沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)光彈實(shí)驗(yàn)與地震危險(xiǎn)區(qū)判定研究

黃興 胡宏玖 王華林 黃大衛(wèi) 王紀(jì)強(qiáng)陳平 胡超 劉軍 劉紅欣

1）上海大學(xué)理學(xué)院力學(xué)系，上海市上大路99號 200444

2）上海市應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué)研究所，上海 200072

3）山東省地震工程研究院，濟(jì)南 250021

0 引言

沂沭斷裂帶屬于郯廬斷裂帶，是地震多發(fā)斷裂帶（晁洪太等，1994；方仲景等，1976；李家靈等，1994；林偉凡等，1987；王華林，1995a、1995b；魏光興等，1993）。對地震多發(fā)斷裂帶的危險(xiǎn)區(qū)域判定能夠有效地預(yù)防由地震造成的巨大損失。由于地震的發(fā)生與地質(zhì)斷裂帶的關(guān)系十分緊密，因而研究構(gòu)造地質(zhì)斷裂帶的實(shí)驗(yàn)手段是必要的，而通過光彈實(shí)驗(yàn)的方法能很好地模擬特定區(qū)域的地震斷裂帶分布（陳樹珍等，1983；許忠淮等，1979；顏玉定等，2006；殷秀蘭等，2007；張興等，1996）。殷秀蘭等（2007）、張興等（1996）通過光彈實(shí)驗(yàn)找到渤中坳陷的地應(yīng)力區(qū)域，陳樹珍等（1983）應(yīng)用光彈實(shí)驗(yàn)?zāi)M郯廬斷裂構(gòu)造應(yīng)力場，這些研究都取得了較好的效果。本文借助光彈實(shí)驗(yàn)?zāi)M沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，試圖通過對刻有斷裂帶的光彈模型的應(yīng)力、應(yīng)變場的研究，找到沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)中的應(yīng)力、應(yīng)變累積區(qū)域和地震危險(xiǎn)區(qū)域。

1 沂沭斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

1.1 沂沭斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造概況

沂沭斷裂帶是郯廬斷裂帶中出露清楚、發(fā)育最好的一段（陳國星等，1988）。在衛(wèi)星與航空影像上清晰醒目，實(shí)地考察顯而易見。因其錯(cuò)斷了巖層、巖脈、第四系沉積物、夷平面、階地、洪積扇、沖溝水系等，所以多處可見白堊系地層逆沖到上更新統(tǒng)或全新統(tǒng)之上。斷層的上盤形成斷褶隆起的低山、丘陵，呈長條狀控制在斷層的一側(cè)；斷層的下盤一側(cè)為緩傾斜的平原、斷層崖，高數(shù)米，成為現(xiàn)代地貌的分界線。沂沭斷裂帶是我國東部一條著名的深大斷裂帶，斷裂帶由幾條平行的主干斷裂及分支斷裂構(gòu)成。斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)十分復(fù)雜并且具有明顯的分帶性和分段性，現(xiàn)代斷裂活動(dòng)和地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈，沂沭斷裂帶北段發(fā)生過公元前70年安丘7級地震（王華林，1990），中南段發(fā)生過1668年郯城 8?2級地震和6280（±120）BP至公元前70年間的大地震（7～8級）。

沂沭斷裂帶新構(gòu)造活動(dòng)具有繼承性活動(dòng)的特點(diǎn)，延續(xù)了兩塹夾一壘（圖1）的構(gòu)造格局，形成了沂沭斷裂谷活動(dòng)區(qū)。受長期構(gòu)造活動(dòng)及巖性的控制，沿沂沭斷裂帶為寬約40km的狹長的地貌單元，是本區(qū)的主導(dǎo)構(gòu)造，新構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈，仍繼承了前期的構(gòu)造格局特點(diǎn)，在東、西地塹中分別發(fā)育了近SN向的沭河和沂河，見有一、二級階地發(fā)育。其東、西兩側(cè)塊體新構(gòu)造活動(dòng)亦有明顯的差異，山東陸地范圍內(nèi)西強(qiáng)東弱。郯廬斷裂帶東地塹內(nèi)的安丘-莒縣斷裂是全新世活動(dòng)斷裂，在其中部發(fā)現(xiàn)了1668年郯城地震斷層。沿安丘-莒縣斷裂形成了馬陵山、嶺泉、曉店和窯灣等一系列隆起和凹陷，地質(zhì)調(diào)查表明，這些隆起和凹陷形成于晚更新世以來（林偉凡等，1987）。

