第一作者简介 田洪水,男, 1956年生,教授,从事地质学及地震事件研究。E-mail: tianhongshui@126.com。
沂沭断裂带纵贯山东省中部,属郯庐断裂带中段。在沂沭断裂带及其近区新元古代—新生代的沉积地层中,到目前,已识别出 25个地震事件层位。这些地震事件层位的名称取自不同年代或年龄的含地震记录的岩石地层。大多数地震记录是震积岩,少部分为震火山岩,它们的时空分布支持该断裂带生成—活动与发展历史分 2个阶段: 古郯庐断裂带阶段(新元古代—古生代)和中—新生代阶段。新元古代初鲁中至苏皖北部 NNE向韧性剪切带的形成,沟通了秦岭大别与苏鲁洋间的 NEE走向的转换断层,可能是沂沭断裂带或古郯庐断裂带的成因机制。在纵向上,古郯庐断裂带阶段形成了 8个地震事件层位,其中 5个地震事件层位较密集地分布于南华系至中下寒武统;中—新生代阶段形成了 17个地震事件层位,其中 12个层位较密集的分布于白垩系—古近系。因此,南华纪—早中寒武世、白垩纪—古近纪分别为 2个发展阶段的强地震事件频繁发生时段。在这 2个发展阶段,该断裂带地震活动的动力来源不同: 古郯庐断裂带阶段主要源于华北与华南板块的相向运动与碰撞;中—新生代阶段主要源于太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲。在横向上,有 15个(占 60%)地震事件层位分布在此断裂带内或由该断裂带内向两侧延伸,这体现了沂沭断裂带一直是研究区内发震构造的主体。所有地震事件地层分布于该断裂带纵中轴线两侧 150~180, km以内的同沉积盆地,这证明该深大断裂带的两侧近区是强构造地震活动区。作者关于地震事件层位的时空分布的论述和图解,展示了该断裂带自形成以来的地震作用的过程与历史,清晰地勾绘出了这条长期活动地震带的影响范围,这不仅对分析此类深大活动断裂带及其附近由地震引发的软沉积物变形与地震作用具有重要意义,而且对评价此类地震带对地表和建筑物的地震破坏效应也具有重要意义。
About the first author Tian Hongshui,born in 1956,is a professor. He is engaged in researches of geology,soil mechanics and foundation engineering. Now he is committed to the research of seismic event and sedimentology. E-mail: tianhongshui@126.com.
The Yishu Fault Zone cut through the central part of Shandong Province and it belongs to the middle segment of the Tanlu Fault Zone. So far,25 seismic event horizons have been identified from Neoproterozoic-Cenozoic strata within the Yishu Fault Zone and its adjacent area . Names of these seismic event horizons are derived from some lithostrata with seismic records of different times or ages. Most of seismic records are seismites,but a small quantity of records are seismic volcanic rocks in these horizons. Spatio-temporal distribution features of seismic event horizons support that the history of generating,activity and development of the fault zone is divided into two stages: The Palaeo-Tanlu Fault Zone stage (from Neoproterozoic to Paleozoic) and the Mesozoic-Cenozoic stage. The formation of the ductile-shear zone with the NNE trending from the central part of Shandong to the northern part of Jiangsu-Anhui linked up the transform faults with the NEE trending between the Qinling-Dabie Ocean and the Sulu Ocean in the initial Neoproterozoic,which may be the origin mechanism of the Yishu Fault Zone or the Palaeo-Tanlu Fault Zone. In the vertical,8 seismic event horizons were formed during the Palaeo-Tanlu Fault Zone stage,therein,5 seismic event horizons densely distributed in Nanhuain to Lower-Middle Cambrian;however,17 seismic event horizons were formed in the Mesozoic-Cenozoic stage,in which 12 horizons densely distributed in Cretaceous-Paleogene. Therefore,the Nanhuain to the Early-Middle Cambrian and the Cretaceous to the Paleogene were the two time intervals of frequent respectively and strong seismic events developed during the two stage. In the two different development stages,tectonic-dynamic sources of seismic activity of the fault zone were different: The dynamic source mainly came from the opposite movement or collision between the North China Plate and the Southern China Plate in the Palaeo-Tanlu Fault Zone;but during the Mesozoic-Cenozoic stage,that mainly from the subduction of the Pacific plate toward the Eurasian plate. In the horizontal,15 seismic event horizons distributed in the fault zone or extended from the fault zone to its both sides,which reflects that the Yishu Fault Zone has been the main part of seismogenic structures in the research area. All of these seismic event strata distributed in syn-sedimentary basins within 150~180,km on both sides of the longitudinal axis of the fault zone,which proves that peripheries on the two sides of the deep fracture zone have been active areas of strong tectonic earthquakes. Expounding and diagrams on the time-space distribution of seismic event horizons have reconstructed the basic process and the history of seismic action of the Yishu Fault Zone for the first time,and clearly delineated the influence scope of the long-active seismic zone in the paper,which are important significance not only to analyze earthquake-induced soft sediment deformations and seismic action in the such large active fault zone and its vicinities,but also to evaluate seismic damage effects surface and buildings in such seismic zone.
