我国具有独特的活动构造环境和复杂的气候、地貌单元属性。频繁发生的地震、洪水、干旱等极端事件给我们带来的是一次次痛彻心扉的伤害。历史鲜活地记载着那些造成数十万伤亡的大震（1303年山西洪洞8级地震、1556年陕西华县8.25级地震和1920年宁夏海原8.5级地震）和导致数百万饥荒、疾病、流离失所的旱灾、洪灾（1940年代华北旱灾、1998年长江流域洪灾等）（Fan等，2022a）。

超越历史记载，撰写一方地质史，能让我们更深刻地认识极端事件的致灾过程和机理，引导我们更科学地减灾和防灾。我们在中国地震局地质研究所援疆项目“新疆富蕴湖泊沉积记录的五千年来地震事件研究”的支持下，在历史地震和气候资料仅有近百年的阿勒泰富蕴地区，系统开展了富蕴断裂带伊雷木湖水下沉积岩芯的年代学、沉积学、地球化学和微体古生物学研究，利用声纳浅地层剖面反演技术探测了湖盆的地层结构，结合最近的历史地震和气候资料，重塑了28000年以来富蕴断裂带的地震（1和2）和气候事件（3和4），揭示了其生态（5和6）和社会效应（7）。

（1）最近450年富蕴断裂带的中强震事件

伊雷木湖是富蕴断裂带活动期间形成的断陷湖泊。伊雷木湖湖心处沉积岩芯（Y19A、Y19B、Y19C）的软沉积变形、同震沉降、浊流沉积、砂含量和磁化率以及C/N比值突然显著升高然后逐渐下降等特征揭示出最近450年富蕴断裂带的11次古地震事件（图 1）。结合历史地震的烈度预测方程和蒙特卡洛数值模拟计算分析，推测这些地震的震级大于5.5级，复发间隔不小于20年（Fan等，2020）。

图1 伊雷木湖Y19A、Y19B、Y19C沉积岩芯揭示的过去450年11次中强震事件

（2）过去28000年富蕴断裂带的大震事件

声波反射地震数据显示，伊雷木湖水下断裂广泛分布，表明其湖泊沉积物对富蕴断裂带过去发生的地震极为敏感（Fan等，2022b）。伊雷木湖湖心处沉积岩芯（Y20A）和湖滨处沉积岩芯（Y20B）中富含硅质的砂级沉积物及其下伏软沉积变形反映了过去6次大地震（包括1931年富蕴8级地震；图 2）。14C定年和地层对比将湖泊沉积记录的这些过去地震事件的时间限制在28000年以内，复发间隔介于2317~7830年，平均复发间隔5303年（呈弱周期性）。

图2 伊雷木湖Y20A、Y20B沉积岩芯揭示的过去28000年6次大震事件

（3）最近450年阿勒泰南部地区增温增湿趋势及夏季洪水事件

伊雷木湖Y19B沉积岩芯的粒度端元组分（EM1）含量逐渐增加、化学风化指数（CIA和Rb/Sr）增大，揭示出最近450年阿尔泰山南部区域气候呈现增温变湿的总体趋势（图 3）。推测大气温度的持续升高以及冬季北大西洋涛动指数（NAO）逐渐减小引起的冬季降雪增加，导致了湖泊周围高山冰雪融水的持续增加。高山峡谷地貌为降水的形成提供了有利地形，可能导致了期间夏季的强降水及洪水事件的发生（Fan等，2021）。

图3 伊雷木湖Y19B沉积岩芯揭示的最近450年阿勒泰南部区域气候演变

（4）过去3500年阿勒泰南部地区的旱涝事件

伊雷木湖Y20A沉积岩芯中砂含量、平均粒径和分选指数的大幅、频繁波动，Zr含量的高值，Ca含量的低值，TOC和TIC含量的显著减少揭示出阿勒泰南部地区在距今3500~2300年期间经历了频繁的洪水事件（图 4）；距今2300~1000年期间上述指标反向变化，反映区域气候干旱；最近1000年区域气候逐渐转湿（Fan等，2023）。

图4 伊雷木湖Y20A沉积岩芯揭示的过去3500年阿勒泰南部的旱涝事件

（5）过去3500年阿勒泰南部地震和气候事件的植被效应

伊雷木湖Y20A沉积岩芯中的孢粉记录（图 5）显示：距今~3500年富蕴断裂带发生8级以上地震后，沉积物中陆生植物大残体和大炭屑显著增加，反映大震后山体滑坡导致这些有机残体被快速搬运并沉积至湖泊，震后湖区桦木快速恢复，蒿和云杉紧随其后；距今3500~2700年期间，山地以云杉和桦木为主，湖边以蒿属、禾本科和莎草科为主；距今2000~1600年期间，云杉和桦木快速减少，蒿属和禾本科快速增加（Xu等，2023）。这些数据表明植被对气候变化的响应不如对地震的响应快。

