这些断层破碎带发育,如阿寺断层中,中生代后期或老第三纪的浓飞流纹岩和花岗岩在相当范围内被压碎,图上所示就是断层形成的地形(山田等,1971)。位于阿寺断层东南的坂下附近,断层两侧有几级河岸阶地分布,研究证明,阶地隔断层相互交错,并且,时代越老的阶地错位越大,如果把交错的变位复元,则可明确是一条东南侧垂直下降,渐向东南方向位移增大的断层(木曾谷第四纪研究组,1964杉村、松田1965)。
众所周知,根尾谷断层是1891年浓尾地震时曾活动过的断层,在水鸟村附近,西南侧垂直位移6米,东南侧垂直位移2米(小藤1983)。
图中也表示了中部地方的峰顶面图,其中活断层都有分布在地形坡降大的位置。例如阿寺断层分布于飞骅山脉的南麓,其东北侧为1 000~1 500米的等高线呈北西-南东向密集排列,而南西侧只有500米以下的高度。
近畿地方也有很多活断层的报道,并已知伴有地震活动。这些断层和中部地方的断层类似,也分布在山地坡降大的部分或围绕山地周边。例如,一志断层、顿宫断层分别沿铃鹿-布引山地的东缘及西缘呈南北向分布,琵琶湖西侧呈南北走向的花折断层为比良山地东缘分布的断层,以造成大量举小地震活动着名的山崎断层成北西西-南东东方向切割中国山地南缘。
中部和近畿地方的多数活断层,无疑是与本地区发育的中央构造线类似的老断层,对比会发现,活断层都分布于构成上新世--更新世陷落盆地的断层部,至少可以明确这个地区的多数活断层是岛弧变动期产生的断层恢复活动。
下图表示山阳新干线的新神户车站位于六甲山地南缘的诹访山断层上,断层形成山地分布的花岗闪长岩和近海地区分布的上新世--更新世大阪群的界线,覆盖其上的为扇状堆积物(更新世),并形成宽达5米的断层黏土。断层黏土又被崖锥堆积物(冲积层)所覆盖,在近断层处发生近70厘米垂直方向的拖曳。此外,在断层西延的神户市区,石墙、水泥墙、居民区的房屋等产生裂缝,并表现出南侧下降数厘米。通过这些现象查明诹访山断层是以0.1~1毫米/年速度变位的活断层(成濑,1974)。 中部地方峰顶面和活断层分布图(贝塚,1977)峰顶面图等高线间距200米,粗线表示活断层;粗虚线表示推测活断层1.阿寺断层,2.限尾谷断层,3.迹津川断层。位于诹访山断层上新神户车站的构造及其地下剖面图(池田,1971)
以上讨论了中部和近畿地方的代表性活断层,一般都分布于山地坡降大的部分,其变位和山地地形协调,较高的一侧是上升部。前已论及现在山地正进行大规模隆起运动,从活断层的分布位置以及变位趋势等可以认为,活断层是伴随山地隆起运动而活动的断层。
有的研究者指出,这些活断层的走向和水平移动方向间有明显的对应关系(Huzita等,1973、杉村,1973)。例如,迹津川断层,六甲断层系及中央构造线等北东--南西向断层系表现为旋特征;阿寺断层、根尾谷断层、山崎断层、三断层等北西-南东向断层系都表现为左旋特征;一志断层和花折断层等南北向断层系则是以垂直位移分量为主的逆断层。也有人根据四国中部所见东西向断层错断南北向断层的例子,否定中央构造线有右旋水平运动的特征(须枪,阿子岛,1978)。
以上列举的是西南日本的代表性活断层,下面再举几条东北日本的活断层。东北地方发现了不少南北或北北东一南南西向的活断层(松田等,1976)。经研究查明,东北地方东南部阿武隈山地东缘发育的南北向双叶断层,及北西西一南东东向发育的双剪断层等错断了新地形,都是明显的活断层(大摫等,1978)。还有出羽山脉东南缘分布的佐久并-吉木平断层、福岛盆地西缘断层、足口断层等都是南北或北东-南西向的活断层。也有报道,通过仙台的长町-利府一线,及其南西延长部分的远田断层为活断层,1978年6月12日宫城县远海地震时引起灾害。从以上断层的分布可以看出,似乎东北地方的活断层也发育在山地的周缘,而山地中心部并不发育。上述的东北日本的山地也正在隆起,同理可以认为,东北地方的活断层也是随着山地的隆起运动而活动的断层。