地震事件层是地震带及其附近地区含地震成因岩层的地层, 地震成因岩层以震积岩为主, 其次是震火山岩, 它们均具有面状分布、层状产出的特征。震积岩是强地震触动沉积盆地饱和— 未完全固结的软沉积物产生液化、触变、底辟、挤入、坠落、胀缩、断裂、裂开、充填、褶曲及震裂与震碎等同沉积— 准同沉积变形而形成的地震记录, 简言之, 震积岩(seismites)是地震引起的具软沉积物变形构造的岩层; 震火山岩是强地震破坏火山喷出物与火山岩而形成的具同震特征的地震记录; 它们形成后被保存在地层中, 除在发震断层内或其旁的情况外, 分布于盆地中的绝大多数层状地震记录具有不受后来断层与地震活动破坏和改造的显著特点。因此, 它们是研究地震带长期活动历史与古地震事件的重要依据。
沂沭断裂带是纵贯山东中部长期活动的断裂带, 属郯庐断裂带中段, 该断裂带及其附近地区为项目研究区, 面积达90000余km2。郯庐断裂带是中国东部长期活动的长达2400, km的深大断裂地震带。自郯庐断裂带于前寒武纪形成(张文佑等, 1978; 黄汲清等, 1980; 国家地震局地质研究所, 1987; 瞿友兰, 1991; Qiao et al., 1994; 顾德林等, 1998; 乔秀夫和张安棣, 2002; 吴根耀等, 2007)以来, 该断裂带及其附近地区一直发生着强构造与地震活动。根据陈颙等(2000)的研究, 像郯庐断裂带这类大型活动深大断裂地震带, 其两侧附近的陆块边缘也是激烈活动的强震区, 在强震区所发生的地震一般与郯庐断裂带的构造活动有关, 郯庐断裂带与其两侧100~200, km的强震区共同构成了活动构造带。因此, 文中所指的“ 近区” 是沂沭断裂带两侧不超过200, km的范围。由于沂沭断裂带不仅是郯庐断裂带最宽部分, 也是后者地震活动最激烈部分, 所以, 在其内外不同时代的沉积盆地, 形成了不同时代的地震事件地层。
Qiao 等(1994)于20世纪末开创了在沂沭断裂带开展震积岩与地震事件研究的先河, 从震旦系石旺庄组中鉴别出了若干层碳酸盐沉积物的振动液化序列震积岩。田洪水等(2003)从鲁中地区下寒武统馒头组中鉴别出了许多层与石旺庄组震积岩相类似的地震事件记录; 陈世悦等(2003)从济阳坳陷古近系沙河街组识别出了以砂质沉积物地震液化变形为主的地震记录; 袁静(2004)、杨剑萍等(2004, 2006)及袁静等(2006)对沙河街组地震事件地层的主要震积岩类型做了深入研究; 殷秀兰和杨天南(2005)在胶莱盆地从下白垩统莱阳群止凤庄组和杨庄组中鉴别了一系列砂质沉积物震积岩; 田洪水等(2005)及田洪水和张增奇(2005)从沂沭断裂带内古近系朱壁店组中识别出了多种砂质沉积物震积岩; 田洪水等(2006)在沂沭断裂带及临朐— 青州地区从中奥陶统东黄山组中鉴别出了大量强地震触动纹层状软碳酸盐沉积物发生卷曲和环形变形等的震积岩; 田洪水等(2007)在沂沭断裂带内外, 从下白垩统青山群中识别出了许多由震火山岩组成的地震事件记录; 何碧竹等(2011)从胶莱盆地内上白垩统王氏群辛格庄— 红土崖组发现和研究了许多地震触动粗碎屑沉积物而形成地震事件记录; 周勇等(2011)在莱阳凹陷、何碧竹等(2012)及He 等(2015)在诸城凹陷对下白垩统莱阳群杨庄组震积岩做了细致研究; 田洪水等(2011)、张邦花等(2012)及Tian等(2013)从沂沭断裂带及西侧的下寒武统李官— 朱砂洞组中, 识别出了一系列强地震触动碳酸盐及硅质软沉积物而形成的液化和触变变形构造。上述10个地震事件层位的研究成果, 为在研究区内深入、系统地开展地震沉积事件调研奠定了良好的基础。近几年来, 经系统调查和试验研究, 在研究区内新鉴别出了多个地震事件层(Tian et al., 2014, 2015, 2016a, 2016b; 田洪水等2015a, 2015b, 2015c, 2016, 2017; 张邦花等2016, 2017), 连同以往研究过的10个地震事件层, 目前, 在沂沭断裂带及其近区, 已有25个地震事件层被识别出来。作者以每个地震事件层位的发育盆地、分布范围、沉积相、具体层位、绝对年龄、厚度和主要地震记录类型等为依据, 总结了沂沭断裂带及其近区的地震事件地层时空分布特征及其意义, 并对古地震活跃期、沂沭(郯庐)断裂带的成因及地震活动的主要构造动力做了探讨。
沂沭断裂带呈NNE走向, 长330, km、宽20~80, km, 平均宽50, km, 由郯城向NNE向延伸, 经莒县、沂水、安丘、潍坊和昌邑, 即穿过山东省中部, 延至莱州湾, 属郯庐断裂地震带中段。据乔秀夫等(1994, 2001)和吴根耀等(2007)研究, 沂沭断裂带的产生、发展与活动历史可分为2个阶段: 古郯庐断裂带活动阶段(新元古代— 古生代)和中— 新生代活动阶段。在新元古代至古生代, 在该断裂带昌邑大店以东, 除在局部沉积形成了震旦纪海相地层之外, 其余地层缺失; 而在昌邑大店以西的沂沭断裂带及其西侧先后沉积了新元古代滨— 浅海相碎屑岩和页岩与碳酸盐岩地层、早古生代以碳酸盐岩为主的海相地层及晚古生代海陆交互相煤系地层, 但新元古界仅局限发育在比沂沭断裂带略宽的沂沭海峡内(宋明春和王沛成, 2003; 田洪水等, 2011)。由4条主干深断层(昌邑— 大店断裂、安丘— 莒县断裂、沂水— 汤头断裂和鄌郚— 葛沟断裂)构成的“ 两堑一垒” 式断裂带是该断裂带中生代以来发展与演化的结果; 中生代以来沂沭断裂带内各地堑盆地沉积形成了中生界白垩系火山岩和河湖相碎屑岩沉积地层, 上覆新生界厚度不等的碎屑岩与泥质沉积物; 地堑之间为汞丹山地垒, 该地垒主要由太古宙和新元古代— 古生代地层组成(宋明春和王沛成, 2003)。
