郯廬斷裂帶魯蘇晥段未來強震可能發(fā)生地段初探

熊 振 李清河* 張元生 侯康明 金淑梅 周彩霞

1)江蘇省地震局，南京 210014 2)中國地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000

郯廬斷裂帶魯蘇晥段未來強震可能發(fā)生地段初探

熊 振1)李清河1)*張元生2)侯康明1)金淑梅1)周彩霞1)

1)江蘇省地震局，南京 210014 2)中國地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000

郯廬斷裂帶 深部速度結(jié)構(gòu) 強震 地震預(yù)測

0 引言

郯廬斷裂帶亦稱郯城-廬江斷裂帶，是中國東部的1條巨型斷裂帶，亦為重要的大地構(gòu)造分區(qū)界線。郯廬斷裂帶向下延伸切穿了地殼，到達(dá)上地幔，其下莫霍面埋深較兩側(cè)明顯加大，達(dá)35～36km(國家地震局地質(zhì)研究所，1987； WENGetal.，1990; 劉保金等，2015)。郯廬斷裂帶兩側(cè)重力、 磁場存在明顯差異，地表為地?zé)岙惓В畈砍樯钤磶r漿上升的通道。該斷裂是1條規(guī)模巨大的巖石圈斷裂，全長2,400余km，走向NNE，斷裂切割了不同地質(zhì)構(gòu)造單元。

通過地震地質(zhì)、 天然地震層析成像、 深部結(jié)構(gòu)、 地震活動和現(xiàn)今地殼運動速度場等方面資料的分析和對比研究，認(rèn)為在郯廬斷裂帶中泗洪南(王集)—嘉山一帶存在發(fā)生7級或7級以上強地震的可能性。

1 郯廬斷裂帶魯蘇皖段概況

圖1 郯廬斷裂帶魯蘇皖段鄰近地區(qū)地震構(gòu)造圖Fig. 1 Seismic tectonic map for the Shandong-Jiangsu-Anhui segment of the Tancheng-Lujiang fault zone and the adjacent area.

郯廬斷裂帶魯蘇皖段主要由4條主干斷裂組成(F1—F4)，在F1和F2之間還發(fā)育了F5斷裂(圖1)。早期為左旋走滑兼逆沖運動方式，38Ma后轉(zhuǎn)化為右旋走滑運動方式(張岳橋等，2008； Huangetal.，2012)。在山東境內(nèi)，4條主干斷裂組成兩塹夾一壘的構(gòu)造格架，進(jìn)入江蘇后斷裂帶明顯變窄。該斷裂帶被一系列NWW斷裂所切割，在長期的發(fā)展演化過程中，斷裂表現(xiàn)出明顯的分段活動特征。研究者目前對郯廬斷裂帶的分段性有著不同的認(rèn)識，但總體上大同小異。國家地震局地質(zhì)研究所(1987)根據(jù)衛(wèi)星影像資料將郯廬斷裂帶分為3段(簡稱三分法)： 北段(肇興—昌圖)、 中段(昌圖—淮河南岸)和南段(淮河南岸—廣濟(jì))。晁洪太等(1995)及郯廬活動斷裂帶地質(zhì)填圖課題組(2013)將郯廬斷裂帶分為4段(簡稱四分法)： 鶴崗—鐵嶺段、 下遼河—萊州灣段、濰坊—嘉山段和嘉山—廣濟(jì)段。這2個劃分方案基本相同，所不同的是四分法將三分法的中段細(xì)分為2段。郯廬斷裂帶魯蘇皖段在三分法中屬于中段(昌圖—淮河南岸)，在四分法中屬于濰坊—嘉山段。

2 郯廬斷裂帶魯蘇皖段強震可能地段與1668年7月25日郯城 級地震震中處地震地質(zhì)條件對比分析

對某個地區(qū)地震活動性分析及地震活動趨勢預(yù)測，首先要研究該地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性，其次要對該區(qū)可能的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行研究(熊振等，2011)。前人對華北和青藏高原周緣地區(qū)的研究結(jié)果表明，存在上地幔局部上隆、 莫霍界面斷裂、 地殼陡變及低速-高導(dǎo)體或低速區(qū)等深部構(gòu)造特點可能是發(fā)生強震的深部構(gòu)造條件(王椿鏞等，1993； 劉福田等，2003； 董瑞樹等，2003)。此外，地震的預(yù)測工作目前較普遍接受的2個原則分別是： 歷史地震重演原則和地質(zhì)構(gòu)造類比原則。歷史地震重演原則為： 歷史上發(fā)生過破壞性地震的地區(qū)，將來仍有可能發(fā)生類似強度的地震。地質(zhì)構(gòu)造類比原則為： 對已發(fā)生過破壞性地震地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造條件進(jìn)行分析研究，然后外推到具有相同或類似構(gòu)造條件的地區(qū)，據(jù)此推斷地質(zhì)構(gòu)造條件相同或類似的地區(qū)有可能發(fā)生震級相近的破壞性地震。

