成都金沙遗址区全新统震积岩的发现及其地质意义

何　碧，朱利东，杨文光，付　顺，张　擎，陶　刚，李　超，李杜文，田光龙，解　龙

(1.成都理工大学沉积地质研究院，四川　成都　610059；2.成都市文物考古研究所，四川　成都　610059；3.成都理工大学地球科学学院，四川　成都　610059)



成都金沙遗址区全新统震积岩的发现及其地质意义

何碧1，朱利东1，杨文光1，付顺1，张擎2，陶刚1，李超1，李杜文3，田光龙1，解龙1

(1.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都610059；2.成都市文物考古研究所，四川成都610059；3.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059)

震积岩是灾变性事件岩的典型代表，是具有震积构造和震积岩序列有一定成因联系的一组岩石的总称。成都金沙遗址区全新统地层中首次发现震积岩，该地层自下而上为底部砾石层、中部暗色(含炭)泥质层、上部褐黄色土壤层，整体属河流冲积物。通过野外观察，研究区发育一组走向SE120°的正断层，断层两盘的底部砾石层顶界面有明显的错断。构成地垒构造；在IT6511、IT6610层位中的断层带中见明显阶梯状断裂，其以张性正断层为主，断距约为10～90cm。在靠近阶梯状断裂的IT6512、IT6613-6614层位中发现一系列地震成因的软沉积物变形标志及破裂构造，包括砂土液化(脉)、液化卷曲变形构造、负载构造、微断裂、地裂缝、震塌岩等。分析认为这些软沉积物变形标志及破裂构造是由同期地壳活动引起的地震作用形成的。金沙遗址区震积岩的发现，对研究四川盆地全新世以来的古环境有重要意义。

金沙遗址；震积岩；震积作用；软沉积物变形；破裂构造

地震是一种自然灾变现象，是地球内动力作用的表现，主要是由于区域性断裂构造活动、火山活动、崩塌陷落等一些诱发因素影响引起的[1]。震积岩是灾变性事件岩的典型代表，它不是一种岩石名称，而是具有震积构造和震积岩序列有一定成因联系的一组岩石的总称[2，3]。1969年，Seilacher首次提出震积岩术语并将地震作用改造未固结的水下沉积物形成的再沉积层定义为震积岩(seismite)[4]。随后许多学者进行了研究和完善，对震积岩有了更加深入的认识，包括软沉积物变形构造类型、形成机理和垂向序列、识别标志、研究方法及研究趋势等[5-18]。国内对震积岩的研究始于对北京十三陵地区中元古界雾迷山组碳酸盐岩地震-海啸序列的研究[19]。之后，我国地质学者对不同的地区、构造环境、岩性和时代地层中的震积岩及震积作用进行了系统的研究和描述，在包括震积岩典型的震积序列、震积岩的新类型及成因机制、现代地震的沉积物变形标志及同震构造、地震学与沉积学研究方法、古地震与区域构造的关系、古地震与火山活动的关系、古地震与能源矿产关系等方面取得了重要进展[20-38]。

本文在研究金沙遗址第四系全新统地层过程中，首次在IT6512、IT6613-6614的H2313层位中发现了软沉积物(沉积物未固结)变形构造及破裂构造，初步认为金沙遗址全新统地层具有地震作用形成的震积岩特证及震积现象。本研究对更加深入地了解四川盆地全新世以来的构造活动以及地震活动对古沉积环境的影响具有重要意义。

1　研究区地质概况

金沙遗址区位于成都平原东南边缘，处于成都市西二环路和西三环路之间的青羊区苏坡乡金沙村和金牛区黄忠村。研究区位于金沙遗址第Ⅰ区的“梅苑”祭祀区西北部[39]。根据放射性14C测年数据，金沙遗址的早期文化可以追溯到3830±40 aB.P.(据成都考古研究所提供40层树木14C测年数据，测试样品为木屑和竹片)，这一时期的文化发现在中部的暗色泥质层底部。

1.1地貌

金沙遗址除表面为一层厚约1～2m的近代扰乱土外，都是一套松散的第四系全新统河流冲积物。金沙遗址位于成都平原东南部，成都平原发育在成都地堑的基础上，由多个冲积扇所组成，自北而南依次是绵远河冲积扇、石江亭冲积扇、湔江冲积扇、岷江冲积扇、西河冲积扇、斜河冲积扇和南河冲积扇，共同组成了微具倾斜的复合冲积扇平原。在各个冲积扇之间及其边沿，有扇间河和扇缘河分布，水系构式十分复杂。