沂沭断裂带西侧近区为鲁西断隆和济阳坳陷, 济阳坳陷被新生代松散沉积物覆盖, 鲁西断隆多呈中— 低山和丘陵地貌, 且基岩裸露。基底变质岩为太古宙泰山岩群、沂水岩群和中元古代TTG变质侵入岩。新元古代至中奥陶世主要为滨海、陆表海和浅海沉积环境。新元古界土门群不整合于基底岩系之上。下古生界寒武系— 中奥陶统, 多以角度不整合覆于基底变质岩系之上, 但在沂沭海峡内, 则以平行不整合覆于土门群之上。由于晚奥陶世至早石炭世, 地壳上升为陆地而遭受剥蚀, 因此, 鲁西断隆区和该断裂带内上奥陶统至下石炭统缺失。中石炭统— 二叠系海— 陆交互相煤系与陆相碎屑岩地层, 以平行不整合接触关系直接覆于中奥陶统之上。中生代至新生代, 沂沭断裂带和鲁西断隆发生了显著的地壳上升, 致使中石炭统至二叠系多被剥蚀已尽, 除淄博盆地出露较全外, 其他山间断陷盆地少有露头。在中新生代, 由于鲁西隆升而发生了强烈的伸展断裂构造活动, 主要形成了新泰— 垛庄断裂和蒙山断裂等NW向断裂, 齐河— 广饶断裂等近EW向断裂及泰安— 大王庄断裂等NE向断裂; 断裂之间为掀斜式断块, 断裂面南侧为长条形半地堑式断陷盆地: 如平邑盆地、蒙阴盆地和莱芜盆地等山间盆地。这些盆地的盆底地层为石炭系— 二叠系, 主要接受了白垩纪— 古近纪河湖相碎屑岩— 泥岩夹膏盐沉积以及坡麓— 洪积相砾岩与泥砂堆积。
沂沭断裂带昌邑— 大店断裂以东为鲁东地块, 属胶辽朝块体, 由北至南依次为胶北隆起、胶莱盆地和苏鲁造山带; 鲁东地块基底为前寒武纪变质岩组成, 因古生界被剥蚀或未沉积而缺失(宋明春和王沛成, 2003; 牛宝祥等, 2004)。胶莱盆地为早白垩世初由郯庐断裂与五莲断裂走滑— 拉张活动而形成拉分盆地(张岳桥等, 2004), 白垩纪该盆地不断发生扩展裂陷, 主要沉积了下白垩统莱阳群和上白垩统王氏群。莱阳群由河湖相砾岩、砂砾岩、粉砂岩夹黄— 灰黑色页岩及少量灰岩组成; 王氏群主要由冲— 洪积相红色碎屑岩与砂质泥岩组成(宋明春和王沛成, 2003)。
为了将研究区内发育的有连续露头的地震事件地层全面鉴别出来, 在查阅大量文献与成果资料的基础上, 分析研究区各时代沉积盆地内地层的岩性条件、沉积环境、地层厚度和露头条件, 依据地震沉积事件记录产生的条件、识别标志和准则(杜远生和韩欣, 2000; Goffredo et al., 2002; Wheeler, 2002; Qiao et al., 2007; 杜远生等, 2007; Du et al., 2008; 乔秀夫和李海兵, 2009; van Loon, 2009; Owen and Moretti, 2011; Moretti and van Loon, 2014), 确定对形成震积岩与震火山岩有利的野外调研目标地层。以最新的1︰5万地质图为基础资料, 选择地层出露良好和交通有利的区域, 采用穿越法布置调研路线, 做出文图一致和有具体时间安排的调研设计。在路线调研中, 重视观察新路堑及土石挖掘工程所揭露的露头, 并在地质图上标定新的地质和地形要素。选择经过路线调研所见地震记录多、具代表性的目标地层剖面, 作为精细研究剖面。在剖面研究中, 重点观察和研究地震形成的各种变形构造, 并采集相关分析样品。通过室内显微镜下观察和分析, 进一步确定地震成因岩石与变形构造的性质与名称, 关注由岩石微观特征所反映出来的微观地震记录。通过整理岩石其他实验分析结果, 解读有关参数反映的有用信息。结合国内外地震事件研究成果与模拟地震试验, 研究地震触动沉积物变形构造形成的条件、机理和过程。综合分析研究剖面中全部地震触动变形构造的序次, 确定由其记录的地震事件幕次。将研究区建立的所有地震事件层位及其地震记录按一定比例尺标定在平面图和地层柱状图上, 即获得了研究区的地震事件层分布图。以纵坐标代表地质历史时间T(单位为Ma), 它是一条箭头向下的直线, 纵坐标线同时表示沂沭断裂带的中轴线; 横坐标是一条双箭头线, 表示与沂沭断裂带中轴线的距离X(单位为km), 反映某一时代的地震事件地层的分布和与沂沭断裂带密切关系; 依据每个地震事件地层的形成时间T(Ma)及分布范围与沂沭断裂带中轴线的距离X(km), 采用名称与代号外加方框的图式将每个地震事件地层标定在坐标系中, 则获得了地震事件地层时空分布格架。
文中的地震事件层的名称多以发育地震记录(震积岩、震火山岩)的组级岩石地层而命名, 仅有3个地震事件层位的名称源于地震记录集中发育的段级岩石地层。地震事件层之间除岩性组合与沉积相有别之外, 存在着一定厚度的间震层(正常沉积层)或不整合, 主要地震变形构造及其规模与组合也有明显差别。如果2个发育地震记录的岩性组之间没有明显的间震层, 也无不整合且总厚度较小时, 则用2个组的名称命名为一个地震事件层。所有岩石地层单位、地震事件层位的名称均与山东省最新确定的岩石地层划分方案及相对应的地层名称(张增奇等, 2014)一致。
从研究区内已识别出的所有地震事件地层层位的名称与代号、厚度与绝对年龄、沉积相、生成盆地及主要地震记录的类型等(表1)可知: 新元古界至古生界地震事件层位有8个, 中— 新生界地震事件层位为17个, 共25个地震事件层。其中, 绝大多数地震事件层位已被报道; 尚有3个层属首次报道, 将在下文“ 3个首次报道的地震事件地层层位” 中做较详细的阐述。由于沂沭断裂带的产生、发展与活动史可分为2个阶段:古郯庐带阶段和中— 新生代活动阶段, 所以, 为便于在图面上较清楚地反映研究区不同时间阶段地震事件层的分布, 以避免造成2个时代阶段的沉积盆地和地震事件层范围的重叠, 将研究区2个活动阶段所形成的地震事件地层层位分别展示在图1和图2中。
