沂沭断裂带内部的差异运动及其成因探讨

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郯庐断裂带是中国东部最大的一条断裂带,具有影响区域构造、沉积地理、岩浆活动、矿产分布及强震发生等作用。对郯庐带的许多研究表明,郯庐带的新构造运动有明显地分段性,不同段落在运动强度、运动方式、甚至运动性质上都有许多不同的特点。其中段被称为沂沭断裂带的部分又是其新构造活动最为强烈的一段。许多人对郯庐带,尤其是沂沭带做过大量研究工作,一些学者还特别提到沂沭带本身运动存在差异。但这些研究和描述一般都是宏观的、综合的,没有人系统地总结过沂沭带的运动差异,至今更无人深入分析过形成这种运动差异的机制和原因。为了其科学研究的深入,也为了分析这一断裂带的危险性,并在这一基础上对其进行危险性及危害性区划,以保持这一地区社会和经济的可持续发展,本文作者认真分析研究沂沭带的运动差异,并探索形成这一差异的原因。希望通过本文作者的研究,更接近于上述科学及应用目标。  本文作者主要研究进展有两点:  1.在前人研究工作的基础上,进一步搜集整理了沿着这一断裂带的地质剖面,结合自己曾对某些剖面做过的测年资料,较为深入地分析研究了沂沭带五条断裂的主要运动规律及其特点。由此总结归纳了沂沭带不同断裂之间,或者同一断裂不同段落之间的运动差异,分析研究了这种差异的基本特征。同时,作者还详细分析研究了自1970年至2002年4月沿着沂沭带发生的中小地震的活动特征。以这些特征与已证实的断裂带地质活动特点作对比,进一步印证了沿着沂沭带的运动差异。  沂沭带的运动差异主要有以下特点:  (1).东西分带  以中间的汞丹山地垒为界,可以根据断裂的活动强度、速率、性质等所表现的活动差异将沂沭带分为东西两部分。东西两部分与分别存在的东西地堑结构形式吻合。东带的运动强度大,速率高,年代新,运动性质复杂。其间的F5断裂,自全新世以来的水平位错及垂直断距惊人。最大水平位错量23m,垂直断距3.8-4.5m。沿F5断裂还发育有丰富的断层崖,断层崖高度0.5-4.5m。在东地堑内,尤其是马陵山西坡山前的某些段落,晚更新世至全新世以来形成的冲沟,大量地被右旋扭错约10-30m。除1668年郯城8.5级大震外,在东地堑内还发现了至少三次全新世古地震事件。整体上看,断裂呈右旋逆走滑运动,但不同段落几何结构、运动性质、位移分布等有明显差异。相比之下,沿着西地堑的西带,其断裂活动年代早,活动弱,这不仅表现在西带没有强震发生或者未发现有古地震遗迹,同时西带能表明强烈运动的老地层逆冲到新地层之上的剖面少,逆冲的程度也逊于东带。现有资料表明西带断裂运动虽呈右旋逆走滑运动,但走滑分量不明显,因此这种逆冲运动为主的运动性质就没有东带断裂运动所表现的那么复杂。现代小震活动分析结果与上述的东西分带结果是完全一致的。因为东带的小震在平面及垂向上的密集分布程度都明显大于西带。  (2).南北分段  如果从整条沂沭断裂带,而不是从其中的一条或两条断裂出发,可以发现沂沭断裂带运动在南北方向上也存在着明显差异。南北差异的分界带在北纬36°线呈NW走向的汪湖—蒋峪一线。以这里为分界带的依据是:①这条带本身不仅是一条历史中强地震发生的场所,也是一条现代中小地震的密集分布带;②这里是晚更新世以来仍在活动的NW向双山—李家庄断裂和益都—无棣断裂的分布场所,它可以构成南北分段的物理标志;③在这条带的南北两侧,断裂运动的强度、方式、年代以及在地震活动等方面的表现形式,都有着明显的差异。这种差异主要表现在:a.南段自晚更新世、全新世以来的运动最为强烈。b.南段断裂运动以粘滑为主,能量积累大,断裂破裂长度以及所表现的突然位错现象丰富;北段则以蠕滑运动为主,中强以上地震很少发生。c.南段断裂活动年代新,北段没有全新世活动迹象。d.南段现代小震活跃,在平面及深度分布上有密集分布特征;北段空间分布则相对稀疏。e.南北两段在现代地貌上也表现出明显的不同。南段丘陵及低山山脉出露地表,北段则由第三系逐步过渡到第四系覆盖区。  2.作者在认真分析总结沂沭带运动差异的基础上,从地貌、断裂结构、断裂空间组合、现代运动、深部构造环境等几个不同的方面,从应力条件、结构条件、介质力学性质等角度,分析阐述了造成沂沭带运动差异的可能原因。  (1)沂沭带西侧NW向活动断裂带的影响:由于这些晚更新世、全新世以来活动的NW向断裂带的存在,使得沂沭带在NEE-SWW挤压应力场作用下东西两侧受力状态的不平衡。西侧更大部分的应力集中在NW向断裂上,并以这些断裂的左旋走滑,中等强度地震的发生等形式将这些能量释放出来,从而大大减缓了沂沭带西地堑两条断裂的受力程度;东地堑东侧因缺乏与之交汇的断裂,受力状态、运动状态以及发生的强烈地震都与西侧明显不同。  (2)断裂倾角差异的影响:沂沭带东西地堑边界断裂倾角明显差异,总体趋势是西侧断裂倾角缓,而东侧断裂倾角近于直立。显然倾角稍缓的断裂所受区域应力场的正向影响程度会强于那些倾角较徒的断裂。也就是说,它的能量积累和活动程度要明显弱于东地堑断裂。  (3)断裂活动年代因素:西地堑两条断裂早更新世活动之后,一方面是达到新的平衡而相对稳定,另一方面由于西侧NW向断裂影响不能够积累足够的能量,因此西地堑断裂在晚更新世之后不再活动。同样,对于整个沂沭带的北段,在中更新世晚期或晚更新世早期因受挤压而发生逆冲。但或许是有NW向断裂所形成的NW向地质体阻隔的影响,使得北段断裂的晚更新世以后的较弱活动都被第四纪沉积物所覆盖。从而形成晚更新世以来,尤其是全新世以来的断裂活动南强北弱、东强西弱的特征。  (4)玄武岩的喷发焊接作用:沿西地堑和F4断裂分布的玄武岩也是造成沂沭带断裂活动东强西弱的原因之一,因为这种晚第三纪或早第四纪喷发的玄武岩能将断裂焊接住,使其在第四纪晚期不再活动。  (5)深部构造环境差异的影响。深部探测表明沂沭带的破裂程度自北往南逐步减弱,西侧中下层地壳向下拗曲程度比东侧相应层位地壳拗曲程度更大,更明显。这表明,在中生代及其之前沂沭带附近地壳已有过强烈运动,那些破裂严重、塑性较大的段落或层位不易集结能量,从而在晚更新世至全新世以来的活动就不会像那些较为完整而刚度又大的段落易于集结能量并更趋强烈的活动。  上述关于沂沭带运动差异及其形成原因的分析,为沂沭带更深入地研究提供了极为新鲜的启示和思路。尤其是关于差异原因的分析不仅有科学上的意义,而且对断裂运动的危险性评估及相应的地震安全性评价都是有现实和应用意义的。
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