從膠南地區(qū)斷裂與地震活動(dòng)關(guān)系研究膠南塊體穩(wěn)定性

許洪泰，沈得秀，楊傳成，葛孚剛

(山東省地震工程研究院， 濟(jì)南 250021)

從膠南地區(qū)斷裂與地震活動(dòng)關(guān)系研究膠南塊體穩(wěn)定性

許洪泰，沈得秀，楊傳成，葛孚剛

(山東省地震工程研究院， 濟(jì)南 250021)

通過搜集資料和野外地質(zhì)調(diào)查，對(duì)膠南塊體周邊及內(nèi)部主要斷裂的最新活動(dòng)進(jìn)行了判定，結(jié)合研究區(qū)的地震活動(dòng)情況進(jìn)行分析，得出了該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)較弱、與地震活動(dòng)情況較為一致的結(jié)論，據(jù)前人研究，膠南塊體隸屬于蘇魯造山帶，其周邊斷裂都具有一定的新活動(dòng)跡象，而內(nèi)部斷裂活動(dòng)性弱，證明膠南塊體內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定。

膠南塊體；斷裂構(gòu)造；地震活動(dòng)

0 引言

本文所言膠南塊體是指五蓮—榮成斷裂帶以南、沂沭斷裂帶以東、千里巖斷裂以北的區(qū)域，為蘇魯造山帶內(nèi)新生隆起的部分。在大地構(gòu)造上研究區(qū)屬于膠南造山帶的中西段，處于華北板塊與下?lián)P子板塊的交界部位(圖1)，屬新生代隆起的部分。兩個(gè)板塊之間的分界斷裂是郯廬斷裂帶的中南段和五蓮-榮成古板塊碰撞帶,后者就是所謂的膠南造山帶，也稱為蘇魯造山帶或蘇北-膠南造山帶，它屬于秦嶺-大別造山帶的東延，是華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞、縫合的結(jié)果[1-3]，該造山帶北部為膠萊凹陷，南部為南黃海凹陷。

膠南塊體為蘇魯造山帶的東段，其基底主要由新元古代變質(zhì)花崗巖組成。膠南塊體曾下插至下地殼乃至上地幔，并經(jīng)歷了高壓-超高壓變質(zhì)作用。該造山帶是一條以韌性剪切帶為格架，穹窿構(gòu)造、褶皺構(gòu)造相伴隨的造山帶[4-5]。在華南華北碰撞造山時(shí)期，郯廬斷裂帶山東段作為大型碰撞造山走滑邊界帶發(fā)生了顯著的左旋走滑剪切變形，在晚侏羅至早始新世(50 Ma前)的左旋走滑直接受控于古太平洋板塊向東亞大陸的俯沖，板塊俯沖邊界的應(yīng)力直接傳遞到郯廬斷裂帶導(dǎo)致其發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)[6-7]；在這一時(shí)期膠南塊體被郯廬斷裂帶錯(cuò)斷并向北平移。其特殊的構(gòu)造格局和演化歷史也奠定了膠南塊體獨(dú)特的地震穩(wěn)定性特征。

1 研究區(qū)主要斷裂活動(dòng)性分析

膠南塊體東西南北分別被潮連島斷裂(F9)、沂沭斷裂帶(F1～F4)、千里巖斷裂(F8)、山相家-郝戈莊斷裂(F5)所圍限。塊體內(nèi)部規(guī)模較大的斷裂有日照-膠南斷裂(F7)、相邸-高閣莊斷裂(F6)(圖1)。

1.1 F9：潮連島南斷裂

在陸域，潮連島南斷裂(F9)為一條NWW向隱伏斷裂，位置在膠州灣南岸紅石崖一線。由陸域向海域延伸，在潮連島南附近通過。在重力異常圖上表現(xiàn)為一梯度帶，梯度值較高，同時(shí)又是膠南隆起與膠州灣凹陷的分界。

在紅石崖以東的小殷家附近還曾布置一條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，在深10 m以下，顯示一條斷裂，向北傾，兩側(cè)震相截然不同，反映兩盤巖層的差異，深10 m以上沒有斷錯(cuò)跡象(圖2)。這證明了該斷裂的存在。

斷裂兩側(cè)的地形地貌平緩連續(xù)，無斷錯(cuò)地貌顯示，而且兩側(cè)基巖上覆第四系厚度無變化，皆為3～7 m。在第四系覆蓋層底取熱釋光樣品，其結(jié)果為(144.14±12.25) ka。綜合分析認(rèn)為潮連島南斷裂為早更新世到中更新世早期活動(dòng)。