成都平原地势具有西北高、东南低的特点，源自龙门山及川西高原的岷江、沱江等多条河流的散流水系形成了宽广的成都平原。平原内部一般仅存I、II级阶地，III、IV、V级阶地主要分布在东西两侧边缘地带，形成高地或台地。I级阶地在平原区的拔河高度一般为2～3m，两侧为4～6m，为全新世。II级阶地拔河高度8～10m，主要地层为成都粘土及广汉层，覆盖成都平原的主要为成都粘土，为晚更新世晚期。广汉层主要分布于成都平原东侧。III级阶地拔河高度25～30m，称雅安粘土或雅安砾石层，为晚更新世。IV级阶地拔河高度70m左右，V级阶地拔河高度达90～110m，为中更新世末期。分布于平原周边的III级以上阶地都以基座阶地的形式出现，反映盆地周边的相对抬升。盆地内部老于II级阶地的沉积物由于沉降作用被埋于地下。

1.2地层

研究区出露的地层主要为第四系，探坑WT7908和IT8305地层发育完整，沉积序列分为3部分，自下而上为：下部为砾石层，偶夹中层粗砂(～4m以下，未见底)，中部暗色(含炭)泥质层(～4-2m)和上部浅褐黄色土壤层(<2m)，整体属河流冲积物。共记录36个层位(含H2313，L58，L27)，1～20层横向连续性完整，大部分探坑中发育良好；21～33层主要分布在遗址区的南部古地貌坡地，呈条带状分布；34层以下分布范围受到南部断裂控制，主要发育于遗址区的中部和北部。

1.3构造

金沙遗址处于成都盆地内，盆地的第四纪沉积主要受控于其西北侧龙门山断裂系和东南侧龙泉山断裂系的控制。其中，早更新世地层分布局限且受龙门山前缘北东走向冲断裂控制，中更新世以后地层受龙门山前断裂与龙泉山前断裂共同控制。

位于成都盆地东部金沙考古遗址的构造活动受控于盆地边界断层，发育了一组走向SE120°的正断层，断层两盘的底部砾石层顶界面有明显的错断，构成地垒构造。地堑的南侧断裂由于位于考古发掘区内，有良好的露头，其西部IT6511的断距为186cm(图1a)，IT6610断距为120cm(图1b)，东部IT7109断距减少为65cm(图1c)。地堑北侧断层位于摸底河边，由于未开展大面积发掘，仅有一条探沟切过断层，对断层的走势是通过地貌与构造组合的关系、沉积学分析推测得出的，其走向与摸底河及地堑南部断层相近，在探沟出露的断层切面上，砾石层顶面的垂直短距为50cm(图1d)。靠近断层附近的IT6512、IT6613-6614中发育明显的软沉积物变形构造及破裂构造。在IT6511、IT6610、IT7109中，断层中见明显阶梯状断裂(图1a、b、c)，其以一系列近平行正断层为主，断距约10～90cm，倾角较陡。

1.4沉积学记录

通过对金沙遗址的现场观测以及前人对沉积物粒度变化、色谱特征、磁化率曲线等研究分析，结合沉积和构造分析得出金沙遗址的沉积环境历经3个主要阶段：(1)约3830aB.P.以前为砾质冲积扇沉积环境，其特征为复成分粗砾石堆积，砾石直径为3～10cm，可见砾石最大直径达60cm。砾石层厚度约6m以上，砾石磨圆度较好而未见明显定向性，表明冲积扇河流堆积环境；(2)3830～3400aB.P.，为一套泥炭和河流沉积，早期发育丰富的植物碎屑、炭屑，代表了沼泽环境，沼泽泥炭沉积之上发育了河流、洪泛平原沉积，为一套浅灰色-黄色粉砂岩，局部发育河道沉积，该序列反映了沉降作用减弱到终止后沼泽淤塞被河流取代的过程；(3)3400aB.P.以来，环境为水上氧化环境，土壤化作用强烈，由多个古土壤堆积旋回构成，在下部夹有少量小规模不稳定泥炭沉积。

