沂沭断裂带重力场变化与地震活动.doc

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1、沂沭断裂带重力场变化与地震活动摘要通过对沂沭断裂带流体重力测量资料、深部构造特征、运动学特征、地球物理特征等进行分析。揭示沂沭断裂带重力场时空变化特征，进一步阐释重力场变化与地震活动的关系。究表明：重力场变化与活动断裂构造密切相关，重力场有规律的变化与区域应力-应变场微动态活动有关。区域重力场总的趋势变化为齐村至郯城坳陷区一带重力正值变化，蒙阴隆起区一带重力负值变化。关键词：沂沭断裂带 重力场 地震 构造运动 流体重力测量目录摘要I第一章 沂沭断裂带概况31.1 沂沭断裂带结构特征31.2 沂沭断裂带运动学特征21.3 沂沭断裂带重力场3第二章 沂沭断裂带重力场变化特征42.1 流体重力测量4

2、2.2 测量区域概况及资料处理52.3 区域重力场时空动态演化特征52.4 较长时期的重力变化72.5 重力点值时序变化92.6 重力段差时序变化10第三章 对重力场变化与地震活动的认识11参考文献13第一章 沂沭断裂带概况1.1 沂沭断裂带结构特征图1-1 沂沭断裂带构造略图沂沭断裂带主要由4条主干断裂组成：(1)昌邑大店断裂该断裂是沂沭断裂带的东部边界,控制胶东断块和泰沂蒙断块两大块体发育的主干断裂。分布在临沂地区,北起莒南县岭泉、板泉,经临沭县刘官庄,石门入江苏东海县桃林,在本区露出约有130km。断裂性质为一陡倾冲断层性质,倾角一般在7080。(2)沂水汤头断裂该断裂是马站-苏村地堑与

3、汞丹山地垒的分界,北端被第三系或第四系覆盖,从大柳树北开始出露地表,向南经北展、高桥、沂水、汤头、相公庄、岌山、到郯城县杨集,向南延入江苏省,汤头以南多为第四系覆盖,汤头以北则以主断面的形式出露,断裂东盘以前震旦纪基底岩石为主,西盘以大盛群为主,次为青山群。土门群及古生界断片沿断裂带断续出露,断裂总体西倾,倾角6080,显正断层地貌。宽度较大,构造破碎带较宽。(3)鄌郚葛沟断裂该断裂是沂沭断裂带的西部边界。在本区成北北东向分布,北起沂水马站石大水场,南经沂水县城西至沂南铜井、葛沟一带,沿沂河而南下,到临沂东隐覆于第四纪覆盖层之下,断续出露100km左右。(4)安丘莒县断裂该断裂为区内规模最大的

4、断裂之一,总体呈1020方向延伸,北起安丘市穆村镇,经安丘白芬子、诸城市孟疃、茅埠、青峰岭、莒县一线,断裂主要有两支,一支为白芬子-浮来山断裂,另一支为安丘-莒县方向断裂。区域上延伸稳定且较平直,由一组互相平行的断面构成断裂构造带。不同区段断裂特征存在差异。这四条断裂构成两堑一垒的复式地堑构造形式，东部是安丘一莒县地堑，西部为马站一苏村地堑，汞丹山凸起介于它们之间。1.2 沂沭断裂带运动学特征朱光等，近年来在郯庐断裂带中南段发现了多条基底韧性走滑剪切带，构造学和40Ar39Ar测年分析表明，该断裂带在碰撞造山晚期(晚三叠世，约180215Ma)发生了明显的左旋走滑剪切活动，在晚侏罗世一早白垩世

5、早期(140165Ma)再次发生了左旋挤压走滑活动。早白垩世后为郯庐断裂带山东段的伸展期。沂沭断裂带至皖北嘉山普遍控制了晚自垩世的地堑式盆地的发育。郯庐断裂带山东段伸展期发育的4条正断层构成“两堑一垒”的格局，沉积了巨厚的上白垩统王氏组红色碎屑岩。如马站盆地，上部具有大量同沉积断裂活动标志滑塌岩、阵发性浊积岩及边缘的巨厚洪积扇。(朱光等，2001)在郯庐断裂带南段，自早白垩世中期开始至古近纪，合肥盆地东界上的郯庐断裂带呈现为西倾的大型正断层活动，控制着盆地东部白垩系至古近系的沉积(朱光等，2005)。这与中段是一致的。徐芹芹等(2008)的野外调查和地震反射剖面分析表明，沂沭断裂带在古近纪早期