圖1 沂沭斷裂帶橫剖面結(jié)構(gòu)（據(jù)國家地震局地震研究所（1987））

沂沭斷裂帶是整個(gè)郯廬斷裂帶上出露最好、規(guī)模最大、新活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)。沂沭帶的主要構(gòu)造特征如下：

（1）重力圖顯示為一條寬緩的、走向多扭曲畸變的梯度帶；人工地震和大地電磁測深結(jié)果表明，斷裂切割深度已達(dá)莫霍面。

（2）構(gòu)成魯東、魯西2大地塊的構(gòu)造結(jié)合帶，其兩側(cè)的基底類型、蓋層類型和地球物理特征等均不同。

（3）斷裂帶第四紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈，全新世以來斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，沿?cái)嗔褞Ф嗵幇l(fā)現(xiàn)古地震和全新世活動(dòng)證據(jù)。如在莒縣-郯城段上，除1668年郯城 8?2級地震外，全新世以來還有3次古地震事件，這3次古地震事件發(fā)震時(shí)間間隔約為3500a。全新世以來斷裂的水平、垂直位移速率分別為 2、0.5mm/a。

（4）沂沭斷裂帶與NW走向斷裂（燕山-渤海、蒼尼、蒙山、益都等斷裂）的交匯處，正是重力梯度帶扭曲畸變部位，也是形變特征發(fā)生轉(zhuǎn)換和強(qiáng)震發(fā)生的部位（王華林等，1988）。

（5）據(jù)歷史記載，沂沭斷裂發(fā)生過公元前70年安丘7級地震、1668年郯城 8?2級地震和6280（±120）BP至公元前70年間大地震（7～8級），具有地震活動(dòng)頻度低、強(qiáng)度大的特點(diǎn)。

（6）流動(dòng)重力、地磁、形變資料表明，沂沭斷裂帶近期活動(dòng)較弱，具有蠕動(dòng)特點(diǎn)。極微震、小震的應(yīng)力降和Q值的研究表明，沂沭斷裂帶中、南段應(yīng)力集中不明顯，北段小震稀少并形成活動(dòng)空區(qū)。

1.2 沂沭斷裂帶斷裂構(gòu)造活動(dòng)特征

研究區(qū)地處華北地震區(qū)，區(qū)內(nèi)NE向沂沭斷裂帶是區(qū)域的主體構(gòu)造，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，構(gòu)成了強(qiáng)震活動(dòng)構(gòu)造帶。NNE向沂沭斷裂帶構(gòu)成了區(qū)域的主體構(gòu)造，魯西斷塊區(qū)內(nèi)發(fā)育NW向、NE向和NNE向等斷裂，魯東斷塊區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列NNE-NE向斷裂，這些斷裂相互交匯（圖2），構(gòu)成了沂沭斷裂帶的基本斷裂構(gòu)造格架。這些斷裂的切割深度和活動(dòng)強(qiáng)度存在明顯差異（陳國星等，1988；王華林，1995b；孫潔等，1988；張碧秀等，1988），控制著沂沭斷裂帶及其兩側(cè)的地震活動(dòng)。沂沭斷裂帶主要斷裂的特征見表1。

1.3 沂沭斷裂帶地震活動(dòng)特征

沂沭斷裂帶歷史地震、現(xiàn)代地震活動(dòng)具有頻度低、強(qiáng)度大的特點(diǎn)?？臻g分布具有繼承性、集群、空段和條帶等特征。其中，繼承性表現(xiàn)在小震分布與沂沭斷裂帶的中強(qiáng)地震分布區(qū)非常一致，構(gòu)成了NNE向、NW向的地震條帶，地震集群分布主要表現(xiàn)為郯城 8?2級地震震中周圍中小地震的密集分布。

