湖泊沉積的災害事件記錄與識別方法：研究進展與存在問題

李營營　李林林　何仲太

[摘要]? ? 湖泊沉積儲存有豐富的信息，常被用于指示氣候變化。地震、洪水、滑坡或崩塌等自然災害事件通常會在湖泊沉積中形成特征性的湖泊沉積擾動，可以使用湖泊地質學方法對其進行分析與識別。本文回顧了湖泊沉積研究歷程，對典型自然災害湖泊沉積特征進行系統總結，著重梳理介紹湖泊沉積中自然災害事件識別方法。其中綜合分析法集成了現階段湖泊事件沉積識別的多種分析手段：①根據沉積相與異常事件沉積（EID）之間的關系判定其內源或外源成因；②根據對觸發因素的排除，確定最可能的觸發因素；③根據現有的識別標準，驗證最可能觸發因素的正確性。是目前識別湖泊擾動成因最有效的分析手段。本文還對湖泊沉積災害事件研究的優勢與不足及制約因素進行討論，湖泊沉積具有連續性、敏感性和高分辨率的特點有助于對災害事件進行研究，但對湖泊典型自然災害事件沉積識別標志的建立仍然是制約湖泊異常事件沉積研究的關鍵。

[關鍵詞] 湖泊沉積; 自然災害; 地震; 異常事件沉積

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-130

0? 引言

湖泊沉積儲存有豐富的信息，如全球和區域氣候波動、構造事件及人類活動引發的擾動等信息，具有連續性、敏感性和高分辨率的特點，常被用來研究氣候變化[1-4]，如Wang等[5]利用邛海湖沉積物的脂質生物標志物和地球化學記錄來推斷近30 cal ka BP的古氣候變化。湖泊沉積不僅可用于研究環境氣候變化，還有助于深入理解沉積過程。與河流或海洋等類似，湖泊也可以提供有價值的數據，可以放大以模擬湖泊環境中的各種過程，并重建過去的自然災害事件，如洪水、地震、滑坡或崩塌等[6-10]。

此類自然災害事件通常會在湖泊沉積中形成特征性的湖泊沉積擾動，引發特征性的大規模運動以及沉積物變形等“異常事件沉積”（EID）。EID的4種主要類型包括以整體搬運為主的塊體運動堆積（MTD），變形結構（DS），以湖泊濁流沉積為代表的重力流堆積（LT）以及地震動觸發沉積物重啟、搬運并最終形成的分散體系沉積（SIR）。EID是指示異常事件的最主要標志[11]。這種特征性的EID在湖泊沉積物中普遍發育，且與歷史上的災難性事件（如洪水、地震、滑坡和崩塌等）息息相關，可以使用湖泊地質學方法對其進行分析與識別。通過對已知歷史災害事件相關EID特征的精確表征，結合不同測年技術獲取高精度時間標尺，可以實現對過往自然災害事件過程的重建。歷史記錄和儀器數據的時間范圍通常僅限于千年，為了討論低頻災害事件的發生和發展過程，需要更長時間尺度的記錄，而湖泊沉積研究恰好可以彌補這一缺陷。

研究以往地震、洪水、滑坡或崩塌等自然災害事件，對于預測及防治此類自然災害事件具有十分重要的意義。傳統的湖泊科學研究主要關注連續沉積的古氣候演變及其趨勢，甚少對湖泊沉積中自然災害異常事件記錄進行研究。本文將回顧湖泊沉積研究歷程，對典型自然災害湖泊沉積特征進行系統總結，著重總結梳理湖泊沉積中自然災害事件識別方法。

