作者简介 徐起浩,男,1944年生,研究员,主要从事地震地质、海岸带第四纪及古地震研究。E-mail: xuqihao2005@163.com。
琼北东寨港桥头村大桥和大桥前面条石路面废墟,现今位于退潮后水面下并被淤泥覆盖,仅小部分出露。据家谱、墓碑考证和实地调查,该大桥在1605年琼州大震后45年、即公元1650年尚在使用,是琼州大震后,又经近百年才沉没于海的。1650年后至今(截至调查年1984年),东寨港桥头村地区地面以不低于1.5 cm/a的速率下沉; 近30~40年来东寨港中段和北段以不低于1 cm/a速率缓慢下沉,南端下沉速率小些。琼州大地震后的早期,东寨港的下沉速率可能更大些。本研究粗略估算了这次地震同震下沉幅度东寨港中部和北部可能达2~3 m。南部下沉幅度小些。对震后缓慢下沉机理进行了讨论,认为琼州大震是在新生代以来至震前各地质时期,琼北地幔柱隆起、地壳隆起拉张破裂、火山多次活动或喷发、地壳减薄表部下沉、壳下持续性强烈活动的背景下发生的。震前琼北特别是琼北东部地壳经历了数千年的隆起,积聚巨大能量形成壳下热点。震前因地下水向拉张断裂的贯入,降低断裂面摩擦力,震前陆地开始下沉,并终于全面突破断裂面摩擦阻力发生陆陷成海大地震。震时释放部分能量,震后剩余能量对断裂持续拉张,东寨港持续地堑型沉陷。地震时及震后相当长时间内海水对断裂快速和持续贯入降低了断裂面上的摩擦力,使震后断裂呈相对稳定滑动,这些可能是震后东寨港数百年来大速率缓慢下沉的主要原因。连接琼州大地震,晚更新世及可能迟至全新世早期以来,东寨港经历过由陆变海、由海变陆、又由陆变海的演变过程。
About the author XU Qihao,born in 1944,professor,is engaged in researches on seismic geology,Quaternary of coastal zone and paleoearthquake. E-mail: xuqihao2005@163.com.
The ruins of the Qiaotou village bridge and the strip stone pavement in front of the bridge in Dongzhai port,Northern Hainan Province,are now submerged under the water surface at low tide and covered with mud,with only a small portion exposed. According to genealogical records,tombstone inscriptions,and field investigations,the bridge was still operational 45 years after the Qiongzhou earthquake,specifically in 1650 AD. It indicates that the bridge sank into the sea nearly a century after the 1605 Qiongzhou earthquake. The research shows that since 1650,the ground in Qiaotou village area of Dongzhai port has been subsiding at a rate of no less than 1.5 cm per year according to recent survey in 1984. The survey also shows that in the past 30~40 years,the ground of central and north section of Dongzhai port have slowly subsided at a rate of not less than 1 cm/a. The sinking rate was likely higher in the early period following the Qiongzhou earthquake. This paper roughly estimates that the amplitude of coseismic subsidence of this earthquake may reach about 2~3 m. The paper discusses the mechanisms behind slow subsidence after the earthquake,attributing it to persistent intense activity beneath the crust due to mantle plume uplifts,crustal stretching,and fracturing,accompanied by multiple volcanic activities or eruptions over various geological periods since the Cenozoic. Prior to the earthquake,the crust of northeastern Hainan,had been uplifting for thousands of years,accumulating significant energy and forming sub-crustal hotspots. The reduction in friction on the fault surfaces due to groundwater penetration into the tension fractures initiated the land subsidence,culminating in a significant earthquake that caused extensive land to sink into the sea. After earthquake,the residual energy continuous to stretch the fault,resulting in continuous graben type settlement of crust in Dongzhai port. The rapid and continuous penetration of seawater into the fault during and after the earthquake reduced the friction force on the fracture surface,stabilizing the post-seismic fault movement. These factors are considered the primary reasons for the prolonged,significant subsidence of Dongzhai port for centuries following the earthquake. Connecting to the historical context,Dongzhai port has undergone transformations from land to sea and back,a process that has continued from the Late Pleistocene and possibly up to the Early Holocene.
