孟建國(guó),于慶民,李惠玲,周均太,王 躍,張 明
(1.泰安基準(zhǔn)地震臺(tái),山東 泰安 271000;2.鄒城地震臺(tái),山東 濟(jì)寧 273500)
泰安地區(qū)位于山東省中部的泰山南麓,屬于華北地震區(qū)。在大地構(gòu)造位置上處于魯西斷塊區(qū)的中部,具體位于沂沭斷裂帶以西,齊河-廣饒斷裂以南,是魯西中新生代泰山斷塊凸起的重要組成部分。據(jù)史料記載,泰安地區(qū)共發(fā)生破壞性地震(M≥4.0)7次,其中5級(jí)地震5次,6級(jí)地震2次,最高震級(jí)為6級(jí)。空間上這些地震主要呈點(diǎn)狀隨機(jī)分布。其中,多數(shù)地震與不同方向的斷裂空間分布相對(duì)一致。因此,研究區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)性與構(gòu)造背景的聯(lián)系,特別是探索不同活動(dòng)特性的斷裂與地震活動(dòng)之間的關(guān)系,將有利于中長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)區(qū)判定。本文在廣泛收集和分析泰安地區(qū)地震地質(zhì)、歷史地震最新研究成果基礎(chǔ)上,對(duì)第四紀(jì)特別是晚第四紀(jì)以來(lái)的斷裂活動(dòng)特征做出歸納,并分析了歷史地震、1970年后有儀器記錄以來(lái)中等強(qiáng)度地震和小地震密集與斷裂活動(dòng)的相關(guān)性。
很多學(xué)者的研究表明強(qiáng)震與活動(dòng)斷塊的關(guān)系十分突出[1],它們或者發(fā)生在板塊邊界活動(dòng)構(gòu)造帶,或者發(fā)生在I級(jí)和Ⅱ級(jí)斷塊區(qū)的邊界活動(dòng)構(gòu)造帶上,地震活動(dòng)與活動(dòng)塊體及塊體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系還表現(xiàn)在一定時(shí)期內(nèi)地震活動(dòng)常發(fā)生于同一斷塊區(qū)或同一斷塊的邊界構(gòu)造帶上,即所謂地震活動(dòng)的主體地區(qū)。因此,將地震與斷裂活動(dòng)特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。泰安地區(qū)主要斷裂帶有9條(圖1),即泰山山前斷裂、泰安西麓斷裂、肥城斷裂、夏張-安駕莊斷裂、羊流店斷裂、還有DF193、DF194、DF195、DF196 等。其中,前5條基本全部發(fā)育于泰安地區(qū)境內(nèi),DF193、DF194、DF195、DF196等4條斷裂帶則屬于部分延伸或涉及本區(qū)域,因影響區(qū)域較小,活動(dòng)性相對(duì)平靜,這里不做過(guò)多評(píng)述。泰安地區(qū)發(fā)育的5條主要斷裂均為第四紀(jì)活動(dòng)斷裂。它們的活動(dòng)時(shí)間以泰山山前斷裂最新,屬晚更新世晚期;泰山西麓斷裂次之,屬中更新世晚期;肥城斷裂、夏張-安駕莊斷裂、羊流店斷裂均屬中更新世中期[2]。
(1)泰山山前斷裂是萊蕪弧形斷裂SW 向延伸部分。斷裂西起泰安大河水庫(kù)附近,措泰山山前,經(jīng)御碑樓、陳家莊、劉家莊、水牛鋪、東城、海洼、宦家莊、小馬莊、西官莊、橫嶺、泉林莊、大梭莊、永寧莊至大王莊,然后與萊蕪弧形斷裂SE 向延伸部分(又稱銅冶店-孫祖斷裂)相接。該斷裂全長(zhǎng)60km,運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為正斷層。該斷裂總體形態(tài)略呈彎曲狀,在大梭莊-永安莊-宋家埠-帶被近NS向的羊流店斷裂等錯(cuò)斷。
(2)泰安西麓斷裂為一條NW 向斷裂,東南端起自泰安大河水庫(kù)附近的常家莊,經(jīng)小官莊、大辛莊、界首、萬(wàn)德等地,沿104國(guó)道展布。斷裂出露于泰山群變質(zhì)巖中,在形態(tài)上較平直。該斷裂走向與NW 向片麻理一致,為由多條小斷層組成的一NW向斷裂帶,單條斷層的規(guī)模不大。