1? 湖泊沉積研究歷程

對于湖泊沉積的研究最早起源于美國，1885年Russel利用內華達州西部更新世Lahontan湖泊沉積物對地質歷史進行研究。1890年Gilbert對猶他州大鹽湖前身更新世Bonneville湖泊沉積物進行湖泊演化研究開啟了湖泊沉積研究的先河[12]。1920年，Nipkow使用簡易的玻璃管式取樣裝置，在蘇黎世湖中獲得首個湖芯，并對其進行內部性質分析，極大地推動了湖泊沉積研究的發展。20世紀50年代以來，湖泊沉積研究取得快速發展，Kullenberg首次在蘇黎世湖中鉆得8.5 m長湖芯，通過對樣品進行化學和孢粉分析，闡明了冰后期以后的湖泊演變過程以及物質循環變化，其代表湖泊沉積研究在取樣手段以及研究內容上的巨大革新。20世紀70年代后期以來，古湖泊學在國際地學界被普遍關注。其研究主要分為兩個方向： ① 以湖泊沉積中的晚第四紀地層為研究對象，主要討論古氣候演化與發展趨勢預測以及環境保護等[13-16]； ② 以構造湖盆的中新生代地層為研究對象，重點討論盆地構造、油氣形成和地質演化等[17-22]。

我國湖泊科學研究起步稍晚于國外，20世紀10年代江淮水利測量局在洪澤湖的盱眙、老子山和蔣壩等地設水文站進行水文觀測，是我國湖泊科學的開端。隨后，20年代至40年代國內學者進行了太湖、洞庭湖等部分湖泊的水文測量及形態測量。20世紀50年代以后，我國科學家開始對湖泊進行綜合調查、水文氣象、湖泊地貌、水文保護、水文化學以及水生生物等方面的研究，取得了一系列成果，并在20世紀70年代，逐漸開展湖泊沉積與環境演變研究[23]。80年代以來，湖泊沉積學進入全面發展時期，該時期湖泊沉積研究還引入穩定同位素、環境磁學等新技術和新方法，同時由于油氣勘探的需要，還在陸相含油盆地、中新生代湖相地層和湖泊沉積的巖相古地理等方面進行了深入研究。自80年代后期到90年代初，湖泊沉積研究受到了廣泛關注和重視。在全球環境變化及國際大陸鉆探計劃的推動下，中國陸續展開了多個湖泊鉆探項目，從而積累了涵蓋不同地貌階梯的百萬年尺度湖泊環境演變資料，揭示了青藏高原抬升的環境影響[24-25]，并且主要根據古季風理論探討晚第四紀環境演化，但是以湖泊沉積重建的環境演化序列定量化研究仍處于探索階段。近年來，淺地層地震剖面技術等新技術方法應用于湖泊沉積研究[26-27]，填補了鉆孔分析“一柱之見”的不足，進一步推動了湖泊沉積研究的發展。

關于湖泊沉積物中的異常事件沉積，前人也進行過相關研究。1932年Heim詳實的記錄并探討了瑞士主要湖泊（如盧塞恩湖和蘇黎世湖等）在過去自然災害事件中發生的再沉積過程，這是關于自然災害事件在湖泊中響應的首次研究。近現代的湖泊沉積學主要關注連續沉積的古氣候演變及其趨勢，甚少對自然災害事件在湖泊沉積中的記錄進行研究，但是地震，滑坡等自然災害事件在湖泊沉積中也有非常好的響應記錄[28-30]。20世紀80年代以來，在地學領域中“災變論”被廣泛關注，事件沉積學與事件地層學也逐漸引起人們的注意，演變并發展成為新興邊緣學科，在湖泊沉積中突變事件研究也開始受到學者們的重視，如1987年Siegenthaler等[31]對瑞士盧塞恩湖的地震和地震沉積物進行了研究。近年來，地震、滑坡、崩塌以及洪水等自然災害事件在湖泊沉積中的記錄逐漸成為湖泊研究的重要內容，但研究的難點還在于如何在EID中區分出不同自然災害事件。Girardclos等[32]在2017年研究公元1996年布里恩茨湖三角洲崩塌和巨型濁積巖時認為，湖泊沉積研究會為自然災害的評估開辟新的視角。