震前缓慢下沉、同震下沉和震后持续缓慢下沉是1605年琼州大地震的重要特色。
震前下沉(或隆升)、同震下沉(或隆升)及震后缓慢下沉(或隆升)是地壳在地震前、地震时、地震后壳下应力在不同环境下的不同作用及其在地表形变的表现。Atwart(1997)曾论述了1960年太平洋纳斯卡板块(Nazca Plate)撞击南美大陆板块导致消减带地区发生智利9.5级大震, 同震下沉造成南美智利海岸在长大于900 km、平均宽约100 km的范围内下沉幅度达2 m, 又着重论述大洋板块俯冲撞击北美大陆板块导致消减带地区发生阿拉斯加1964年9.2级大震, 引起华成顿西部海岸同震下沉, 在N50°~63.7°、E142.3°~156.8°的海岸带范围内, 同震下沉幅度达2 m的区域长达900 km, 最宽达250 km。在阿拉斯加的格德伍德洼地(Girdwood Flats), 在库克海湾(Kook Inlet)的坦納根湾(Turnagain Arm)的上游, 最初的调查和评估阿拉斯加的这次地震下沉最大也是2 m, 导致该地区海岸带的震前森林和淡水湿地沉没于海、变成潮间带沼泽。后来的重复水准测量记录格德伍德Portage地区同震下沉约为1.7 m(Plafker, 1969; McCulloch and Bonilalla, 1970)。但其后Shennan 等(1999)通过在美国阿拉斯加的安克雷奇坦納根海湾上游库克内湾的格德伍德低沼泽地区对淤泥、泥炭露头样品所含的硅藻、花粉、有孔虫、变形虫等的微体古生物的研究, 认为1964年阿拉斯加9.2级地震同震下沉后接着的震后地形变趋向是抬升的(海平面下降); 他们通过在不同沉积区段露头的淤泥、泥炭中的微体古生物的不同含量比率, 发现了沉积体从下而上反映了陆地和海平面相对变化的4个阶段: 第1阶段, 陆地相对抬升26~13 cm, 是2次地震间隔期间能量的积累; 第2阶段震前陆地沉降(海平面上升)12~11 cm; 第3阶段是1964年3月27日大震期间同震陆地快速下沉阶段, 下沉幅度达1.7 m; 第4阶段是震后的陆地抬升(海平面降低), 抬升幅度10~2 cm, 并持续至现在。
近年来紧随地震监测和地形变测量仪器及研究手段的大幅提升, 一些国家的学者愈来愈重视用不同方法对震前、震时和震后地壳形变过程的研究。Suresn Krishnan等(2018)认为, 陆地下沉, 无论是人为的还是自然因素引起的都可以通过各种技术手段监测。常用的是基极方法, 例如水平测量和GPS方法。但是这些方法在时间、空间观察范围有限。因此近年来一些地质灾害(包括自然灾害和人为灾害)的研究者采用了空间上的InSAR技术, 已经在不同地区进行了研究。2015年4月25日尼泊尔廓尔喀MW7.8级地震就运用了SAS-DInSAR技术, 震前用了16ALOS-1相位排列L頻谱合成小孔无线电探测(16ALOS-1 phased Away L-band Synthetic Aperture Radar(PALSAR))图像和震前及震后期间26Sentinel-1 A/B. SAR图像来判定这次大震震前、地震时及震后加德满都盆地陆地的时空位移。结果显示: 震前盆地下沉, 平均速率达约-8.2 cm/a, 主震时同震上升1 m, 主震后, 在震后的早期(震后108天)和震后的一个时期(震后18个月)下沉, 速率分别达到了-15 cm/a和 -12 cm/a。作者把这归因于弹性回跳和地下水的变化。但作者又认为, 在加德满都盆地这种位移的本质仍然是不清楚的(Suresh Krishnan et al., 2018)。
可见, 大地震在不同地区不同时候震前可能下沉, 也可能抬升。震时可能产生同震下沉, 也可能产生同震隆起, 震后可能缓慢持续下沉, 也可能缓慢隆升。它是由不同的地震作用机制、应力作用和应力作用环境造成的。但较多报道表明, 海岸带及近岸海域和地下水丰富的地堑或断裂张性活动, 壳下活动强烈地带大震同震下沉, 震后紧随的长时间缓慢下沉是较明显的表现特色(表 1)。
国内见于史料最早报道大震后陆地下沉、震后又持续下沉的是1511年(明正德六年五月初六日)云南永胜地震。
笔者曾多年在海岸带从事地震地质和第四纪调查, 曾分别于1973、1984和1985年调查过1918年广东南澎—南澳7¼ 级大地震及震后海岸相对于海平面的变化, 发现这次地震后60余年在极震区附近的南澳岛东部的混合花岗岩基岩海岸地区陆地以4 cm/a的速率持续下沉(徐起浩等, 1986d), 曾通过对沉积压实研究, 指出现代黄河三角洲近期的大速率下沉不是由沉积压实造成, 而是渤海湾400年来发生过1次7级和2次7级以上的大地震, 特别是1969年渤海湾7.4级大地震, 地震构造作用可能是造成渤海湾震后持续性以大速率缓慢下沉的重要原因(徐起浩, 2018, 2020)。
笔者早期调查和报道大震后海岸陆地持续性高速率下沉的是1976年、1984年对海南岛1605年琼州大地震的调查。这次大震发生于中国明朝万历三十三年五月二十八日亥时, 即1605年7月13日晚9—11时。1976年, 陈恩民最早提出去现场调查该地震, 首次在当时东寨港退潮后的海底浅滩发现了含历史古铜钱等、由地震造成的人类生存活动废墟(陈恩民和黄咏茵, 1979), 为研究这次大地震做出了重要贡献。笔者的主要工作是努力了解这次大震东寨港的同震下沉和震后缓慢下沉, 特别是对震后的缓慢下沉进行了较长时间的详细调查。1985年4月18—22日国家地震局在海口市召开了“1605年琼山地震讨论会”, 笔者参加了会议, 并在会上宣讲了自己的调查资料和观点。其他与会专家、学者也热烈地直述了各自的调查资料和看法。这次会议总结对琼山地震取得的认识, 其中指出: “这次地震震中烈度仍宜取10度, 震级为71/2级。还明确指出1605年琼山地震导致极震区内某些地点发生地基塌陷, 并使部分村庄沉没到海水面之下, 这是强震效应, 另一方面目前在东寨港地区潮间带附近的古村庄废墟的存在也包含有近代长期的地壳沉降运动的因素”(姚彦之, 1985)。绝大多数与会专家学者对这些看法取得了较一致的认识(王志东, 1985; 卢寿德, 1985)。会后很多专家通过文集对海南岛北部地震地质包括对琼山地震烈度、震级和对这次地震的沉陷也发表多篇文章表述自己的研究成果和看法(丁原章等, 1988; 郭庆华等, 1988; 武焕英和贾素娟, 1988)。陈恩民也继续发表文章谈他的认识(Chen and Huang 1986; 陈恩民和黄詠茵, 1989)。笔者据调查资料会后在不同刊物发表文章, 从不同角度进一步阐述自己的观点和看法(徐起浩, 1985, 1986a, 1986b, 1986c, 1988; Xu, 1990)。徐起浩(2006, 2007)根据以往调查资料补充对琼州大地震陆陷沉海的认识, 认为这次大震伴随同震下沉可能存在有对海岸冲击的海啸, 大震后造成陆陷成海地震地貌, 在位处极震区的东寨港由于持续的震后缓慢下沉造成大量震后才沉没于海的人类活动废墟(图 1)。