圖1 泰安地區(qū)主要斷裂帶與地震位置圖
(3)肥城斷裂是一條弧形斷裂,全長(zhǎng)80km。由NE向、近EW 向和NW 向3 段組成。NE 向段西起上水河,經(jīng)孝直至石橫;近EW 向段,構(gòu)成肥城盆地(N+Q)的北邊界;NW 向段由寨山坡,經(jīng)孤山洼、大黑山、朱家莊、魚(yú)池村、華家莊、北白樓至夏張東。
(4)夏張-安駕莊斷裂是另一條弧形斷裂,位于大汶口盆地(E+Q)的北邊界。斷裂西起彭集,沿NE 方向,經(jīng)接山、孫伯、安駕莊至夏張。然后轉(zhuǎn)向SE方向,經(jīng)小宿莊、黃家莊、華家?guī)X、宋家莊、泉水灣、滿莊、北留、南留至西住,全長(zhǎng)80km,為正斷層。
(5)羊流店斷裂北起自陡崖-宋家埠一帶,在此將泰山山前斷裂錯(cuò)斷。向南經(jīng)水北街、馬家莊、營(yíng)房、孫家埠東、蝻峪、紙房、小西嶺、周家莊、大柳杭,在羊流店附近錯(cuò)斷了蓮花山斷裂,并跨過(guò)新泰盆地向南延伸,全長(zhǎng)70km 多。
以上這些斷裂帶皆屬活動(dòng)斷裂帶,所發(fā)生的強(qiáng)烈地震,都曾給泰安地區(qū)造成了影響。其中,發(fā)生在該區(qū)域內(nèi)的最大地震震級(jí)為6級(jí)。世界最早的地震記載便是發(fā)生于泰山的?!吨駮?shū)紀(jì)年》寫(xiě)道:“夏帝發(fā)七年(公元前1831年)泰山震?!边@是世界上最早的地震記載,距今已有3 800多年了。
泰安地區(qū)地震活動(dòng)性相對(duì)較弱。自1970年有地震儀器記錄以來(lái)保持了年均2次左右2級(jí)以上地震的水平,最高為4.1級(jí),并存在震群活動(dòng)。歷史上有過(guò)關(guān)于中強(qiáng)震的記載,最大震級(jí)推斷為6級(jí)。其中5級(jí)以上地震發(fā)生周期最短間隔為500年。從地震分布上看,該地區(qū)中強(qiáng)地震分布較為集中,小震則屬于隨機(jī)分布,但分布區(qū)域表現(xiàn)為與斷裂帶相同形式的倒“U”字型。從發(fā)震特征上看,本地區(qū)自2.0級(jí)以上地震發(fā)生大部分伴有地聲、地光、干旱、洪澇等自然現(xiàn)象。比如公元1647年冬(清順治四年冬)《乾隆泰安縣志》記載:泰安:春,大旱,奈河無(wú)故水出。《光緒肥城縣志》記載:肥城,冬,地震,有聲[3]。包括2013年03月21日肥城2.4級(jí)地震,也伴有地聲,整個(gè)城區(qū)都有明顯感覺(jué)。
同時(shí),本地區(qū)2.0級(jí)以上地震,與全球、全國(guó)及山東省的地震活動(dòng)性之間關(guān)聯(lián)性不大。大背景下的地震趨勢(shì)也沒(méi)有存在關(guān)聯(lián)的證據(jù),屬于獨(dú)立孕震-發(fā)震的活動(dòng)特征。
根據(jù)《中國(guó)歷史地震目錄》結(jié)合當(dāng)?shù)厥妨峡季浚?],泰安地區(qū)歷史上出現(xiàn)了公元前1831年泰山震,即泰山山前斷裂帶上發(fā)生的6 級(jí)地震;公元前284年泰安境內(nèi)發(fā)生過(guò)5級(jí)地震,具體位置不詳;公元1485年泰安境內(nèi)5級(jí)地震,具體位置不詳;公元1668年9月18日新泰6級(jí)地震(或其它區(qū)域大地震波及),位置在北緯35.48°、東經(jīng)117.06°;公元1774年12月2日東平西南發(fā)生4.5 級(jí)地震;公元1831年發(fā)生在新泰的5級(jí)地震,位于北緯35.54°,東經(jīng)117.48°。歷史地震震中依據(jù)史料記載進(jìn)行解讀、處理得到,因此其震中位置可能存在一定誤差(震中定位精度分為5 類:I類≤10km;Ⅱ類≤25 km;Ⅲ類≤50km;IV 類≤100km;V 類>100km。泰安地區(qū)M≥4級(jí)歷史地震共7次,5次為I類~Ⅱ類精度,2次為Ⅲ類~Ⅳ類精度。)。因相關(guān)位置不詳,且已知地震的震中位置也存在一定的誤差,這里就不做說(shuō)明,只能根據(jù)斷裂孕震的研究進(jìn)行分析。根據(jù)地震構(gòu)造的確定原則,晚更新世以來(lái)的活動(dòng)斷裂可確定為地震構(gòu)造,并劃分為具有6級(jí)以上震級(jí)上限的潛在震源區(qū),并對(duì)該潛在震源區(qū)做震級(jí)上限的確定。
