山東鳧山斷裂和嶧山斷裂的新活動(dòng)時(shí)代研究

王雷 王志才 付俊東 萬(wàn)永魁許洪泰 王冬雷 權(quán)騰龍 王津津

1）山東省地震局工程地震重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南市歷城區(qū)港西路2066號(hào) 250102

2）中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180

0 引言

山東是中國(guó)東部地震多發(fā)省份，近幾年小震活動(dòng)十分頻繁，威海海域和煙臺(tái)長(zhǎng)島2個(gè)震群“開(kāi)窗”，反映了太平洋板塊俯沖加速、華北板塊應(yīng)力集中這一構(gòu)造環(huán)境。山東境內(nèi)的郯廬斷裂帶歷史上曾發(fā)生1668年郯城8級(jí)地震和公元前70年安丘7級(jí)地震，針對(duì)該斷裂帶已有大量研究（高維明等，1980；方仲景等，1986；李家靈等，1994；晁洪太等，1994；1997；1998；王志才等，2015；王雷，2016）。除郯廬斷裂帶外，還有多條NE或 NW向活動(dòng)斷裂。歷史上，山東曾發(fā)生多次6級(jí)以上地震，除上述2次地震外，還有公元前179年平邑南7級(jí)地震、462年滕州西 6級(jí)地震、1548年渤海7級(jí)地震、1668年泰安6級(jí)地震、1829年臨朐 6級(jí)地震等（晁洪太等，2012；蔡克明等，1998；刁守中等，2010；環(huán)文林等，1989；顧功敘，1983）。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

魯西地塊地處郯廬斷裂帶西側(cè)，是一個(gè)典型的華北斷塊式結(jié)構(gòu)，總體形態(tài)呈不規(guī)則的圓弧形（徐樹(shù)桐等，1993；朱光等，2006；張錫明等，2007）。東以沂沭斷裂帶為界；西以聊城-蘭考斷裂帶為界；北以齊河-廣饒斷裂為界，與東營(yíng)坳陷相鄰；南以豐沛斷裂為界，與徐-淮弧型構(gòu)造相接（張錫明等，2007）（圖1）。該地塊下元古界缺失，以中、上太古界泰山群、濟(jì)寧群為基底，經(jīng)歷了多期變質(zhì)作用，形成年代距今約25億年。新生代以來(lái)，與郯廬斷裂帶同步，魯西地塊內(nèi)部發(fā)生了顯著伸展構(gòu)造變形（許立青等，2016）。地表構(gòu)造形跡以NW向斷裂為主，形成“北斷南超”壘狀構(gòu)造及NW方向的弧形構(gòu)造（王先美等，2010）。

前人研究表明，魯西地區(qū)斷裂展布有2種形式：一種呈放射狀展布，產(chǎn)狀陡傾，切割結(jié)晶基底和沉積蓋層，如鳧山斷裂；另一種呈同心圓狀，以伸展滑脫變形為主，如嶧山斷裂（金振奎等，1999；張錫明等，2007）。關(guān)于構(gòu)造體系李四光先生有一套劃分原則（李四光，1973），其中，一種類型為緯向構(gòu)造體系，在山東境內(nèi)該構(gòu)造體系是由呈EW向展布的豐沛凸起、金滕凹陷、陶棗凹陷及一組近EW走向的褶皺及壓性斷裂組成（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。金滕凹陷由3個(gè)次級(jí)凹陷組成，凹陷最深部靠近鳧山斷裂和嶧山斷裂處。

2 斷裂最新活動(dòng)時(shí)代

2.1 鳧山斷裂

鳧山斷裂西起白茅，經(jīng)韓集、白樂(lè)集、康橋、南陽(yáng)鎮(zhèn)、崗頭東至龍山店，全長(zhǎng)約240km。該斷裂整體走向近EW，傾向S，傾角70°～80°。以嶧山斷裂為界，斷裂西段走向 NEE，東段走向NWW。鳧山斷裂具有分段活動(dòng)的特點(diǎn)，以孫氏店斷裂為界，斷裂活動(dòng)性東段強(qiáng)于西段。

在滕州馬河水庫(kù)大壩下游約1km處的水庫(kù)溢洪道西側(cè)可見(jiàn)鳧山斷裂東段剖面（圖2），斷裂走向?yàn)?0°，傾向S，傾角為80°。斷裂帶寬度較大，由斷層泥、碎裂巖、破碎影響帶和斷裂滑動(dòng)面等組成。在耕作土覆蓋層之下，從北向南該斷裂帶構(gòu)成如下：花崗片麻巖、碎裂巖帶、斷層泥帶、碎裂巖帶及花崗片麻巖劈理帶。其中，花崗斜長(zhǎng)片麻巖破碎影響帶寬約40m，碎裂巖帶寬約15m，斷層泥帶寬3～5m。在最新滑動(dòng)面上發(fā)育有淺黃色斷層泥，厚度為0.5～2.0cm?；瑒?dòng)面沿傾向隱約可見(jiàn)擦痕，顯示正斷性質(zhì)。在該剖面共采集6塊釋光樣品，經(jīng)測(cè)試獲得3塊樣品的有效測(cè)年數(shù)據(jù)，最新斷層泥中取樣品osl-fs-5，測(cè)得釋光年齡為（95.0±4.7）ka（王志才等，2001）。

