地质科技情报CEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION2000　Vol.19 No.1P.19-22

论海啸作用与海啸岩

杜远生　韩欣

摘　要：海啸(或称津浪，tsunami)是海底地震(海震)、火山爆发等因素引发的巨浪。海啸可以在海底形成特殊的事件沉积——海啸岩。海啸岩主要由具丘状层理、平行层理、块状层理及交错层理的粗碎屑岩或碎屑灰岩组成，它们与触发海啸的地震、火山形成的震积岩、火山岩紧密共生。根据云南滇中地区中元古代昆阳群大龙口组的观测研究，认为大龙口组中存在典型的震积岩(包括震裂岩、震褶岩、自碎屑角砾岩)。与之共生的具丘状层理、平行层理的内碎屑副角砾岩、含砾砂屑灰岩为海啸岩成因，它们组成典型的震积岩—海啸岩序列。
关键词：海啸；海啸岩；地震；震积岩；事件沉积
分类号：P539.6　文献标识码：A
文章编号：1000-7849(2000)01-0019-04

TSUNAMI AND TSUNAMITES

1　海　啸

　　海啸是由于海底突发事件(海底地震即海震及火山爆发、滑坡或塌陷)所激起的巨浪，这些巨浪引起海水激荡上涌，形成惊涛骇浪，咆哮声如虎啸，故称海啸。日本人称海啸为津浪(tsunami)。据史书《闽杂记》记载：“近海常闻海啸，其声或大或小，乍远乍近，若断若续，逾二、三时即止。大则汹涌澎湃，虽十万大军未足拟也；久或逾半月，日夜罔间，暂也四五日方止。”海啸可怕并不仅仅在于其吼声，主要在于巨浪冲刷海岸，给沿海人民造成生命财产损失^［1］。
　　海啸是一种界于潮波和涌浪之间的重力长波。海啸传播周期一般为2～400 min，传播速度v=(g^．h)^1/2(g为重力加速度，h为海底深度)。海啸波长L=v^.T(v为海啸传播速度，T为周期)。当海底深度为4 km时，其传播速度可达713 km/h。1975年11月29日夏威夷海啸的传播速度达800 km/h。海啸波长一般达几十到几百公里，波高可高达20 m以上(如1933年3月2日日本本州海啸)。1960年5月23日，智利沿海发生8.9级强烈地震，地震引起的海啸穿过太平洋在夏威夷的希洛湾推起超过10 m高的水墙，将海岸各种建筑物荡涤一空，把护岸的约10 t重的玄武岩岩块抛至100 m以外的地方。横跨怀卢库河的钢质铁路桥也被海啸推离桥墩200 m。之后，海啸又传至日本东海岸，浪高仍有6.5 m，将沿海停泊的船舶推抛到海岸上，造成了巨大的经济损失。
　　海啸的诱发因素主要是海底地震、海底火山爆发、海底滑坡或塌陷。海底核爆炸也可引起人工海啸。我国古代文献《闽杂记》记录的海啸部分是属于风暴(台风)引发的，而现代海洋学和沉积学一般不把风暴浪列入海啸。现代海洋灾害研究表明，不是所有的海底地震、火山爆发、滑坡或塌陷都能引发破坏性海啸，只有海底出现剧烈变形才能引发海啸。如破坏性地震海啸只有在地震出现垂直断层、里氏震级达6.5级以上时才能引发。因此，地震海啸主要由浅源地震(震中深度0～70 km)，尤其是地壳浅部的地震引发。海底地震、火山爆发和大规模海底滑坡或塌陷主要发生于活动的构造背景下。现代地震和火山爆发主要分布于环太平洋活动大陆边缘带、阿尔卑斯—喜马拉雅—印尼大陆碰撞带、大洋中脊(中央裂谷)带和大陆裂谷带(如东非裂谷、红海—亚丁湾、死海裂谷等)。对世界上有记录的2 400次海啸^［1］的分析表明，世界上每约10年发生一次较大的海啸。绝大多数海啸是由地震活动触发的，而且主要分布于太平洋地区。个别发生于印度洋、地中海等地，如1945年12月28日卡拉奇以西288 km附近海底地震触发的海啸，该海啸在阿拉伯海岸浪高达12～15 m，造成极大灾害。由火山爆发引起的海啸记录仅有一次，即1883年印尼巽他海峡喀拉喀托火山爆发引起的海啸，该海啸最高浪高达30 m以上，附近海岸遭到毁灭性破坏。海啸到达非洲、澳洲海岸时，浪高仍有2 m。其它火山，如环太平洋火山活动形成的海啸规模较小，不具有很大的破坏性。海底滑坡和塌陷仅引起局部海水骚动，从未引起大的海啸。依据将今论古原则，地史时期的古海啸也应形成于类似的活动构造背景下。
　　现代海啸的毁坏主要影响于沿海地区和岛屿(如夏威夷地区自1895年以来有记录的海啸约30次，海啸主要来自于太平洋东西海沟的地震)。我国东部地处沿海，曾经有过26次海啸记录^［2］。由于太平洋西部岛弧的屏蔽作用，加上我国大陆有广阔的浅海大陆架消耗海啸的能量，我国大陆受海啸的危害不大，海啸危害主要影响台湾等外海岛屿。地史时期，我国幅员辽阔，构造背景复杂多变。因此在古海洋裂谷盆地和初始洋盆、活动大陆边缘盆地和大洋盆地、残余盆地等构造背景海啸存在的可能性很大。通过沉积记录中海啸沉积(海啸岩)的识别可以帮助认识古海啸作用的存在。