泰山山前斷裂是該地區(qū)目前見(jiàn)到的唯一一條晚更新世活動(dòng)斷裂。其活動(dòng)性對(duì)地震活動(dòng)趨勢(shì)有很重要的關(guān)聯(lián)。根據(jù)目前泰山山前斷裂的調(diào)查結(jié)果,晚更新世斷層活動(dòng)段發(fā)育于陳家莊東城一帶,之間的最短距離為4km,斷層的垂直位移為2.8m。根據(jù)鄧起東等統(tǒng)計(jì)的華北地區(qū)正斷層地震震級(jí)與斷層破裂參數(shù)之間統(tǒng)計(jì)關(guān)系式[5]:
計(jì)算得到震級(jí)為6.9級(jí)。這一計(jì)算結(jié)果應(yīng)是晚更新世時(shí)泰山山前斷裂所控制的最小震級(jí)。根據(jù)山東地區(qū)活動(dòng)斷層研究[1]表明,魯西斷塊區(qū)內(nèi)不同活動(dòng)時(shí)代斷層的控震能力不同,幾乎所有晚更新世活動(dòng)斷層在全新世時(shí)期沒(méi)有能力產(chǎn)生地表破裂。因此,其控震能力限制在中等地震范圍,震級(jí)小于6.5級(jí)。泰安地區(qū)主要斷裂均為晚更新世活動(dòng)斷層,沒(méi)有錯(cuò)斷全新世地層,歷史上發(fā)生的最大震級(jí)為6級(jí)地震。該文認(rèn)為泰山山前斷裂在晚更新世時(shí)期最小控制地震為6.9級(jí),但全新世以來(lái)泰山山前斷裂最大控制地震僅為6.5級(jí)。因此,沿泰山山前斷裂劃分的潛在震源區(qū)的震級(jí)上限定為6.5級(jí)是合適的。
綜上可以看出泰安地區(qū)所處板塊,地震活動(dòng)的頻次和強(qiáng)度都不太高,歷史地震最高為6級(jí),現(xiàn)有史料依據(jù)的5 級(jí)以上地震,保守估算發(fā)震周期都在500年尺度以上??梢哉f(shuō)明,該地區(qū)孕震能量積累到臨界的跨度至少在500年以上。同時(shí),泰安地區(qū)地震活動(dòng)性是隨著震級(jí)的增強(qiáng)更接近于斷裂帶及附近區(qū)域,遠(yuǎn)離斷裂帶中強(qiáng)地震相對(duì)稀少,相對(duì)散落著一些小震。
圖2 泰安地區(qū)1970年以來(lái)地震分布及地形圖
1970年以來(lái)到現(xiàn)在,泰安市共發(fā)生過(guò)75 次2級(jí)以上地震,年均2次左右。最大平靜期在2002年5月19日寧陽(yáng)2.3級(jí)地震之后,截止至2005年10月11日肥城與東平交界處的震群,經(jīng)過(guò)了41個(gè)月的平靜期。目前,泰安地區(qū)的小震活動(dòng)又進(jìn)入了非常平靜的低潮期。根據(jù)泰安基準(zhǔn)地震臺(tái)儀器的綜合監(jiān)測(cè)能力,在周圍60km 范圍內(nèi)的零級(jí)以上地震應(yīng)能記錄到,但今年近6個(gè)月來(lái)沒(méi)有記錄到小震,說(shuō)明泰安地區(qū)的地震活動(dòng)處于較低的水平。自2009年起近4年發(fā)生2級(jí)以上地震共計(jì)9次,平均維持在2級(jí)左右,基本對(duì)應(yīng)近現(xiàn)代有準(zhǔn)確地震參數(shù)記錄以來(lái)的正常水平。說(shuō)明泰安地區(qū)地震活動(dòng)性水平相對(duì)平穩(wěn)。2012年從5月11日新泰1.9級(jí)地震以后至今處于平靜期,但其間周邊2012年9月6日00時(shí)41分山東省濟(jì)寧市微山縣發(fā)生ML3.5 級(jí)地震;2012年7月11日13時(shí)37分山東省萊蕪市市轄區(qū)發(fā)生ML2.1級(jí)地震;其中濟(jì)寧3.5級(jí)地震對(duì)地應(yīng)力的能量釋放有很大作用。