6、表现为左行走滑(可能兼有逆冲)。并在新近纪不再有明显的活动。Lin等(1998)、满洪敏等(2005)对沂沭断裂带的野外考察和地层学研究表明，沂沭断裂带在白垩纪至早第三纪为左旋走滑活动。西支沂水汤头、鄌郚葛沟断裂被上第三系地层所覆盖，证明沂水汤头、鄌郚葛沟断裂在晚第三纪后基本停止了活动；而东支昌邑大店断裂、安丘莒县断裂仍在活动，在第四纪为右行走滑，并伴有高角度的逆冲。韩文功等(2005)对青东地区的最新地震勘探资料进行了解释，证明营潍断裂带南段在古新世一早始新世期间表现为兼具逆冲的左旋走滑运动。剖面上的断裂带被新近系地层连续覆盖，表明营潍断裂带南段的西支沂水汤头、鄌郚葛沟断裂在新近纪不再有明显

7、的活动，并为新的北东向断裂构造系统所置换。这与郯庐断裂带山东段的新生代活动特征基本一致。1.3 沂沭断裂带重力场由于沂沭断裂带的重力资料的时间连续性不强,难以进行系统对比,但可以进行分段对比。1991年对比1990年资料和1992年资料对比1991年资料,可看出重力变化有变化量级小,且无序的特点。1997年对比1996年的资料（图1-2）,仔细分析一下发现,有变化量级大,分区特征明显的特点。且从两个方向有很好的梯度增加的特征,即沿沂沭断裂带上的新沂向北至郯城方向,重力值由-3010-8ms-2逐渐增大到+2010-8ms-2,和沿北西向断裂的台儿庄至枣庄方向,由-3010-8ms-2逐渐增大到

8、+3010-8ms-2,这是以前所不曾有过的。(燕乃玲，潘纪顺，2001)图1-2 1997年相对于1996年重力变化等值线图第二章 沂沭断裂带重力场变化特征2.1 流体重力测量流动重力测量反映的是区域重力场的非潮汐变化信息，地壳内部的物质迁移、地壳构造和地震的形成过程等都可以在流动重力复测结果中反映出来。重力测量对探测地壳深部构造运动信息具有独特的优势。重力场的变化，则能较好地反映地壳厚度的差异、地壳密度的变化和深部物质迁移等构造活动信息（祝意青， 2001）。为了研究重力场非潮汐变化的时空特征与沂沭断裂带构造活动及地震活动的关系，自上世纪90年代以来，山东省地震局用高精度LCRG型重力仪在

9、鲁南地区开展了地震重力测量。鲁南网1992年以前有较连续的资料，其后中断，1995年苍山52级地震后，1996年又开始恢复每年一期的流动重力测量。燕乃玲等对19901992及19961997年的资料进行了分析，认为19961997年重力变化与1995年苍山地震后该区地下物质的调整过程有关。在上述工作的基础上，研究沂沭断裂带(鲁南地区)19962006年重力场时空动态演化特征，探讨地面重力变化与地壳运动和构造活动的关系，研究其变化机理。2.2 测量区域概况及资料处理山东位于华北构造区的东南部，新构造期地壳运动的性质、强度等特征具有明显的分区性。据地壳升降运动的特点，划分为鲁中南鲁东上升地区和鲁西