1.2 F1～F4：沂沭斷裂帶

研究區(qū)內(nèi)的沂沭斷裂帶的中段，據(jù)晁洪太等人研究， 沂沭斷裂帶全新世活動(dòng)斷層位于莒縣土嶺與泗洪縣孫牌坊之間，沿安丘-莒縣斷裂發(fā)育，全程約260 km，這條斷裂并非是一條完整的斷層，而是由11條主要呈右行右階排列的次級(jí)斷裂組成[8-9]。圖3給出了土嶺至紀(jì)莊斷裂新活動(dòng)的主要證據(jù)[10]。研究區(qū)內(nèi)安丘-莒縣斷裂為全新世活動(dòng)，地震地表破裂延伸數(shù)十千米，昌邑-大店斷裂為晚更新世活動(dòng)。西地塹的鄌郚-葛溝斷裂和沂水-湯頭斷裂都為早、中更新世活動(dòng)斷裂。

圖1 研究區(qū)地震構(gòu)造簡(jiǎn)圖

圖2 小殷家跨朝連島南斷裂地質(zhì)雷達(dá)剖面

圖3 安丘-莒縣斷裂1668年地震斷層平面圖

1.3 F8：千里巖斷裂

千里巖斷裂是膠遼-千里巖-海州灣隆起內(nèi)的一條重要斷裂，它展布于連云港東西連島、日照前三島、青島潮連島、海陽千里巖島和榮成蘇山島構(gòu)成的島鏈西側(cè)，總體走向NE，構(gòu)成膠南低隆起、半島東部隆起與千里巖隆起之間的分界。從地質(zhì)資料分析，千里巖斷裂第三紀(jì)時(shí)期有過強(qiáng)烈活動(dòng)，根據(jù)山東省地震工程院2004年在千里巖海域布置的聲波探測(cè)結(jié)果，潮連島南斷裂以北段有晚更新世活動(dòng)證據(jù)(圖4)[11]，圖4標(biāo)出了水平比例尺、相對(duì)海底面深度和聲波反射雙向走時(shí)(ms)，顯示由2條斷裂組成，錯(cuò)斷晚更新世至全新世早期沉積地層。本研究區(qū)內(nèi)千里巖斷裂沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)斷晚更新世沉積地層，故推測(cè)為研究區(qū)內(nèi)該斷裂為中更新世斷裂[12]。

圖4 千里巖島西側(cè)跨千里巖斷裂淺地層探測(cè)時(shí)間剖面

1.4 F5：山相家-郝戈莊斷裂

山相家-郝戈莊斷裂是膠萊坳陷與膠南隆起的分界斷裂，五蓮-榮成斷裂帶的南西段?？傮w走向NEE65°左右，傾向NW，傾角多在65°以上。該斷裂北東起自膠州市山相家附近，向南經(jīng)化石溝至諸城市郝戈莊，繼續(xù)延伸與郯廬斷裂在莒縣-招賢一帶斜接，在斜按處附近為上侏羅統(tǒng)萊陽組掩蓋。

該斷裂切割了萊陽組和青山組的地層，中酸性巖脈沿?cái)嗔褞Оl(fā)育，在后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中又發(fā)生了擠壓破碎。斷裂上盤為萊陽組砂礫巖，下盤為膠南群于家?guī)X組黑云母片巖夾大理巖、斑狀混合巖。斷裂帶的構(gòu)造現(xiàn)象主要表現(xiàn)在下盤的變質(zhì)巖中，為碎裂巖、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖、碎裂狀變質(zhì)巖，而上盤萊陽組主要表現(xiàn)為產(chǎn)狀擾動(dòng)及小斷裂加密。在地貌上基本構(gòu)成了諸城構(gòu)造盆地的波狀剝蝕準(zhǔn)平原與膠南隆起的丘陵-低山區(qū)的分界線，但沿?cái)嗔褞]有明顯的線性地貌顯示。

