泰安地區(qū)歷史及現(xiàn)代地震與斷裂活動性關(guān)系研究

孟建國，于慶民，李惠玲，周均太，王 躍，張 明

（1.泰安基準地震臺，山東 泰安 271000；2.鄒城地震臺，山東 濟寧 273500）

0 引言

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級地震5次，6級地震2次，最高震級為6級?？臻g上這些地震主要呈點狀隨機分布。其中，多數(shù)地震與不同方向的斷裂空間分布相對一致。因此，研究區(qū)域內(nèi)地震活動性與構(gòu)造背景的聯(lián)系，特別是探索不同活動特性的斷裂與地震活動之間的關(guān)系，將有利于中長期地震危險區(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，對第四紀特別是晚第四紀以來的斷裂活動特征做出歸納，并分析了歷史地震、1970年后有儀器記錄以來中等強度地震和小地震密集與斷裂活動的相關(guān)性。

1 泰安地區(qū)主要斷裂活動性及地震活動特征

1.1 主要斷裂活動性特征

很多學者的研究表明強震與活動斷塊的關(guān)系十分突出［1］，它們或者發(fā)生在板塊邊界活動構(gòu)造帶，或者發(fā)生在I級和Ⅱ級斷塊區(qū)的邊界活動構(gòu)造帶上，地震活動與活動塊體及塊體運動的關(guān)系還表現(xiàn)在一定時期內(nèi)地震活動常發(fā)生于同一斷塊區(qū)或同一斷塊的邊界構(gòu)造帶上，即所謂地震活動的主體地區(qū)。因此，將地震與斷裂活動特征進行關(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，活動性相對平靜，這里不做過多評述。泰安地區(qū)發(fā)育的5條主要斷裂均為第四紀活動斷裂。它們的活動時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60km，運動性質(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附近的常家莊，經(jīng)小官莊、大辛莊、界首、萬德等地，沿104國道展布。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斷。向南經(jīng)水北街、馬家莊、營房、孫家埠東、蝻峪、紙房、小西嶺、周家莊、大柳杭，在羊流店附近錯斷了蓮花山斷裂，并跨過新泰盆地向南延伸，全長70km 多。

以上這些斷裂帶皆屬活動斷裂帶，所發(fā)生的強烈地震，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)的最大地震震級為6級。世界最早的地震記載便是發(fā)生于泰山的?！吨駮o年》寫道：“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。

1.2 地震活動特征

泰安地區(qū)地震活動性相對較弱。自1970年有地震儀器記錄以來保持了年均2次左右2級以上地震的水平，最高為4.1級，并存在震群活動。歷史上有過關(guān)于中強震的記載，最大震級推斷為6級。其中5級以上地震發(fā)生周期最短間隔為500年。從地震分布上看，該地區(qū)中強地震分布較為集中，小震則屬于隨機分布，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，奈河無故水出?！豆饩w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級地震，也伴有地聲，整個城區(qū)都有明顯感覺。

同時，本地區(qū)2.0級以上地震，與全球、全國及山東省的地震活動性之間關(guān)聯(lián)性不大。大背景下的地震趨勢也沒有存在關(guān)聯(lián)的證據(jù)，屬于獨立孕震－發(fā)震的活動特征。

2 歷史記載M≥4級破壞性地震與斷裂關(guān)系分析

根據(jù)《中國歷史地震目錄》結(jié)合當?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 級地震；公元前284年泰安境內(nèi)發(fā)生過5級地震，具體位置不詳；公元1485年泰安境內(nèi)5級地震，具體位置不詳；公元1668年9月18日新泰6級地震（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 級地震；公元1831年發(fā)生在新泰的5級地震，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，這里就不做說明，只能根據(jù)斷裂孕震的研究進行分析。根據(jù)地震構(gòu)造的確定原則，晚更新世以來的活動斷裂可確定為地震構(gòu)造，并劃分為具有6級以上震級上限的潛在震源區(qū)，并對該潛在震源區(qū)做震級上限的確定。

泰山山前斷裂是該地區(qū)目前見到的唯一一條晚更新世活動斷裂。其活動性對地震活動趨勢有很重要的關(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)計的華北地區(qū)正斷層地震震級與斷層破裂參數(shù)之間統(tǒng)計關(guān)系式［5］：

計算得到震級為6.9級。這一計算結(jié)果應(yīng)是晚更新世時泰山山前斷裂所控制的最小震級。根據(jù)山東地區(qū)活動斷層研究［1］表明，魯西斷塊區(qū)內(nèi)不同活動時代斷層的控震能力不同，幾乎所有晚更新世活動斷層在全新世時期沒有能力產(chǎn)生地表破裂。因此，其控震能力限制在中等地震范圍，震級小于6.5級。泰安地區(qū)主要斷裂均為晚更新世活動斷層，沒有錯斷全新世地層，歷史上發(fā)生的最大震級為6級地震。該文認為泰山山前斷裂在晚更新世時期最小控制地震為6.9級，但全新世以來泰山山前斷裂最大控制地震僅為6.5級。因此，沿泰山山前斷裂劃分的潛在震源區(qū)的震級上限定為6.5級是合適的。

綜上可以看出泰安地區(qū)所處板塊，地震活動的頻次和強度都不太高，歷史地震最高為6級，現(xiàn)有史料依據(jù)的5 級以上地震，保守估算發(fā)震周期都在500年尺度以上。可以說明，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，泰安地區(qū)地震活動性是隨著震級的增強更接近于斷裂帶及附近區(qū)域，遠離斷裂帶中強地震相對稀少，相對散落著一些小震。