從地震分布來(lái)看(圖2),呈現(xiàn)了相對(duì)集中分布的格局,大體分布在一個(gè)倒“U”型區(qū)域內(nèi),除1985年泰山區(qū)黃前鎮(zhèn)與新泰市2次震群以外,區(qū)域內(nèi)地震事件屬離散型分布。區(qū)域以外地區(qū),無(wú)論從地震數(shù)量、震級(jí)大小都明顯弱于區(qū)域內(nèi)??梢悦鞔_判斷,泰安地區(qū)地震孕育及發(fā)震起碼在中小地震能量釋放來(lái)看,是存在一定的類地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。值得注意的是,泰安地區(qū)內(nèi),主要的5條活動(dòng)斷裂帶,大體保持了一個(gè)相同的趨勢(shì)走向,即倒“U”形。可見(jiàn)該區(qū)域所處地塊在地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,巖石破裂方面,是存在一個(gè)固定趨勢(shì)的影響,而這種影響也作用到了地震事件的分布。
這里摘錄了1985年6月新泰4.1級(jí)地震后一直到1989年新泰2.0級(jí)地震結(jié)束,泰安地區(qū)2級(jí)以上地震目錄(表1)。從目錄上看,1985年一年間,發(fā)生了新泰西南、省莊鎮(zhèn)與黃前水庫(kù)交界2個(gè)相對(duì)明顯的震群。震群無(wú)論是最高震級(jí)、地震頻度,還是能量釋放,都是該區(qū)有儀器記錄以來(lái)最有影響的2次。
從地理位置上看,黃前震群發(fā)生在泰山山前斷裂帶西端南面,新泰震群發(fā)生在DF195斷裂帶北端東側(cè)。2個(gè)震群均位于斷裂帶的一個(gè)初始端頭,發(fā)震時(shí)間接近,震級(jí)及地震序列也相似。從泰安地區(qū)有地震儀器記錄以來(lái)的地震活動(dòng)性來(lái)看,這2個(gè)特殊的地震事件不是獨(dú)立發(fā)生的,應(yīng)該存在一定的關(guān)聯(lián)性質(zhì)。說(shuō)明泰安地區(qū)在孕育中強(qiáng)地震的過(guò)程中,輻射范圍內(nèi)的斷裂帶之間是有關(guān)聯(lián)的。
表1 泰安地區(qū)2級(jí)以上地震目錄(1986.06.25—1989.02.10)
圖3 泰安1971—2013年2.0級(jí)以上地震M-T 圖
從時(shí)間尺度看,自1970年有地震儀器記錄以來(lái),截止到1985年新泰4.1級(jí)地震之前15年該地區(qū)沒(méi)有2.0級(jí)以上地震發(fā)生;黃前震群也同樣是15年,沒(méi)有2.0級(jí)地震發(fā)生。這個(gè)時(shí)間段的平靜,可以理解為這2次地震孕育、能量積累的一個(gè)時(shí)間尺度。1989年震群結(jié)束后,到2007年新泰2.1級(jí)地震前持續(xù)了18年的相對(duì)平靜。筆者從多年地震趨勢(shì)研究中得出,泰安地區(qū)及周邊存在一個(gè)能量積累-釋放的模型①泰安市地震局,泰安基準(zhǔn)地震臺(tái).2013年泰安及周邊地區(qū)地震趨勢(shì)會(huì)商報(bào)告.。結(jié)合周邊區(qū)域,存在一個(gè)年均2次2.0級(jí)以上地震的趨勢(shì)。當(dāng)區(qū)域內(nèi)或周邊地區(qū)出現(xiàn)3.0級(jí)以上地震后,將推遲地震孕震的平靜期。從近幾年泰安地區(qū)地震趨勢(shì)看,各地均離散的出現(xiàn)2.0級(jí)以上地震。無(wú)論地震的相對(duì)平靜期,還是活斷層的發(fā)展,都不具備1985年震群的發(fā)生背景。初步推斷,在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),泰安地區(qū)地震趨勢(shì)沒(méi)有具體的轉(zhuǎn)折,依舊維持目前的趨勢(shì)。①