2? 湖泊典型自然災害事件沉積

湖泊沉積儲存有豐富的環境信息，具有連續性、敏感性和高分辨率的特點，地震、洪水、滑坡和崩塌等自然災害事件在湖泊沉積中均有良好的記錄。

2.1? 地震

地震作為地球內動力作用的重要表現形式，是由地球內部結構失衡，應力突然釋放以及爆發巨大能量的災變事件[33]。古地震學是旨在揭示并探討地質記錄中保留的古地震事件的科學，其主要優勢是可以填補儀器數據以及歷史地震資料的短時和有限性的不足，從而讓我們可以深入了解地震斷裂的長期活動習性，并評估未來地震風險。傳統的古地震研究常用探槽技術進行遺跡探測，如冉勇康等[34]利用三維探槽技術對海原斷裂高灣子地點進行古地震研究，但是傳統的古地震研究具有明顯局限性，例如古地震記錄不夠完整以及可供古地震研究的區域有限。而湖泊沉積物通常會形成具有相對連續性的沉積地層，具有高分辨率、高敏感性、長期記錄以及地域分布廣泛等特點，可以在一定程度上彌補這些缺陷。湖泊沉積古地震是借助古地震活動所導致的湖泊沉積擾動，在辨識湖泊沉積物擾動特征的基礎上，與年代學約束相結合，以重建古地震事件的相關信息[35]。近年來，由于水下采樣技術的不斷完善，地震剖面采集精度的提升，以及多種分析測試方法的發展，以湖泊沉積擾動為基礎的古地震研究逐漸引起了研究者們的重視[36-39]。Van Daele等[40]對智利南部的17個湖盆中1960年和2010年兩次地震事件所留下的湖泊沉積記錄開展了細致的研究，識別出變形結構（DS）、塊體搬運沉積（MTD）、濁流沉積（LT）等不同的異常事件沉積，通過對各類異常事件沉積分布位置和形態特征分析，制作出地震發震時的湖泊沉積響應模式（圖1）。

傳統的古地震學根據斷層長度與位錯量等推斷古地震震級/強度[41]，湖泊異常事件沉積也可以用來確定古地震震級/強度。主要方法有經驗估算法、最大液化距離法、擾動層厚度法、經驗公式法、變形類型法、快速沉積砂層厚度法等。

在經驗估算法中，Scott和Price[42]認為地震震級M≥5.0時，湖泊沉積物可以產生顯著的液化現象，小于5級的地震幾乎不會導致液化。而最大液化距離法是根據地震引發的液化與地震震級以及震源深度之間存在的顯著關聯性進行估算，Kuribayashi和Tatsuoka[43]以1872—1968年間在日本發生的44次MS>5.5的地震資料為基礎，制作了日本地區地震和液化的分布圖。結果表明，最遠液化距離R和震級M有很好的正相關關系，并且第一次得到了地震震級和最遠地表液化距離關系圖。喬秀夫等[44]于2017年在總結前人成果的基礎上繪制了綜合性的液化變形最大震中距與地震震級關系圖（圖2）。

地震的強度與其釋放的能量成正比，伴隨著地震強度的增加，破壞性也相應增強，導致震中區域內的沉積擾動程度加重。Hibsch等[45]通過對厄瓜多爾基多盆地北部的全新世河流—湖泊沉積物進行地震成因變形的厚度和歷史地震活動記錄的地震強度的分析，提出擾動層厚度法來確定地震古烈度。對于相似巖性地層，地震強度與擾動層厚度呈正相關關系。具體而言，Ⅵ級強度的地震對應的擾動層厚度范圍為0～8 cm，而Ⅺ級強度的地震則對應著擾動層厚度范圍在27～53 cm之間。

Pascua等[46]建立了地震擾動湖泊沉積厚度與地震震級之間的經驗關系式M=H/3+3.83，其中M代表震級，H表示地震擾動湖泊沉積的厚度（單位cm）。但是大量資料數據顯示，地震擾動湖泊沉積厚度和震級之間并非簡單的線性關系，因此使用經驗公式時要謹慎。

在湖泊沉積中，不同地震震級和變形機制（液化、流化等）會導致不同類型的軟沉積變形（SSDS）。確定地震為觸發因素后，通過不同沉積環境下相似軟沉積物變形比較與分析，有望得到比較可靠的古地震震級[33]。鐘寧等[33]完善了Pascua等[46]繪制的軟沉積物變形類型與地震震級的關系圖（圖3）。