沂沭斷裂帶MS≥4.7地震震中分布圖（圖3）顯示，公元前70～2013年6月，區(qū)域范圍內(nèi)共記錄到破壞性地震26次，其中4.7～4.9級7次、5.0～5.9級15次、6.0～6.9級2次、7.0～7.9級1次、8.0～8.9級1次。分析認(rèn)為，研究區(qū)內(nèi)中、強(qiáng)地震活動(dòng)的空間分布是不均勻的，主要表現(xiàn)為集群、條帶的分布特征；地震活動(dòng)受NNE向沂沭斷裂和幾條NW向活動(dòng)斷裂的控制，表現(xiàn)為條帶分布。8.0～8.9級地震即1668年山東郯城8.5級地震，震中位于安丘-莒縣斷裂南段；7.0～7.9級地震即公元前70年山東安丘7級地震，震中位于安丘-莒縣斷裂的北段；2次6.0～6.9級地震，1次為1672年山東莒縣6級地震，震中位于安丘-莒縣斷裂的中段，另1次為1829年山東臨朐 6?4級地震，震中位于雙山-李家莊斷裂和益都斷裂的交匯處；15次5.0～5.9級地震，主要分布在NE向郯廬斷裂帶和幾條NW向活動(dòng)斷裂帶附近；7次4.7～4.9級地震，主要分布在NE向斷層附近。分析認(rèn)為，區(qū)域6級以上地震都位于晚更新世斷裂附近，主要表現(xiàn)為集群分布，其中，3次位于全新世活動(dòng)斷層安丘-莒縣斷裂附近，1次位于雙山-李家莊斷裂和益都斷裂的交匯處。沂沭斷裂帶MS≥4.7地震在沂沭斷裂帶東、西兩側(cè)表現(xiàn)為西強(qiáng)、東弱之特點(diǎn)。

沂沭斷裂帶現(xiàn)代地震中MS≥4.7地震震中分布圖（圖3）和現(xiàn)代地震統(tǒng)計(jì)資料顯示，1970～2013年6月，區(qū)域范圍內(nèi)有地震臺(tái)網(wǎng)觀測到的2.0≤ML≤5.9地震998次，其中2.0～2.9級878次、3.0～3.9級106次、4.0～4.6級13次、5.0～5.9級1次。分析認(rèn)為，這些地震受斷裂控制明顯，主要沿新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的斷裂帶密集分布，并在NE向活動(dòng)斷裂附近叢集分布；海域地震主要沿著串場河斷裂和響水河斷裂附近叢集分布，沂沭斷裂帶西側(cè)地震受幾條NW向晚更新世以來斷層控制明顯，沿NW向斷層周圍叢集分布；3級以上地震都分布在這些晚更新世以來斷層附近，受NW向斷裂控制。

圖2 沂沭斷裂帶區(qū)域地震構(gòu)造

表1 沂沭斷裂帶主要斷裂特征一覽表

續(xù)表1

1.4 沂沭斷裂帶斷裂與強(qiáng)震活動(dòng)的關(guān)系

根據(jù)前人區(qū)域斷裂和地震活動(dòng)特征的研究結(jié)果，將區(qū)域斷裂與強(qiáng)震活動(dòng)的關(guān)系歸納如下：

（1）斷裂的成帶、分段和衰減等特征（王華林等1995）決定了強(qiáng)震活動(dòng)的成帶、分段和衰減特征。NW向益都斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)度由SE向NW衰減，決定了地震震級由7.0級向6.0、5.5和5.0級過渡。沂沭斷裂帶強(qiáng)、弱交替的分段活動(dòng)，決定了6、7級地震和5級地震的分段差異活動(dòng)。沂沭斷裂帶東、西分帶，決定了沂沭斷裂帶東、西地塹地震活動(dòng)的差異性。

（2）殼幔結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性，如上地幔隆起、重力、航磁、電性、形變梯度、扭曲帶以及高速體與低速體互層，是深大斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)作用的結(jié)果，它們構(gòu)成了7級以上強(qiáng)震活動(dòng)的深部構(gòu)造條件?？梢娀顒?dòng)的深大斷裂與7級地震活動(dòng)之間存在內(nèi)在的成因上的聯(lián)系。如郯城8.5級地震區(qū)均為上地幔隆起區(qū)，存在明顯的速度結(jié)構(gòu)和電性結(jié)構(gòu)的不均勻性（張碧秀等，1988）。公元前70年安丘7級地震發(fā)生在NNE向重力、航磁和形變梯度向NW扭曲畸變帶上。6280（±120）BP至公元前70年間大地震（7～8級）區(qū)具有與郯城8.5級地震區(qū)相似的殼幔結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性。