近年来琼州大地震下沉得到学术界专家的进一步关注(张宝红, 2010), 有的专家利用遥感技术探测1605年琼州大地震陆陷沉海废墟在海域和东寨港古河流岸边的分布(李志新等, 2019), 有的学者通过对钻孔岩心沉积相的研究探索这次大震下沉和可能的海啸(张振克等, 2008, 2010; 张云峰等, 2012)及海岸沉积研究(高抒等, 2016)。这些研究无论是方法或理论的探索对于拓宽1605年琼州大地震对于东寨港的影响研究, 都是有意义的。
中国至今还没有用现代最有效的仪器测量并区分海岸带大震震前、震时和震后地壳形变的事例, 是由于在这以前发生的海岸带大地震还没有这样的测量仪器, 或没有条件做这样的工作。但是中国具有独特的悠久的历史文化, 地方史志、民间家族谱很多对地震都有记载, 子孙对这样的大事件也会世代相传, 这是国外很多国家所不具有的。我们可以充分利用这一独特、宝贵的文化财富。在一些地方大地震可能要数百年甚至数千年才发生一次, 所以对每次大地震包括历史地震我们都有责任尽可能详细调查和研究, 尽力不放过任何可能的真实细节和重要环节。对于琼州大震同震下沉, 震前、及震后下沉, 都是这样重要的地震环节。
笔者一直不同意把大震时的同震下沉和震后缓慢下沉混为一谈。认为把大震后陆地持续性下沉和大震时的同震下沉区分出来, 可以使人们更正确地认识大地震的特性和震后相当长时间内的地壳变化、海岸变化, 对于后人的海岸带预防地震灾害, 包括预防震后的后续灾害具有重要的预警意义。对更深层次地了解地震动力学特征、进一步深化地震研究也具有重要意义。
鉴于此, 笔者主要依据当年调查获得但尚未发表的资料进行研究, 侧重于对大震后东寨港的下沉速率进一步补充资料论述。并对这次大震的同震下沉幅度进行估测, 对东寨港震后缓慢下沉机理也进行了初步探讨。目的是对琼州大震东寨港同震下沉、震后多年来东寨港持续性的缓慢下沉和速率、及对东寨港的形成变迁和这次地震的机理有更清晰的认识。
桥头村属海南省琼山县演丰乡, 位处东寨港(1605年琼州大地震的极震区)的西岸(图 1; 图2), 该村现有50余户300余人口(1984年)。除了外嫁进村的妇女外, 全村几乎全姓陈。族谱①(①琼山县演丰区桥头村陈多安收藏.)记载及村中居民都公认全村系同一个祖宗陈廷鸾延续的后代。据笔者对村民的访问调查, 结合桥头村陈氏族谱的记载, 证实该村是由陈廷鸾于明末首次从登高村迁来, 并在桥头村繁衍后代的。今天(1984年)桥头村青年是从陈廷鸾算起的第十代。桥头村大桥架在位处桥头村南的河流上(图 1; 图 2), 距桥头村仅50 m左右。该河流从演丰市往东流经桥头村南汇流东寨港。大桥除了与门桥村相距0.5 km外, 与周围其他村庄相距都在1 km以上。该桥曾主要把桥头村与桥南的耕地联系起来, 桥头村人世代传说该大桥是其开宗祖先陈廷鸾于明朝修建的, 为石砌桥, 有8个洞门, 故又称八门桥, 现今大桥已不存, 大桥废墟在退潮后的海面以下并被淤泥覆盖。大桥北端, 连接大桥的条石路面废墟大部被淤泥掩埋, 小部分尚留存, 但被每天通常的潮水淹没。现今桥头村前该河流宽达250余米, 河道大部分为淤泥区域, 长有茂盛的红树林, 退潮后的水流仅宽30~50 m, 河道中可见突出的玄武岩巨砾, 为风化玄武岩岸。退潮后靠近桥头村一侧的红树林浅滩处及部分河床中清晰地留下了通向桥墩的条石路面废墟。该条石路面顺着河边地形从高往低倾向河床延伸, 现今退潮后部分露出水面(图 3; 图 4-A, 4-B), 部分继续往水下延伸, 推测延伸至1 m以下的桥墩废墟处。据各验潮站测定, 琼北各港的平均潮差在1.5~3.25 m之间(表 2)①(①毛树珍, 宋朝景, 许祖康.1965.海南岛北部红树林海岸调查报告.见:中国科学院南海海洋研究所.南海海岸地貌学论文集, 第一集.), 铺前验潮站在东寨港北端, 平均潮差为1.5 m, 东寨港的潮差取1.5 m。刮台风时海水可高于高潮水位2 m。按如上推算通常涨潮时最深处的条石路面在高潮水位下不小于2.5 m(图 3), 台风时在高潮水面下不小于4.5 m深。如果历史上大桥存在时条石路面和桥墩在台风时的高潮水面以上0.5 m那么桥墩前的条石路面和桥墩处的地面下沉不小于5 m。
桥头村第一代陈廷鸾坟墓埋在桥头村南河对岸的坡地上。墓碑上刻有“明故八门桥处士陈公墓”, “庚寅季冬吉旦立”字样(图 4-C)。查桥头村陈氏族谱结合墓碑分析, 可确定陈廷鸾卒年。并可推断桥头村大桥使用的大致期限。显然这对于确定该大桥是否1605年琼州大地震沉没于海, 抑或地震后多少年才缓慢沉没于海是具有决定意义的。
现将桥头村族谱记载的前5代抄录如下:
陈氏族谱* 肇基桥头支:
一世廷鸾公配婆丰丁村林氏, 派男长建谕, 次建礼, 三建义。公婆生死坟茔俱失。二世建谕公, 廷鸾长子, 配婆氏派男四长弘文, 次弘智, 三弘新, 四弘仁, 公婆生死坟茔俱失。
二世建礼公, 延鸾公次子, 元配京口村氏, 派男四长弘玉, 次弘德, 三弘珍, 四弘道, 续妣架屋村王氏, 派男弘义公与京口婆同圹, 葬东边园有碑, 架屋婆亦葬在东边园。
二世建义公乃廷鸾公三子, 配婆王氏, 派男二, 长弘耀, 次弘烈, 公婆生卒坟茔俱失。
三世弘玉公乃建礼公长子, 配婆旧墟村李氏, 派男二, 长文智, 次文辉, 公生康熙甲午年七月廿三日辰时, 婆生康熙丁丑年七月初三日巳时。
四世文智公乃弘玉公长子, 配婆排路村氏派男元吉, 公生雍正壬寅年十二月廿二日午时, 婆生雍正乙巳年八月十八日酉时。
五世元吉公乃文智公子于年庚, 公生乾隆壬午年五月初六日巳时, 婆生乾隆甲申四月初三日辰时。
必须说明, 上述族谱提及四世文智生年“雍正壬寅年”, 雍正无壬寅年, 康熙末年(康熙壬寅年)为1722年, 雍正元年(雍正癸卯年)为1723年, 故家谱中此处误记。四世文智实生于康熙壬寅年即1722年。而且家谱所述“一世延鸾公配婆丰丁村林氏”, “公婆生死坟茔俱失”。实际情况是: 一世延鸾公婆生死年俱失, 婆的坟茔也失, 但廷鸾公的坟茔尚在。桥头村河对岸坡地上墓碑上刻有 “明故八门桥处士陈公墓庚寅季冬吉旦立”字的坟墓即是。该墓碑式样和风格与海南人明朝坟墓的式样和风格一致。桥头村陈姓世世代代村民都指认该坟墓是他们在桥头村的陈氏第一代祖先的坟墓。因此该坟墓是桥头村陈氏第一代祖先陈廷鸾坟墓是可信的。
据族谱桥头村人第一、二代生卒年已不能详细查考, 但第三、四代及以后桥头村人的生卒年都有详细记载, 结合墓碑反推, 可得第一代陈廷鸾卒年。据族谱, 第三代弘玉妻生于康熙丁丑(1697)年, 并且可知族谱记载文智生父第三代弘玉生康熙“甲午”年(1714)有误。因为不能设想8岁小孩结婚生子, 而且妻比夫(弘玉)年龄大17岁也是不可能的。但弘玉生康熙年(1662—1722年)是可靠的, 因为弘玉若不是生于康熙年, 而是出生于康熙之后的雍正年间(1723—1735), 或康熙之前的顺治年间(1644—1661)都是不可能的。因为前者会使得儿子比父亲年龄大, 后者则使得第三代弘玉在78岁以前不生子女, 反而在78岁以后生2个儿子, 显然在当时、当地的条件下是不可能, 也是不合理的。因此第三代弘玉生于康熙年间, 第一代去世时间最可能应是明朝后期或是清初。表 3分析了第三代弘玉的可能出生年, 及反推而得的第一代陈廷鸾的卒年。表 3是基于下列条件下建立的:
1)第二代建礼(弘玉生父)是在第一代陈廷鸾活着时妻怀孕出生的。
2)据墓碑, 第一代廷鸾卒年的可能年份: (1)1650年(清初庚寅年); (2)1590年(明朝后期庚寅年)。
3)第三代弘玉可能出生的时间: (1)康熙元年(1682); (2)族谱记载康熙“甲午”年2字中误记1字。