图5 伊雷木湖Y20A沉积岩芯记录的过去3500年区域地震和旱涝事件的植被效应

（6）过去3500年阿勒泰南部地震和气候事件的湖泊碳循环效应

湖泊作为调节大气二氧化碳浓度的关键因子，在碳循环研究中尚未得到深入探索。伊雷木湖Y20A沉积岩芯的有机碳累积速率（OCAR）数据（图 6）显示：距今~3500年富蕴大震期间，OCAR值至少370 g m-2 yr-1，主要响应于滑坡物质的快速累积；距今3500~2300年期间的洪涝事件和距今2300~1000年期间的干旱事件期间，OCAR均值分别为4.07和3.64 g m-2 yr-1，主要响应于夏季温度主导的陆生和水生植物的生产力。大震事件期间OCAR值近于气候事件期间OCAR值的百倍，表明构造活跃地区湖泊碳累积在区域碳循环中具有重要作用（Zhang等，2024）。

图6 伊雷木湖Y20A沉积岩芯记录的过去3500年区域地震和旱涝事件的湖泊碳循环效应

（7）过去3500年阿勒泰南部地震和气候事件的社会效应

伊雷木湖Y20A沉积岩芯记录与中亚干旱区和东亚季风区记录对比结果（图 7）显示：距今3500~2300年中亚地区气候湿润，可能促进了草原植被的发育，进而使游牧文化得到发展、原始丝绸之路开始形成；距今2300~1000年中亚干旱区气候显著变干，而东亚季风区（尤其在季风边缘区）气候显著变湿，可能促进了我国季风区农业经济的快速发展，并为汉代开创古代丝绸之路奠定了基础。此外，距今~3500年阿勒泰南部强烈的地震活动可能破坏了局地的水文、生态系统，迫使部分游牧人群在震后从山区迁移至草原湿地，在某种程度上可能与原始丝绸之路的形成存在一定关联，未来对中亚地区考古地震的深入研究可检验上述推测（Fan等，2023）。

图7 过去3500年区域地震和旱涝事件的潜在社会效应

相关成果如下：

1. Jiawei Fan, Hanchao Jiang, Hongyan Xu, Wei Zhang, 2022. Impacts of seismic activity and climatic change on Chinese history in the recent millennium. Journal of Geographical Sciences 32, 2328-2348. https://doi.org/10.1007/s11442-022-2050-1

2. Jiawei Fan, Hanchao Jiang, Wei Shi, Qiaoqiao Guo, Siqi Zhang, Xiaotong Wei, Hongyan Xu, Ning Zhong, Shuaitang Huang, Xiangde Chang, Jule Xiao, 2020. A 450-year lacustrine record of recurrent seismic activities around the Fuyun fault, Altay Mountains, Northwest China. Quaternary International 558, 75-88. https://doi: 10.1016/j.quaint.2020.08.051

3. Jiawei Fan, Hanchao Jiang, Wei Shi, Qiaoqiao Guo, Siqi Zhang, Xiaotong Wei, Hongyan Xu, Yanhong Liu, Dingshuai Xue, Ning Zhong, Shuaitang Huang, Xiangde Chang, Xianjun Shi, Oasiman Yasen, Yeerzhati Bahetihan, Jule Xiao, 2021. A 450-year warming and wetting climate in southern Altay inferred from a Yileimu Lake sediment core. Quaternary International 592, 37-50. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2021.04.035

4. Jiawei Fan, Hongyan Xu, Wei Shi, Qiaoqiao Guo, Siqi Zhang, Xiaotong Wei, Minggang Cai, Shuaitang Huang, Jiangyong Wang, Jule Xiao, 2022. A ~28-kyr continuous lacustrine paleoseismic record of the intraplate, slow-slipping Fuyun Fault in Northwest China. Frontiers in Earth Science 10, 828801.

5. Jiawei Fan, Hongyan Xu, Hanchao Jiang, Xiaotong Wei, Wei Shi, Qiaoqiao Guo, Siqi Zhang, Xianzhou Bai, Xingqi Liu, Jule Xiao, 2023. Millennial- to centennial-scale anti-phase relationship between the Westerlies and the East Asian summer monsoon and its cultural response along the Silk Roads after a great earthquake in southern Altay ~ 3500 cal a BP. Journal of Quaternary Science 38, 123-137. https://doi.org/ 10.1002/jqs.3468

6. Hongyan Xu, Jiawei Fan, Hanchao Jiang, Xiaotong Wei, Yanming Yang, Wei Shi, Qiaoqiao Guo, Siqi Zhang, 2023. Late Holocene environmental changes inferred from pollen records of Yileimu Lake sediments, southern Altai Mountains, Northwest China. Catena 228, 107181. https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.107181

7. Fangming Zhang, Jiawei Fan, Hongyan Xu, Wei Shi, Xiaotong Wei, Hanchao Jiang, Wei Zhang, Jule Xiao, 2024. Carbon sequestration in a typical mountain lake associated with earthquakes, floods, droughts, and human activities in southern Altay during the late Holocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 665, 112554. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112554