諸城市石門以北的東北莊水庫(kù)大壩附近，見該斷裂的露頭，破碎帶寬約70 m，東側(cè)為老的破碎帶，由硅化的糜棱巖、構(gòu)造角礫巖組成，在該硅化破碎帶形成之后，其西側(cè)的基性巖脈侵入，說明斷裂帶曾有過張扭性活動(dòng)，而后斷裂的活動(dòng)又使該基性巖脈擠壓破碎，在基性巖脈破碎帶和老的硅化破碎帶之間形成的錯(cuò)動(dòng)面產(chǎn)狀為傾向355°，傾角65°，錯(cuò)動(dòng)面上擦痕向東側(cè)伏，側(cè)伏角60°，可見該錯(cuò)動(dòng)面已固結(jié)硅化，沒有新活動(dòng)跡象。在斷裂上覆蓋20～40 cm厚的殘積層，未見被斷錯(cuò)。地貌上該處位于海拔170 m左右的夷平臺(tái)地上，臺(tái)地面平坦，沒有錯(cuò)斷顯示。據(jù)此分析該斷裂具多期活動(dòng)特點(diǎn)，局部地段最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世早期。

1.5 F7：日照-膠南斷裂

該斷裂自北而南，經(jīng)過夼集東、尚莊、丁家大村、月季山、梁家官莊北、日照市區(qū)西部，向南經(jīng)過大屯、小屯北、汪家莊子、白云村南、石墩、孫家土山，向南經(jīng)孟家村、沙土旺，至坪上鎮(zhèn)七里溝村東?？傞L(zhǎng)約160 km多。

圖5 山周西南日照-膠南斷裂剖面圖

在月季山-山相家段，斷裂出露地表，切割膠南群變質(zhì)巖系，沿?cái)嗔褞С涮钛嗌酵砥谥兴嵝詭r體及巖脈。斷裂帶寬10～100 m不等，由碎裂巖、糜棱巖、斷層泥以及劈理化和片理化帶組成。在山周村西南公路邊斷裂露頭上，二長(zhǎng)花崗巖中發(fā)育寬達(dá)1 m的破碎帶，斷面產(chǎn)狀為傾向135°，傾角73°(圖5)。破碎帶西側(cè)為固結(jié)的擠壓扁豆體帶，東側(cè)發(fā)育了細(xì)碎裂巖和兩種顏色的斷層泥?？拷e(cuò)動(dòng)面者為淺灰綠色斷層泥，它擠入了其東側(cè)的土黃色斷層泥中。兩側(cè)斷層泥分別取熱釋光樣品，測(cè)年值分別為16.57±1.39萬年和21.66±1.86萬年，顯示斷裂在中更新世時(shí)有過活動(dòng)。

在坪上鎮(zhèn)西七里溝村東的鐵路橋西側(cè)，工程開挖揭露出了日照—膠南斷裂規(guī)模宏大的斷裂帶結(jié)構(gòu)。此處斷裂總體發(fā)育于肉紅色粗?；◢弾r與淺粉紅色細(xì)粒花崗巖之間(圖6)，自東向西可見3個(gè)斷裂面，分別標(biāo)注為f1、f2和f3，此外還可見強(qiáng)烈碎裂帶。每一個(gè)斷裂面均發(fā)育著厚度不等的斷裂泥、碎裂巖和碎粉巖，整個(gè)強(qiáng)烈破碎、變形的斷裂帶寬度可達(dá)40 m多。根據(jù)斷裂面的結(jié)構(gòu)特征、斷層泥的膠結(jié)程度、次級(jí)斷面的交截關(guān)系等特點(diǎn)分析，斷裂帶內(nèi)自東向西的f1、f2和f3三條斷面的形成時(shí)期可能是由新到老，f3最老，f1最新。整個(gè)斷裂帶包括的所有次級(jí)斷裂面均通過于基巖夷平臺(tái)地之上，臺(tái)地面較平整，上覆1～2 m的褐紅色—褐黃色砂礫石層及砂礫土，無任何的錯(cuò)動(dòng)跡象。

圖6 坪上鎮(zhèn)西七里溝村東的鐵路西側(cè)日照-膠南斷裂剖面

日照-膠南斷裂以傾向南東為主要特點(diǎn)，傾角較大，以右旋走滑兼正斷活動(dòng)為主。它具有多期活動(dòng)特點(diǎn)，形成于中生代，第四紀(jì)以來活動(dòng)時(shí)代具有分段性，自北東向南西活動(dòng)逐漸減弱，北段早、中更新世，南段前第四紀(jì)。