在成武縣寶峰鄉(xiāng)張莊村西，跨鳧山斷裂沿垂直方向布設(shè)了1條淺層人工地震測(cè)線。經(jīng)處理原始地震記錄資料后，得到該測(cè)線的地震反射時(shí)間疊加剖面（圖3）。遇到介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生發(fā)射與折射，此界面反射波反射信號(hào)增強(qiáng)，表現(xiàn)為顯著的反射軸。從地震反射波時(shí)間剖面解譯出5條反射軸，由上至下可分為5個(gè)反射層，分別為T(mén)1反射層（Q4，全新統(tǒng)底部）、T2反射層（Q3，上更新統(tǒng)底部）、T3反射層（Q2，中更新統(tǒng)底部）、T4反射層（Q1，下更新統(tǒng)底部）和T5反射層（J3，上侏羅統(tǒng)底部），其中，T5反射層信號(hào)弱，反射波組短且不顯著。T4反射層些許斷開(kāi)，T3反射層無(wú)明顯錯(cuò)斷，所以，斷裂錯(cuò)斷早更新世地層。斷裂的上端點(diǎn)在地面的投影位置為167m，埋深357m，為正斷層，產(chǎn)狀南傾。根據(jù)剖面判斷，鳧山斷裂西段錯(cuò)斷的最淺層位是下更新統(tǒng)（Q1）地層。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造

圖2 馬河水庫(kù)溢洪道西側(cè)鳧山斷裂剖面（據(jù)王志才等（2001））

圖3 張莊西跨鳧山斷裂地震反射時(shí)間剖面

根據(jù)斷層物質(zhì)膠結(jié)程度、地形地貌，并結(jié)合對(duì)剖面中覆蓋層的年齡測(cè)試和野外對(duì)斷層物質(zhì)的考察、鑒定，綜合分析認(rèn)為，鳧山斷裂的活動(dòng)具有分段性，東段活動(dòng)較強(qiáng)，西段活動(dòng)較弱。鳧山斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期。

2.2 嶧山斷裂

嶧山斷裂是一條區(qū)域性大斷裂，北起肥城，經(jīng)代陽(yáng)、鄒城、曲阜、齊河、官橋南至微山湖，全長(zhǎng)約140km。該斷裂整體走向近SN，傾向W，傾角70°～85°，具正斷性質(zhì)。

該斷裂西側(cè)主要為第四系覆蓋，東側(cè)為山地（圖4），總體地勢(shì)呈東高西低。野外地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)，沿?cái)嗔训孛矡o(wú)明顯階地、陡坎等特征，水系分形無(wú)規(guī)則，表明地形地貌、水系不受該斷裂活動(dòng)影響；根據(jù)斷裂兩側(cè)地層分布分析認(rèn)為，該斷裂對(duì)晚更新世及全新世地層無(wú)控制作用。

圖4 嶧山斷裂結(jié)構(gòu)展布和跨斷裂地形測(cè)量圖

界河鎮(zhèn)水泥廠北，厚層灰?guī)r地層和薄層泥質(zhì)灰?guī)r地層中嶧山斷裂出露。破碎帶寬達(dá)10～15m，中間部位為破碎巖，其東側(cè)斷裂面發(fā)育厚2～3m的碎裂碎粉巖，西側(cè)斷裂發(fā)育厚3～4m的碎裂巖。斷裂顯示擠壓破碎特征，局部可見(jiàn)薄層泥質(zhì)灰?guī)r被逆向斷錯(cuò)1～2m。整個(gè)斷裂在地形地貌上沒(méi)有顯示。

為了探測(cè)斷裂活動(dòng)性，在鄒城西垂直跨斷裂布設(shè)了1條淺層人工地震測(cè)線。經(jīng)處理原始地震記錄資料后，得到了反映地下不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的地震反射時(shí)間剖面（圖5）。由圖5可見(jiàn)，反射層位在嶧山斷裂的兩邊有較大的差異，東盤(pán)地層較簡(jiǎn)單，西盤(pán)地層相對(duì)復(fù)雜，有拖曳現(xiàn)象。

圖5 鄒城西跨嶧山斷裂地震反射波時(shí)間剖面

淺層人工地震勘探結(jié)果表明，在鄒城西嶧山斷裂主斷裂為正斷層，產(chǎn)狀W傾；還可見(jiàn)傾向E的分支斷裂。結(jié)合野外地質(zhì)考察，斷裂東側(cè)基巖為花崗巖，西側(cè)為頁(yè)巖；斷裂帶及其兩側(cè)基巖面較為平整，沒(méi)有大的落差。