列成表 3: 显然表中括号内的数字是不可能的, 因为也不能设想当地、当时的条件第二代建礼72岁以前不生儿子, 反而在72岁以后连续生4个儿子, 续婚后还生1个儿子, 也就是说第一代不是卒于1590年及其以前, 只能比1590年更后。表 3第2, 3栏比较表明第一代终于1650年的可能性最大。各栏比较弘玉的出生年最可能是康熙甲子(1684)年或康熙庚午(1690)年, 且出生康熙甲子(1684)年的可能性更大些。也即第二代建礼至小35岁以后才生第三代弘玉。
据表 3第一代终于1650年是比较可靠的, 第一代能建桥, 估计家境较好, 去世后不会隔多年才立碑, 海南风俗一般为去世者当年冬至第二年清明立碑, 因此第一代卒于清初庚寅(1650)年是比较可靠的。
明朝亡于1644年, 也就是清兵从北面进入北京后, 在远离北京的海南岛乡村这时候对去世的人称“明故”是可能的, 因为当时清兵占据北京后要进而控制万里之外的海南岛, 没有几年时间是不行的。
综上述, 桥头村人的开宗祖先陈廷鸾约卒于1650年的上述考证与墓碑, 及家谱记载, 其子女生卒年代其各方面关系吻合较好, 较为合理, 因此是可信的。桥头村人的第一代约卒于1650年, 即琼州大地震后45年才去世。
又回到桥的问题上来, 过河不方便才建桥, 有桥才方便过河, 当时的桥头村就可能是这样的情况。海南人忌讳把死者棺木船载运送埋葬的风俗, 因此用船把陈廷鸾的遗体运送到河对岸去埋葬是不可能的。而且桥头村河对岸现今地势高, 地面海拔大多在5 m或10 m以上, 当年可能地势更高, 有可埋坟墓的地方。据桥头村人反映, 祖先把坟墓埋在河对岸主要是为了占领河对岸的土地, 如果当时没有桥来回耕作不方便, 也就不会去占领河对岸的土地。因此第一代陈廷鸾(及其妻)坟墓能埋到河对岸, 主要原因是这八门桥当时是存在的、可用的, 还没有沉到水面以下。当时河对岸的地也是在利用的。也就是说, 至少在1650年也即至少在琼州大震后45年桥头村大桥还在使用, 桥头村大桥沉没于海至迟是在1650年以后。又据笔者调查桥头村人祖祖辈辈从不认为该大桥是大地震沉没于海的, 桥头村人明确认为该桥是慢慢下沉被淹没的, 该村老人一致认为该大桥成为废墟只是近200—300年的事。
据桥头村经常下海捕鱼的渔民反映, 无论是涨潮时的水位, 还是退潮时水位, 现在的桥头河海水都比以前高了。河床中有的原来退潮后可以看见的玄武岩基岩现在被海水淹了, 看不见了。老人们都反映海水增高了, 河变得更宽了, 桥头村30年前近岸边的榕树由于海水逼近、浸淹, 大榕树都死了(图 5-A), 河对岸的地也早已不耕种。而且从第二代开始以后桥头村人的坟墓都不埋在河对岸。推测当时桥头村海水位上升就比较快, 地壳下沉速率已比较大, 第一代去世后大约过几十年这桥就不能用了, 河对岸的地也就极少利用。作者调查东寨港西岸红树林不断被海水侵蚀(图 5-B), 岸边高处坟墓及底部泥土被海水侵蚀, 垮落在海滩上(图 5-C, 5-D)。海水越来越往陆地逼近(图 6-A至6-E)。
曲口村边的码头被海水不断冲坏(图6-F)。以往修的一些大桥, 有的隔十几年就被海水冲毁不能用了。如1960s初期修的演丰大桥, 到1970s就被海水冲坏不能使用(图 7-A)。几个村子原先饮用的水井中, 井水变得越来越咸, 直至不能饮用(图7-B, 7-C), 有的水井被海岸侵蚀, 井壁、井圈陷落海中(图7-D), 或陷入海滩被垮落海岸的乱石掩埋(图7-E)。西岸溪头村、道学村、昆山村等村海堤几乎每隔10~20年左右就要整修、加高1次, 北港、道学村的海堤从1930s以来加高 3~4 次。
琼州大地震沉陷在当地曾造成深刻而久远的影响, 沿岸村民谈及的地震陆陷成海地区, 多指东寨港北边铺前湾附近海域和以北现在已成为海域的当时沿岸地区, 及罗亭坡和以北的东寨河岸边地区。那些地震沉陷村庄的幸留者的后代, 他们曾详细地向笔者提供了已被海水淹没的、他们祖先居住过的住地(徐起浩, 1986c)。同样, 也有一些村民, 如演州村的老人告诉笔者, 大约200年前的清亁隆年间, 祖先还是住在今东寨港内近南侧的一个名叫芦山石村(又叫流山石村)的古村庄里, 后来因为地面缓慢下沉, 村子不能住人才逐渐搬迁出来(图 1; 图 8)。笔者认为像东寨港沿岸这样对1605年琼州大地震沉陷影响相当深刻的地区, 有的村民根据祖辈传说可以明确说明东寨港内祖宗居住的古村庄废墟, 不是地震废墟而是地震后缓慢下沉废墟, 就像古芦(流)山石村和桥头村大桥废墟等, 都是可信的。
桥头村及大桥废墟所在地及其附近地基主要为玄武岩砾岩及其风化土, 地基比较坚实, 据对水动型海平面研究, 近1000年以来海平面没有明显变化(徐起浩和冯炎基, 1997), 琼北秀英验潮站测量, 近几十年(1953—1983)琼北平均潮水位最大仅相差12 cm, 绝大多数年份没有明显变化, 大约都在1.50 m左右(徐起浩, 1986b)。根据上述现今(1984年)桥头村大桥和桥头条石路面废墟所处海拔深度和潮水位高度判断, 1605年琼州大地震后, 如果从1650年起算, 334年以来桥头村大桥及桥头条石路面废墟和当地地壳一起下沉幅度不小于5 m, 平均大约每年以不低于1.5 cm的速率下沉。
此外, 东寨港多个海边居民对笔者讲起了近几十年海水升高的情况, 并到现场进行了实测计算。如1976年东寨港西岸的演海区曲口村梁姓村民(调查年44岁)在东寨港中部港湾内退潮后的大石头(可见长3 m、宽2 m的玄武岩基岩)上向笔者讲述: 30年前小孩时晚上常在该大石头上睡觉, 天微亮就下海捕鱼, 现今(1976年)该大石头除了小块站脚地方上都长了海蚝, 已不能再睡觉了(1984年笔者与梁姓村民再来考察时, 大石头上已全长了海蚝, 已无立脚地方了)。梁姓村民现场比示并测量, 显示30年来海水升高约36 cm(图 9-A)。1984年调查东寨港中部西岸星辉村, 村民反映与1950s初相比较海水进入陆地20~30 m, 海边造船地方海水进来有100多米, 认为地低下去起码50 cm。北港摆渡老人根据岸边海水位上升体验, 也认为30年来地低下去起码50 cm。中南部西岸道学村边北截—和公村村海堤, 王姓村民讲述该海堤50年代加高约50 cm, 1980年又加高约50 cm, 比较不同年代海水高度, 表明该海堤20年来海水升高27 cm(图9-B); 道学村东、北截村水闸处海堤20年来海水升高24 cm(图9-C); 道学村, 吴南头—溪头海堤, 陈姓村民比示讲述20多年来海水升高约32 cm(图9-D); 东寨港南端又一王姓村民述说南端西岸溪头—赤土村之间海堤显示, 30年来海面升高15 cm, 南端排堆(墩)村村民反映, 红树林往坡地上升生长, 比较红树的生长地高度, 30年来海水升高约3~4寸(合10~13 cm)(图9-E); 东寨港南端三江市下市村李姓和杨姓村民讲述, 村边通东寨港的三江河岸变宽很多, 30多年来江水位估计升高约18~20 cm(图9-F)。竹排坡(今为东寨港小岛)嘉庆十九年(1814年)何氏公、婆合葬坟墓所在地面, 现今通常刮台风时水深达1 m, 当地人建坟墓时总是建在刮台风时海水一定不能到达地方, 推算建坟墓至今170年来当地地壳下沉已超过1 m; 演州村北民国己未年(1919年)陈氏坟墓现今刮台风时也被海水浸淹。1996年笔者与海南地震局的陈运平、杨钦才等再次选择性考察东寨港, 在东岸铺前港北的新埠海距岸约20 m的潮间带海滩有一口几十年前在坡地上的水井, 井水可饮用。由于海水对坡地的侵蚀, 水井下落, 涨潮时已被通常潮水所淹。村民经验估算, 40~50年以来海水升高约60 cm, 显示东寨港的近期下沉延及北部的新埠海或可能更往北些的海域(图 10)。
