《古地震学(第二版)》出版发行

   2020-12-02 矿业在线3980
核心提示:图 书 简 介古地震研究是地震危险性研究的重要组成部分,全球核电工程场址、大型水坝坝址、废弃物存放场址、其他生命线工程及重要工程选址等,都需要强制开展候选场址区及周边的古地震(历史地震)研究。本书系统总结了古地震学20世纪60

图 书 简 介

古地震研究是地震危险性研究的重要组成部分,全球核电工程场址、大型水坝坝址、废弃物存放场址、其他生命线工程及重要工程选址等,都需要强制开展候选场址区及周边的古地震(历史地震)研究。本书系统总结了古地震学20世纪60年代到2009年期间的最新研究进展,包含学术期刊已发表的大量具有广泛代表性的第一手资料。针对全球不同构造环境,从陆上、水下,伸展、挤压、走滑和火山等不同构造类型区,分别介绍古地震具体研究方法,本书特别强调具有可操作性的野外资料获取方法。本书对所选的典型古地震野外资料均按照断层分段和地震复发周期等理论开展古地震(历史地震)事件解释。本书还详细介绍古地震研究结果如何应用到地震危险性评价工作中。

本书可作为地质学、活动构造学、地震地质学本科生和研究生的选修书目,也可供研究活动构造及地震地质方面的科研人员使用。

封面照片为中国东部郯庐断裂带依兰附近断层陡坎无人机照片,插图为沿断层陡坎开挖的探槽剖面,揭示断层面出露至地表,显示多次古地震(历史地震)事件。

前 言

前 言(一)

为了反映1996—2009年期间全球古地震研究的最新进展,本书是在1996年《古地震学》(第一版)的基础上进行大幅修订和扩充后的第二版,作者团队对之前的章节进行了内容扩充、更新,从而形成更完整、具有全球视野和更成熟的现章节内容。

另一方面,本书内容的更新也是与全球能源危机的大背景下对古地震研究的新需求相适应,因为全球范围内所有的能源项目,例如发电厂选址、水库大坝坝址确定、管线和废物处理场址选址(包含核废料处理)等,都需要借助古地震方法开展地震危险性评价(Seismic Hazard Assessments,SHA),确定这些候选场址的地震安全性。

本书撰写得益于全球数字革命,包括:地表作用过程的成像观测技术(“地理信息科学(Geoinformatics)”;Sinha,2005;Vita-Finzi,2002),数据处理和建模技术等。古地震学家现在坐在办公室,就可以利用GIS软件快速处理全球空间数据库,利用投影坐标系将它们与野外资料进行整合,可以对数据进行2D和3D可视化展示和开展计算机模拟,而这些在1996年之前是难以想象的。数字化方法在古地震学的各个方面均有应用,其中,水下古地震学研究尤其受到这场数字革命的影响,为此,我们邀请俄勒冈州立大学的Chris Goldfinger教授就相关问题在第3章中做系统介绍。

本书继续强调古地震研究结果(包括:位错量、震级、复发间隔、滑动速率等)在地震危险性评价工作中的重要性,无论是使用确定性方法还是概率性方法(第10章),这也是各个国家、美国各州和地方法律所要求的内容。这部分内容包括:①不同类型的近地表断裂活动的地震危险性评价(例如,美国加利福尼亚州阿尔屈斯特-普里洛(Alquist-Priolo)的研究结果)及减灾效果;②介绍SHA工作中确定性和概率性方法的逻辑树中,如何有效引入古地震研究结果。

为强调断裂活动的几何展布和活动习性,每个地震复发周期内的地震变形历史、位错量和复发间隔的统计特征等,对第4章、第6章和第7章做了格式统一,突出不同断层类型的古地震研究方法的系统性。

James P.McCalpin

2009年5月写于美国科罗拉多州克雷斯顿

前 言(二)

本书是根据《Paleoseismology》(2nd Edition)翻译而成的简体中文版。本书第一版于1996年出版,第二版修订于2008年,2009年正式出版,至今年已经过去11年。随着新技术的发展和研究的深入,在过去的这些年里,本书所使用的一些资料和提法已经与最新的进展有区别。在此需要做一交代,相关的说明如下:

通常情况下,可以通过水下连续沉积的沉积序列,得到精确的变形发生时间,在这方面,水下古地震研究要比陆上事件年代限定方面更精确些。

第4章、第6章和第7章分别介绍正断层、逆冲断层/俯冲带、走滑断裂带的典型古地震现象及研究方法。尽管各章节使用的野外案例均完成于2009年前,且这些古地震事件均发生在北美洲,但是,这些常用的古地震研究方法仍适用于全球任何地方。在这些章节里,我们均强调需要深入了解探槽开挖点的局部地貌特点、第四纪地层沉积序列和古土壤发育情况。近些年有关古地震方面的研究论文,已经开始过于依赖大量地层样品的测年结果,及使用贝叶斯方法对测年结果的处理分析,限定古地震(历史地震)的发生时间,忽略第四纪地层和古土壤的沉积序列的年代学意义。这种严重依赖大量数值测年结果的研究理念实际是错误的。数值测年结果会因为很多种原因,导致其年龄结果并不能代表所在地层的真实年龄。因此,如果在研究中发现,数值测年结果与地层及古土壤的相对沉积年龄出现相互矛盾的情况下,可以根据地层的沉积序列年龄对这些不可靠的数值测年结果进行剔除。

第5章(火山古地震)、第8章(沙土液化变形)和第9章(地震滑坡)的主体内容完成于1995年,在2009年第二版时仅做了少量修改。因此,这3章的大部分内容可能已经过时,且选取的研究案例多位于北美洲。这里需要指出,火山古地震目前仍然是一个值得深入研究的领域,至于火山与构造相互作用等更广泛的研究内容更是如此。在第8章中,我们选择的案例多是美国比较常见的液化现象,即砂层分选较好,且上覆隔水层(如洪泛区的泥浆或胶结较好的古土壤层等)。在全球其他地区,很可能会出现与前者完全不同的液化变形现象。松软沉积物的变形成因(是地震还是非地震成因)在本书中虽有讨论,但并未彻底解决,即使到2020年这个问题仍然没有确信的结论。之前在冰川(或冰缘)地区发现的松软沉积物变形现象被解释为地震成因,就需要谨慎对待,因为应力加载与卸载和低温力等作用也会产生相似的变形现象。在第9章里作者认为,仅仅凭借滑坡的地貌形态,并不能很容易地将地震触发滑坡与其他非地震滑坡相区别。

如果能够证明没有地震加速度存在就不可能发生滑坡,那么确认是否是地震滑坡的最直接的方法就是开展斜坡动态稳定性分析。但是,目前常用的2D极限平衡稳定性分析方法的精确度还远远不够。

第10章(古地震资料在地震安全性评价中的应用)介绍了地震安全性评价中的传统方法(确定性方法和概率方法),但是并没有介绍近些年才出现的综合方法(包括新的确定性方法、蒙特卡洛模拟方法、危险性一致的概率方法等)。本章完成于1995年,当时学术界普遍接受的是基于“特征地震”的地震断层活动模式,这种特征地震可以导致几何分段的各断层段全部发生破裂。直到2009年,已经有证据表明,大地震并非总是遵循特征地震复发模型和分段活动模型。从2009年至今,有更多的证据表明并非所有特大地震均遵循特征地震复发模型,但是学术界还缺乏对其成因做出完整的解释,即为什么某些断层上的强震活动并不遵循这一模型,或者说只在某些阶段才遵循。关于这一问题,需要现在和将来的古地震学家在收集更多的野外资料的基础上来回答。另外有关断层位错危险性分析,早期的地表破裂数据库的构建对断层数据的描述过于笼统和粗略,在此基础上构建的经验危险性模型也过于简单。随着现阶段LiDAR和D-InSAR数据的广泛使用,我们现在已经知道地震地表变形的复杂程度,要比我们之前了解的复杂得多、变形的类型也更多样。

在过去的十多年里,从事古地震学研究的专业人员所研究的方向变得越来越专门化,每个人的具体研究领域变得狭窄而单一。尽管这种趋势对科学研究的深入来说是正确和可行的,但是,请记住,推动科学出现巨大进步的往往是那些具有多面手的通才科学家。例如,来自西方的莱昂纳多·达·芬奇先生(Leonardoda Vinci)(公元1452—1519年)和来自东方的张衡先生(公元78—139年)。张衡不仅作为地震学家发明了地震仪,他同时还是一位天文学家、数学家、水利工程师、发明家、地理学家、地图学家、民族学家、艺术家、诗人、哲学家、政治家和文学家。

他的发明并非因为他是以专攻地震研究的专家,而是因为他具有更宽阔的视野和具有不落窠臼的创新性思维。这里可以引用张衡先生近2000年前所写的一首诗《归田赋》(作于他去世前一年的公元138年)来很好地说明这一点:

游都邑以永久,无明略以佐时。

徒临川以羡鱼,俟河清乎未期。

感蔡子之慷慨,从唐生以决疑。

谅天道之微昧,追渔父以同嬉。

超埃尘以遐逝,与世事乎长辞。

于是仲春令月,时和气清;原隰郁茂,百草滋荣。

王雎鼓翼,鸧鹒哀鸣;交颈颉颃,关关嘤嘤。

于焉逍遥,聊以娱情。

尔乃龙吟方泽,虎啸山丘。

仰飞纤缴,俯钓长流。

触矢而毙,贪饵吞钩。

落云间之逸禽,悬渊沉之鲨鰡。

于时曜灵俄景,系以望舒。

极般游之至乐,虽日夕而忘劬。

感老氏之遗诫,将回驾乎蓬庐。        

弹五弦之妙指,咏周孔之图书。

挥翰墨以奋藻,陈三皇之轨模。

苟纵心于物外,安知荣辱之所如。

James P.McCalpin

2020年1月写于美国科罗拉多州克雷斯顿

序 言

序(一)

古地震是指保存在地质记录中的史前和历史没有明确记录的地震事件。古地震学则是揭露和研究地质记录中保存的过去地震事件的一门学科。它的优势在于能在很大程度上弥补仪器和历史地震记录的短暂性和局限性,使我们能够在几个地震重复周期的时间段上认识断裂的长期活动习性和估计未来地震发生的危险性。因此,在防震减灾的系统科学中,古地震学是不可缺少的重要分支。

古地震学启蒙于19世纪晚期,现代古地震学则形成于20世纪70年代末。20世纪晚期以来古地震学的发展有了长足的进展,有大量的古地震研究方法和研究案例通过科学论文的方式发表,但作为一本专著,能够系统地介绍古地震学原理、学科发展历史及其与地球科学其他分支学科关系,针对不同自然环境和构造样式有不同的研究方法,如陆地开展古地震研究的野外工作方法,水下开展古地震学研究的方法,在伸展构造、火山构造、挤压构造和走滑构造条件下古地震研究中常用的研究方法,沙土液化、滑坡等现象与大地震的关系,以及大地震复发行为模型在地震危险性评价中的应用等,由美国著名古地震学家James P.McCalpin教授主编的这本《古地震学》至今还是唯一。

我国的古地震研究开始于20世纪中晚期,随后一直紧随国际相关研究的进步而发展,经历了从定性(主要关注沙土液化等间接古地震现象)到定量(注重揭露活动断裂上的古地震事件与大地震复发间隔研究)再到精细化(强调运用新的思路与技术,减低古地震研究的不确定性,使古地震资料能够真实揭露大地震复发的特征)的发展,在我国中长期地震预测,包括地震区划在内的震害防御,以及应急求援部署中发挥了实实在在的作用(冉勇康、邓起东,1999)。

近年来,我国古地震研究成果丰富,部分成果水平很高,但是全国范围内古地震研究队伍良莠不齐,我国现在和在未来一段时间内广泛开展的活动断层探测和灾害风险排查任务,需要一代又一代的活动构造与古地震研究人才更是迫切的需求。《古地震学》(第二版)是一本系统介绍古地震研究理论、典型案例和成果应用的专著,它的中文版,无论是对我国相关人才的培养,还是从业人员水平的提高,都是不可或缺的重磅参考资料。

本书的研究案例大部分引自北美,我在积极推荐这本巨著的同时,建议读者不仅仅学习其中的研究思路、研究方法,更要认真领会科学工作者认真严谨和实事求是的科学精神,结合我国自然环境和构造样式多样化的特点,因地制宜地探索和推进活动构造和古地震研究的深入发展,更好地服务于防震减灾事业。

中国地震局地质研究所

冉勇康研究员

2020年10月于北京

序(二)

由美国著名古地震学家JamesP.McCalpin教授主编的《古地震学》(第二版)中文版即将由地质出版社推出,笔者就该书的主要特点及学术价值向国内读者做简要介绍,并简要评述国内古地震学研究现状,方便有兴趣的地质专业高等院校的师生阅读时参考。

