山东凫山断裂和峄山断裂的新活动时代研究

时间：2024-09-03

王雷王志才付俊东万永魁许洪泰王冬雷权腾龙王津津

1）山东省地震局工程地震重点实验室，济南市历城区港西路2066号 250102

2）中国地震局第一监测中心，天津 300180

0 引言

山东是中国东部地震多发省份，近几年小震活动十分频繁，威海海域和烟台长岛2个震群“开窗”，反映了太平洋板块俯冲加速、华北板块应力集中这一构造环境。山东境内的郯庐断裂带历史上曾发生1668年郯城8级地震和公元前70年安丘7级地震，针对该断裂带已有大量研究（高维明等，1980；方仲景等，1986；李家灵等，1994；晁洪太等，1994；1997；1998；王志才等，2015；王雷，2016）。除郯庐断裂带外，还有多条NE或 NW向活动断裂。历史上，山东曾发生多次6级以上地震，除上述2次地震外，还有公元前179年平邑南7级地震、462年滕州西 6级地震、1548年渤海7级地震、1668年泰安6级地震、1829年临朐 6级地震等（晁洪太等，2012；蔡克明等，1998；刁守中等，2010；环文林等，1989；顾功叙，1983）。

1 区域构造背景

鲁西地块地处郯庐断裂带西侧，是一个典型的华北断块式结构，总体形态呈不规则的圆弧形（徐树桐等，1993；朱光等，2006；张锡明等，2007）。东以沂沭断裂带为界；西以聊城-兰考断裂带为界；北以齐河-广饶断裂为界，与东营坳陷相邻；南以丰沛断裂为界，与徐-淮弧型构造相接（张锡明等，2007）（图1）。该地块下元古界缺失，以中、上太古界泰山群、济宁群为基底，经历了多期变质作用，形成年代距今约25亿年。新生代以来，与郯庐断裂带同步，鲁西地块内部发生了显著伸展构造变形（许立青等，2016）。地表构造形迹以NW向断裂为主，形成“北断南超”垒状构造及NW方向的弧形构造（王先美等，2010）。

前人研究表明，鲁西地区断裂展布有2种形式：一种呈放射状展布，产状陡倾，切割结晶基底和沉积盖层，如凫山断裂；另一种呈同心圆状，以伸展滑脱变形为主，如峄山断裂（金振奎等，1999；张锡明等，2007）。关于构造体系李四光先生有一套划分原则（李四光，1973），其中，一种类型为纬向构造体系，在山东境内该构造体系是由呈EW向展布的丰沛凸起、金滕凹陷、陶枣凹陷及一组近EW走向的褶皱及压性断裂组成（山东省地质矿产局，1991）。金滕凹陷由3个次级凹陷组成，凹陷最深部靠近凫山断裂和峄山断裂处。

2 断裂最新活动时代

2.1 凫山断裂

凫山断裂西起白茅，经韩集、白乐集、康桥、南阳镇、岗头东至龙山店，全长约240km。该断裂整体走向近EW，倾向S，倾角70°～80°。以峄山断裂为界，断裂西段走向 NEE，东段走向NWW。凫山断裂具有分段活动的特点，以孙氏店断裂为界，断裂活动性东段强于西段。

在滕州马河水库大坝下游约1km处的水库溢洪道西侧可见凫山断裂东段剖面（图2），断裂走向为70°，倾向S，倾角为80°。断裂带宽度较大，由断层泥、碎裂岩、破碎影响带和断裂滑动面等组成。在耕作土覆盖层之下，从北向南该断裂带构成如下：花岗片麻岩、碎裂岩带、断层泥带、碎裂岩带及花岗片麻岩劈理带。其中，花岗斜长片麻岩破碎影响带宽约40m，碎裂岩带宽约15m，断层泥带宽3～5m。在最新滑动面上发育有浅黄色断层泥，厚度为0.5～2.0cm。滑动面沿倾向隐约可见擦痕，显示正断性质。在该剖面共采集6块释光样品，经测试获得3块样品的有效测年数据，最新断层泥中取样品osl-fs-5，测得释光年龄为（95.0±4.7）ka（王志才等，2001）。

在成武县宝峰乡张庄村西，跨凫山断裂沿垂直方向布设了1条浅层人工地震测线。经处理原始地震记录资料后，得到该测线的地震反射时间叠加剖面（图3）。遇到介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生发射与折射，此界面反射波反射信号增强，表现为显著的反射轴。从地震反射波时间剖面解译出5条反射轴，由上至下可分为5个反射层，分别为T1反射层（Q4，全新统底部）、T2反射层（Q3，上更新统底部）、T3反射层（Q2，中更新统底部）、T4反射层（Q1，下更新统底部）和T5反射层（J3，上侏罗统底部），其中，T5反射层信号弱，反射波组短且不显著。T4反射层些许断开，T3反射层无明显错断，所以，断裂错断早更新世地层。断裂的上端点在地面的投影位置为167m，埋深357m，为正断层，产状南倾。根据剖面判断，凫山断裂西段错断的最浅层位是下更新统（Q1）地层。

图1 研究区区域构造

图2 马河水库溢洪道西侧凫山断裂剖面（据王志才等（2001））

图3 张庄西跨凫山断裂地震反射时间剖面

根据断层物质胶结程度、地形地貌，并结合对剖面中覆盖层的年龄测试和野外对断层物质的考察、鉴定，综合分析认为，凫山断裂的活动具有分段性，东段活动较强，西段活动较弱。凫山断裂最新活动时代为晚更新世早期。

