龚承林，韩中
死海简介
死海（Dead Sea），是地球地表最低的地方（-434 m；最大水深290余米），因其水体超高的含盐度而闻名于世 （“死海不死”曾选作人教版初中课文）。它也是一个旅游胜地（图1）。
图1 死海因其独特的自然风光，已成为一个旅游胜地。（图片来源于网络）
死海盆地，位于死海裂谷的中南部。死海裂谷是东非大裂谷向北的延伸，也是非洲板块和阿拉伯板块（亚洲）的边界（图2）。
图2：东非大裂谷及死海断裂带（沿红色箭头走向）的位置与形貌特征。（来自Google Earth与网络）
死海是一个位于干旱区的内流湖，目前仅在其北端存在一条常年径流——约旦河。死海所在的死海裂谷中段，最大高差达2000 m（图3）。
图3 左图，死海湖盆形貌特征（来源：NASA）。右图，由死海西侧俯视（如箭头所示）死海南部次盆地盐田（2016.02，作者拍摄）
死海在上新世及其之前，南端与红海相连，北端与地中海相连。此后，由于构造运动，南、北均与海洋分离。死海，处于典型的地中海气候带。在季节尺度上，降水全部集中在冬半年（秋季-次年春季），而夏半年干热且无降水，蒸发量极高。长此以往，死海湖水含盐度不断增高，沉积大量盐类矿物（图4）。
图4 死海盐田与盐类沉积（2016.03及2017.03，作者拍摄）
在上新世及其之前，死海南部湖底，形成有巨厚的石盐（NaCl）等蒸发岩地层。此后，因构造与岩盐活动，部分石盐层在死海西岸出露（图5）。
图5 左图，死海湖盆底部因构造与岩盐活动而出露的石盐层及石盐溶洞（死海西岸）。右图，石盐层中保存的大型褶皱构造。（2016.02，作者拍摄）
死海末次冰期以来的湖相剖面
在轨道尺度上，死海冰期降水多、蒸发量小、湖面高；而在温暖的间冰期，降水减少、蒸发量升高、湖面大幅下降（图6）。
图6 近期（d）与地质时期（c）死海湖面波动的地质记录（Lu et al., 2021）。（图d, credit: Prof. Amotz Agnon;图c, credit: Prof. Shmuel Marco）
距今2万年以来，死海湖面持续的大幅下降（>300 m），使末次冰期死海高水位期间沉积的一套水平地层序列（64-14 ka），在死海西岸与东岸出露（图7）。
图7 死海西岸出露的末次冰期地层。左：Perazim Valley河谷剖面（位置详见图6(a)左下角; 2016.02，作者拍摄）；右：Massada剖面（位置详见图6(b)左下角; 2016.03，作者拍摄）
死海末次冰期地层，以白色文石（霰石）-暗色泥质碎屑交替纹层为显著特征（图8）。此前的多项测年研究揭示这些纹层为年纹层（Migowski et al., 2004; Prasad et al., 2004）。其中白色文石层主要形成于干热的夏半年，而暗色碎屑层主要形成于多降水的冬半年。
图8 左：Perazim Valley河谷剖面纹层（2016.02，作者拍摄）；右：Massada剖面纹层（2016.03，作者拍摄）
此外，由于近几十年来以色列和约旦在死海南部不断增强的盐矿资源开发，持续大量抽取死海咸水，以及约旦河上游建坝用水，导致死海水位以每年1 m的速率持续下降（图9）。
图9 死海1972、1989和2011年水域（黑色与蓝色区域）面积对比。南部次盆地为盐矿开发区域。(来源：NASA)
这些气候叠加人为活动因素导致的水面快速下降，促使死海晚全新世低水位时期沉积的湖相地层也出露水面（图10）。
图10 死海Zeelim河谷出露的晚全新世湖相剖面及其保存的层状泥岩和纹层序列（2016.02，作者拍摄）
死海剖面事件层蕴含的科学
死海断裂带（Dead Sea Fault），长度大于1000 km，是地球上最著名的发震断层之一。死海湖相地层记录了断裂带的活动历史。死海湖岸出露的这套湖相地层保存了多种事件层（图11），成为事件沉积学（特别是沉积古地震学）研究的经典剖面。这些事件层位，可以沿着水平方向在数百至数千米范围内追踪（取决于是否出露新鲜剖面）。
图11 死海末次冰期剖面保存的事件层（软沉积变形）。（左上图：2016.02，作者拍摄；右上图credit: Prof. Ian Alsop；下图credit：Prof. Shmuel Marco）
图12 死海晚全新世剖面保存的事件层（球枕状构造与火焰状构造）。这些构造均出现在砂岩层中。（由左下及右下图显示的砾石层与事件层的层位关系，可排除砾石层等重力差异作用作为事件层的驱动因素）（2016.02及2016.03，作者拍摄）
1984年，“震积岩”（seismite；Seilacher, 1969）一词的提出者 Adolf Seilacher（德国图宾根大学地层与古生物学家，德国院士，曾于1992年获克拉福德奖）提出了死海东岸出露剖面里保存的多层软沉积变形构造是由地震引起的假设（Seilacher, 1984）。在1980年代末，Shmuel Marco曾带领华人沉积地质学家许靖华教授实地考察了死海西岸出露的末次冰期剖面，肯定了他们关于地震驱动软沉积变形的认识。
图13 本文提及的，对死海沉积古地震学发展做出突出贡献的学者