3 1970年以來地震活動性與斷裂關(guān)系分析

圖2 泰安地區(qū)1970年以來地震分布及地形圖

1970年以來到現(xiàn)在，泰安市共發(fā)生過75 次2級以上地震，年均2次左右。最大平靜期在2002年5月19日寧陽2.3級地震之后，截止至2005年10月11日肥城與東平交界處的震群，經(jīng)過了41個月的平靜期。目前，泰安地區(qū)的小震活動又進入了非常平靜的低潮期。根據(jù)泰安基準地震臺儀器的綜合監(jiān)測能力，在周圍60km 范圍內(nèi)的零級以上地震應(yīng)能記錄到，但今年近6個月來沒有記錄到小震，說明泰安地區(qū)的地震活動處于較低的水平。自2009年起近4年發(fā)生2級以上地震共計9次，平均維持在2級左右，基本對應(yīng)近現(xiàn)代有準確地震參數(shù)記錄以來的正常水平。說明泰安地區(qū)地震活動性水平相對平穩(wěn)。2012年從5月11日新泰1.9級地震以后至今處于平靜期，但其間周邊2012年9月6日00時41分山東省濟寧市微山縣發(fā)生ML3.5 級地震；2012年7月11日13時37分山東省萊蕪市市轄區(qū)發(fā)生ML2.1級地震；其中濟寧3.5級地震對地應(yīng)力的能量釋放有很大作用。

從地震分布來看（圖2），呈現(xiàn)了相對集中分布的格局，大體分布在一個倒“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)，無論從地震數(shù)量、震級大小都明顯弱于區(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條活動斷裂帶，大體保持了一個相同的趨勢走向，即倒“U”形?？梢娫搮^(qū)域所處地塊在地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，巖石破裂方面，是存在一個固定趨勢的影響，而這種影響也作用到了地震事件的分布。

4 1985年震群與活斷層關(guān)系及趨勢判斷

這里摘錄了1985年6月新泰4.1級地震后一直到1989年新泰2.0級地震結(jié)束，泰安地區(qū)2級以上地震目錄（表1）。從目錄上看，1985年一年間，發(fā)生了新泰西南、省莊鎮(zhèn)與黃前水庫交界2個相對明顯的震群。震群無論是最高震級、地震頻度，還是能量釋放，都是該區(qū)有儀器記錄以來最有影響的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個震群均位于斷裂帶的一個初始端頭，發(fā)震時間接近，震級及地震序列也相似。從泰安地區(qū)有地震儀器記錄以來的地震活動性來看，這2個特殊的地震事件不是獨立發(fā)生的，應(yīng)該存在一定的關(guān)聯(lián)性質(zhì)。說明泰安地區(qū)在孕育中強地震的過程中，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級以上地震目錄（1986.06.25—1989.02.10）

圖3 泰安1971—2013年2.0級以上地震M－T 圖

從時間尺度看，自1970年有地震儀器記錄以來，截止到1985年新泰4.1級地震之前15年該地區(qū)沒有2.0級以上地震發(fā)生；黃前震群也同樣是15年，沒有2.0級地震發(fā)生。這個時間段的平靜，可以理解為這2次地震孕育、能量積累的一個時間尺度。1989年震群結(jié)束后，到2007年新泰2.1級地震前持續(xù)了18年的相對平靜。筆者從多年地震趨勢研究中得出，泰安地區(qū)及周邊存在一個能量積累－釋放的模型①泰安市地震局，泰安基準地震臺.2013年泰安及周邊地區(qū)地震趨勢會商報告.。結(jié)合周邊區(qū)域，存在一個年均2次2.0級以上地震的趨勢。當區(qū)域內(nèi)或周邊地區(qū)出現(xiàn)3.0級以上地震后，將推遲地震孕震的平靜期。從近幾年泰安地區(qū)地震趨勢看，各地均離散的出現(xiàn)2.0級以上地震。無論地震的相對平靜期，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，在相當長的一段時間內(nèi)，泰安地區(qū)地震趨勢沒有具體的轉(zhuǎn)折，依舊維持目前的趨勢。①

5 結(jié)論

依據(jù)已有的資料，特別是近年來山東地震部門多項重大課題和科研項目的研究成果，從斷裂的構(gòu)造習性分析，對泰安地區(qū)的斷裂活動性進行系統(tǒng)研究。分別分析了歷史地震、1970年以來地震、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活動斷裂，它們的最新活動時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。通過對比歷史地震、1970年以來2.0 級以上地震和1985年黃前、新泰震群等發(fā)現(xiàn)，泰安地區(qū)地震活動性隨著震級的增強更接近于斷裂帶及附近區(qū)域，遠離斷裂帶中強地震相對稀少，相對散落著2級左右小震。

（2）從地震分布來看，呈現(xiàn)了相對集中分布的格局，大體分布在一個倒“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條活動斷裂帶，大體保持了一個相同的趨勢走向，即倒“U”型?？梢娫搮^(qū)域所處地塊在地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變、巖石破裂方面，存在一個固定趨勢的影響，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，地震活動的頻次和強度都不太高。歷史地震最高為6級，且能量積累跨度在500年以上，4級左右中強震孕震需要特定環(huán)境影響，持續(xù)的小震活動，是中強震延遲孕育的有力證明依據(jù)。從近幾年泰安地區(qū)地震趨勢看，各地均離散地出現(xiàn)2.0 級以上地震。無論地震的相對平靜期，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，在相當長的一段時間內(nèi)，泰安地區(qū)地震趨勢沒有具體的轉(zhuǎn)折，依舊維持目前的趨勢。

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的學術(shù)成果。在此對晁洪太局長為泰安地區(qū)防震減災事業(yè)做出的貢獻表示感謝！

［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.中國地震歷史資料匯編［M］.北京：科學出版社，1983.

［4］ 聞子群.中國歷史強震目錄［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)與震級關(guān)系的研究［M］.北京：地震出版社，1992.