古地震学属于活动构造学的分支学科,最早可溯源到19世纪末期,在20世纪上半期处于方法学探索阶段,直到20世纪70年代末期在美国圣安德烈斯断裂带上,大型探槽的精细研究和高精度放射性碳测年技术的应用,让这门分支学科逐步成熟和完善起来。在美国古地震研究的引领下,自20世纪80年代开始,包括中国在内的各国活动构造学者开展了大量的古地震基础研究工作,在促进区域地震地质学研究和地震安全性评价工作的同时,也从技术和方法方面积累了大量成功经验,深化了古地震学的科学内涵,并在国际岩石圈委员会下设立了古地震工作组,专门负责组织古地震学国际交流。自《古地震学》(第一版)出版以来的20多年间,新技术、新方法不断涌现,为古地震学科的研究提供了更多方法学选择。在此期间,全球范围内发生了多次具有教科书意义的板间和板内强震,通过震后强震破裂特性研究,又进一步促进了古地震学科的快速发展。正如本书强调的,地球系统科学在数字革命的浪潮中获得长足进步,地球科学家(包括古地震学家)通过诸如无人机(UAV)摄影测量、LiDAR-DEM、InSAR等高分辨率遥感技术的应用,获得了开创性研究成果,这些技术方法可在全球范围内广泛推广,可以进一步估计古地震事件的震级大小或位错量,构建具有物理意义的大地震复发模型,促进古地震学发展。

尽管《古地震学》(第二版)英文版出版至今已有十年时间,但对地质研究来说,不过白驹过隙。但是就在这么短的时间内,古地震学的研究方法已经又涌现很多新的思路、方法和技术,我们所处的时代是数字革命推动地球科学各学科快速发展的新阶段,古地震学当然也不例外。《古地震学》(第二版)值得国内从事古地震学、活动构造、地震地质研究的学者作为手边书使用。笔者已经看到中国不同年龄段的地震地质学者在各自的研究过程中不同程度地参考了本书第一版和第二版内容。相信中文版的出版将为我国有志于从事地震地质、活动构造、新构造研究的研究生和年轻学者提供快速入门的经典参考书。

我国大陆地区古地震学研究最早可追溯至1920年海原Ms8.5级地震后不久,我国学者开展震后科学考察。1949年中华人民共和国成立后至1960年代期间,因城市建设、生命线工程、重要工业设施选址等需要,开展了大量历史地震调查和考证工作,通过历史资料整理,了解到我国历史强震的记载可以追溯到距今3000多年前,但尚未涉足史前古地震的研究。1978年改革开放以来,通过中美间地震科学研究的交流和合作,以丁国瑜院士和邓起东院士为代表的活动构造研究者,独具慧眼地引进了古地震探测技术和构造地貌分析技术,扎实推进了富蕴断裂、海原断裂、贺兰山东麓断裂、红河断裂等的古地震研究。1980年中国地震学会地震地质专业委员会成立不久,即在银川专门召开中国活动断裂与古地震学术讨论会,并于1982年出版《中国活动断裂》(地震出版社)论文集,这是中国大陆地区古地震研究具有里程碑意义的一次学术事件,开创性地发展了古地震学这门新兴学科,介绍了我国学者在海原断裂、阿尔金断裂、鲜水河-小江断裂、秦岭北缘断裂等主要断层上的最新研究成果。同时,1981年在西安召开“中国史前地震学术讨论会”,会后于1982年出版《史前地震与第四纪地质文集》(陕西科学技术出版社),介绍了国内史前地震及古地震研究的新进展。目前,古地震研究已成为我国重大建设工程地震安全性评价工作、1∶5万活动断层填图、城市活动断层探测等工作中必不可少的研究内容,并在我国历代地震动参数区划图编制中发挥不可替代的重要作用。

21世纪以来,我国又先后发生了多次板内强震。例如,发生在东昆仑断裂库赛湖段的2001年昆仑山口西Ms8.1级地震,形成的地表破裂带长度达到426km;发生在龙门山断裂带中段的2008年汶川Ms8.0级地震,形成的同震地表破裂带长度达到240km。这两次地震成为我国地震地质研究和古地震研究的重要转折事件,通过国际间的交流合作,我国的古地震研究取得了显著进展,但还存在着如下不足和问题,有待后续的研究工作中解决:

古地震研究存在区域不平衡。我国地处欧亚板块东南隅,被印度板块、菲律宾海板块、太平洋板块等夹持,新生代时期构造活动异常强烈,造就了平均海拔在4500m以上青藏高原、天山再生造山带和华北克拉通的进一步破坏,不均匀地发育不同类型活动断层,破坏性地震频发。已有研究表明,我国可划分为构造运动强烈程度不一的青藏高原、新疆-阿拉善、华北、东北、华南和南海6个新构造区,它们在发震能力活动断层出露情况、力学性质和活动强度等方面存在着明显的差异,需要全面分析不同新构造区的基本特征,借鉴国内外古地震研究各种经验教训,采用有针对性的古地震研究方法,克服单纯为了发表文章而开展古地震研究,保证不同新构造区的古地震研究合理、有序地推进,保障国家重大工程和人民生命财产安全。