根據(jù)由電法探測(cè)得到的異常點(diǎn)，在步云莊北側(cè)進(jìn)行了跨嶧山斷裂鉆孔勘探和探槽開(kāi)挖驗(yàn)證（圖6、7）。由圖6、7可見(jiàn)，該地區(qū)第四系分布較普遍、連續(xù)，地層較薄。該套地層為上更新統(tǒng)，以含姜石黏土為主，無(wú)明顯錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。

圖6 嶧山斷裂步云莊鉆孔剖面

鉆孔剖面和探槽剖面顯示，從西向東斷裂破碎帶由碎裂狀泥巖、（泥巖）碎裂巖、斷層泥、（泥巖）碎裂巖和斷層角礫巖等構(gòu)成，靠近斷層泥兩側(cè)附近多發(fā)育碎裂巖（片理化泥巖），整個(gè)斷層剖面大致呈對(duì)稱狀展布。根據(jù)2個(gè)鉆孔斷層泥出露深度及鉆孔巖芯中斷層泥片理角度，推算出剖面東側(cè)斷層泥在地面的投影位置。經(jīng)探槽開(kāi)挖，斷層泥的出露位置與推算位置基本一致，第四系分布連續(xù)、穩(wěn)定，未見(jiàn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。

根據(jù)物探剖面中反射波組同相軸不連續(xù)等特征分析可知，斷裂發(fā)生了多期次活動(dòng)；根據(jù)物探數(shù)據(jù)、鉆探結(jié)果、地形地貌特征和斷層泥膠結(jié)程度等分析可知，嶧山斷裂最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世早期。

3 討論與分析

中國(guó)地震目錄中記載，劉宋大明六年七月甲申（公元462年8月16日）山東兗州南發(fā)生6級(jí)地震，震中35.0°N、116.8°E。該地震造成了極震區(qū)Ⅷ度破壞，魯郡（今曲阜）山搖地動(dòng)，兗州（今鄄城）泉涌。彭城（今徐州）房屋傾倒，女墻墜落480丈。地震二年不已（顧功敘，1983）。

圖7 嶧山斷裂步云莊探槽剖面

《宋書(shū)》卷34中記載，七月甲申地震，有聲自河北來(lái)，魯郡山搖地動(dòng)。彭城城女墻四百八十丈墜落，屋室傾倒。兗州地裂泉涌，二年不已（江蘇省地震局，1987；山東省地方史志編纂委員會(huì)，1995）。

《南史·宋本紀(jì)》卷2中記載，甲申地震。有聲如雷。兗州尤甚。于是魯郡二搖者二（江蘇省地震局，1987；山東省地方史志編纂委員會(huì)，1995）。

有研究對(duì)此次地震的震中進(jìn)行了校訂，給出了定位精度為3類的結(jié)論，認(rèn)為震中為山東微山與滕州交界一帶，地理坐標(biāo)為 35.0°N、117.0°E，震級(jí)為 6級(jí)（刁守中等，2010）。

462年地震距今歷史悠久，地震紀(jì)實(shí)粗略、不統(tǒng)一，震中位置不確定，所以本文僅簡(jiǎn)要討論此次地震的發(fā)震構(gòu)造背景。

對(duì)462年地震現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)主要認(rèn)為震中位于微山湖一帶，對(duì)其發(fā)震構(gòu)造主要有2種認(rèn)識(shí)：一是EW向的鳧山斷裂；一是SN向的嶧山斷裂。已有研究表明，一次地震的破壞烈度等震線的長(zhǎng)軸方向與其發(fā)震斷裂的走向一致或相近（周榮軍等，2013；徐錫偉等，2014；房立華等，2014，袁道陽(yáng)等，2017）。在地質(zhì)考察的基礎(chǔ)上，結(jié)合有關(guān)462年地震的史料和前人研究繪制的地震烈度等震線可知（蔡克明等，1998），該地震破壞沿近SN向，故作者認(rèn)為其發(fā)震斷裂走向也應(yīng)是近SN向。

由已完成的探測(cè)工作和地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)，嶧山斷裂的最新活動(dòng)時(shí)代為中更新世早期，地貌上也無(wú)明顯構(gòu)造變形。雖然沿?cái)嗔褞窗l(fā)現(xiàn)462年滕州西6級(jí)地震留下的證據(jù)，但該斷裂帶在全新世以來(lái)也有活動(dòng)的可能。同為早-中更新世活動(dòng)的孫氏店斷裂近SN走向，考慮到此次地震震中不確定，該斷裂也可能是462年滕州西6級(jí)地震的發(fā)震斷裂。

4 結(jié)論

（1）嶧山斷裂走向近SN，中更新世早期有過(guò)活動(dòng)；鳧山斷裂走向近EW，晚更新世有過(guò)最新活動(dòng)。

致謝：本文實(shí)際工作中得到了山東省地震工程研究院物探組鹿子林、夏暖、徐文星和場(chǎng)地組張建民、薛俊召等同志的大力支持；審稿過(guò)程中，專家提出寶貴修改意見(jiàn)。在此一并表示感謝。