10、鲁北沉降平原区两个一级新构造区。在鲁中南鲁东上升山地区按上升的强度和活动特点又分为3个二级区，分别是鲁中南较强烈断块上升区、鲁东较稳定断块上升区和沂沭断裂带活动区。两个断块上升区主要为长期上升的山地及河谷盆地；沂沭断裂带活动区位于鲁中南和鲁东上升区之间，主要受沂沭断裂带控制（王若柏，1995）。沂沭断裂带是山东境内最活跃的断裂带之一。历史上，在该带及邻近的北两向断裂带上曾发生多次较强地震，如安丘7.0级、郯城8.5级、渤海7.4级和苍山5.2级地震等（李杰，韩海华，闫德桥 2002）。图2-1 鲁南地区重力测量路线图对资料的处理要利用中国地震局实用化攻关推广的应用软件LGADJ，统一起算基准，

11、采用较稳定的点群进行拟稳平差。拟稳点的选取，考虑了历年来点位较稳定，受周围环境及外界影响变化小，拟稳点之间重力变化差异较小，且尽可能处于相对稳定的地质构造单元中。经综合考虑与实际计算对比采用的点群为：平邑、费县和临沂3个点。2.3 区域重力场时空动态演化特征重力变化显著时段在重力变化梯度带及其附近地区，往往在未来l2年内有中强地震发生。图2-2 1999.12-2001.3以及2001.3-2001.11两个时段的重力变化等值线如1999.122001.3重力场空间分布总体表现为自西南向东北波浪式逐渐增强的有序性变化，区域重力变化比较剧烈，南黄海北部沿岸的日照地区及其附近重力变化最大。2001

12、.3-2001.1l重力场空间变化朝同方向持续发展。2002年以来，南黄海北部沿岸地区发生了显著性小震群活动，并于2002.7.23在离日照不到100 km的海域发生了南黄海5.1级地震。显著变化时段的重力场分布特征。重力场在不同时段在空间分布上表现出明显的差异性。无显著变化时段，空间分布比较分散，没有明显的规律性。在显著变化时段，重力场空间分布则出现有规律的变化和相对的集中。如：1999-2001变化自西南向东北逐渐增强，表现为苍山-尼山断裂附近重力负值变化，苍山-尼山断裂以南重力正值变化，蒙山断裂以北重力正值变化，并于日照附近形成重力变化高值及重力变化高梯度带。这主要表现了南黄海北部沿岸地

13、区显著性小震群活动和南黄海5.1级地震孕育发生过程中，区域构造应力场增强引起的地表重力变化。图2-3 1999.4-1999.12时段重力场无显著变化重力变化与区域应力场的关系。重力场与构造应力场内在关系的理沦研究告诉我们，重力变化与构造应力之间有着密切的联系，重力场变化能为自反映区域应力场的微动态活动（祝意青，胡斌，张永志 1999）。鲁南地区位于华北构造区的东南部，是华北块体的一部分，受大华北区域应力场和构造环境的控制。当区域应力间场加强时，地壳中的物质变迁出现有序性分布，相应地区域重力场也出现有序性变化，如1999-2001时段。当总体应力场减弱或松弛时，则出现较为分散的重力图像。2.4

14、 较长时期的重力变化图2-4 1996.11-2006.7时段重力变化等值线图1996-2006年重力变化具有明显征，重力变化总体趋势表现为：以苍山-尼山断裂为，重力界，测区南部鲁西南坳陷区齐村至郯城一带重力正值变化，测区北部蒙阴至费县一带重力负值变化；以沂沭断裂带为界，测区东部变化较为平缓，测区西部重力变化较为剧烈，蒙阴隆起区一带重力负值变化，齐村、魏沟一带重力正值变化，重力变化在(-30-+30)10-8ms-2之间，重力变化等值线主要为NW向，与苍山尼山断裂及NNE向与沂沭断裂带走向基本一致。1997-2006年，重力场自西南向东北重力变化正-负-正有规律的变化，测区西南部鲁西南坳陷区齐