1.6 F6：相邸-高閣莊斷裂

該斷裂總體走向N35°～40°E，自南而北，由相邸經(jīng)文疃、黃墩、王世疃、戶部嶺至皇華店南，全長(zhǎng)約110 km。斷裂主要發(fā)育在元古代變質(zhì)巖與元古代和中生代巖體內(nèi)，局部構(gòu)成了不同巖性地層的分界線，在其北段局部錯(cuò)斷了作為萊陽坳陷南邊界的山相家—郝戈莊斷裂，它與山東半島地區(qū)的NNE向斷裂組在形成時(shí)代和機(jī)制上具有一定的相似性，中生代時(shí)期是其形成和強(qiáng)烈活動(dòng)的時(shí)期。

該斷裂的北段王世疃至柳家莊之間，斷裂走向北30°東左右，主斷裂與方向、性質(zhì)相同的小斷裂構(gòu)成寬4～8 m的斷裂帶，斷裂切割了燕山后期中-酸性脈巖。主斷裂普遍發(fā)育碎裂巖、角礫巖、斷裂泥、破劈理、韌性剪切帶以及重晶石脈，呈壓性左旋平移。在柳家莊北見斷裂出露，剖面中斷裂發(fā)育于元古代膠南群變質(zhì)巖之中，沿?cái)嗔褞Оl(fā)育斷層泥和斷層角礫帶，覆蓋在斷裂帶之上的晚更新世沉積物未被錯(cuò)斷(圖7)。

1洪坡積；2膠南群；3斷層泥礫帶；4硅化石

在相邸鎮(zhèn)342省道49號(hào)路碑附近，也見該斷裂出露(圖8)。斷裂主要發(fā)育在花崗巖與花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)巖中，主斷裂產(chǎn)狀為47°/NW∠77°，斷裂帶寬約4～6 m，由碎裂巖和斷層泥帶構(gòu)成，最內(nèi)的主斷裂由棕黃(15 cm)、灰綠色斷層泥(40 cm)組成，已處于固結(jié)狀態(tài)，因出露于地表風(fēng)化后較破碎。主斷面東側(cè)發(fā)育有一小斷裂面，向上延伸4 m左右與主斷面匯合。此外斷裂通過于丘陵地區(qū)，地形上位于NE走向高地的SE側(cè)，基巖頂面無明顯的錯(cuò)動(dòng)。

圖8 相邸鎮(zhèn)西相邸-高閣莊斷裂剖面

綜合上述對(duì)斷裂活動(dòng)性分析資料，將研究區(qū)內(nèi)主要斷裂的主要參數(shù)列于表1。

表1 研究區(qū)主要斷裂活動(dòng)特征一覽表

結(jié)合圖1及上述對(duì)各斷裂(帶)的論述，沂沭斷裂帶、山相家-郝戈莊斷裂、千里巖斷裂均為構(gòu)成塊體的邊界斷裂，規(guī)模相對(duì)較大，第四紀(jì)有過活動(dòng)的斷裂段主要集中在這些邊界斷裂上；而日照-膠南斷裂和相邸-高閣莊斷裂為塊體內(nèi)部的斷裂，日照-膠南斷裂中北段中更新世有過活動(dòng)，南段為前第四紀(jì)斷裂，相邸-高閣莊斷裂為前第四紀(jì)斷裂。

2 研究區(qū)地震情況

2.1 破壞性地震

自有歷史資料記載以來，研究區(qū)內(nèi)共記錄到破壞性地震3次，如表2所示，空間分布見圖1。3次地震的定位精度都為3級(jí)，誤差在50 km范圍內(nèi)。但根據(jù)歷史資料記載的地震情況，山東諸城5級(jí)地震記載為“壞廬舍”，山東諸城西5級(jí)地震為“臨沂、昌樂、諸城、益都(記十月)皆地震”。地震對(duì)山相家-郝戈莊斷裂以南地區(qū)的破壞無記錄，所以這2次地震震中在山相家—郝戈莊斷裂以南的可能性不大，而山東日照東海域的4地震為“諸城、日照、安東衛(wèi)、贛榆各縣地震”，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖分析，該地震應(yīng)該與千里巖斷裂的活動(dòng)有一定聯(lián)系。

表2 研究區(qū)破壞性地震目錄(公元前70年-2011年12月)[13]