鐘寧等[47]對土耳其、新西蘭和智利等地區（181—2010年）的32次地震進行總結研究，提出快速沉積砂層厚度法。研究顯示地震引發了流域內或周邊湖泊中塊體搬運沉積的碎屑物質明顯增多，并形成了一種向上逐漸變細的砂層，即地震事件層，因此建立了震級與累積砂層厚度之間的關系圖。隨著地震震級的增加（M4.0～9.0），累積砂層的厚度增厚（0.1～50 cm），且震級與砂層厚度存在一定程度的正相關性，協和度r2=0.52。具體而言，當累積砂層厚度為1 cm時，相應的震級范圍為M4.0～6.0（5.0 ± 1.0），而當累積砂層厚度為10 cm時，相應的震級范圍為M5.8～8.4（7.1 ± 1.3）。

在上述地震震級/強度判斷方法中，最大液化距離法以及變形類型法是目前最廣泛使用的兩種方法。經驗估算法與擾動層厚度法分別以液化強度以及湖泊沉積變形幅度與地震強度之間的關系為基礎，這兩種方法僅能給出地震震級/強度的下限，應用不多。而經驗公式法和快速沉積砂層厚度法則分別建立在湖泊沉積變形層厚度及上覆砂層厚度與震級之間的關系基礎之上，然而，由于湖泊沉積變形機制及湖泊沉積過程的復雜性，目前這種方法仍處于研究探索階段。此外，其對于變形層厚度（小于15 cm）和堆積砂層厚度（小于50 cm）也提出了較高的要求，有一定的局限性[33]。

2.2? 洪水

洪水是常見的自然災害之一，會對生態環境以及人民群眾的正常生活、生產和生命安全產生嚴重影響。湖泊沉積物為提高我們對自然洪水過程的研究提供了理想的資料，它將不同事件記錄為不同的沉積層。結合地球物理以及地球化學分析，根據洪水沉積物的沉積特征和對其中有機物進行同位素測年可以確定洪水的流量和發生的年代。已有研究者利用湖泊沉積對洪水的發生頻率、流量等進行研究，例如Johansson等[48]通過湖泊沉積對挪威西南部地區6500年以來的洪水頻率進行研究。

含沙水流在向湖泊方向流動時，由于其密度與湖水密度的差異會表現出4種不同的類型（圖4）：異輕流（hypopycnal flow）、等重流（homopycnal flow）、異重流（hyperpycnal flow）以及層間流（mesopycnal flow），洪水通常會導致等重流和異重流[49]。洪水引起的異重流在湖泊沉積中表現為下部粒徑向上變粗以及上部向上變細，分別由洪水流量的鼎盛期以及衰退期形成，但是通常只能觀察到其向上變細的上部；異輕流、等重流以及層間流會在湖泊沉積中形成粒徑向上變細的層序，并且洪水結束后頂部會緩慢沉積分選出白色黏土層[49]。

2.3? 滑坡及崩塌

湖泊外部滑坡崩塌災害也可能到達湖盆，從而被觀測到并進行分析研究，分析湖泊沉積中滑落體異常事件沉積有助于更全面的了解滑坡及崩塌的破壞及活動過程。

沉積物重力流通常會最終演化為流動的滑落體[32]，滑落體可以分為滑坡和崩塌?；潞捅浪鷷a生塊體運動，在湖泊沉積中顯示塊體運動碎屑層，滑坡崩塌異常沉積物的形態通常也可以與災害過程相聯系?；潞捅浪锌赡苁怯傻卣鸬韧獠恳蛩卣T發，也可能是由正常沉積物堆積崩潰所致[32]。

3? 典型自然災害湖泊沉積事件識別

以往學者常用典型標志分析法和排除法進行事件沉積識別與區分，Owen等[50]在識別軟沉積物變形因素時提出綜合分析法，自然災害異常事件湖泊沉積判別同樣適用于綜合分析法。

3.1? 典型標志分析法

不同災害事件由于其特定的環境特征及表現形式，往往會形成具有一定特征的湖泊沉積擾動樣式。典型標志分析法主要利用不同災害事件過程中差異性的湖泊沉積響應特征標志進行災害事件判別。