综合测算, 近数10年来东寨港中段和北段每年以不低于1 cm的速率下沉。东寨港南端的陆地下沉速率比东寨港中部、北部要小。结合桥头村大桥及桥头条石路面废墟沉没于海速率分析, 可能1605年琼州大震后至清朝早中期, 东寨港下沉的速率更大些。如果从大震后1年(1606年)起算, 东寨港的下沉总幅度可能不低于6 m。还需指出, 笔者1976年在东寨港退潮后的浅滩看见的坟墓等各种废墟, 1984年再考察时很多已被淤泥掩埋看不见了, 东寨港中部西侧、林市村西退潮后浅滩内出露的、有人找到过宋朝和明朝古铜钱的古城西村(有的称尾沟村)等废墟(地震下沉前古城西村是集市, 该古村正对林市村海边小庙, 古城西村南侧海域浅滩分别是洪宅村、古土豆村、古六椒村地震废墟), 是因为这些废墟处在海拔高的位置, 大震时并没有沉没于海, 是大震后长时间的缓慢下沉, 才在现今东寨港潮间带水下浅滩出露(当地老人也这样讲述)。而且由于古城西村废墟地面与对面林市村陆地隔有一条水沟, 水沟中的小石桥震时已沉于水面以下, 人们不方便到废墟上活动, 废墟不易完全破坏, 所以地震废墟能部分保留至今(徐起浩, 1986b)。1605年真正琼州大震时同震快速沉没于海的陆地废墟现今都已在退潮后的海水面以下并被淤泥覆盖。东寨港内现今退潮后浅滩出露的房屋、坟墓等废墟都是琼州大震后由原来的陆地缓慢逐渐下沉形成的。
笔者还注意到, 东寨港西岸生长宽达数百米至数公里的茂盛红树林, 沿岸又有演丰河、演州河、三合河、三江河等多条河流携带大量泥砂注入港湾, 东寨港本身又是一个长达15 km, 一般宽达4 km、最宽达8 km的港湾, 如果地壳稳定或下沉速率很小, 这样的港湾本来是极易淤塞消亡的, 但现今相反, 东寨港西岸每年都在向陆地扩展, 港湾内的小岛逐年变小以致消亡。历史地图反映, 清朝康熙二十四年(1685)《【康熙】廣東輿圖》中之文昌县图(韩作栋, 1685)①(①蒋伊, 幛作栋.清康熙二十四年(1685).【康熙】魔柬典圄.)、道光辛丑年(1841)《琼州府志》中之文昌县图(张岳崧, 1841)②(②明谊, 张岳崧.清道光辛丑年(1841).琼州府志.)及清咸丰五年(张霈, 1855)《文昌县志》③(③张霈.1855.清咸丰五年.文昌县志.)图中东寨港都是以河流反映的(图 11; 图 12; 图13), 直到同治(1862—1874)年间东寨港北边才出现港湾形态④(④毛鸿宾.清同治( 1862-1874).广东图说.) (图 14)。以后东寨港逐渐演变才形成今天的港湾面貌。所有这些都说明, 东寨港地区琼州大地震后确是在以大的速率下沉, 终于由琼州大地震后清朝初期的河流逐渐演变成今天海南岛最长、最宽的港湾。
琼州大震同震下沉究竟幅度有多大?这是应该考虑的问题, 也是一个比较复杂的问题。在极震区及附近现在看到的陆陷成海废墟包括了同震下沉和震后缓慢下沉的综合效应。但是这两者往往被人们作为同震下沉而混为一谈。如清康熙26年(1687)琼州府志记述: 万历三十三年)“五月二十八日亥时地大震, ……调塘等都(在县东南)田沉成海, 计若干顷”(潘廷侯等, 1687)①(①潘廷侯, 佟世南, 吴南杰.1687.清康熙二十六年.琼州府志.)。但清道光辛丑年(1841)《琼州府志》及以后的琼山县志却记述这次地震“调塘等都(在县东南)田沉成海千顷”(明谊和张岳崧, 1841)②(②明谊, 张岳崧.1841.清道光辛丑年(1841).琼州府志.)看来后者已把大震沉陷和震后缓慢沉陷相混淆。同样, 不合理区分地震同震下沉和震后缓慢下沉也会误算同震下沉幅度, 并且导致对这次地震震级和烈度的误判。1985年海南地震学术会议及会后有学者综合调查资料和会议大多数学者意见再次厘定了这次地震的震级和烈度(郭庆华等, 1988; 武焕英和贾素娟, 1988)。但是在东寨港要比较准确地测算这次地震的同震下沉幅度是很不容易的, 地震断裂处在海水覆盖的地方, 要像北方地区那样通过开挖探槽了解断裂错动幅度以了解同震下沉幅度是困难的。在东寨港打钻孔, 虽然能够穿过海底海相沉积和震前陆相沉积的分界线, 找到海底的陆相沉积表面, 通过可能存在的地震沉积相了解其高程及和震后沉积的关系研究同震下沉幅度。但因为大震后持续的缓慢下沉, 东寨港由同震下沉造成的众多的岛屿状地貌被持续地侵蚀, 低凹处被沉积物充填。使研究者难以识别沉入海底前的震前地表面和震后被侵蚀形成的海底地表面及震后陆地缓慢下沉形成的海底地表面。因此难以找到钻孔位置(同震下沉地表面), 从而难以通过钻孔获得地震沉积相以了解同震下沉状况。而且同震下沉沉没于海的地方现今都落在退潮后被海水淹没的海底并被淤泥覆盖, 并且因为震前东寨港海边及河岸边先人居住的陆地多是全新世海浸后隆起的地方, 通过钻孔识别由震前海相沉积隆起的沉积和1605年同震下沉的海相沉积分界面, 也会因种种干扰而模糊。而且研究者难以识别同震下沉前陆地表面所处的海拔高度。所有这些都使得在东寨港识别同震下沉幅度难度较大。在没有找到更好的方法以前, 笔者试图用下列方法粗略推测这次同震下沉幅度, 依据及思路是: (1)这次地震确实发生过同震快速下沉, 如东寨港有家谱记述这次地震“演顺二图七十二村之地突然陷成河海……”(郑心天收藏, 岐山村北排郑氏家谱)等; 这72村主要分布在东寨港北侧的新溪河两岸(清康熙四十七年王贽修《琼山县志》④(④王贽.1708.康熙四十七年.琼山县志.)载: 新溪港在县东五十里演顺都, 与文昌交界, 明万历年间地震田沉数十村, 名为新溪, 与铺前港相通, 有渡往来)及北部海岸地带和罗亭坡附近的东寨河沿岸, 72村沉没于海可能还包括了大震时快速的同震下沉造成的海啸冲击和荡涤。从海岸更向内陆的内地, 以及从新溪河、东寨河更向内陆的地区, 无论是地方志、抑或家族谱及民间传说都没有记载和提及因这次地震震时土地和房屋陷落成海(徐起浩, 1986c)。(2)海南多台风, 风暴潮海水可比通常海面高达2 m, 当地村民在海边建房和坟墓时一般都会选在风暴潮不能到达的地方, 就是说选择在比通常海面高2 m及以上的高地, 但据调查, 震前地壳下沉, 海水已经逼近民居, 有的村民开始搬迁(徐起浩1985, 1986c)。就此推测这次地震在东寨港中部和北部海岸地区同震下沉幅度可能达2~3 m。东寨港南部下沉幅度小些。
5.1.1 新生代以来琼北壳下的能量积累和释放使以下地幔上隆, 地壳隆起拉张扩展、火山喷发、地壳下陷为其主要表现特征
对于这点, 笔者以往在多篇文章中有部分论述(徐起浩, 1986b, 2005, 2006)。因为地幔柱作用, 新生代以来琼北及附近地区壳下运动异常强烈, 是东南沿海最强烈地区, 其中琼北凹陷最厚沉积达5000余米, 早在古近纪琼北就有火山喷发, 测得拉斑玄武岩和橄榄玄武岩年龄为34.78 Ma BP(澄迈福山)、28.4348 Ma BP(儋州木棠)和27.4815 Ma BP(文昌蓬莱), 新近纪中新世测得有4个火山岩年龄, 在(1677±47)×104~(897±24)×104 a BP之间, 分布在海口金牛岭、文昌蓬莱新安村和临高多文龄等地, 上新世测得11个火山岩年龄在692.22×104~(380.72±99.5)×104 a BP之间, 分布在文昌蓬莱庙岭、蓬莱禄园村、海口秀英村、琼山文科村、琼山永兴、琼山油库、定安牛姆岭、定安金鸡岭和临高多文龄等地(黄镇国等, 1993), 上述古近纪和新近纪火山岩分布琼北凹陷所有各县市的有关地区。上新世及第四纪以来琼北共发生8期22次火山喷发, 共发现有50个火山口, 也分布在琼北凹陷所有各县市的有关地区。已查明琼北火山喷发时间涵盖了古近纪渐新世以来的各个不同时期内。东寨港西岸的演丰等地就大面积分布有晚更新世斜长橄榄玄武岩(β