2.1 淺層地震地質(zhì)特征對比分析

2.2 深地震勘探資料對比分析

圖2 連云港—臨沂—平邑人工地震測深剖面(據(jù)國家地震局地質(zhì)研究所，1987)Fig. 2 Lianyungang-Linyi-Pingyi deep seismic sounding profile(after Institute of Geology, State Seismological Bureau, China，1987).

與郯廬斷裂帶對應(yīng)的深部表現(xiàn)出了典型的斷裂破碎帶震相，其波組數(shù)目、 到時和視速度等均有一反常態(tài)的突變現(xiàn)象。如Pm波的到時躍變，波組增多，波形紊亂，能量強烈衰減，視速度出現(xiàn)較大變化，相鄰接收點Pm波的到時和能量變化大得難以對比。在整個剖面中，郯廬斷裂帶所在地段是深部構(gòu)造最復(fù)雜的地段，對應(yīng)地表F1、 F2處的莫霍面深30～31km，是1個寬8～10km的破碎帶，而對應(yīng)地表F3、 F4處的莫霍面只表現(xiàn)為向E傾斜的緩坡，基本無破碎現(xiàn)象。因此認(rèn)為，整個郯廬斷裂帶的F1與F2在臨沂地區(qū)向深部延伸可能是1個E傾的巨大破碎帶，與根據(jù)航磁資料化極上延曲線梯度變化推測的產(chǎn)狀是一致的； 另外，在臨沂西(郯廬斷裂帶西側(cè))的費縣一帶有1地幔上隆，莫霍面深約30～31km，稱為方城隆起。再往西，費縣—泗水的莫霍面深34km。而郯廬斷裂帶東側(cè)臨沭一帶的莫霍面向下坳陷，深達(dá)35～36km。與淺部的郯廬斷裂帶相對應(yīng)的深部正好處于方城隆起與臨沂坳陷的過渡緩坡上(國家地震局地質(zhì)研究所，1987)。

圖3 HQ13線跨郯廬斷裂帶深地震剖面地質(zhì)解譯圖(據(jù)Weng et al.，1990)Fig. 3 Deep seismic sounding profile of HQ13 exploration line across Tanlu fault zone(after Weng et al.，1990).A 西部邊界斷裂； B 東部邊界斷裂； C 華北板塊變質(zhì)巖中的逆沖斷層； D 揚子板塊中的逆沖斷層； E 郯廬斷裂帶東側(cè)古近紀(jì)盆地中的正斷層； F 郯廬斷裂帶內(nèi)的古近紀(jì)盆地底面； G 華北板塊中下層拉伸地層； H 揚子板塊中下層拉伸地層； 莫霍面

郯廬斷裂帶中泗洪南(王集)—嘉山一帶附近地區(qū)，前人為研究其深部結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的探測方面的研究工作主要有： 1)奉賢-符離集人工地震勘探剖面，該剖面為中國GGT剖面奉賢—阿拉善左旗斷面(亦稱HQ13線，Wengetal.，1990)的一部分； 2)近EW向的泗陽—睢寧跨郯廬斷裂帶深地震勘探測線勘探剖面。

Weng等(1990)對HQ13線郯廬斷裂帶部分進(jìn)行了分析，認(rèn)為郯廬斷裂帶西部邊界陡直(圖3 A線)，將B線解釋為郯廬斷裂帶東部邊界。圖3 中西部邊界斷裂(A線)與逆沖斷層(D線)等穿過莫霍面。結(jié)合對郯廬斷裂帶深、 淺層地質(zhì)特征分析，認(rèn)為圖3 中逆沖斷層(C線)上延部分作為郯廬斷裂帶東部邊界為宜。

中國地震局地球物理勘探中心近期在泗陽—睢寧跨郯廬斷裂帶再次實施了1條近EW向長約100km的深地震勘探測線勘探工作(劉保金等，2015)。在該深地震剖面上郯廬斷裂帶西部邊界陡直，郯廬斷裂帶中 “兩塹夾一壘”的特征在此處仍然存在，在郯廬斷裂帶下部莫霍面存在破碎帶(圖4)。

圖4 泗陽—睢寧跨郯廬斷裂帶深地震剖面地質(zhì)解譯圖(劉保金等，2015)Fig. 4 Siyang-Suining deep seismic sounding profile across Tanlu fault zone(modified from LIU Bao-jin et al.，2015).