在25个地震事件地层层位中, 有22个由震积岩组成, 其余3个主要由震火山岩组成(表 1)。震积岩是具体的地震记录载体, 其种类达30余种, 包括液化砂脉与砂墙、液化灰泥(方解石)脉、液化砂涌管、液化角砾岩、液化灰泥火山、液化沉陷构造、液化均一层、潜灰泥火山、混插沉积构造、底辟构造、软硅质脉、软硅质触变楔、泥质触变脉、软土沉陷向斜、软布丁构造(包括断开的布丁和肿缩构造(pinch-and-swell structure))、负载构造、球— 枕构造、火焰状构造、枕状层、震(滑蹋)褶曲、环形褶曲、丘— 槽构造、震裂缝、震裂缝充填构造、巨型砾岩楔、不协调岩块、同沉积断层(粒序断层)、震裂岩、震碎角砾岩及其岩墙和岩楔等; 在图1和图2中, 部分图例涉及2种以上变形构造(例如, 有共生联系的负载、球— 枕与火焰构造; 地震触动机制形成的软硅质脉与触变楔); 这些震积岩的一般特征和形成的地震触动机理已在作者已发表的多篇论文文献(表1)中论述; 它们所记录的地震强度多在5级Ⅵ 度烈度与8.5级XI度烈度之间。
3个由震火山岩组成的地震事件层位均属中— 新生界(表 1, 图2), 其中, 八亩地组地震事件层主要由安山玄武质震裂岩、震碎火山角砾岩、震裂集块岩及放射状震断裂等震火山岩组成(田洪水等, 2007)。史家屯段和尧山组不仅发育震火山岩(震裂、震碎玄武岩), 也发育与震火山岩共生的震积岩— 液化砂脉、触变砂质泥脉或泥质砂脉(Tian et al., 2014, 2015; 田洪水等, 2017)。各地震事件层具体的震火山岩和震积岩种类、特征和形成过程也已在相关文献做了详细介绍。
图1显示研究区内新元古界— 古生界发育8个地震事件层位。自下而上分别是新元古界土门群南华系佟家庄组、南华系浮来山组及震旦系石旺庄组; 下寒武统长清群李官— 朱砂洞组; 下— 中寒武统长清群馒头组石店— 砂页岩段; 中奥陶统马家沟群东黄山组; 中奥陶统马家沟群八陡组及上二叠统石盒子群孝妇河组。
在上述8个地震事件地层层位中, 前6个层位在沂沭断裂带内均有分布, 其中, 土门群佟家庄组、浮来山组和石旺庄组3个地震事件层位分布在沂沭海峡内, 这3个层位记录的地震事件是沂沭断裂带最早构造活动的响应(张邦花等, 2017)。长清群李官— 朱砂洞组、馒头组石店— 砂页岩段及马家沟群东黄山组3个地震事件层位, 分布在包括沂沭断裂带在内的“ 强震触动软沉积物变形区” 内, 实地调研表明此“ 强震触动软沉积物变形区” 的西边界处在济南至济宁一线(图 1), 并与沂沭断裂带相距180, km左右, 自西到东, 这3个层位厚度逐渐增大、其内地震记录(震积岩)的层位和种类变多, 所反映的地震烈度增大, 因此, 沂沭断裂带是当时的构造地震活动中心或震中带(田洪水等, 2003, 2006, 2011; Tian et al., 2013)。
中奥陶世末期形成的八陡组地震事件层位在沂沭断裂带内并不发育, 而是发育在沂沭断裂带西侧以蒙阴为中心的沂源— 博山南部— 莱芜中南部— 新泰— 蒙阴及平邑— 费县等地(图 1)。该地震事件层位独特的分布格局很可能与中奥陶世末在蒙阴发生的一系列海底隐爆地震有关, 详见后文“ 6.2八陡组地震事件记录形成的动力机制” 。
分布于淄博盆地的上二叠统石盒子群孝妇河组地震事件层位, 是研究区上古生界唯一的由陆地河湖相砂— 泥质震积岩组成的地层(图 1, 表1)。二叠纪石盒子群沉积时期的岩相古地理图表明: 石盒子群沉积时期沂沭断裂带及其以东当时为隆起剥蚀区, 在鲁西虽然普遍接受了沉积, 但随中生代鲁西断隆上升, 石盒子群多被剥蚀尽光, 尤其是孝妇河组, 仅在淄博盆地及其附近残留有基岩(宋明春和王沛成, 2003)。因此, 淄博盆地, 是分析研究区于古生代末地震沉积事件与构造活动关系的“ 窗口” 。
沂沭断裂带及其近区中— 新生界地震事件层位的分布见图2, 从中— 新生界中共识别出了17个地震事件层位。除青山群八亩地组、莱阳群止凤庄组和杨家庄组、王氏群辛格庄— 红土崖组、五图群朱壁店组和济阳群沙河街组6个地震事件层位之外, 其余11个均是近几年新发现的地震事件层位, 包括下三叠统石千峰群孙家沟组, 下白垩统大盛群马朗沟组、田家楼组、寺前村组和孟疃组, 上白垩统红土崖组史家屯段, 古近系古新统— 始新统官庄群常路— 朱家沟组, 新近系中新统临朐群山旺组和尧山组, 第四系中更新统于泉组以及第四系全新统黑土湖组。
在沂沭断裂带东侧, 盆地单一, 仅有胶莱盆地(图 2)。在该盆地内沉积地层以白垩系为主, 已识别出的5个地震事件层也全属白垩系, 自下而上依次是: 下白垩统青山群八亩地组地震事件层、下白垩统莱阳群止凤庄组和杨庄组地震事件层、上白垩统王氏群辛格庄— 红土崖组地震事件层以及红土崖组史家屯段地震事件层。其中, 史家屯段中的地震记录以震火山岩为主, 其分布范围较小, 所记录的地震类型主要为火山地震, 因而这不同于辛格庄— 红土崖组中分布较广的震积岩所记录的构造地震事件; 又因史家屯段下伏很厚的正常沉积层或间震层(图2, 柱状图); 所以, 单独建立了地震事件层位。青山群八亩地组地震事件地层主要分布在胶莱盆地的五莲断裂北侧和即墨— 牟平断裂附近。莱阳群止凤庄组和杨庄组地震事件地层在胶莱盆地分布较广, 但厚度不均一, 总厚度以诸城凹陷最大, 震积岩的层数和种类也最多, 其次是莱阳凹陷; 在莱西洼陷、高密凹陷和海阳洼陷较薄。辛格庄— 红土崖组地震事件地层以莱阳凹陷西部厚度最大, 其次在莱阳辛格庄、红土崖至照王庄及胶州市张应镇附近厚度较大, 露头较好。史家屯段地震事件地层主要分布在胶莱盆地内胶州市史家屯以北, 面积200多平方千米; 据被人工揭露的有限规模的连续基岩露头, 可见8层震火山岩与触变泥砂质脉(表 1); 在总厚度达370, m的史家屯段中, 推测应有多层地震引发的变形构造, 只是由于多被第四系覆盖而在地表看不到而已。