据研究, 琼雷地区新生代火山岩都是碱性玄武岩和拉斑玄武岩的复合岩区并且几乎所有晚第三纪和第四纪玄武岩中都或多或少含有超镁铁质地幔岩包体, 岩石学与地球化学研究表明, 上述新生代玄武岩可能分别来源于岩石圈地幔(拉斑玄武岩)和软流圈地幔(碱性玄武岩)的部分熔融(刘若新等, 1989)。根据南海莫氏面深度图, 琼雷凹陷区的地壳厚度约为26~30 km, 比周边凹陷的地壳厚度30~32 km明显要薄, 它可能反映新生代以来琼雷凹陷壳下的地幔柱作用, 由于地幔柱的上隆导致地壳拉张, 正断层活动, 形成凹陷。谢窦克等(1996)认为100 Ma期间(晚白垩世以来)中国东部出现大面积与俯冲无关的大陆型火山, 而与线性塌陷非造山板内火山作用的潜在源——地幔柱构造机制有关, 华南地壳生长依赖的是地幔柱的迁移和不断扩张。琼州大地震极震区在东寨港地区, 地壳厚度约为26 km, 东寨港正是地幔柱隆起最显著、地壳减薄明显的梯级带地区(许东禹等, 1997; 徐起浩, 2007)。
1605年琼州大地震就是在上述新生代以来至近代琼北地幔柱隆起、地壳隆起拉张破裂、火山多次活动或喷发、地壳减薄表部下沉、壳下持续性强烈活动的背景下发生的。
5.1.2 震前琼北东部经历大面积地壳抬升、壳下应力积累过程
海南地质大队水文地质队于1981年在东寨港岸边陆地和港湾内围海造田地区打钻孔40个(广东省地质矿产局海南地质大队, 1983)②(②广东省地质矿产局海南地质大队.1983.海南岛琼山县三江地区农业供水水文地质详细勘察报告.), 其中15个钻孔揭示有中全新世河海混合沉积(ml
东寨港东侧, 罗豆市以西和罗豆村、塘沟村、乌树村以北分布大片海积平原, 海拔在2 m以上。地表下即为海相沉积(mQ4), 沉积黄色亚砂土, 亚黏土和深灰色含贝壳淤泥质黏土亚黏土(简称海泥), 为全新世沉积层(海南地质队1968, 1971) ①(①海南地质队.1968.锦山—文昌地区农田供水水文地质普查报告.)②(②海南地质队.1971.文昌县罗豆地区农田供水水文地质勘探简报.)。此外东寨港东岸还出露有二级阶地, 分布于东岸的硃宝村、官路坡村等地, 地形低平, 阶面平坦开阔, 阶地长1~4.3 km、宽0.5~4.0 km, 微向东寨港倾斜, 标高3~5 m。东寨港西岸、南岸和东岸出露有海湾一级阶地, 分布于西岸的桂南下村及南端的昆山村、演州村, 东岸的上元村、山头脊村等地, 阶地长2~8 km、宽0.05~3 km, 阶地平坦, 东部和南部较开阔, 西侧较狭窄, 与海湾漫滩无明显阶坎, 微向东寨港倾斜, 标高0.1~3 m(广东省地质矿产局海南地质大队, 1983)③(③广东省地质矿产局海南地质大队.1983.海南岛琼山县三江地区农业供水水文地质详细勘察报告.)。笔者当年考察时在东寨港沿岸也注意到了这样的一级阶地。上已述及, 琼州大震以前东寨港和东侧的罗豆等地区都有很多村子和耕地, 是很多先民在此休养生息的地方(图 10)。推测东侧罗豆地区海相沉积和紧邻的西侧东寨港早先的海相沉积是连为一体的, 其后海水退却, 两者都逐渐变成陆地。多方面资料显示, 1605年琼州大震以前的全新世晚期水动型海平面高程和今天相当, 或是低于现今海面是很小的。笔者以前已经在多篇文献中提及晚更新世中晚期以来海平面是渐进上升的(Xu and Huang, 1993; 徐起浩和黄镇国, 1995; 徐起浩, 1996a, 1996b, 1996c, 2001; 徐起浩和冯炎基, 1997), 不存在全新世比今天海面更高的高海面。2012年笔者在论述福建晋江市形成于距今2400 a左右的龙湖、前港湖等湖泊成因机理的文章中论述了龙湖、前港湖不是全新世中晚期高海面形成的潟湖(以往有的文献认为龙湖等湖泊是潟湖), 而是地震断塞湖(徐起浩等, 2012a)。作者这里需要补充论述: 2001年笔者在龙湖东南枪城寮村的湖岸边打了地震调查钻孔DZ1孔, 福建省水利部门在龙湖内及湖岸边共打钻孔77个, 其中湖中部及近古河流下游ZK105、ZK106、ZK202、ZK203、ZK204钻孔内全风化混合花岗岩及残积层顶板(古河流冲积层底板)海拔标高分别为1.30 m、-0.28 m、2.20 m、-0.12 m、-0.58 m; 冲积层顶板(湖相淤泥沉积底板)海拔标高分别为5.25 m、4.85 m、6.90 m、4.02 m、4.19 m。河流相沉积厚度分别为3.95 m、5.13 m、4.9 m、4.14 m、4.77 m。龙湖凹陷内古河流形成于距今7000年左右的深沪湾强古地震时(徐起浩, 2012b), 该古河流经深沪湾地堑内的宿困墩村西南村边的ZK0013孔流入深沪湾(流域直线距离约3 km)。地震调查钻孔淤泥起始沉积样品(深度6.15~6.35 m, 海拔6.85~6.65 m)年龄测定, 表明龙湖内的湖相沉积起始于距今2400年左右(徐起浩等, 2012a)。龙湖凹陷古河流内未发现任何海相贝壳及碎片。距今7000 a海水已进入深沪湾, 如果距今7000 a以来的全新世有比今天高的海面, 那么龙湖古凹陷内距今7000 a至距今2400 a就不应该有古河流沉积, 而应该是海相沉积或潟湖沉积。DK1孔显示距今2400 a以来的龙湖湖相沉积其上段(孔深5.6~5.85 m, 海拔7.4~7.15 m)淤泥共含硅藻241枚, 其中淡水硅藻占75.49%, 广泛分布类含量占11.6%, 未定属种、分布不明类含量占12.03%, 咸水半咸水硅藻含量占0.82%; 湖相沉积下段(孔深5.95~6.35 m, 海拔7.05~6.65 m)淤泥共含硅藻242枚, 其中淡水硅藻占61.16%, 淡水及半咸水类型含量4.14%, 广泛分布类含量占14.04%, 未定属种、分布不明类含量占18.18%, 咸水硅藻含量占2.4%; 钻孔内下部淤泥海相硅藻多于上段, 可能是由于下段淤泥, 形成于距今2400 a左右、导致深沪湾古森林更深沉没于海强古地震时间的紧随之后, 成湖初期断塞湖湖坝较低, 且因距今7000 a和距今2400 a的2次强古地震下沉, 震后地堑内古河床变得很低, 地堑内古河流沉积顶板低于距今2400 a及以后的水动型海平面。地堑内Zk0013孔古河流沉积孔深20.2~22.35 m、海拔-6.20~-8.35 m, 为含砾粗砂沉积, 上覆含少量海相硅藻细粒石英砂的滨海相沉积, 厚8.7 m。即古河流沉积顶板为-6.20 m(徐起浩等, 1990), 海水随古河床倒灌, 龙湖内湖相沉积易受含咸水硅藻海水影响。随后, 随着海相沉积的增厚和风沙在地堑内及在湖坝的加积, 提高并加宽了湖坝(徐起浩等, 2012a)龙湖凹陷内被断塞了的古河流下游至深沪湾的残留河道逐渐被海相沉积及风成砂填塞、封闭。海水影响变小直至消失。钻孔内上下段淤泥含咸水半咸水硅藻都很少, 主要含淡水硅藻。而且所有淤泥样品鉴定都不含通常潟湖含有的有孔虫。而且笔者调查龙湖周边村民打水井, 福建水利部门在龙湖及湖岸边共打的77个钻孔, 都未发现海相贝壳及碎片。据笔者所知, 富有海岸带地质调查经验的福建省地质调查部门, 在龙湖打钻调查时也很注意识别海相沉积和非海相沉积, 但调查者完成龙湖内及沿岸共77个钻孔后, 都不反映龙湖具海相沉积(徐起浩等, 2012a)。所有这些都说明, 福建晋江龙湖非潟湖, 而是淡水湖, 是地震断塞湖。经调查龙湖北东、与龙湖相距不到2 km的前港湖也非潟湖, 也是淡水湖, 成湖前为古河流, 也是距今2400 a古地震造成的地震断塞湖(徐起浩等, 2012a)。中国福建省晋江市龙湖和前港湖存在本身就是全新世不具有比今天高的高海平面的很好例证。