2　震积岩软沉积物变形标志

图1金沙遗址区地堑构造及边界断裂[40]

Fig.1Graben structures and boundary faults in the Jinsha site, Chengdu

目前，鉴别与描述的震积岩类型很多，但使用的专业术语不完全一致。国内外将同沉积断裂、阶梯状断层、碟状构造、负载构造(枕状构造、球-枕构造)、地裂缝、振动液化卷曲变形、砂土液化、与液化砂岩脉、震塌岩等共同作为震积岩的鉴别标志[4，8，19，24，32，]，其中，振动液化卷曲变形、砂土液化、负载构造和破裂构造是研究区震积作用及震积岩最明显的鉴别标志。作者根据现有分类方法，结合金沙遗址的软沉积物变形特征与构造变形标志，将该区内发现的震积岩鉴别标志分为软沉积物变形标志与破裂构造。研究区内发现的软沉积物变形标志包括砂土液化、振动液化卷曲变形构造、负载构造等。

2.1砂土液化(脉)

砂土液化(脉)是一种在砂土、泥岩互层沉积物中发育，并切穿围岩的不规则砂土岩脉，是软沉积物在地震液化泄水过程中充填上下沉积层所形成，呈液化构造[32]。研究区IT6613-6614中发育灰白色砂土液化(脉)规模大小不等，差别较大，界线清楚，形成极不平整的上下层面，界线部位可见揉皱现象(图2a、b、c、d)。砂土液化脉露头上观察一般宽1～10mm，最宽达50mm，长度一至几十厘米，可见砂土充填地裂缝、砂土脉被微断裂所切断(图2b、d)。剖面形态呈不规则弯曲，局部可见与层面近于平行。常与地震成因的振动液化卷曲变形构造相伴生。

2.2振动液化卷曲变形构造

振动液化卷曲变形构造发育于砂、泥等软沉积物薄互层中，砂泥互层发生以卷曲、弯曲、扭曲为主的变形作用卷曲限于层内部，上下岩层几乎不受影响，表现为一系列形态各异、褶皱轴面及枢纽方向不一致的微褶曲，相当于乔秀夫等所称的震褶岩[23]和杜远生所称的微褶皱纹理[24]，附近岩层无明显变形而区别于重力流形成的滑塌构造及构造顺层剪切褶曲。振动液化卷曲变形构造在研究区的IT6613-6614、IT6512中均有发育(图2a、b、c、d，图4c、d) ，以平缓褶皱为主，褶皱层内发育负载构造、砂土液化脉等一系列软沉积物液化变形特征。单个褶曲的厚度较小为0.2～2.5cm，褶曲程度高，轴面、枢纽不规则(图2a、c)。地震成因的卷曲变形与构造挤压、滑坡等运动成因的卷曲变形区别在于前者的褶曲形态及轴面是无规则的，而后者遵循一定的力学性质[32]。许多研究者曾对其“进行过描述，一致认为系地震产物，并在实验室成功地进行了模拟”[23]。

图2金沙遗址区全新统中软沉积物变形标志

a、b、c 、d均为IT6613-6614中的砂、泥互层的软沉积物变形以及伴随的破裂构造.①砂土液化(脉)；②液化卷曲卷曲变形(层)；③微断裂；④负载构造；⑤地裂缝；⑥泥砾、炭屑、植物碎片

Fig.2Deformational structures of the Holocene soft sediments in the Jinsha site, Chengdu

2.3负载构造

该区的负载构造极为发育，是最明显的震积构造。乔秀夫等前人认为负载构造是地震作用过程中，发生液化作用的未固结沉积物层在上下层沉积物密度差差异下，上覆较重的沉积物层发生负荷下陷而形成的，较粗的砂石层在负荷作用下会在砂层底部形成负载构造[41]。本次野外系统观察，研究区IT6613-6614、IT6512中发育负载构造(图2b、图4a、b)，构造规模几十厘米不等，构造特征明显，形态完整。

重荷模是由于液化砂层在地震作用下落入于未固结的塑形软泥层中形成，同时软泥层被砂层负载体下陷挤压以火焰状向上穿插到上覆的砂层中，形成火焰状构造(图4a、b)。砂层负载体中含泥砾、炭屑及少量植物碎片。