2　海啸沉积作用和海啸岩

　　对海啸沉积作用和海啸岩的研究，远远不及对风暴、地震、浊流等其它海洋事件沉积的研究。虽然海啸的破坏性巨大，但其发生的频率较低。人们可以通过验潮仪观测海啸和进行海啸预报，但观测海啸对沉积物的影响未能引起人们的足够重视。因此，人们对海啸沉积作用的认识还很局限。近年来，一些学者通过对地震、火山的研究对与地震、火山共生的海啸沉积有了一些新的认识，笔者着重对这些海啸沉积予以简述。
　　从理论上讲，海啸是一种海底突发性高能事件。由于其波长长(可达几十公里到几百公里)、浪高也大(可达20余米)，传播速度快(可达800 km/h，即222 m/s)，且引发自海洋底部任何深度。因此，海啸沉积作用可以发生在海底任何深度、任何部位。由于海啸的能量远远高于正常波浪、潮汐和洋流，也高于风暴浪，所以它可以形成更粗的碎屑或内碎屑沉积。由于它属于牵引流而不属于重力流，故可以与碎屑流、浊流及风暴重力流沉积区分。如果海啸沉积与其触发因素(地震、火山、)造成的沉积共生，海啸沉积是容易识别的。如果海啸沉积单独出现，识别起来可能存在一定难度。
　　国内外对海啸沉积作用和海啸岩的了解都很少，所识别出的海啸岩更是寥寥无几。Kastens等^［3］论述了地中海海啸引起的沉积物搬运过程。国内对海啸岩的最早报道见于宋天锐^［4］对北京十三陵雾迷山组震积岩—海啸岩沉积序列的报道。海啸岩发育于震积岩之上，由具丘状交错层理的碎屑灰岩组成。乔秀夫等^［5］报道了辽东和鲁中地区震旦系的震积岩—海啸岩—震浊积岩序列。乔秀夫描述的海啸岩主要由具丘状层理的碎屑岩组成，并将丘状层理划分为5种类型。丘状层理的纹层倾角较小，一般小于10°，个别达12°～15°。波长(L)与波高(H)比值较大，一般L/H大于9，个别为4，反映以平缓丘体为多。丘状层内部可以具递变层理，也有不具递变层理者，有具交错纹层者，也有不具交错纹层者。
　　尽管火山爆发和海底滑坡或塌陷也能引发海啸，但对与火山事件和滑坡或塌陷事件共生的海啸岩报道很少。龚一鸣等^［6］报道了新疆北部泥盆纪的火山喷发海啸岩。该海啸岩为“块状杂砾岩，最大砾径达40 cm，大小混杂、分选差。碎屑成分复杂，有火山碎屑、花岗岩、骨屑灰岩、群体珊瑚，碎屑次圆状至角状”。该海啸岩与下伏沉凝灰岩、凝灰岩等火山岩地层呈冲刷接触，冲刷面有较大起伏。龚一鸣等从沉积特征、空间关系并结合区域地质背景，认为该碎屑岩为火山喷发海啸岩沉积。
　　已有的研究表明，含丘状层理的粗碎屑岩或碎屑灰岩是海啸岩的主要鉴别标志。需要说明的是，丘状交错层理是风暴岩的重要标志。风暴岩成因的丘状交错层理与上述海啸成因的丘状层理具有类似的特征。但风暴岩成因的丘状交错层理与风暴成因的碎屑岩或碎屑灰岩共生，而海啸岩成因的丘状层理与震积岩或火山岩共生。