（3）第四紀(jì)晚期，尤其是全新世活動(dòng)的交匯斷裂構(gòu)成了沂沭斷裂帶6級以上地震發(fā)震構(gòu)造。研究表明，本區(qū)所有7級以上地震的發(fā)震構(gòu)造均為NNE斷裂與NWW斷裂以及NE斷裂與NW斷裂交匯構(gòu)造，大部分的6級、5級以上地震的發(fā)震構(gòu)造亦以不同方向斷層的相互交匯為特征。簡單的單一方向的斷層往往第四紀(jì)晚期以來活動(dòng)較弱，對本區(qū)的6級以上地震無控制作用。

圖3 公元495～2013年6月沂沭斷裂帶M≥4.7地震震中分布

（4）NNE、NE、NW和NWW向斷層為區(qū)域范圍內(nèi)的主要活動(dòng)斷層，它決定了本區(qū)所有6級以上地震的發(fā)生。其中，有些是共軛交匯發(fā)震斷層，如公元前70年間的安丘7級地震和郯城8.5級地震。有些是深大斷裂為控震斷裂，而與之交匯的次級斷層為發(fā)震斷層，如公元前70年安丘7級地震。

2 光彈實(shí)驗(yàn)

光彈性實(shí)驗(yàn)方法是將全息照相和光彈性法相結(jié)合而發(fā)展起來的一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。利用光彈性法可以研究幾何形狀和載荷條件都比較復(fù)雜的工程構(gòu)件的應(yīng)力分布狀態(tài)，特別是應(yīng)力集中的區(qū)域問題（黃慶華等，1989）。由于光彈性實(shí)驗(yàn)的全場性和直觀性，所以可將其應(yīng)用于構(gòu)造模擬地質(zhì)模型的應(yīng)力場，并能夠解決許多實(shí)際問題。

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

依據(jù)光的波動(dòng)理論可知，由光源發(fā)出的光經(jīng)過偏振片P成為平面偏振光，平面偏振光在應(yīng)力作用下透過由光敏性材料制成的模型后產(chǎn)生雙折射，使光沿著2個(gè)主應(yīng)力方向分解為2個(gè)折射路徑不同的平面偏振光，其傳播速度不同而產(chǎn)生光程差δ，當(dāng)檢偏鏡A的振動(dòng)軸與起偏鏡P的振動(dòng)軸正交時(shí)，光通過A鏡后就變成了與A鏡振動(dòng)軸平行的平面振動(dòng)波，并產(chǎn)生光干涉現(xiàn)象（圖4）。

圖4 光彈實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)二維應(yīng)力光學(xué)定律

式中，f為材料的條紋常數(shù)（kg/（cm·條））；t為試件厚度；σ1、σ2為第 1、2主應(yīng)力；n為等色條紋的級數(shù)。當(dāng)試驗(yàn)試樣制成以后，t和f為可被測得的常數(shù)，而最大剪應(yīng)力與等色條紋級數(shù)n成正比。因此，光彈實(shí)驗(yàn)的等色線條紋圖案能夠直接地反映最大剪應(yīng)力或差應(yīng)力的分布。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與模型制作

本研究采用409-Ⅱ型光彈儀。由于聚碳酸酯（PC）具有良好的雙折射性質(zhì)且易加工，所以使用新型的PC工程塑料作為基體。按照地質(zhì)坳陷裂紋的紋路對PC薄板進(jìn)行機(jī)械加工雕刻，制作環(huán)氧樹脂的渤海強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)地質(zhì)坳陷裂紋的紋路地質(zhì)模型。該模型尺寸及其與實(shí)際地質(zhì)體的比例見表2。

表2 渤海強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)地質(zhì)坳陷裂紋的紋路地質(zhì)模型

