外，除最新一次与贞观海啸地震对应的海啸堆积物外，较早2次的堆积物中可以观察到5次和6次堆积亚层，分别反映出5次或6次大的海啸波。

致谢 感谢日本产业技术综合研究所活断层·地震研究中心的宍倉正展博士、石山達也博士和藤野滋弘博士，在他们的帮助下，石卷平原海啸堆积物的概略调查得以顺利完成。

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INVESTIGATION OF TSUNAMI DEPOSITS IN ISHINOMAKI PLAIN，MIYAKI COUNTY，JAPAN

HE Hong-lin1)RAN Yong-kang1)SONG Fang-min1)CHEN Li-chun1)CHEN Jie2)

1)National Center for Active Fault Studies，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

2)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

To carry out the project“Study on paleo-tsunami in east and southeast seashore area of China”supported by China Ministry of Science and Technology，we made a study tour to Japan in April，2007.In this visit，we investigated roughly the tsunami deposits in Ishinomaki Plain，Miyaki County，Japan，where a huge earthquake of MW9.0 occurred at March 11，2011.This earthquake caused a great tsunami along the northeast coast of Honsyu Island，Japan，bringing lots of death and huge economic loss.To understand the tsunami history in this area and the methods of investigating tsunami deposits，it is necessary to introduce briefly our investigation in Ishinomaki Plain，Miyaki County，Japan.Our investigation results demonstrated three tsunami events occurred in this area.The latest one occurred before 915 AD，when the Towada volcano erupted and the tephra from this eruption covered almost all of the Northeast Japan，corresponding to the 869 AD Jogan earthquake tsunami.

tsunami deposit，northeast Japan earthquake，geo-slicer

P315.2

A

0253-4967(2011)02-0472-08

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.020

2011-04-28收稿，2011-05-22改回。

科技部科研院所社会公益课题“中国沿海地区古海啸的定量研究”(2005DIB3J118)资助。

何宏林，1964年生，1985年毕业于北京大学地质系，1988年在中国地震局地质研究所获硕士学位，2000年获东京大学理学博士学位，研究员，主要研究方向为活动构造和构造地貌、活动断层与地震、GIS技术应用与灾害预测评估，电话:010-62009215，E-mail:honglinhe 123@vip.sina.com。