1990年代，Shmuel Marco和Amotz Agnon在死海西岸末次冰期剖面中进一步发现了一些软沉积变形层与大型同沉积断层共生，显示了二者之间有某种内在成因上的联系，指示了事件层的地震成因（Marco and Agnon, 1995）。随后，Shmuel Marco等依据这一类震积岩重建了死海地区过去6-1.4万年的M> 5.5级地震历史（Marco et al., 1996）。2001年，Revital Ken-Tor（Revital Bookman）和Amotz Agnon等借助14C测年，成功地将死海西岸出露的晚全新世地层中的大型事件沉积与死海地区的历史地震对应起来 (Ken-Tor et al., 2001)。这些工作进一步为前述假设提供了有力证据。
2005年 Eyal Heifetz和Shmuel Marco等指出死海末次冰期剖面保存的各种沉积变形构造与在其他环境 (例如，空气和海洋) 中出现的由开尔文·亥姆霍兹不稳定性 (Kelvin–Helmholtz Instability) 触发的变形构造非常相似，表明它们的形成遵循相似的流体力学机制 (Heifetz et al., 2005)。在地震加速度的作用下，湖底密度较小的上部水饱和泥岩层的运动速度要快于密度较大的下部泥岩层，二者沿着地震波传输的方向运动，因而产生了位于泥岩层界面的剪切力。基于开尔文·亥姆霍兹不稳定性，Heifetz等对这些变形构造进行了线性模拟。
图14 空气中出现的由开尔文·亥姆霍兹不稳定性 (Kelvin–Helmholtz Instability) 触发的变形构造。(来源于网络)
2010年 Nadav Wetzler、Eyal Heifetz和Shmuel Marco等结合流体数值模拟，依据变形程度，将软沉积变形构造进一步分为: (1) 线性波浪状变形构造 (linear wave), (2) 不对称波浪状构造 (asymmetric billows), (3) 相干涡旋状构造(coherent vortices) (相干: 波与波彼此相互干涉) 和 (4) 涡旋强烈破碎后的构造 (intraclast breccias)（图14） (Wetzler et al., 2010)。
图15 死海末次冰期剖面保存的不同形态的软沉积变形构造。左上图：线性波浪状变形构造 (linear wave)；右上图：不对称波浪状变形构造 (asymmetric billows)；左下图：相干涡旋状构造 (coherent vortices)；右下图：涡旋强烈破碎后的构造 (intraclast breccias；可以观察到事件层底部保存有涡旋构造的残余)。（Credit: Prof. Shmuel Marco）
死海事件沉积学研究的特色
得益于拥有全球独一无二的高分辨率长尺度湖相剖面及高质量的2千年历史地震记录（Agnon, 2014；Shmuel Marco and Yann Klinger，2014），死海的海洋/湖泊沉积古地震学工作以长尺度记录为特色，一直具有较高的国际显示度，曾长期引领国际海洋/湖泊沉积古地震学研究。2010-2011年，国际大陆钻探项目在死海湖心钻取了一支超过450 m的岩芯。这为湖心与湖岸剖面事件沉积记录对比提供了有利条件。同时，也促进了死海事件沉积学、特别是海洋/湖泊沉积古地震学研究工作的进一步发展。
作者简介：
卢银，同济大学百人计划研究员，博导（海洋地质国家重点实验室），从事震积岩与事件沉积研究。曾获欧洲地球科学联合会 “地层学-沉积学-古生物学” 领域 “青年科学家奖” (2022)。邮箱：yinlu@tongji.edu.cn
参考文献
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[8] Migowski, C., Agnon, A., Bookman, R., Negendank, J.F.W., Stein, M., 2004. Recurrence pattern of Holocene earthquakes along the Dead Sea transform revealed by varve-counting and radiocarbon dating of lacustrine sediments. Earth Planet. Sci. Lett. 222, 301e314.
[8] Prasad, S., Vos, H., Negendank, J.F.W., Waldmann, N., Goldstein, S.L., et al., 2004. Evidence from Lake Lisan of solar influence on decadal- to centennial-scale climate variability during marine oxygen isotope stage 2. Geology 32, 581e584.
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[11] Wetzler, N., Marco, S., and Heifetz, E. (2010), Quantitative analysis of seismogenic shear-induced turbulence in lake sediments, Geology, 38(4), 303-306, doi: 10.1130/g30685.1.