2.3 光彈實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)相似性原理，選取沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)實(shí)驗(yàn)區(qū)域。由山東省地震工程研究院的構(gòu)造活動(dòng)調(diào)查（王華林等，1988、1995；王華林，1995a、1995b）研究以及現(xiàn)今的實(shí)地研究數(shù)據(jù)可知，沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)域主要受擠壓作用，而擠壓作用的實(shí)際情況不清楚。因此，實(shí)驗(yàn)中采用3種加載方式：①EW向均布加載；②東向單點(diǎn)加載，西向均布加載；③東向2點(diǎn)加載，西向均布加載。

為了體現(xiàn)擠壓強(qiáng)度對沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)域的影響，實(shí)驗(yàn)中對模型施加不同的壓力。其中，EW向均布加載壓力分別選取 5、7、9、11、13、15kg；東向單點(diǎn)加載，西向均布加載的壓力分別選取5、7kg；東向2點(diǎn)加載，西向均布加載的壓力分別選取5、7kg。

通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理獲得沂沭斷裂帶構(gòu)造區(qū)域的等色條紋分布圖像。將此等色條紋分布圖像與原地質(zhì)研究區(qū)域進(jìn)行疊加。對疊加后的圖像進(jìn)行分析，找到應(yīng)力累積區(qū)域與地質(zhì)斷裂帶之間的關(guān)系，如圖5～7所示。圖5～7中的數(shù)字區(qū)域1、2、3（數(shù)字3為紅色）分別表示光彈模型上的等色條紋級數(shù)數(shù)值，其中等色條紋級數(shù)為3的區(qū)域即是剪應(yīng)力最大的區(qū)域，即地震危險(xiǎn)區(qū)域。

圖5給出了模型分別承受9、13、15kg載荷時(shí)應(yīng)力累積區(qū)域與地質(zhì)斷裂帶的分布圖。隨著載荷的增加，可以看到應(yīng)力累積區(qū)域逐步發(fā)育的過程。由圖5（a）可知，在9kgEW向均布加載的條件下，出現(xiàn)了小型3級等色條紋區(qū)域。3級等色條紋區(qū)域主要集中在昌邑-大店斷裂與安丘-莒縣斷裂的南段附近（郯城縣北部的兩塹夾一壘區(qū)域相對于斷裂帶呈中心對稱分布）以及新泰-蒙陰斷裂、蒙山山前斷裂、蒼尼斷裂的東南部斷裂尖端。當(dāng)EW向均布加載載荷增加至13kg（圖5（b））時(shí)，在更多的區(qū)域出現(xiàn)了3級等色條紋區(qū)域。值得注意的是，南部斷裂帶的3級等色條紋區(qū)域減少，而北部區(qū)域出現(xiàn)3級等色條紋區(qū)域，并且相對于斷裂條紋具有明顯的局部對稱性。出現(xiàn)3級等色條紋的區(qū)域有：昌邑-大店斷裂南段的東側(cè)和安丘-莒縣斷裂南端的西側(cè)；沂水-湯頭斷裂中段的東南側(cè)、西南側(cè)、東北側(cè)與西北側(cè)；沂水-湯頭斷裂北部尖端的東側(cè)與西側(cè)；沂源-沂水?dāng)嗔训臇|南部尖端區(qū)域；雙山-李家莊斷裂與益都斷裂相夾區(qū)域；安丘-莒縣斷裂北段的東側(cè)與西側(cè)。當(dāng)EW向均布加載載荷增至15kg（圖5（c））時(shí)，研究區(qū)的南、中、北部區(qū)域都出現(xiàn)了大量的3級等色條紋區(qū)域，其中昌邑-大店斷裂的全段東側(cè)與安丘-莒縣斷裂全段西側(cè)的3級等色條紋區(qū)域幾乎成對出現(xiàn)。由于西側(cè)裂紋的復(fù)雜性增加了該區(qū)域應(yīng)力分布的復(fù)雜性，此處3級等色條紋區(qū)域相對分散。而在安丘-莒縣斷裂全段西側(cè)的3級等色條紋區(qū)域分布大致相對于沂水-湯頭斷裂呈東西對稱。受沂源-沂水?dāng)嗔训挠绊?，沂?沂水?dāng)嗔褨|南端的3級等色條紋區(qū)域面積非常大。與加載載荷為13kg相比，加載載荷15kg的3級等色條紋區(qū)域發(fā)展迅速。