3.1.1? 地震

Shiki等[51]研究日本琵琶湖后認為，地震濁積巖的一般特征為：由兩個亞層（下砂質亞層和上泥質亞層）組成；缺少或很少存在牽引構造；粒度分布特征是在較厚的砂質亞層中粒徑較粗，在兩個亞層中間邊界處粒度快速變化，上泥質亞層粒度快速變小且粘土含量較高。Beck[52]根據對布爾熱湖沉積物的調查研究后認為地震標志是：① 存在粗粒濁積巖、含粗砂和泥灰巖碎屑的均質巖；② 存在流動構造（原地液化）；③ 存在微斷層。Ettensohn等[53]認為，可以同時使用4個標準（地層、構造、時間和環境）來判斷地震是否為觸發機制：是否存在與震源一致的變形；在時間和地層限制范圍內廣泛表現相似的變形特征；表現出向可能的震中地區增加頻率或增大強度的區域模式，并排除其他可能的原因，能夠極大地增加地震起源的可能性。

目前認為與地震相關的異常事件沉積典型識別標志主要有：① 空間區域內分布廣泛；② 側向連續性；③ 垂向上的重復性；④ 變形構造形態特征與地震所形成的構造具有可對比性；⑤ 鄰近活動斷層；⑥ 變形帶的復雜性和頻率與離斷層的遠近相關[50]。這些標準的一致性越高，地震成因的可能性就越大。

3.1.2? 洪水

在湖泊沉積物中，洪水沉積是流量、流速、水沙特征等動力過程的變異，其在巖性、粒徑、礦物、容重、元素、磁學、孢粉、有機質和碳酸鹽等指標方面區別于正常沉積，可通過粒度組分、沉積速率、磁化率、化學元素、孢粉等指標對湖泊沉積中的洪水沉積進行多指標分析識別。

湖泊洪水沉積與正常沉積中，巖性最明顯差異體現在洪水沉積物色度上。當洪積物中有機質含量較高時，洪積層的色度一般較深，當洪積物中碳酸鹽類含量較高時，洪積層的色度一般較明亮[54-55]；洪積層通常表現為平均粒徑增加以及粒徑下部向上變粗和上部向上變細或只表現向上變細[56]；洪積層密度一般較大[49]；洪水層通常富含成巖元素，如Ti、K、Rb、Ca；且Ca/K、Zr/Rb、Zr/Fe、Ti/Rb比值增大[57-59]；還可以依據洪水沉積與正常沉積在物質來源、物質組成和沉積過程的差異所導致沉積物中有機質或碳酸鹽突變位置判斷洪積層[60]；磁學指標[48]（高磁化率、高等溫剩磁），孢粉指標（不易腐蝕的舌狀花亞科和蕨目孢粉）和容重指標等也可以識別洪積層[61]。在識別洪水事件時，需要綜合考慮各種指標。Wilhelm等[62]通過對前冰期布蘭克湖湖芯的粒度和地球化學分析，依據正常湖泊沉積物以粘土、粉砂為主要成分，幾乎不能形成單一碎屑層這一特征，從巖性突變、中值粒徑或者平均粒徑突增、分選性變差等來識別洪水導致的異常事件沉積。

3.1.3? 滑坡和崩塌

由滑坡和崩塌災害所導致的塊體運動沉積層與同樣是離散型的洪水沉積在沉積連續性上難以判別，但是能夠通過這兩類異常事件沉積的沉積結構與組成來區別。通常情況下，與洪積層相比，滑塌碎屑層具有更大的厚度、更粗的粒徑，而且沉積層底部還存在基巖碎屑成分[60]；滑塌沉積的底部略粗，粗粒底部向細粒頂部的過渡較短；Beck[52]繪制了洪水濁積巖和滑塌濁積巖CM圖（圖5），從沉積物的垂直演化進行區分；Knapp等[28]將高分辨率地震剖面數據上靠近斜坡區域土丘狀的混沌到透明的部分解釋為邊坡破壞沉積，并且認為滑塌沉積分選性差，存在正常分級基質層，從而重建Oeschinen湖地區的陸上邊坡破壞。

3.2? 排除法

湖泊沉積過程中，由于沉積環境的復雜多樣性，導致相同或相似的湖泊沉積擾動往往具有復雜多樣的成因指示意義，因此具有典型指征意義的湖泊沉積擾動非常有限，僅依據典型湖泊沉積擾動特征，很難實現對災害事件的有效識別。排除法通過對湖泊沉積擾動信息的全面提取，通過對不可能成因事件的逐一排除，進而實現對可能成因事件的識別，也是目前湖泊異常事件沉積識別的重要手段。