依據(jù)已有的資料,特別是近年來(lái)山東地震部門(mén)多項(xiàng)重大課題和科研項(xiàng)目的研究成果,從斷裂的構(gòu)造習(xí)性分析,對(duì)泰安地區(qū)的斷裂活動(dòng)性進(jìn)行系統(tǒng)研究。分別分析了歷史地震、1970年以來(lái)地震、1985年震群與斷裂的相關(guān)性,研究結(jié)果表明:
(1)泰安地區(qū)發(fā)育的5條主要斷裂均為第四紀(jì)活動(dòng)斷裂,它們的最新活動(dòng)時(shí)間以泰山山前斷裂最新,屬晚更新世晚期;泰山西麓斷裂次之,屬中更新世晚期;肥城斷裂、夏張一安駕莊斷裂、羊流店斷裂均屬中更新世中期。通過(guò)對(duì)比歷史地震、1970年以來(lái)2.0 級(jí)以上地震和1985年黃前、新泰震群等發(fā)現(xiàn),泰安地區(qū)地震活動(dòng)性隨著震級(jí)的增強(qiáng)更接近于斷裂帶及附近區(qū)域,遠(yuǎn)離斷裂帶中強(qiáng)地震相對(duì)稀少,相對(duì)散落著2級(jí)左右小震。
(2)從地震分布來(lái)看,呈現(xiàn)了相對(duì)集中分布的格局,大體分布在一個(gè)倒“U”型區(qū)域內(nèi)。泰安地區(qū)地震孕育及發(fā)震起碼在中小地震能量釋放來(lái)看,是存在一定的類地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。泰安地區(qū)內(nèi),主要的5條活動(dòng)斷裂帶,大體保持了一個(gè)相同的趨勢(shì)走向,即倒“U”型。可見(jiàn)該區(qū)域所處地塊在地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變、巖石破裂方面,存在一個(gè)固定趨勢(shì)的影響,而這種影響也作用到了地震事件的分布。
(3)泰安地區(qū)所處板塊,地震活動(dòng)的頻次和強(qiáng)度都不太高。歷史地震最高為6級(jí),且能量積累跨度在500年以上,4級(jí)左右中強(qiáng)震孕震需要特定環(huán)境影響,持續(xù)的小震活動(dòng),是中強(qiáng)震延遲孕育的有力證明依據(jù)。從近幾年泰安地區(qū)地震趨勢(shì)看,各地均離散地出現(xiàn)2.0 級(jí)以上地震。無(wú)論地震的相對(duì)平靜期,還是活斷層的發(fā)展,都不具備1985年震群的發(fā)展背景。初步推斷,在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),泰安地區(qū)地震趨勢(shì)沒(méi)有具體的轉(zhuǎn)折,依舊維持目前的趨勢(shì)。
致謝:本文研究中所用到地震地質(zhì)理論、本地區(qū)斷裂帶研究等,參考山東省地震局晁洪太局長(zhǎng)的學(xué)術(shù)成果。在此對(duì)晁洪太局長(zhǎng)為泰安地區(qū)防震減災(zāi)事業(yè)做出的貢獻(xiàn)表示感謝!
[1] 晁洪太,王志才.山東泰安地區(qū)斷層的最新活動(dòng)與“泰山震”[J].地震地質(zhì),1999,21(2):105-114.
[2] 晁洪太,李家靈,崔昭文.山東及沿海地區(qū)強(qiáng)震(M≥6)發(fā)生的地虛構(gòu)造背景[J].地震研究,1995,18(2):188-196.
[3] 謝毓壽.中國(guó)地震歷史資料匯編[M].北京:科學(xué)出版社,1983.
[4] 聞子群.中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄[M].北京:地震出版社,1995.
[5] 鄧起東,于貴華,葉文華.地震地表破裂參數(shù)與震級(jí)關(guān)系的研究[M].北京:地震出版社,1992.