依据每个地震事件地层层位的年龄、分布范围及其与沂沭断裂带中轴线的最大、最小距离, 采用地震事件层的名称与代号外加方框(分布范围较小的地震事件层, 方框内仅有地质代号)的图示方法, 将25个地震事件地层层位标定在X-T坐标系中, 并标注沂沭断裂带内外的缺失地层, 从而获得了沂沭断裂带及其附近地区的地震事件地层层位的时空分布格架(图3)。
与表1、图1和图2结合, 读图3可知: 在沂沭断裂带及其近区, 地震事件地层的分布具有如下特点:
1)在识别出的25个地震事件层位中, 有15个(占60%)分布在沂沭断裂带内或由沂沭断裂带内向两侧延伸, 体现了这条平均宽度达50, km的深大断裂带, 自新元古代形成以来, 本身即是一条长期活动的断裂构造与地震带。其中, 有10个(占40%)地震事件层位分布在沂沭断裂带东、西两侧的不同地质时代的断陷盆地中, 这些断陷盆地的构造裂陷活动直接或间接地受沂沭断裂带的控制, 而盆地裂陷引发的强地震事件是这些地震事件层位形成的直接动力, 这证明像沂沭断裂带这样的深断裂带, 其两侧附近地区也是强构造与地震活动区。
2)从图3的X轴下侧各地震事件层横向延伸来看, 绝大多数地震事件地层发育在沂沭断裂带中轴线两侧150, km以内; 面积广阔的沉积盆地形成的少数地震事件地层可延伸到沂沭断裂带中轴线两侧170~180, km。如在早寒武世沂沭断裂带至鲁西陆表海与潟湖沉积环境形成的长清群李官— 朱砂洞组, 其最远点处在济南南部馒头山附近, 与沂沭断裂带中轴线相距约180, km; 济南南部馒头山至济宁一线是一条强震触动软沉积物变形区边界线(图 1), 在该边界线以西, 尚未见到地震事件沉积的记录。因此, 认定与沂沭断裂带中轴线相距180, km以内的区域, 是以沂沭断裂带为震中带的强地震触动软沉积物变形区。
3)从图3的T轴方向上观察, 25个地震事件地层层位的纵向时空分布具有明显的不均一性。具体表现在如下3个方面。
首先, 各层位所记录的古地震活跃期的时长不同, 自古至今各地质时代地震事件层位所记录的古地震活跃期的时长具有由长变短的趋势。新元古代每个地震事件层位所记录古地震活跃期的时长为30, Ma左右, 并与乔秀夫等(1997)划分的华北新元古代的古地震活跃期的时长接近; 古生代各地震事件层位所记录古地震活跃期的平均时长为3~5, Ma; 中生代— 新生代新近纪各地震事件层位所记录古地震活跃期的平均时长为2, Ma; 新生代第四纪2个地震事件层位均记录了时长很短的1~3次地震事件。
第二, 各地震事件层位的总厚度及其内地震记录的层数不等。除受古地震活跃期时长因素制约以外, 当时盆地的沉积速度、沉降幅度和沉积相变化的频繁程度都是重要影响因素。其内被识别出地震记录(震积岩、震火山岩)的层数也受地震事件地层出露条件的限制。
第三, 沂沭断裂带及近区地震事件层位分布的密集程度因发展阶段不同而有别。古郯庐带发展阶段(新元古代— 古生代)形成的前5个地震事件层位(南华系佟家庄组至寒武系馒头组地震事件层)相对密集排列, 反映了强地震事件活跃期相对集中且频繁发生, 是古郯庐断裂带左行走滑与裂陷的响应; 后3个地震事件层位, 无地震记录的时空间隔较大, 反映后三者形成于该发展阶段地震事件相对减少的平稳期。中— 新生代发展阶段(中生代三叠纪— 新生代第四纪), 初期(三叠纪— 侏罗纪)的地震事件层位少, 仅发育三叠系孙家沟组1个地震事件层位; 中期(白垩纪— 古近纪)的12个地震事件层位密集排列, 是此发展阶段强地震最激烈和最频繁发生时段, 是该断裂带再次左行走滑— 拉张与岩浆热事件— 克拉通破坏与伸展构造活动的响应(王小凤等, 2000; 朱光等, 2002, 2004; 朱日祥等, 2011, 2012; Zhu et al., 2011, 2012; 田洪水等, 2016; Tian et al., 2016a; 朱光等, 2016); 新近纪— 第四纪盆地规模小且盆地数量较少, 仅在规模很小的临朐— 山旺盆地、郯城盆地东部及安丘夏庄盆地发育厚度较小的4个地震事件地层层位。
这2个地震事件层位指上二叠统石盒子群孝妇河组地震事件层和下三叠统孙家沟组地震事件层, 两者均在淄博盆地发育且被保存下来。淄博盆地分布在鲁西断隆北缘, 是由近EW向的齐广断裂、近SN向禹王山断裂和NE向淄河断裂所围限的中新生代断陷盆地, 广义的淄博盆地也包括禹王山断裂西侧的章丘盆地。其平面上呈南端收敛、向北撒开的喇叭形, 面积约2000, km2(图 2)。该盆地东南缘出露寒武— 奥陶系及中石炭统, 中部主要出露二叠— 三叠系, 北部普遍被第四系覆盖。上二叠统石盒子群孝妇河组和下三叠统孙家沟组主要出露于周村区武家庄以北的碾子山、博山区刁虎峪及淄川区昆仑山至大海眼一带, 2个岩性组间呈平行不整合接触关系。孝妇河组由桔黄色— 紫红色泥岩夹砂岩和泥质粉砂岩组成。孙家沟组主要由灰紫色含砾砂岩、细砂岩和砂质泥岩组成, 底部夹有玄武岩。
选择地层露头连续的新开挖路堑、基坑、边坡及深切冲沟观察与研究, 从石盒子群孝妇河组中鉴别出了液化砂脉或砂墙(图 4-A至4-E)、液化砂团块— — 它们由薄层液化砂与泥的互层被地震力撕裂而成(图 4-F)、震褶曲(图 4-G)、震裂缝充填构造(图 4-H)和同沉积断层(图 4-D, 4-E, 4-G); 可见含上述地震记录的软沉积物变形层9~11层(表 1)。从孙家沟组中识别出的地震记录以负载构造、球枕构造、火焰构造与枕状层为主(图 5-A至5-D), 其中, 个别发育负载构造的砂层又受地震拉伸力作用形成了布丁构造(图 5-B), 可见液化砂墙和砂脉(图 5-E, 5-F), 常见同沉积断层或阶梯状粒序断层与上述地震记录共生(图 5-A, 5-E, 5-G, 5-H); 经在淄博西阿村— 大海眼村附近调研, 共识别出含上述地震记录的软沉积物变形层10层(表 1)。