15、村至郯城一带重力正值变化，测区中部蒙阴至费县一带重力负值变化，测区东北部日照一带重力正值变化。重力变化等值线仍主要为NW向与苍山-尼山断裂和NNE向与沂沭断裂带走向基本一致。图2-5 1997.9-2006.7时段重力变化等值线图2.5 重力点值时序变化重力点值时序变化能较好地突出异常测点的动态变化。鲁西南坳陷区内，齐村和港上测点自1996年以来两测点呈波动性上升变化，尤其是齐村测点重力变化较大。齐村点1996-1999年重力变化平缓，1999-2001年快速上升，2001-2004年波动性上升，1999-2004年上升累积量超过6010-8ms-2，鲁西南坳陷区的重力正值变化，表明该地区是以

16、继承性运动为主，由于构造活动，坳陷区下沉引起地下物质密度变化，造成地面重力增加。图2-6 齐村测点重力点值时序变化在鲁东隆起区内，临沭、日照和欢墩测点。临沐测点重力变化平缓；日照测点1996.1l-1999.12重力平缓变化，1999.12-2001.11重力快速上升到4010-8ms-2，2001.12-2002.11反向下降，2002.11-2006.7重力平缓变化。2002年7月离日照不到100 km发生南黄海5.1级地震，日照测点较好地反映了南黄海5.1级地震前后的重力变化；欢墩测点1996.1l-1999.12重力平缓变化，欢墩测点1999.12-2001.11重力快速下降超过601

17、0-8ms-2，2001.12-2004.08重力波动平缓变化。 1999.12-2001.11重力快速下降变化，这次变化是由于测点周围环境改变引起的。图2-7 临沭测点重力点值时序变化2.6 重力段差时序变化重力段差时序变化能较好地反映跨断裂地段的重力动态变化图2-8 跨断裂重力段差变化根据各断裂重力变化特征可以得出这样一些认识：不同断裂其构造活动是不一致的。断裂活动形态有波状变化型，如苍山尼山断裂；有趋势变化型，如唐吾葛沟断裂。重力段差变化主要是构造应力作用下活动断层两盘的物质变迁和构造变形差异运动产生的重力效应。当构造活动发生时，区域应力间场加强，地壳中的物质变迁出现有序性分布，相应地区

18、域重力场也出现有序性变化。因此，根据跨断裂测段重力变化可以发现沂沭断裂带南段构造活动较为活跃，中段变化较小。第三章 对重力场变化与地震活动的认识相邻两期的重力场动态变化较好地反映了一年尺度的重力变化，由于1996-2006年鲁南地区没有5级以上地震发生，未见明显重力异常变化，这表明获得的结果反映出来的鲁南地区重力变化是可靠的。较长时期的重力场动态变化不仅反映出齐村至郯城坳陷区一带重力正值变化，蒙阴隆起区一带重力负值变化，而且较好地反映出重力变化等值线主要为NW向，与苍山尼山断裂和NNE向与沂沭断裂带走向基本一致。重力场动态变化资料能有效地分析研究鲁南地区当前的构造活动，重力段差变化能较好地反映

19、断裂的构造活动特征。地震的发生预测问题一直是世界难题，虽然重力场的变化跟地震活动有关联，但是重力场的研究和发现变化规律是在比较长期的观测前提下进行的。要尽可能的减小地震灾难对人类的影响，不仅仅需要地质领域的工作者还需要各个领域的科学家以及先进仪器设备的支持。参考文献1. 祝意青等南北地震带和青藏块体东部重力变化演化与地震特征J中国地震，2001，17(1)：56692. 燕乃玲等沂沭带形变、重磁场时空变化特征与地震活动J地震研究，2001，24(2)：1261303. 王若柏等沂沭断裂带地壳垂直形变的演化及其构造含义J中国地震，1995，1l(2)：1741804. 李杰，韩海华，闫德桥沂沭断裂带垂直形变与断层活动特征分析J大地测量与地球动力学，2002，22(2)：1061115. 祝意青，胡斌，张永志永登58级地震前后的重力场动态图像特征研究J地壳形变与地震，1999，19(1)：7l776. 向文，李辉.重力场与构造应力场内在关系的理论研究J. 地壳形变与地震.1999(19)1:3236.7. 燕乃玲,潘纪顺. 沂沭带形变、重磁场时空变化特征与地震活动J. 地震研究.2001，(24)2:126129.