圖5 10～15km深度P波速度平面分布圖Fig. 5 Velocity distribution patterns at depth 10～15km.

圖6 15～20km深度P波速度平面分布圖Fig. 6 Velocity distribution patterns at depth 15～20km.

2.3 地震層析成像資料分析對比

根據(jù)江蘇省及附近地區(qū)破壞性地震深度的統(tǒng)計分析，在江蘇省境內(nèi)破壞性地震深度多數(shù)在10～20km。根據(jù)近年全球范圍內(nèi)的8級以上大地震報道，震源深度也多在這一范圍內(nèi)。因此，此處僅分析10～20km深度范圍內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。

2.4 地震活動性資料分析

大震發(fā)生地除地震構(gòu)造環(huán)境相似外，地震活動性也常有相似之處。小震活動可能有多種成因所致，如抽取地下水、 采礦等人類活動可能誘發(fā)地震，水庫蓄水也可能誘發(fā)地震，這種誘發(fā)地震震級通常較小。因此，此處主要分析MS4以上地震的活動資料。

圖7 中國東部地區(qū)地震震中分布圖(資料截至2013年12月)Fig. 7 Distribution of epicenters for eastern China areas(earthquakes before Jan 2014).

照片1 泗洪峰山采砂坑中的古地震砂土液化現(xiàn)象(砂樹)Photo 1 Sand liquefaction on the geologic section of the sand pit about Fengshan Hill，Sihong County(“sandy tree”)

照片2 泗洪孫牌坊采砂坑中的古地震砂土液化現(xiàn)象(砂線)Photo 2 Sand liquefaction on the geologic section of the sand pit about Sunpaifang，Sihong County(“sandy line”)

圖8 泗洪峰山采砂坑中的古地震砂土液化現(xiàn)象(砂樹)Fig. 8 Sand liquefaction on the geologic section of the sand pit about Fengshan Hill，Sihong County(“sandy tree”).

圖9 泗洪孫牌坊采砂坑中的古地震砂土液化現(xiàn)象(砂線)Fig. 9 Sand liquefaction on the geologic section of the sand pit about Sunpaifang，Sihong County(“sandy line”).

2.5 區(qū)域地形變資料分析對比

3 主要結(jié)論與討論

根據(jù)歷史地震重演原則和地質(zhì)構(gòu)造類比原則，認(rèn)為郯廬斷裂帶魯蘇皖段在泗洪南(王集)—嘉山一帶存在發(fā)生7級或7級以上強地震的可能性。

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PRELIMINARY DISCUSSION ON THE POSSIBLE AREA OF STRONG EARTHQUAKE OCCURRENCE IN FUTURE ALONG THE SHANDONG-JIANGSU-ANHUI SEGMENT OF TANCHENG-LUJIANG FAULT ZONE

XIONG Zhen1)LI Qing-he1)ZHANG Yuan-sheng2)HOU Kang-min1)JIN Shu-mei1)ZHOU Cai-xia1)

1)EarthquakeAdministrationofJiangsuProvince，Nanjing210014，China2)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdiministration，Lanzhou730000，China

Tancheng-Lujiang fault zone，deep crustal velocity structure，strong earthquake，earthquake prediction

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.04.013

2015-03-23收稿，2015-06-03改回。

國家自然科學(xué)基金(40974031)、 江蘇省科技發(fā)展項目(BE2009691)、 宿遷市活動斷裂與危險性評價項目和中國地震局老專家基金(2016005)共同資助。
*通訊作者： 李清河，男，研究員，E-mail: qh_Ii2005@163.com。

P315.2

A

0253-4967(2016)04-0964-14

熊振，男，1969年生，2010年在中國地震局地球物理研究所獲固體地球物理專業(yè)博士學(xué)位，高級工程師，主要從事地震地質(zhì)與地震工程方面的工作，電話： 025-84285622，E-mail: Xz_nj@sina.com。