常路— 朱家沟组地震事件层发育在鲁西断隆中部的莱芜盆地、蒙阴盆地和平邑盆地。该地震事件层主要出露于莱芜盆地和蒙阴盆地, 典型的地震记录(震积岩)从莱芜盆地和蒙阴盆地的官庄群常路组中上部和朱家沟组下部识别出来。张增奇和刘明渭(1996)将官庄群划定为: 上被第四系覆盖、下与白垩系呈不整合接触的一套古近系古新统— 渐新统含膏盐的河湖相— 山麓洪积相岩系地层; 自下而上分古新统固城组与卞桥组、始新统常路组与朱家沟组以及始新— 渐新统大汶口组; 其中常路组主要由河湖相红色泥岩、砂岩夹石灰质砂砾岩组成, 朱家沟组是整合于常路组之上的山麓— 洪积相灰褐色石灰质砾岩夹红色砂质泥堆积地层。由于在固城组— 常路组底部发现了一些晚白垩世的微古生物化石, 因此, 山东省最新的地层划分做了新调整: 官庄群固城组— 常路组底部属上白垩统, 常路组大部属古新统, 朱家沟组至大汶口组大部属始新统, 仅大汶口组顶部划归为渐新统(张增奇等, 2014)。因常路组的下部及其以下地层未见有地震记录, 朱家沟组的上部为正常沉积层, 发育地震记录(震积岩)的层位为常路组中上部至朱家沟组的下部(图 2), 所以, 将官庄群中含有地震记录的部分地层称之为常路— 朱家沟组地震事件层。
通过在蒙阴县五里桥— 杏山庄、盘古村— 骑路官庄、蒙阴— 新泰交界处路堑及莱芜市芦城— 桑园等地开展路线和剖面调研, 从常路— 朱家沟组地震事件层识别出的主要地震记录有负载构造(图 6-A至6-E)、球枕构造与火焰构造(图 6-C, 6-E)、液化砂墙(图 6-E)、液化砂脉(图 6-F至6-H)及同沉积断层(图 6-D)。该地震事件层可见震积岩层数达9~12层(表 1)。相关研究表明: 古新世— 始新世57-52, Ma, 时值喜马拉雅运动第1幕, 研究区遭受NE向(σ 1=31° ~50° )挤压和NW向(σ 3=300° ~318° )拉伸, 沂沭断裂带发生右行走滑, 而莱芜、蒙阴及平邑盆地的NW走向的边界断裂发生强烈压性活动(万天丰, 1992; 王小凤等, 2000)。这些强构造活动在沂沭断裂带内、外引发了多次强地震, 从而触动当时不同盆地的松散沉积物生成了不同的地震事件地层: 沂沭断裂带内形成了冲洪积相朱壁店组地震事件地层层位; 莱芜和蒙阴等盆地形成了冲洪积— 浅湖— 坡麓相常路— 朱家沟组地震事件地层层位。两者的形成时间有重叠, 但常路— 朱家沟组地震事件层位的形成时间略早于前者。
古地震活跃期的时长在数百万年至几十百万年, 反映古地震的长周期, 地层中地震沉积变形构造相对密集的层记录了一个古地震幕, 一个幕的古地震记录反映了数次以上的古地震事件(乔秀夫等, 1997, 2006)。据此, 有关研究已确定了与研究区相关的某些古地震活跃期, 如石旺庄组地震活跃期(Qiao et al., 1994; 张增奇和刘明渭, 1996)、馒头组地震活跃期(田洪水等, 2003)、莱阳群地震活跃期(殷秀兰和杨天南, 2005; 田洪水等, 2007)、李官— 朱砂洞组地震活跃期(田洪水等, 2011; Tian et al., 2013)、临朐群地震活跃期(Tian et al., 2015)及大盛群地震活跃期(田洪水等, 2016)。表1中最新的2个地震事件层属人类历史以来的近代— 现代地震事件记录。观察到的人类历史(3 Ma)以前所有地震事件地层所记录的古地震活跃期可划分为15个(图 3), 它们的名称与有关的地震事件层位对应。在图3中, 古地震活跃期的名称有所简化(舍去“ 古地震” 三字), 分别称之为佟家庄组活跃期、浮来山组活跃期…以及临朐群活跃期。
蒙阴县多个隐爆金伯利岩(具斑状结构和角砾状构造的超基性、偏碱性的云母橄榄岩)筒和岩墙形成于中奥陶世末— 晚奥陶世, 多种测定方法确定它们的同位素年龄值为450-480, Ma, 均值为465, Ma(罗声宣等, 1999)。包括隐爆金伯利岩体在内的隐爆角砾岩和岩体周边的震裂岩是当时多次隐爆地震事件的记录(田洪水等, 2007), 沂沭断裂带深断裂及其次级断层为深部金伯利岩浆提供了上侵通道(罗声宣等, 1999)。
陈志耕(2015)的研究表明, 隐爆角砾岩体本身是残留的震源体。实地调研表明: 八陡组震积层的厚度和由其反映的地震烈度, 有愈靠近蒙阴愈大的趋势, 所以, 由灰泥(CaCO3, 微晶方解石)液化脉、软塑性震褶曲, 负载— 球枕构造、火焰构造、底辟构造及同沉积断层等组成的八陡组地震事件层位(表 1, 图7上部O2bd-SEH), 极可能是在中奥陶世末蒙阴隐爆金伯利岩体形成过程中, 金伯利岩浆多次隐蔽爆破侵入引发了多次震级超过5级、烈度大于Ⅵ 度的强烈海底地震, 致使八陡组沉积时期形成的饱和、未固结的碳酸盐沉积物发生液化、层内褶曲、坠落、挤入和层内断裂等而成。
由于沂沭断裂带属郯庐断裂带中段且是后者宽度最大、构造与岩浆活动及地震作用最激烈部分, 所以, 沂沭断裂带与郯庐断裂带的成因基本是一致的。谈到它们的成因, 由于其中生代— 新生代的该断裂带及两侧地质体的某些特征掩饰了它们本来的面目, 加之这一研究课题比较复杂, 所以到目前, 无论从形成时间还是从动力机制或模式来看, 都无统一的认识。