由于渤海強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)域受擠壓作用的實(shí)際情況不清楚，所以為了更好地反映地震發(fā)生時(shí)可能存在的實(shí)際情況，本文采取了另外2種典型的加載方式進(jìn)行比較。圖6為不同載荷下東向單點(diǎn)加載（單點(diǎn)加載區(qū)域?yàn)?5°～35.7°N）以及西向均布加載的光彈等色條紋圖，其中由于單點(diǎn)加載的特性使得在加載點(diǎn)附近等色條紋級數(shù)有所增加。由圖6（a）可知，在5kg的東向單點(diǎn)加載、西向均布加載載荷作用下，3級等色條紋區(qū)域主要出現(xiàn)在昌邑-大店斷裂中段東側(cè)，而在沂源-沂水?dāng)嗔褨|南末端與蒼尼斷裂東南末端也出現(xiàn)了3級等色條紋區(qū)域。由圖6（b）可知，當(dāng)東向單點(diǎn)加載、西向均布加載載荷增至7kg時(shí)，3級等色條紋區(qū)域出現(xiàn)了由東向西的擴(kuò)散現(xiàn)象，這使得區(qū)域整體應(yīng)力、應(yīng)變場更加復(fù)雜。分布在昌邑-大店斷裂東側(cè)的3級等色條紋區(qū)域在SN方向上出現(xiàn)分散現(xiàn)象，而在大斷裂帶西側(cè)更是出現(xiàn)了4級等色條紋區(qū)域。3級等色條紋分布在以下區(qū)域：雙山-李家山斷裂與張店-仁河斷裂相夾區(qū)域以及張店-仁河斷裂西南側(cè)；沂源-沂水?dāng)嗔驯倍艘约班o郚-葛溝斷裂北段東側(cè)；沂水-湯頭斷裂東側(cè)；銅冶店-孫祖斷裂南段和新泰-蒙陰斷裂南段周邊區(qū)域；蒙山山前斷裂南段與蒼尼斷裂南段相夾區(qū)域的中心地帶。值得注意的是，唯一的4級等色條紋區(qū)域出現(xiàn)在銅冶店-孫祖斷裂南段和新泰-蒙陰斷裂南段的相夾區(qū)域。

圖5 EW向均布加載時(shí)的應(yīng)力累積區(qū)域與地質(zhì)斷裂帶的分布

圖6 東向單點(diǎn)加載、西向均布加載時(shí)的應(yīng)力累積區(qū)域與地質(zhì)斷裂帶的分布

對地質(zhì)模型進(jìn)行東西點(diǎn)加載（2點(diǎn)加載區(qū)域?yàn)?33.8°～34.5°N；36.2°～36.7°N）、西向均布加載的光彈實(shí)驗(yàn)，加載載荷分別為5、7kg。對光彈實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到圖7。由圖7（a）可知，東向2點(diǎn)加載、西向均布加載，在加載載荷為5kg的情況下，3級等色條紋區(qū)域出現(xiàn)在以下3個(gè)區(qū)域：①昌邑-大店斷裂中北段東側(cè)；②鄌郚-葛溝斷裂北段東側(cè)；③沂水-湯頭斷裂北端。當(dāng)東向2點(diǎn)加載、西向均布加載載荷增加到7kg時(shí)（圖7（b）），測試區(qū)域的等色條紋區(qū)域分布再次發(fā)生一些變化，應(yīng)力場的擴(kuò)散現(xiàn)象主要出現(xiàn)在研究區(qū)域北部。大斷裂帶西側(cè)的3級等色條紋出現(xiàn)在以下4個(gè)區(qū)域：①雙山-李家莊斷裂東南端東部；②益都斷裂東南端東部；③沂源-沂水?dāng)嗔褨|南端北部；④沂水-湯頭斷裂北部。為了更好地反映地震發(fā)生時(shí)可能存在的實(shí)際情況，本文采用了3種典型的加載方式進(jìn)行光彈實(shí)驗(yàn)測試，不同加載方式下的危險(xiǎn)區(qū)域見圖8。