在對圣阿卡杰洛盆地的更新世湖泊沉積研究中，Moretti和Sabato[63]在湖泊沉積中心地區分析了湖泊沉積物變形結構，沒有證據表明是風暴波和地下水位突然變化這兩種觸發因素的作用，因此可以排除這兩種因素的影響；古湖泊的沉積中心或邊緣地區沒有觀測到冰蓋存在的證據，也可排除冰川作用。因此，認為觀測到的湖泊沉積液化和流化效應的可靠觸發機制是超載和地震沖擊。

3.3? 綜合分析法

典型標志分析法和排除法分別基于具有典型指示意義的湖泊沉積擾動特征標志分析和對湖泊沉積擾動潛在可能成因的逐一對比分析來實現對湖泊沉積擾動成因判別，不同方法都具有其各自的優勢和局限性。由于湖泊沉積是復雜地球動力學和物理化學過程綜合影響下的產物，因此每一種沉積擾動現象可能都存在各種復雜因素的疊加，因此單一典型標志分析法和排除法在湖泊沉積研究中，往往無法實現對沉積擾動成因的有效識別。Owen等[50]對前人研究進行總結，提出采用綜合多種要素的綜合分析法來進行異常事件沉積成因識別（圖6）。

（1）內外源判。沉積相與EID之間的關系將決定其成因是內源還是外源。

內源是沉積系統內部由固有沉積機制提供的動能引起的，代表極端事件，包括風暴或快速沉積事件；外源是由沉積系統外部的動能造成的，是獨立于沉積環境的觸發因素，如地震或撞擊。對于內源因素，沉積環境與成因之間存在一定聯系，因此沉積相與EID之間也存在一定聯系，并且EID應該一致地存在于相似沉積相地區；對于外源觸發，這種關系聯系應該不太密切或不存在。

（2）排除法。內外源判別之后，再進行排除。

與上文中的排除法類似，但要在確定觸發因素是外源性還是內源性之后，再針對特定觸發因素類型范圍內使用所有可用證據來接受或拒絕每個可能的觸發，進行逐個可能的觸發因素的排除，以確定最可能的觸發因素。與上文的排除法相比，這種方法針對性和有效性更強，更加簡便。

（3）標準驗證。最后與現有標準進行對照，以驗證EID是否支持所選擇的觸發因素。

綜合分析法的第三步標準驗證與上文中典型標志分析法有較大差異。典型標志分析法是直接利用現有標準與湖泊沉積物特征進行對比以確定觸發因素。而標準驗證是進行內外源判別與排除法后，基本確定觸發因素，基于特定的觸發因素的特定特征標準進行驗證式對照確定。由于沉積環境的復雜多樣性，導致許多標準并不局限于某一特定觸發因素，因此典型標志分析法有較大缺陷，而綜合分析法更加全面，準確性更高。

通過對內烏肯盆地軟沉積變形構造分析和相分析，Moretti和Ronchi[64]建立了變形機理和變形驅動力體系，并解釋了最可能的觸發因素。未變形層的沉積學特征與變形層非常相似（位于變形層的下方和上方），存在相同的未變形層，可以摒棄內部普通的沉積和侵蝕過程（如超載、波浪作用等）作為可能的觸發機制（內源），因為在具有類似沉積特征的地層中完全沒有變形。在討論并排除了所有可能的外部觸發因素后，觀察到的液化效應可以合理地解釋為地震所誘發（外源）。

Azennoud等[65]在對非洲西北部伊夫拉湖異常事件沉積觸發機制的研究中，使用綜合分析法進行識別，考慮沉積環境（內外源判別），討論所有可能的觸發因素（基于觸發因素進行排除），并參考特定研究案例的一些標準，從而作為最可能觸發因素的支持證據（標準驗證）。通過一系列沉積相證據，否定了快速沉積造成的超載、地下水位的突然變化等內源觸發因素的可能性，確定了外源觸發成因；之后結合研究區地質構造背景，排除了其他外因，推測地震是最可能的觸發機制；最后對照前人得出的地震觸發標準，明確了地震成因。