在地震振动作用下，形成液化砂层负载体脱离母岩完全落入下伏泥质层形成球体或椭球体，即球-枕构造(图2b)。该区球-枕构造直径多为2～5cm，最大可达8cm以上，多呈椭球形、圆形、“口袋”状、不规则状，是砂层负载体在下沉过程中受到泥质层等软沉积物浮力阻挠所致。

负载构造的形成演化如图3所示，下伏为软的低密度粉砂粘土，与上覆高密度的砂层受到震积作用以后，随着液化梯度的不同，形成各种负载构造如，重荷模与火焰状构造、球-枕构造。Moretti等研究表明[42]，负载体大小除取决于软沉积物原始厚度外，主要取决于地震强度，并认为大于1.0cm规模的负载构造为地震诱发形成。

3　震积岩破裂构造标志

研究区的未固结沉积物正处于成岩阶段，并且未受后期成岩作用和构造运动改造，所以震积作用形成的破裂构造保存完整，容易识别。

3.1微断裂

图3负载构造的形成演化示意图[38]

Fig.3Schematic illustration of the formation and evolution of load structures

研究区IT6613-6614中发育层内微断裂(图2b)，是震积作用形成的一系列小型正断层，可形成小型地堑发育(图2d)。一般仅分布在岩层中较薄的范围内，不切层、不具共轭性，与后期构造形成的断裂的主要区别在于此。断距一般为1～6mm，倾角较陡，多大于60°。成因为地震引起液化作用停止后，沉积物重新压实使体积变小，导致沉积物表面差异性下沉而形成的[42]。

3.2地裂缝

地裂缝为原地沉积物在地震作用过程中发生破裂而形成的一系列裂缝，多发育于砂、泥互层中，剖面呈楔形，产状垂直于层面，偶见平行层面。研究区IT6613-6614中地裂缝较发育，分为两部分，一部分为上部约宽0.5～1cm，向下尖灭，裂缝深度约2.0cm，呈“V”字型，被上覆砂、泥质沉积物充填(图2b)；另一部分由于研究区的地层较新，后期受地层压实作用影响较小，故地裂缝未被充填，裂隙较大，清晰可见(图2b)。

3.3震塌岩

震塌岩是指由地震成因的不协调岩块组成的岩石，相当于Spallctta等提出的自碎屑角砾岩，是地震振动破坏原沉积层形成的初始断裂角砾岩[8，23]。通过对研究区野外系统观察，认为研究区的震塌岩系经震积作用将各类岩性、炭屑、泥砾、植物碎片等固结沉积物混杂的堆积，并伴随着一系列复杂的小型“褶皱和断裂”，同时发生振动液化作用。其因是研究区的沉积物处于成岩阶段。研究区的震塌岩分布于IT6512、IT6613-6614中(图2a、d，图4b、c、d)，其特征是塑性纹层状泥岩强烈变形弯曲，粉砂质泥岩破碎呈砾状，强烈地破裂，甚至角裂，磨圆较差，分选极差，与围岩界线清晰，无定向性，约0.2～2.5cm，可见较大者约4cm。部分角砾边缘因液化而变圆滑(图4c，d)，相邻泥砾、炭屑等可以拼接到一起，可见炭屑、植物碎块杂乱无章的分布。震塌岩呈层性较差，厚度变化无规律性，底部与下伏泥质层形成负载构造。

研究区的微断裂、地裂缝、震塌岩等与振动液化卷曲变形、砂土液化(脉)、负载构造等软沉积物变形构造共生，进一步证明前述的软沉积物变形构造为地震成因，表明该区全新世时期发生过地震活动。

4　震积岩的地质意义

地震事件是地壳运动的一种特殊且直观的表现形式，表现为地壳快速而剧烈的颤动，主要由断裂构造活动、火山活动、崩塌陷落及一些诱发因素影响引起[1，24，42]。与其它地史时期的事件沉积一样，在单一研究区很难见到完整的震积岩的识别标志，这与研究区距震源的距离、地震扰动层发育程度、地震强度、岩石抗震性能以及所处构造位置等有关。