5.垂直运动和水平运动的关系
近期的地壳水平运动可以从三角点的重复测量进行研究,日本的三角点和前述的水准点都是1880年以来设置的,到60年代都已完成重复测量。据此查明了最近60余年间日本列岛的水平运动恃点(原田,1966)。通过对破坏性地震活跃区域进行的三角点重复测量,查明不少地震的发生和地壳的水平变位、变形有关(宫部,1936)。利用三角点重复测量资料求解地壳水平变动的方法有两种,一是联接新旧三角点的矢量表示法(因为实际的变位和区域的范围相比很小,所以是很夸张的表示),一是用三角点构成一个三角形,设其变形为线形变形,并分解为单位面积的变化率,最大剪切应变、旋转、主应变轴方向和主应变的大小等来表示的方法(寺田、宫部,1929)。
从这类解析结果中,选择几个和构造地质学有关的事实叙述如下:
首先分析日本列岛的总体变形样式。铃木等(1976)指出:大体同样规模的膨胀域和收缩域有相邻分布的趋势。例如,与北海道东北部收缩域相对应分布的有北海道西南部到东北地方北部的膨胀域,近畿至中国地方、四国地方东部收缩域相邻的是共西侧至九州的膨胀域。还可详细指出规模更小的膨胀域和收缩域的对应关系。
从主应变轴的方向看,东北日本的最小主应变轴(伸长最小的轴)大体和本州弧直交,与此相反,从近畿地方至中国、四国地方东部地区的最小主应变轴有和本州弧平行的趋势。更南九州地方的最小主应变轴近于垂直于琉球弧,这和东北日本的关系是相同的,这种最小主应变轴方向还有着和深源地震面等深线垂直的关系。
这种水平变动和垂直变动间,虽然不能建立简单的关系,但就最大剪切应变而论,在从东北地方南部到中部地方的广大区域,以及中部山地和东北地方脊棱山脉等周缘地区内,剪切应变增大。也就是说,在最大规模隆起区域的周边地区,剪切应变有增大的趋势。
新泻县中部的褶皱构造与从三角点变动求解的水平应变关系图(饭川,铃木,1977)下面讨论褶皱运动和水平运动的关系。活褶皱一节中已叙述到,新泻的第三纪沉积盆地分布有许多北北东--南南西向展布的褶皱,其中有的褶皱现在仍在继续成长。饭川,铃木(1978)讨论了这种褶皱运动与本区周边分布的三角点变位求解的水平变位关系,从面的变化上,东部是膨胀域,西部是收缩域,看不出与褶皱运动有什么直接关系。图表示主应变轴方向和褶皱轴的关系,但图中也看不出褶皱轴和主应变轴之间有什么一定的关系,只是在活褶皱发育的盆地中心部的长冈附近,可以看到最小主应变轴和褶皱轴成平行分布的趋势,表明在与褶皱轴直交方向上延伸。这一点含义很深,因为关于褶皱构造的形成,从来就有水平压缩论和垂直升降论的不同看法,如根据上述事实,对后者有利。大塚(1942)曾根据秋田的褶皱和地壳水平变位关系,对此区褶皱形成于水平压缩的论点提出了质疑,但没有提出具体的资料。若研究一下佐野(1949)关于男鹿半岛及其边地区三角点变动解柝结果和褶皱关系的资料,就会发现此区正在膨胀,也正是大塚提出疑问的地质背景。
地震与火山活动有关吗
构造运动的速度一般极其缓慢,几乎没给人们留下大地活动的实感。但是,在地震之时,由于土地的急剧隆起和沉降,让我们有机会窥视到构造运动的一个侧面。火山活动时也可看到火山周围的大规模地壳变动。
1.与地震相关的地壳变动
大地震发生时,有相当范围的地壳变动,并可能有断层出现。和地震相关的地壳变动因地区不同而特征各异,并以一定时间间隔反复发生。