4? 討論

4.1? 湖泊沉積災害事件研究的優勢

湖泊沉積是記錄過去自然災害的優秀檔案，同時具有連續性、敏感性和高分辨率的特點。湖泊沉積研究有助于深入理解災害事件沉積過程及沉積環境變化，提供有價值的數據，湖泊沉積災害事件研究具有以下主要優勢。

4.1.1? 湖泊沉積災害事件記錄更為完整

湖泊沉積具有高分辨率、高敏感性，長期記錄以及地域分布廣泛等特點，使得湖泊沉積災害事件記錄更為完整。

例如傳統古地震研究是基于地震引發的地表破裂的解譯，但通常6級以上地震才可造成明顯的地表破裂，而且易受后續的侵蝕堆積改造作用使其不易識別。但是湖泊沉積物具有較高的敏感性以及在垂向上較高的分辨率，能夠捕捉到更小規模和極短時間尺度內的災害事件，如地震、洪水等。歷史記錄和儀器數據的時間范圍通常僅限于千百年，而湖泊沉積物能夠記錄更長周期的災害事件，可以在很大程度上彌補儀器和歷史記錄的局限性。而且湖泊地域分布廣泛，全球各地存在大量湖泊，它們分布在不同的地理環境中，適用于研究各種災害事件，具有較強的代表性。

4.1.2? 災害事件時代確定更為精確

湖泊沉積具有沉積過程連續、穩定等特點，確保了災害事件發生前后沉積記錄的完整性，連續緩慢的湖泊環境有利于沉積過程中沉積物的充分搬運和曝光，保證了釋光信號的重置，同時穩定的湖泊沉積環境有利于湖泊生物的繁殖及有機質的保存。因此湖泊沉積物通常有利于釋光及14C測年樣品的采集，保證了在災害事件發生前后，均能采集到有效的測年樣品，再通過年代學方法，如放射性碳定年和光釋光測年，獲取更為精確的災害事件發生的時間和頻率。

4.1.3? 可運用湖泊沉積多元數據進行綜合災害事件識別

湖泊沉積物中蘊含多種數據，如巖性、粒度、化學元素含量、磁化率等，這些多元數據提供了多角度的研究視角，能夠全面了解災害事件的性質和過程，可以運用湖泊沉積多元數據進行綜合的災害事件研究。如Gilli等[66]在研究瑞士東北部的兩個湖泊時，綜合利用粒徑、總有機碳、磁化率等多指標識別洪水沉積物，根據粒徑下粗上細，總有機碳含量較低，磁化率較高等進行洪水沉積識別。

4.2? 湖泊沉積災害事件研究的不足及制約因素

湖泊沉積災害事件研究雖然具有許多優勢，但也存在一些不足和制約因素。其中湖泊沉積記錄的提取和災害事件記錄的識別是制約其發展的主要因素。由于沉積環境的復雜多樣，通過案例研究總結的災害事件識別標志往往具有很強的區域限制，很難建立具有普適性的識別標準，雖然前人在湖泊沉積災害事件識別中已經提出了多種分析方法，但其各自均具有明顯的局限性，制約了湖泊沉積災害事件研究的發展。同時由于災害事件研究的湖泊沉積物載體為現代湖泊水下松散沉積物，湖泊沉積物采集過程會導致沉積結構的破壞，如何無擾動采集湖泊完整的沉積記錄也是制約湖泊沉積災害事件研究的重要障礙。

4.2.1? 湖泊沉積擾動信息的提取

由于不能在現代湖泊開展探槽布設，因此湖泊沉積災害事件研究主要是通過湖泊取芯和湖底地震剖面探測來獲得湖泊沉積擾動信息，其中湖芯的獲取是湖泊災害事件研究的關鍵。湖泊沉積物因缺乏埋藏成巖固結作用而極為松散，在鉆取過程中極易擾動變形，從而影響到原有的湖泊沉積結構，因此怎樣獲得無擾動的連續完整湖芯尤為關鍵。

此外，湖芯雖然是進行湖泊沉積擾動信息提取的關鍵，但湖芯只能得到湖盆某個特定位置的沉積信息，而無法獲取整個湖泊的沉積展布和湖泊沉積擾動分布特征。因此，除有效的湖泊取芯技術之外，高精度的湖底淺層地震剖面數據的采集也是開展湖泊沉積災害事件研究的重要環節。目前高精度水下地震剖面探測精度可以達到10 cm左右，對于厚度小于10 cm的湖泊沉積擾動層，尚無行之有效的探測方法。