圖7 東向2點(diǎn)加載、西向均布加載時(shí)的應(yīng)力累積區(qū)域與地質(zhì)斷裂帶的分布

由圖8可見，在沂源-沂水?dāng)嗔褨|南端周邊區(qū)域、蒼尼斷裂東南端周邊區(qū)域、昌邑-大店斷裂全段東側(cè)區(qū)域、安丘-莒縣斷裂北段西側(cè)區(qū)域，2種或3種加載方式下都出現(xiàn)了3級等色條紋區(qū)域，即高應(yīng)力的孕育區(qū)域，故可以判定這些區(qū)域?yàn)榈卣鹞ｋU(xiǎn)區(qū)域。在EW向均布加載時(shí)，3級等色條紋區(qū)域沿?cái)嗔褞ё呦虺蕱|西對稱分布的現(xiàn)象說明應(yīng)力、應(yīng)變場在斷裂帶周邊以EW向應(yīng)力控制為主。東向單點(diǎn)加載、西向均布加載的載荷為7kg時(shí)，出現(xiàn)了4級等色條紋區(qū)域，說明在特殊情況下該區(qū)域有應(yīng)力集中現(xiàn)象。故可以判定銅冶店-孫祖斷裂南段和新泰-蒙陰斷裂南段的相夾區(qū)域也是地震危險(xiǎn)區(qū)域。在東向單點(diǎn)加載、西向均布加載和東向2點(diǎn)加載、西向均布加載時(shí)，出現(xiàn)了3級等色條紋區(qū)域擴(kuò)散現(xiàn)象，符合力學(xué)角度的應(yīng)力、應(yīng)變場的變化規(guī)律。

將光彈實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖5～7）與斷裂（圖2）和地震活動(dòng)分布（圖3）進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，全新世和晚更新世活動(dòng)斷裂，尤其是不同方向斷裂的交匯區(qū)域，往往是6級以上地震，尤其是7～8級地震發(fā)生的區(qū)域，這些區(qū)域也是光彈實(shí)驗(yàn)應(yīng)力、應(yīng)變集中的區(qū)域。

因此，可以判定沂源-沂水?dāng)嗔褨|南端周邊區(qū)域、蒼尼斷裂東南端周邊區(qū)域、昌邑-大店斷裂全段東側(cè)區(qū)域、安丘-莒縣斷裂北段西側(cè)區(qū)域、銅冶店-孫祖斷裂南段和新泰-蒙陰斷裂南段的相夾區(qū)域?yàn)榈卣鹞ｋU(xiǎn)區(qū)（圖2）。

圖8 沂沭斷裂帶區(qū)域不同加載方式下的危險(xiǎn)區(qū)域

3 結(jié)論

（1）沂沭斷裂帶對EW向的應(yīng)力起到了有效的阻隔作用，但是東部邊界在不同的加載方式及載荷下，沂沭斷裂帶出現(xiàn)呈東西對稱的高應(yīng)力區(qū)域。而在沂沭斷裂帶西部即雙山-李家莊、張店-仁河和沂源-沂水等斷裂附近也出現(xiàn)了不同大小的高應(yīng)力孕育區(qū)域。

（2）將光彈實(shí)驗(yàn)結(jié)果與地震活動(dòng)分布進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，在全新世和晚更新世活動(dòng)斷裂尤其是不同方向斷裂的交匯處，往往是6級，尤其是7～8級地震發(fā)生的地點(diǎn)，而這些區(qū)域也是光彈實(shí)驗(yàn)應(yīng)力、應(yīng)變集中的區(qū)域。

（3）將分析結(jié)果中的地震危險(xiǎn)區(qū)在斷裂帶分布圖上標(biāo)出，并用不同顏色區(qū)別于不同加載條件下得到的地震危險(xiǎn)區(qū)。其中，沂水縣北部與南部、沂南縣南部、安丘市東南部與西南部和東?？h西部都處于2種甚至3種加載條件下的地震危險(xiǎn)區(qū)。

本研究結(jié)果為沂沭斷裂帶的地震危險(xiǎn)區(qū)判定提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對沂沭斷裂帶的地震預(yù)測研究和震情跟蹤等工作具有實(shí)際意義。