3　滇中地区中元古代大龙口组与震积岩共生的海啸岩

图1　大龙口组震积岩中的震裂岩(A，内具molar tooth 构造)和海啸岩(B)
Fig.1　Seismic corrugated rock with molar tooth structure
(A)and tsunamite (B)in Dalongkou Formation

图2　大龙口组震积岩—海啸岩沉积序列
Fig.2　Sedimentary sequences of seismite and tsunamite in Dalongkou Formation
A₁.震裂岩(内含泥晶脉)；A₂.震褶岩；A₃.自碎屑角砾岩；B.海啸岩；C.背景沉积(泥晶灰岩)

4　讨　论

　　海啸作为一种异常的沉积事件，虽然其发生频率不高，但从地质历史的尺度看海啸岩的发育几率还是比较高的。在云南易门等地大龙口组约500 m厚的地层中，发育数十个震积岩旋回和十余层海啸岩。因此，对地史时期海相震积岩、火山岩进行深入研究，可能会有更多的发现。对震积岩、海啸岩等海相事件沉积的研究，不仅可以加深对事件沉积的认识，而且对恢复沉积盆地的构造性质和演化历史也有重要意义。

编辑：曲梅兰

基金项目：国家科技部攀登（附加）SSER项目成果
作者简介：杜远生，男，1958年1月生，教授，主要从事地层学、沉积学方面的教学和科研工作
作者单位：杜远生（中国地质大学，湖北 武汉，430074）
　　　　　韩欣（中国地质大学，湖北 武汉，430074）

参考文献：

［1］李善邦.中国地震［M］.北京：地震出版社，1981.40－50
［2］吕炳全，孙志国.海洋环境与地质［M］.上海：同济大学出版社，1997.185－191
［3］Kastens K M，Cita M B.Tsunami-induced sediment transports in the abyssal Mediterranean Sea［J］.Geol.Soc.Am. Bull.,1981,92:845－847
［4］宋天锐.北京十三陵前寒武纪碳酸盐岩地层中的一套可能的地震—海啸序列［J］.科学通报，1988，(8)：609－611
［5］乔秀夫，宋天锐，高林志等.碳酸盐岩振动液化地震序列［J］.地质学报，1994，68(1)：16－32
［6］龚一鸣，刘本培.新疆北部泥盆纪火山沉积岩系的板块沉积学研究［M］.武汉：中国地质大学出版社，1993.62－63
［7］吴懋德，段锦荪.云南昆阳群地质［M］.昆明：云南科技出版社，1990.1－59
［8］杜远生，张传恒，韩欣.滇中地区中元古代大龙口组震积岩的新发现［J］.地球科学——中国地质大学学报，1999，24(增刊)：28
［9］Fairchild I J,Einsele G,Song T.Possible seismic origin of molar tooth structures Mesoeproterozoic carbonate ramp deposits,north China［J］.Sedimentology,1997,44:611－630