4.2.2? 湖泊沉積擾動成因的多樣性

湖泊地質背景非常復雜，受多種地質過程的交互作用及多種因素的制約，這使得判定湖泊沉積擾動的形成因素變得復雜困難。而且不同湖泊地區的地質條件、沉積物特性和災害歷史都可能不同，這也是研究的地理差異性和普適性的挑戰。

5? 結論

湖泊沉積物是敏感的檔案，儲存了豐富的信息，例如全球和區域氣候波動、構造事件和人類活動引發的擾動等。湖泊沉積具有沉積環境穩定、沉積地層連續、地層延伸范圍廣等特點，使得其可以完整的記錄自然災害事件。同時湖泊相對穩定連續的沉積過程便于測年樣品的采集，有利于精確約束自然災害事件的時代，并且湖泊沉積物中蘊含多種數據，可運用湖泊沉積多元數據進行綜合災害事件研究。

對于湖泊自然災害事件沉積識別，前人提出了典型標志分析法、排除法以及綜合分析法等多種方法。其中綜合分析法集成了現階段湖泊事件沉積識別的多種分析手段：① 根據沉積相與EID之間的關系判定其內外源成因；② 根據對觸發因素的排除，確定最可能的觸發因素；③ 根據現有的識別標準，驗證最可能觸發因素的正確性。是對事件沉積進行綜合分析。該方法綜合了典型標志分析法和排除法的優勢，是目前最為有效的分析手段，但在實施過程中仍然存在很強的主觀性和局限性。

大部分自然災害湖泊沉積研究所關注的晚漸新世及全新世湖泊沉積物仍埋藏于現代湖泊之下，因此，如何精確獲取湖泊沉積擾動信息是制約其發展的關鍵因素。此外，湖泊沉積擾動成因具有多樣性，如何準確識別成因仍需進一步大量探索研究，在未來的研究中，對湖泊自然災害事件沉積識別標志的建立，仍然是制約湖泊異常事件沉積研究的關鍵。

致謝

衷心感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見，感謝編輯部的大力支持！

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Lacustrine sedimentary response to natural hazards

Li Yingying1， Li Linlin1， 2， 3， *， He Zhongtai4

1. National Institute of Natural Hazards，Ministry of Emergency Management of China，Beijing 100085，China

2. Key Laboratory of Compound and Chained Natural Hazards Dynamics，Ministry of Emergency Management of China，Beijing 100085，China

3. Key Laboratory of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China

4. State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

[Abstract]? ? ?Lacustrine sediments store a wealth of information and are often used to indicate climate change. Natural disasters such as earthquake， flood， landslide or collapse usually form characteristic disturbances in lacustrine sediments， which can be analyzed and identified using lake geology methods. This paper reviews the research progress of lacustrine sediments， systematically summarizes the characteristics of typical natural disasters in lacustrine sediments， and focuses on the identification methods of natural disaster events in lacustrine sediments. Among them， the comprehensive analysis method integrates various analysis methods for sedimentary identification of lake events at the present stage. ① Identify the endogenous and exogenous origin based on the relationship between sedimentary facies and event-induced deposits（EID）; ② Recognize the most likely trigger based on the elimination of impossible triggers; ③ Verify the correctness of the most likely trigger according to the existing identification criteria. This method integrates the advantages of typical mark analysis and exclusion method， and is the most effective analysis method at present. This paper also discusses the advantages， disadvantages and constraints of the study of lacustrine sediment disaster events. The continuity， sensitivity and high resolution of lacustrine sediments are conducive to the study of disaster events， but the establishment of sedimentary identification markers of typical natural disaster events in lakes is still the key to restricting the study of lake abnormal events in the future.

[Keywords] lacustrine sediments; natural hazard; earthquake; event-induced deposit

*通訊作者： 李林林（1986-），男，副研究員，主要從事沉積學、湖泊沉積古地震學、活動構造與地震地質學研究。E-mail：leein@sina.com

作者簡介： 李營營（2000-），女，碩士研究生，主要從事古地震學、活動構造與地震地質學研究。E-mail：lemon_liy@163.com