从研究区的断层走向、断层性质及其对盆地沉积的影响特征上看，金沙地堑与第四纪成都盆地的宏观构造-沉积特征相近：盆地内部坳陷主要受北东方向断层控制，同时也发育南东方向次级断层，构成了拗陷北西和南西两侧为活动构造控制的特征。在金沙遗址并未发现北东方向的断层，走向南东方向断层表现出由西北到东南断距递减的特征，地堑的西南侧断距大、东北侧断距小的不对称样式，其特征与盆地西部拗陷特征相似。对于金沙遗址西侧是否存在北东走向断裂虽然没有直接证据，但从沉积学和区域构造上分析应该存在，其证据为(1)在地堑内沉积的暗色泥炭在IT6513和IT6613中见由西向东分布的砾石层，砾石为直径大于10cm的卵圆形石英质砾石，砾石间为暗色泥炭充填，砾石层厚度由西向东减薄，而在金沙遗址内发育砾石的层位都在泥炭层之下。砾石的沉积特征说明其是近源再沉积产物，来源方向应该在西侧，断层活动形成的古地势高差是砾石向东搬运的能量来源；(2)在区域上，金沙遗址北侧存在着北北东方向的断层活动，依据控制的沉积物时代分析，其活动时间可推至中更新世，这一断裂的规模几乎贯穿成都盆地的东部，金沙遗址西侧的断裂可能与其在全新世的活动有关；(3)在研究区IT6613-6614、IT6512中的H2313层发现明显的震积岩软沉积物变形及破裂构造特征，进一步为金沙遗址西侧存在北东走向断裂提供了有利的证据，更加确定金沙遗址构造活动受控于盆地边界断层的发育并与地震活动有关。

图4金沙遗址区全新统中负载构造及震塌岩特征

(a、b均为IT6613-6614中负载构造伴随着震塌岩，红色虚线为负载构造的界线，c、d均为 IT6512中的震塌岩)

Fig.4Holocene load structures and seismites in the Jinsha site, Chengdu

5　结论

(1)在金沙遗址区首次发现全新统震积岩层。

(2)金沙遗址全新统的震积岩识别标志包括砂土液化(脉)、液化卷曲变形构造、负载构造、微断裂、地裂缝、震塌岩。震积岩主要发育在IT6613-6614、IT6512中的H2313层位，是河流相地层中保留下来的古地震活动的原始记录。

(3)成都平原早更新世地层分布局限且受龙门山前缘北东走向冲断裂控制，中更新世以后地层受控于龙门山前断裂与龙泉山前断裂共同控制。全新世时期，龙门山前断裂与龙泉山前断裂的活动伴随着地震活动及震积岩的发育。

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Discovery and geological significance of the Holocene seismites in the Jinsha site in Chengdu, Sichuan

HE Bi1， ZHU Li-dong1， YANG Wen-guang1， FU Shun1， ZHANG Qing2， TAO Gang1， LI Chao1， LI Du-wen3， TIAN Guang-long1， XIE Long1

(1.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China; 2.ChengduInstituteofArchaeology,Chengdu610059,Sichuan,China; 3.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China)

The seismites are interpreted as a typical representative of catastrophic event deposits, and a general term for a group of genetically related rocks with the structures and sequences of the seismites. The seismites and seismic deposition are recognized for the first time in the Holocene strata in the Jinsha site, Chengdu, Sichuan. These strata are assigned to the alluvial deposits, and display gravel layers at the base, dark (carbonaceous) argillaceous layers (shale layers) in the middle part, and brown yellow soil layers in the upper part. There occurs a series of SE-trending normal faults on both sides of which well-defined faults at the top interface of the basal gravel layers constitute the horst structures. In the IT6511 and IT6610 horizons, there occur stepped faults composed of extensional normal faults with the slips of faults from 10 to 90 cm. In the IT6512, IT6613 and IT6614 horizons, there are many deformational indicators and fracture structures in the soft sediments such as sand liquefied veins, liquefied convolute deformational structures, load structures, microfaults, microfractures, and seismites. The above-mentioned soft sediment deformational structures and fracture structures are believed to be caused by the crustal movement-induced earthquakes. The discovery of the seismites in the Jinsha site in Chengdu is of great value for the approaches to the palaeoenvironments of the Sichuan Basin from the Holocene onwards.

Jinsha site; seismite; seismic deposition; soft sediment deformation; fracture structure

1009-3850(2016)01-0062-08

2015-04-30； 改回日期： 2015-05-04

何碧(1990-)，男，硕士生，地层与古生物学专业。E-mail：hebidzxgsw@163.com

国家十五科技攻关项目(2004BA810B05)

P539.1

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