2.2 現(xiàn)代小震

如圖1所示，研究區(qū)的現(xiàn)代地震主要沿西側(cè)的沂沭斷裂帶、東南側(cè)千里巖斷裂成條帶狀分布，北部膠萊凹陷內(nèi)部也有較多的小震分布。研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地震以ML2.0～2.9級(jí)地震為主，發(fā)生過ML4.0～4.9級(jí)3次、ML3.0～3.9級(jí)地震21次，其中3次ML4.0～4.9級(jí)、15次ML3.0～3.9級(jí)地震發(fā)生在沂沭斷裂帶內(nèi)部或邊緣；膠南塊體內(nèi)部(邊界斷裂5 km以外)僅記錄到ML3.0～3.9級(jí)地震2次，ML2.0～2.9級(jí)地震15次，且分布情況與地質(zhì)構(gòu)造的幾何展布情況的相關(guān)性較差。而山相家-郝戈莊斷裂一線及其北部的膠萊凹陷和千里巖斷裂東南側(cè)的南黃海凹陷內(nèi)的現(xiàn)代地震數(shù)量和地震的密集程度都較膠南塊體內(nèi)部要高。

從地震分布情況來看，膠南塊體內(nèi)部地震活動(dòng)弱，邊界較內(nèi)部要強(qiáng)。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)地震構(gòu)造的研究結(jié)果，沂沭斷裂帶、山相家-郝戈莊斷裂、千里巖斷裂均為構(gòu)成塊體的邊界斷裂，規(guī)模相對(duì)較大，第四紀(jì)有過活動(dòng)的斷裂段主要集中在這些邊界斷裂上；而日照-膠南斷裂和相邸-高閣莊斷裂為塊體內(nèi)部的斷裂，日照-膠南斷裂中北段中更新世有過活動(dòng)，南段為前第四紀(jì)斷裂，相邸-高閣莊斷裂也為前第四紀(jì)斷裂。

(2)從歷史地震和現(xiàn)代地震的情況分析，歷史上破壞性地震主要集中在邊界斷裂附近，膠南塊體內(nèi)部沒有破壞性地震的記錄；現(xiàn)代地震的分布情況也主要沿沂沭斷裂帶、千里巖斷裂、山相家-郝戈莊斷裂等邊界斷裂分布。

(3)綜合研究區(qū)構(gòu)造和地震的情況分析，整個(gè)膠南塊體早期經(jīng)歷了一系列的地質(zhì)時(shí)期構(gòu)造演化，相對(duì)于其西部及北部的地質(zhì)區(qū)域，其為一特殊的整體“外來體”，即由于早期華南、華北板塊碰撞形成的造山帶被后期郯廬斷裂帶左旋大平移而形成的獨(dú)立地體，其內(nèi)部巖性及構(gòu)造相對(duì)獨(dú)立統(tǒng)一，這也從地質(zhì)角度找到了其內(nèi)部地震活動(dòng)相對(duì)較弱的原因。而活動(dòng)斷裂多位于不同構(gòu)造塊體周緣，這也與地震多發(fā)生在構(gòu)造塊體邊界斷裂事實(shí)一致。

(4)通過本文的研究，也可從活動(dòng)構(gòu)造和地震活動(dòng)情況證明，膠南塊體的北邊界可能為山相家-郝戈莊斷裂，而南邊界可能為千里巖斷裂帶，邊界部位地震活動(dòng)較強(qiáng)，而膠南塊體內(nèi)部具有較好的穩(wěn)定性。

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Research on Stability of Jiaonan Terrane Based on Relationship between Faults and Seismicity

XU Hong-tai, SHEN De-xiu, YANG Chuan-cheng, GE Fu-gang

(Shandong Institute of Earthquake Engineering, Jinan 250021, China)

Through data collection and field geological survey on major faults of the Jiaonan terrane, the latest activity of the faults is determined; combined with seismic activity in the study area it can be proved that the Jiaonan terrane is a weak tectonic activity area, and the result is consistent with the seismic activity conclusions. According to previous studies, Jiaonan terrane is part of the Sulu orogenic belt and its surrounding faults have some new signs of activity, while the internal faults activity is less than the surrounding faults. These evidences prove that the Jiaonan terrane is relatively stable.

Jiaonan terrane, fults, seismicity

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.002

2014-04-23

山東省自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):ZR2012DM005)；山東省地震局青年合同制項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):10Q23)

許洪泰(1980—)，男(漢族)，山東茌平人，工程師，主要從事地震安評(píng)和古地震研究工作.E-mail：xuhongtai@ l26.corn

P315.2

A

1003-1375(2014)04-0006-07