近年有研究者提出, 海南岛南部三亚等地有高出今天海面的全新世珊瑚礁和阶地, 认为是全新世高海面造成的。笔者认为在论及全新世高海平面时不能忽视地壳运动和差异构造运动的影响, 新生代以来琼北发生凹陷下沉, 但在海南岛的中部和南部的一些地方, 地壳是隆起的。在海南岛东部和东北部海岸的一些地方, 全新世抬升海岸地貌更是明显。
上述都说明, 海南岛北部东寨港全新世中晚期海水退出成为陆地, 及琼北东部、东寨港东岸的全新世海积阶地、台地和海积平原不是由全新世高海面造成, 而是在大约距今4000 a(或更早些)以来至1605年琼州大震前的全新世中晚期地壳隆起抬升过程中形成的。
在东寨港东岸的罗豆农场乌树村有一座现今已长了椰子树、竹子和各种杂树的“贝壳山”, 已大量被挖掘作为农田肥料及鸡鸭饲料, 现残留最长约500 m, 呈NE方向大致平行海岸展布, 宽约55 m, 地面以上厚度约4 m, 这是一座海相沉积原生贝壳堤, 主要贝壳当地人称为土冰螺, 海月属种。此外还有泥蚶、丽文蛤等。在高程3.9 m处取样测年为3330±70 a BP, 高程7.5 m处取样测年为4270±70 a BP。认为4270 a前海相沉积后曾历经千年的升降, 而在先期沉积物被腐蚀的低洼处再次形成距今3330±70 a BP的贝壳沉积(毕福志等, 1988)。笔者赞同这样的推测。可能4270 a BP后该地地壳以比水动型海平面上升速率更高速率抬升, 海平面相对下降, 贝壳层只能生长和堆积在比早先生长更低海拔的海岸位置。推测东寨港、罗豆等地区的全新世海洋环境一直持续到距今3000~2000 a左右。
吴泽龙(1988)报道乌树村一个较好的海相贝壳层剖面: 底部埋深0.2~0.4 m, 往上厚约4.2 m, 除夹少许箱蛤(Aree.Linn)外, 多呈直径8~10 cm的圆形, 扁壳的海扇(Peeten)或光蛤(Entolium)堆积很规则, 呈扁平状, 并且显出明显的波状层理, 反映滨海相环境。14C测年为距今5000~6000 a。说明在距今6000 a左右, 海水就已经浸入琼北东部地区。
上述表明, 琼州大震前, 琼北东部东寨港等地经历了数千年的地壳隆起。乌树村贝壳堤高程7.5 m处贝壳测年为4270±70 a BP, 贝壳堤通常在风暴潮环境即可能在约高于平均海面1~2 m堆积, 即乌树村最高贝壳堤反映的一般海面至少在5.5~6.5 m, 据广东中山石岐距今45 000年以来的渐进上升水动型海平面变化曲线, 这时的水动型海面在约-1.17 m(徐起浩和冯炎基, 1997), 所以距今4270 a以来当地陆地抬升了约6.67~7.67 m。考虑数千年来贝壳堤顶部会被部分侵蚀和被人为挖掘, 所以最高贝壳堤高达8~9 m或更高些是有可能的, 因此据上述资料粗略估算据今4000 a以来由乌树村贝壳堤反映的琼北东部陆地隆起可能达7~8 m或更高些。
东寨港内及岸边多个钻孔显示, 东寨港全新世沉积下主要为早更新世湛江组沉积(Q1), 不含中更新世和晚更新世沉积, 说明这时期东寨港隆起为陆地环境并且可能延及全新世早期。
笔者以往文献已经提及, 当年调查时东寨港地区有多个村民向笔者反映琼山大震前海岸陆地下沉情况(徐起浩, 1985, 1986c)。东寨港北部塔市附近的茅上村陈姓村民告诉笔者, 他祖先从福建搬来住在靠近北港的岭角村, 明万历年间地大震, 震前祖先见地慢慢下沉, 就从岭角搬到了茅上村。地震时岭角村沉没于海了。琼山县文林村村民陈献秀述说, 他祖先原住高山村外海边, 地震前地慢慢下沉, 祖先把祖宗的坟墓迁到塔市现在的盐场附近而后把家搬到文林村。琼山县曲口村梁姓村民告诉笔者, 他祖先原住在罗亭坡, 300多年前大地震, 震前祖先见地不断下沉, 把家搬到了今天的曲口村。这些村民都明确地高诉笔者, 琼州大震前他们祖先就是看到海岸和东寨港河岸地明显下沉, 震前迁祖坟而后全家搬离海边和河边到稍远的高地才避免了沉没于海的灾难。陈恩民和黄泳茵(1980)的调查报告中也提到了东寨港地区居民关于琼州大震震前海岸下沉的反映, 该报告论述:“在铺前港、北创港以及东寨港北部沿岸的一些老人说他们祖辈世代流传:在大震前除有小的震动经常发生、地鸣海响外, 近海地方还发生沉陷。靠琼州海峡的外海地先沉陷, 逐渐地岸边和内侧陆地也相继下沉, 海水自北而南浸延上陆地, 最后大地震发生”, “人们在大震前一个月左右就开始发现地有沉陷”, “在紧靠外海边村庄的人发现了地下震动渐多, 地鸣海响地面下沉越来越大, 田地逐渐被海水淹没, 以为是神鬼作祟、风水遭凶, 都很害怕, 不少人逃走迁居内地, 有的有钱人连祖坟都迁走”, “仁村, (在今铺前西北, 七星岭西边的海里)是在大地震前就发生沉陷了, 大地震发生时, 仁村的人已迁住到了内地, 所以震时死亡的人甚少”①(①陈恩民, 黄詠茵.1980.琼州大地震及其影响场的构造效应.广东省地震局.)。
上述给了我们一个清晰的琼州大震前后琼北东部晚更新世(可能延及全新世早期)以来的地壳活动及海陆变迁6段时空变化图像:
1)晚更新世晚期(可能延及早全新世), 东寨港为陆地环境。
2)全新世中期(可能延及早期)海水侵入东寨港地区。至距今3000~2000a左右, 东寨港和东部罗豆、乌树村等地是连在一起、碧波荡漾、海水茫茫的海洋环境, 东寨港主要表现为与现在不完全一样的海湾(图 10)。全新世中期当时海岸已经开始隆起且与水动型海平面上升大致同步, 海岸环境较稳定, 在东部乌树村堆积了长达数百米、宽达数十米的贝壳堤。
3)距今4000 a左右至距今3000~2000 a左右, 琼北东部地壳大范围以比水动型海平面上升更高速率隆起, 海水退却, 东寨港和东部罗豆、乌树村等地成为连在一起的陆地。且在海岸边形成一级或二级阶地。这些地方逐渐多有先人居住。
4)在1605年大地震前, 东寨港地区北部海岸和中部的东寨河岸发生明显的下沉, 引起在岸边陆地上生存的先民恐慌, 他们中有条件的把祖坟和住房迁往离海更远一些、更高一些的陆地上。
5)1605年发生琼州大地震, 在以铺前—清澜断裂为界西侧的东寨港及其北部发生大面积沉陷和陆陷成海。伴随同震下沉还可能发生因同震快速下沉导致的近岸海啸, 使沿海先民更遭受巨大灾难。东寨港低凹地方海水进入, 其他地方出现一个个突出的小岛状高地。很多地震废墟就在突出的高地上。
6)震后东寨港持续发生大速率缓慢下沉, 小岛状高地变得更低, 或逐渐被侵蚀夷平, 同震下沉造成的人类活动废墟逐渐被退潮后海水和淤泥覆盖, 逐渐形成今天长达12 km、最宽达8 km的海南岛最大最年轻港湾。