有效测年技术方法的选取。无论是断错地貌面形成时代确定,还是探槽古地震发生年代厘定,样品的绝对年龄测试是非常重要的一项工作。从新构造年代学测试精度和可靠性上,14C年龄测试方法及其年轮校正值,是确定探槽古地震发生年代的首选,其次为释光方法,也可探索选择其他方法或方法组合确定每次古地震事件发生的时间点;确定单个事件的有效年龄至少需要采集地震事件层下伏地层顶部样品和事件层上覆地层底部样品,具体要求可参照《活动断层探测》(GB/T 36072—2018);地貌面的年龄除上述方法外,还可采用宇宙成因核素方法确定。

最后笔者再次向广大读者推荐James P.McCalpin教授主编的这本系统介绍古地震学的专著,希望在该书第三版(如果有的话)发行时,能够有对应的中文版同步发行,促进古地震学在中国的持续发展。同时,期待国内学者能够在系统整理我国古地震学成果的基础上,出版中国版的《古地震学》专著,引领全球古地震学的创新性发展,为我国经济社会可持续发展保驾护航。

是为序。

中国地震局地壳应力研究所

中国地震学会地震地质专业委员会

徐锡伟研究员

2019年11月于北京

序(三)

本书最大的特点是系统性和信息完备性。书中既介绍了古地震学和与之联系紧密的相关分支学科中常见的基本概念,又根据不同构造背景,包括正断型、逆断型、走滑型、海底地震、沙土液化和地震滑坡破坏等场景下古地震研究的异同点,分别请相关方面的专家撰文汇编而成。既有理论知识体系阐述,又有可操作的实用性信息,英文版和中文版均有超过600页的篇幅,提供一站式信息汇总,是一本关于古地震学的百科全书,有利于读者快速了解古地震学分支学科的知识体系。本书配有大量精美图片,既有针对基本概念的介绍,也涉及代表性研究进展的简介。文后的参考文献也是快速获取古地震学科相关研究来龙去脉的捷径。

既可以作为本科和研究生教育的教科书、科研人员的参考,也可以作为快速了解古地震学分支学科知识体系的泛读和工具书。

与世界古地震研究同步,我国古地震研究在过去数十年里也取得长足发展,但仍然有较大的提升空间。我认为目前我国古地震研究应关注以下几个方面的问题,以便更有效地提高古地震研究的质量。

第二,古地震事件解译的客观性和地层与变形证据的写实性。世界范围内比较好的古地震研究实例中,在地震事件层位确定时比较注重将地层以客观描述的方式展现出来,在此基础上才讨论事件的证据及其解译。同时也看到有不少研究展示探槽结果的示意图,而未对地层进行精细的勾画与描述,使得所获取的地震事件带有强烈的研究者主观解译,而非客观事实的再现。优秀的古地震研究既要有研究者的解译和判断,更重要的是提供详细的观察和现象的客观描述,使得读者能基于观测作出独立判断和自己的解译,从而检验古地震事件解译是否客观可信。读者可以在本书相关章节给出的实例和论述中体会并思考如何更好地做到古地震事件证据的客观和写实性描述,观察和解译分离。

第四,古地震研究过程中的同行讨论。国外古地震研究中,在探槽开挖、事件解译等开展研究的过程中,会邀请同行在野外共同实地探讨,然而目前国内古地震研究尚未养成这样的习惯,通常是在探槽解译、文章发表之后才了解到该探槽的成果情况。研究人员应加强在探槽选点、开挖、解译,以及文章撰写的过程中逐步养成同行评论、共同参与的习惯。

由于中英文在表达方式上的差异,翻译时要做到信达雅并非易事,特别是对专业词汇的翻译,翻译团队反复斟酌,力求完美。相信这本翻译精良的书的出版将大大促进古地震学专业知识在国内的普及,使广大活动断裂的科研人员和活断层普查从业人员普遍受益,并吸引更多的人关注并共同推动古地震学的发展。

天津大学地球系统科学学院

中国地震学会构造地貌专业委员会

刘静教授

2020年1月于天津

目 录

左右滑动查看更多

版 本 信 息

责任编辑:房 媛 侬阳霞 吕亚洲

版  次:2020年10月北京第1版

印  次:2020年10月北京第1次印刷

审 图 号:GS(2020)4268号

定  价:300.00元

书  号:ISBN 978-7-116-12228-4

购 买 方 式

 
标签: 方法 事件 地层
反对 0举报 0 收藏 0 评论 0
 
更多>同类技术
推荐图文
推荐技术
点击排行
网站首页  |  矿企通  |  关于我们  |  联系方式  |  服务协议  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  陕ICP备19023287号