2.2 峄山断裂

峄山断裂是一条区域性大断裂，北起肥城，经代阳、邹城、曲阜、齐河、官桥南至微山湖，全长约140km。该断裂整体走向近SN，倾向W，倾角70°～85°，具正断性质。

该断裂西侧主要为第四系覆盖，东侧为山地（图4），总体地势呈东高西低。野外地质考察发现，沿断裂地貌无明显阶地、陡坎等特征，水系分形无规则，表明地形地貌、水系不受该断裂活动影响；根据断裂两侧地层分布分析认为，该断裂对晚更新世及全新世地层无控制作用。

图4 峄山断裂结构展布和跨断裂地形测量图

界河镇水泥厂北，厚层灰岩地层和薄层泥质灰岩地层中峄山断裂出露。破碎带宽达10～15m，中间部位为破碎岩，其东侧断裂面发育厚2～3m的碎裂碎粉岩，西侧断裂发育厚3～4m的碎裂岩。断裂显示挤压破碎特征，局部可见薄层泥质灰岩被逆向断错1～2m。整个断裂在地形地貌上没有显示。

为了探测断裂活动性，在邹城西垂直跨断裂布设了1条浅层人工地震测线。经处理原始地震记录资料后，得到了反映地下不同地质结构特征的地震反射时间剖面（图5）。由图5可见，反射层位在峄山断裂的两边有较大的差异，东盘地层较简单，西盘地层相对复杂，有拖曳现象。

图5 邹城西跨峄山断裂地震反射波时间剖面

浅层人工地震勘探结果表明，在邹城西峄山断裂主断裂为正断层，产状W倾；还可见倾向E的分支断裂。结合野外地质考察，断裂东侧基岩为花岗岩，西侧为页岩；断裂带及其两侧基岩面较为平整，没有大的落差。

根据由电法探测得到的异常点，在步云庄北侧进行了跨峄山断裂钻孔勘探和探槽开挖验证（图6、7）。由图6、7可见，该地区第四系分布较普遍、连续，地层较薄。该套地层为上更新统，以含姜石黏土为主，无明显错动现象。

图6 峄山断裂步云庄钻孔剖面

钻孔剖面和探槽剖面显示，从西向东断裂破碎带由碎裂状泥岩、（泥岩）碎裂岩、断层泥、（泥岩）碎裂岩和断层角砾岩等构成，靠近断层泥两侧附近多发育碎裂岩（片理化泥岩），整个断层剖面大致呈对称状展布。根据2个钻孔断层泥出露深度及钻孔岩芯中断层泥片理角度，推算出剖面东侧断层泥在地面的投影位置。经探槽开挖，断层泥的出露位置与推算位置基本一致，第四系分布连续、稳定，未见错动现象。

根据物探剖面中反射波组同相轴不连续等特征分析可知，断裂发生了多期次活动；根据物探数据、钻探结果、地形地貌特征和断层泥胶结程度等分析可知，峄山断裂最新活动时代为中更新世早期。

3 讨论与分析

中国地震目录中记载，刘宋大明六年七月甲申（公元462年8月16日）山东兖州南发生6级地震，震中35.0°N、116.8°E。该地震造成了极震区Ⅷ度破坏，鲁郡（今曲阜）山摇地动，兖州（今鄄城）泉涌。彭城（今徐州）房屋倾倒，女墙坠落480丈。地震二年不已（顾功叙，1983）。

图7 峄山断裂步云庄探槽剖面

《宋书》卷34中记载，七月甲申地震，有声自河北来，鲁郡山摇地动。彭城城女墙四百八十丈坠落，屋室倾倒。兖州地裂泉涌，二年不已（江苏省地震局，1987；山东省地方史志编纂委员会，1995）。

《南史·宋本纪》卷2中记载，甲申地震。有声如雷。兖州尤甚。于是鲁郡二摇者二（江苏省地震局，1987；山东省地方史志编纂委员会，1995）。

有研究对此次地震的震中进行了校订，给出了定位精度为3类的结论，认为震中为山东微山与滕州交界一带，地理坐标为 35.0°N、117.0°E，震级为 6级（刁守中等，2010）。

462年地震距今历史悠久，地震纪实粗略、不统一，震中位置不确定，所以本文仅简要讨论此次地震的发震构造背景。

对462年地震现有的认识主要认为震中位于微山湖一带，对其发震构造主要有2种认识：一是EW向的凫山断裂；一是SN向的峄山断裂。已有研究表明，一次地震的破坏烈度等震线的长轴方向与其发震断裂的走向一致或相近（周荣军等，2013；徐锡伟等，2014；房立华等，2014，袁道阳等，2017）。在地质考察的基础上，结合有关462年地震的史料和前人研究绘制的地震烈度等震线可知（蔡克明等，1998），该地震破坏沿近SN向，故作者认为其发震断裂走向也应是近SN向。

由已完成的探测工作和地质考察发现，峄山断裂的最新活动时代为中更新世早期，地貌上也无明显构造变形。虽然沿断裂带未发现462年滕州西6级地震留下的证据，但该断裂带在全新世以来也有活动的可能。同为早-中更新世活动的孙氏店断裂近SN走向，考虑到此次地震震中不确定，该断裂也可能是462年滕州西6级地震的发震断裂。