这是距今4000 a(可能更早些)以来琼北东部壳下能量积累和释放部分过程。并且这个能量积累引起的隆起面积涉及整个琼北一些海岸地带和雷州半岛东北部地区(徐起浩等, 2007), 其隆起范围面积是相当大的。其积累的能量也是相当大的。这些巨大能量必定要在适当的时候通过地壳薄弱点释放出来, 东寨港就是这样的地壳薄弱点, 是壳下地幔柱隆起形成的一个热点。地震前的大面积隆起, 就是震前壳下热点能量的增加过程。1605年发生琼州7.5级大地震, 地震当年又发生4次6~6.5级强余震。第2年发生1次5.5级地震, 以后逐年衰减, 有仪器记载以来1975年7月10日和1975年12月在东寨港南端曾发生2次M=2.8级和1次M=1.8级地震, 琼州大震后至今这些数量不多且震级小的地震表明, 琼北地区剩余能量不是主要以地震的形式释放, 而可能是由东寨港以长期高速率、缓慢下沉释放为主要表现。
表 1列出了已收集到的国内外大震时同震下沉及震后极震区及附近持续缓慢下沉的震例。表明震后能够长期持续缓慢下沉的极震区及附近地区都离不开下述2个重要条件: (1)断裂的持续张性活动。持续的壳下隆起的地堑区往往具备这一条件; (2)足够的地下水。广东南澎—南澳1918年7.25级地震在靠近发震断层的附近震后下沉速率达4 cm/a, 虽然除地震外尚未有更多实测的壳下活动证据, 但极震区附近沿北西向发震断裂两侧南澳岛、东山岛及附近众多大小岛屿的分布, 表明新生代以来该处的壳下运动是明显的。另外福建深沪湾全新世发生过距今7000 a左右和距今2400 a左右的2次7级以上古地震, 同震下沉达3 m和3.7 m。2次地震震后缓慢下沉速率较表1中其他地震要小得多。深沪湾距今7000年古地震后在古森林所在地区很快就出现单层而不是多层的潟湖沉积, 说明震后不长时间深沪湾就处于较稳定环境, 同样, 距今2400年深沪湾全新世第2次强古地震后出现的单条长砂堤也说明深沪湾晚全新世地震后相当长时间内也处于相对稳定环境。因为深沪湾地震与太平洋板块对大陆板块的挤压有关。大震以后随着板块运动的减弱, 壳下活动减弱, 长乐—诏安断裂的活动也减弱, 震后的缓慢下沉也就不像表 1其他地震那样显著。
在琼北北西向铺前—清澜断裂贯穿东寨港地堑, 在地堑内多条支断裂呈北西向穿越。地震前由于地幔柱的上隆, 东寨港地壳隆起, 成为壳下热点。壳下应力对东寨港北西向断裂具拉张作用。地下水的作用减低了断裂的摩擦阻力, 在短时间内使断裂开始缓慢活动, 地壳缓慢下沉, 很快, 随着断裂摩擦阻力的减小, 壳下应力的大幅度持续增加, 巨大的壳下应力终于在极震区全面突破北西向断裂面摩擦力, 成为地应力突破点, 断裂急剧快速运动发生1605年同震下沉、陆陷成海的大地震。
Brace和Byerlee(1966)认为断层的每次错动只释放了岩石中所储总应力的一小部分, 剩下的部分为断层面上很高的动摩擦力所平衡, 这样一来在断层错动后断层两盘仍有摩擦力把它们联结着, 因而还可以再积累应力而发生地震。
有研究认为当断裂带上具有孔隙压力很大的水时, 利于断裂的稳定滑动。认为水与断裂带上的硅酸盐矿物发生化学反应时, 可使岩石弱化; 还认为壳下热点会导致岩石内的结晶水和结构水作用使岩石容易熔解, 岩石强度降低。壳下热点还会造成结晶水和结构水脱水使岩石碎化, 岩石强度大大降低, 不易持续积蓄能量, 但可使断裂两侧岩体呈稳定活动(郭增建和秦保燕, 1979)。
琼州大震时同震下沉是非常快速的, 伴随同震下沉导致的海啸必然造成冲击力很大的海水和原有的饱和地下水非常快速地沿这些断裂及破裂带灌入。在东寨港, 震后由于壳下剩余应力的持续作用、断裂的持续拉张、水对断裂的持续灌入, 地下应力再也不能积聚足够应力发生地震, 而主要以东寨港地堑缓慢下沉的蠕变呈稳定滑动释放出来。使得东寨港长期持续地呈地堑型缓慢下沉。这可能就是为什么文中概述所述及的, 在笔者收集到的国内及全球一些地区和笔者亲自考察的中国华南地区, 大震后较长时间持续以较大速率缓慢下沉的震例几乎都发生在地壳变薄、张性断裂发育并持续活动、水源丰富的海域、海岸带、湖泊或盆地地带的原因(表 1)。
总之, 壳下隆起、壳下热点的持续活动, 是新生代以来至今琼北、包括东寨港地区区别于很多地方的最重要特色。壳下上隆、热点活动导致东寨港地区控制地堑的北西向断裂持续张裂, 琼北东部丰富的地下水和海水对活动断裂的持续灌入和渗透, 对1605年琼州大地震震前的地壳下沉、主震时的同震下沉及震后的持续数百年的大速率缓慢下沉都起着关键的作用。
1)这次研究发现一个重要的现象, 即全新世早中期到晚期东寨港地区被海浸的地域被限定在由北西向东寨港断裂(即铺前—清澜断裂的北段)所限定的地堑范围内, 与其后的1605年琼州大震同震下沉及震后下沉范围高度一致, 东寨港的全新世被海浸, 是否也和北西向东寨港断裂活动使东寨港呈地堑型活动有关?是古地震原因吗?它发生在全新世什么时候?
2)东寨港地堑东西两侧边界都出现全新世海相沉积“一级阶地”, 这些“阶地”似乎一直保留, 好象与东寨港全新世中晚期以来数千年的抬升和1605年东寨港同震下沉和震后数百年来的高速率下沉无关, 是这样吗?存在的原因是什么?
3)Shennan等(1999)通过硅藻等海洋生物研究1964年阿拉斯加9.2级大地震的震前长时间、同震下沉前时间、同震期间和震后时间地壳4个阶段形变时, 发现同震下沉前陆地下沉。Shennan等认为, 这些结果提出了这样的问题: 震前海平面上升是否是大地震即将发生的某种警告显示?2018年Suresn Krishnan 等研究尼泊尔2015年廓尔喀MW7.8级地震时也发现震前陆地明显下沉。中国1605年琼州大地震时也发现主震前陆地下沉。而且这些大震, 不论震时是同震下沉还是同震上升, 也不论震后是缓慢下沉还是缓慢上升, 大震前都发生陆地下沉。大震前陆地下沉(海平面上升)真的是大地震即将发生的某种警告吗?
这些现象和问题值得注意, 也值得进一步研究和识别。这对深化地震研究、对预防地震都具有重要意义。
海南琼山县演丰区桥头村大桥及桥头条石路面废墟的现场考察, 结合桥头村陈氏家谱和祖先墓碑考证表明, 1650年, 也即琼州大地震以后45年桥头村大桥还在使用。大桥建成后至今(截止1984年)该地区陆地大约平均以不小于1.5 cm/a的速率下沉。调查表明, 近数十年来东寨港港湾中部及北部陆地平均下沉速率不小于1 cm/a, 可能在琼州大地震后的早期当地陆地下沉的速率更大些。震后下沉速率这么大, 至少1 cm/a。延续时间这么长, 达近400余年(可能还在延续)。这在国内外是首次明确报道, 为我们在地震学研究的一个方面提供了重要信息。对震后缓慢下沉机理探讨认为: 琼州大震是在琼北新生代以来持续性的壳下强烈活动的背景下发生的。全新世早中期至距今3000~2000 a含东寨港在内的琼北东部相当部分地区被海水覆盖, 约距今4000~2000 a东寨港地区地壳以比水动型海平面上升更高速率上升, 海水逐渐退出东寨港地区, 东寨港成为陆地, 至琼州大地震前, 东寨港多有先民居住。大震前, 海水对东寨港北西向拉张断裂的灌入, 使东寨港地堑震前有一段时间的缓慢下沉, 随着断裂面摩擦力的减小, 积聚的壳下应力终于全面突破极震区断裂面摩擦阻力, 发生1605年琼州大地震, 同震下沉幅度东寨港中部和北部可能达2~3 m。地震时海水对极震区断裂及破裂带的快速灌入, 震后剩余的壳下应力促使东寨港断裂持续张性活动, 海水沿东寨港断裂的持续灌入使得断裂面上的摩擦力持续降低, 使极震区不易积聚应力再发生地震, 而使断裂呈相对稳定滑动。这是使得震后东寨港持续数百年以大速率缓慢下沉的主要原因。
晚更新世及可能至迟全新世早期以来, 东寨港经历过由陆变海、由海变陆、又由陆变海的演变过程。
致谢 很是感谢审稿专家的大力帮助和对本文提出的宝贵修改意见, 闻则刚高级工程师帮助清绘部分图件, 一并致谢。
(责任编辑 李新坡; 英文审校 徐 杰)