笔者等多年的研究证明: 在沂沭断裂带及其近区, 不仅中— 新生界中存有许多与该断裂带的构造活动密切相关的地震记录(震积岩和震火山岩)、而且古生界至新元古界南华系中的此类地震记录也十分丰富(图 1, 图2, 图3, 表1), 这表明该断裂带至少形成于新元古代南华纪以前。根据瞿友兰(1991)及周建波和胡克(1998)研究, 在941, Ma左右华南板块与华北板块发生了陆— 陆碰撞, 在NNW-SSE向主应力作用下, 形成了穿过山东中部的压扭性的基底断层与韧性剪切带, 该韧性剪切带两侧的基底的走滑断层可能是最早的沂沭(古郯庐)断裂带。然而, 殷鸿福等(1999)、程日辉等(2004)及吴根耀等(2007)的研究表明: 新元古代华南(扬子)板块与华北(中朝)板块并未发生陆— 陆碰撞, 两者间被特提斯多岛洋(由许多较小的洋盆与微小板块组成)或秦岭大别洋与苏鲁洋所隔。中— 晚三叠世才是华南板块与华北板块发生陆— 陆碰撞的时代(李曙光等, 1989; 朱光等, 2002; 吴根耀等, 2003, 2007)。吴根耀等(2003, 2007)研究证明: 古郯庐断裂带源于晋宁期秦岭大别洋与苏鲁洋消减期两者之间的转换断层。该转换断层是如何向大陆板块延伸、而形成具有一定长度规模的古郯庐断裂带的?由于沂沭断裂带与郯庐断裂带的成因具同一性, 秦岭大别洋中的转换断层向大陆板块延伸很可能是古郯庐断裂带生成的关键。因此, 笔者归纳上述2方面研究成果认为: 新元古代初1000-941, Ma, 鲁中至苏皖北部NNE向韧性剪切带形成时沟通了秦岭大别— 苏鲁洋间的NEE走向的转换断层, 这很可能是古郯庐或沂沭断裂带最初生成的真正动因与机制(图8-A)。
沂沭海峡的形成和发展与沂沭(古郯庐)断裂带雏形(图 8-A)扩展裂陷密切相关。约890, Ma, 沿新生成的沂沭(古郯庐)断裂带, 幔源基性岩浆的上侵形成了大量辉绿岩墙(柳永清等, 2005; 王清海等, 2011), 这标志着沂沭断裂带结束了压扭与韧性走滑活动, 开始发生拉张与构造裂陷; 在890-850, Ma, 形成了狭窄的古海峡, 同时沉积了较薄的青白口纪浅灰色碎屑、蛋清色灰岩质和泥质沉积物(宋明春和王沛成, 2003); 由于构造裂陷并不激烈而未发生强地震, 因此, 青白口系没有留下地震事件记录(图 8-B左)。从南华纪到震旦纪中晚期(约800-600, Ma), 该海峡盆地构造扩展与裂陷激烈; 在形成较厚的海相细碎屑— 泥质以及碳酸盐沉积物的同时, 一系列强地震使这些软沉积物发生各种层内变形, 从而形成了佟家庄组、浮来山组和石旺庄组地震事件层(图 1, 图8-B右)。因此, 沂沭海峡是沿新元古代刚生成的古郯庐或沂沭断裂带拉开形成的裂陷盆地(宋明春和王沛成, 2003; 田洪水等, 2011; Tian et al., 2013; 张邦花等, 2017)。
图8-A至图8-D显示, 从新元古代沂沭(古郯庐)断裂带诞生; 经古生代末, 秦岭大别— 苏鲁基本闭合; 到三叠纪华北(中朝)与华南(扬子)板块发生碰撞与拼合, 沂沭断裂带及其近区间断性地相继产生了9个古地震活跃期, 形成了9个含震积岩的地震事件地层层位。由于在这期间, 华南与华北板块始终发生相向运动, 秦岭大别— 苏鲁洋壳不断被消减; 鉴于地震事件是构造运动的响应; 因此, 据大区域范围的地质构造背景分析, 地震活动的构造动力主要源于华北(中朝)与华南(扬子)板块的相向构造运动与碰撞。朱光等(2002, 2004)的研究表明, 三叠纪华北与华南板块完全碰撞与拼合, 秦岭大别— 苏鲁造山带被错开了350, km, 这是郯庐断裂带最醒目的地质现象(图 8-D)。但在古郯庐断裂带两侧, 因洋壳消减与板块运动速度存在着东快西慢的差别且运动节奏和方向不同步, 造山带南北的华北与华南陆块运动的节奏与速度也不一致(李曙光等, 1989; 吴根耀等, 2003, 2007; 程日辉等, 2004), 必然造成沂沭断裂带及其近区的地应力与断裂构造运动的方向和性质的复杂变化: 挤压— 走滑与拉张— 裂陷交替, 挤压— 走滑一般引发隆升与错动, 而拉张— 裂陷引发盆地扩展与沉陷, 并伴有岩浆热事件。这些因地而异的动力因素, 是研究区内具体盆地或局部地区的地震事件发生的动力。
中生代以来, 太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲, 是沂沭断裂带乃至整个郯庐断裂带发生构造与地震活动的主要动力, 这已是地学界的共识。如图8-E所示, 早白垩世太平洋板块俯冲引发郯庐断裂带及其附近岩石圈减薄、岩浆喷发、盆地裂陷、地震频发及克拉通破坏(王小凤等, 2000; 朱光等, 2002, 2004; 朱日祥等, 2011, 2012; Zhu et al., 2011, 2012; 田洪水等, 2016; Tian et al., 2016a, 朱光等, 2016)。山东省新构造期主压应力轴向为NEE-SWW向(76° -256° )和主拉张应力轴向为SE-NW向(344° ), 主要由现代太平洋板块的向西俯冲引起, 印度板块向北运动占次要因素(万天丰, 1992)。
中国地质大学龚一鸣教授(1987, 1988), 依据Seilacher(1969)的论文, 把“ seismite” 译为“ 震积岩” , 最早将 “ 震积岩(seismite)” 这一术语引入到中国地学界, 并将这一术语归属为内力事件沉积范畴, 解释为地震事件沉积岩层。冯增昭教授(2017)评价这一术语的引入为“ 功不可没” 。自1987年地震事件沉积岩层被冠名为“ 震积岩” 以来, 在长达30年的时间内, 中文期刊共刊出了约140余篇震积岩与地震事件研究的文章, 也有一些专著出版, 成绩很大(冯增昭等, 2017)。《中国沉积学》“ 第十章震积岩” 用了108页的篇幅, 详细阐述了中国震积岩的研究成果和研究历史(冯增昭, 2013)。由于国外的研究历史更长一些, 所以, 至今已刊出和出版了更多的以“ seismite与seismic event” 为主题的研究论著。震积岩(seismite)是地震引起的具软沉积物变形构造的岩层, 这已是国内外地质与地震学家的共识。由于“ seism” 的中文含义是“ 地震” , “ -ite” 是某些矿物和岩石名称词汇的后缀, 所以, 产生了将“ seismite” 译为“ 地震岩” 和今后使用“ 地震岩” 的建议(冯增昭, 2017)。作者认为还是继续用“ 震积岩” 术语为好, 主要理由如下:
一是“ 地震岩” 的中文字面含义为地震形成的岩石, 即地震成因岩石, 而地震成因岩石包括震积岩、震火山岩、震断层构造岩及隐爆地震角砾岩(田洪水等, 2007)。由于假玄武玻璃属震断层构造岩, 有学者称其为狭义的地震岩(林爱明等, 2002; 沙绍礼和陈晓林, 2013), “ 地震岩” 一词是地震成因岩石这一大类地震事件记录的代名词, 它也不能从字面上反映“ seismite” 的特征。所以, 使用“ 地震岩” , 有失“ seismite” 原意, 会造成相关术语的混乱。
二是将英文术语翻译成中文, 不能仅考虑将英文词根和词缀相拼而产生的词义, 还应结合中国已有术语间关系, “ seismite” 被译为“ 震积岩” , 其中的“ 震” 字代表“ 地震扰动” , “ 积” 可以理解为“ 沉积物” , “ 震积岩” 的含义易理解为“ 地震事件扰动沉积物形成的沉积岩” , 因此, “ 震积岩” 反映了“ seismite” 的本质特征, 并与前述的相关共识吻合。通过与龚一鸣教授电话交流和讨论, 他对这一术语阐释表示赞同。
三是在30年前龚一鸣教授将“ seismite” 译为“ 震积岩” , 并作出学术归纳和解释, 也是首次用中文对地震事件沉积岩层作出命名。根据在国际上通行的对生物、矿物及岩石等命名优先律原则, “ 震积岩” 一词得以继续运用具有法理依据或符合事物合理命名后的使用规则。
四是目前国内外有关地质与地震学家, 基于大量震积岩与地震事件研究的若干成果, 总结出了如何鉴别震积岩(seismite)若干准则, 得出了震积岩产生与发育的规律。震积岩(seismite)与地震事件的研究仍是地学研究的热点, 继续使用“ 震积岩” 这一术语有助于相关学科与学术研究和延续性发展。
根据Shanmugam(2016)文章中提供的资料, Seilacher(1969)提出“ seismite” 概念的原始依据可能不足。我们认为: 即便如此, Seilacher(1969)提出“ seismite” 的概念所产生的学术思想与思维— — 地震触动震中及其附近盆地中的软沉积物, 而形成的软沉积变形构造是宏观同沉积的地震事件记录, 根据此类地震记录分析和再造当时的地震事件及地史中的地震节律, 这很有科学意义。震积岩(seismite)的概念提出之后的几十年时间内, 许多学者的研究成果提供了大量资料和证据, 从而形成了前述的学术共识。现在若忽视上述共识和研究进展, 把“ 震积岩(seismite)” 说成是consmetic(装饰性)的术语(Shanmugam, 2016), 这是不恰当的。受篇幅所限, 就讨论到这里。综上所述, 作者认为“ 震积岩” 这一术语还应继续使用。
由震积岩与震火山岩组成25个地震事件地层层位(表 1), 为沂沭断裂带乃至郯庐断裂带的构造演化与地震活动历史, 提供了清楚的证据和较系统的实际资料。
图1和图2详细记载了沂沭断裂带及其近区不同地质历史时期与阶段的地震事件层分布特征, 在此基础上建立的地震事件地层时空分布格架(图 3), 首次形象地再造了该断裂带自形成以来的地震作用历史, 揭示了该断裂地震带由若干个地震事件层所记录的地震事件节律与古地震活跃期。
作者研究表明, 在长期活动的地震带不仅存在着许多震断层构造, 还发育大量层状的地震地质记录, 地震作用是四大内力地质作用之一, 但地震作用的大量层状记录存在于外力作用形成的最广泛的沉积物与沉积地层中, 这印证了内力作用与外力作用的联系和统一。
沂沭断裂带及其近区地震事件地层分布特征和地震事件时空分布格架(图1, 图 2, 图3), 清晰地勾绘出了这条长期活动的地震带的横向影响范围: 这条平均宽度50, km强地震带, 地质历史中在其内及附近发生了大量震级5~8.5级的强地震, 在该断裂带南北向中轴两侧170~180, km范围内的软沉积物会产生明显的强地震变形效应。这些地震以浅源构造地震为主, 其破坏效应强度为地震烈度大于Ⅵ 度, 最大地震烈度可达XII度。这无论对分析此类深大断裂地震带附近软沉积物的地震作用变形, 还是为评价此类地震带对地表和建筑物的地震破坏效应, 都具有参考和对比意义。
地震是一把具灾变性和对成矿起积极作用的“ 双刃剑” , 沂沭断裂带及其近区是长期活动的构造地震带, 也是金、铜、金刚石及石油等矿床的成矿带(田洪水等, 2007)。地震振动动力可破坏先成地质体, 但也沟通不同深度的成矿流体, 并且像“ 大型的泵” 一样, 将成矿热液“ 抽” 入有利于有用组分富集的构造部位而成矿(华宝钦, 1995; 田洪水等, 2007)。有关研究表明, 济阳凹陷— 渤海湾的油气运聚与沂沭断裂带及其附近的断层构造和强地震活动密切相关(阎福礼等, 1999)。沙河街组地震事件层中的震裂角砾岩与震裂岩等震积岩是良好的油气储集层(陈世悦等, 2003; 袁静, 2004); 朱砂洞组地震事件层是磨坊沟式金矿的主要容矿层位(徐金芳等, 2000); 山东页岩气远景层位主要是古近系济阳群、五图群及官庄群, 中生界下白垩统莱阳群及古生界石盒子群(张增奇等, 2012), 这些远景层位均包含有图3所示的地震事件地层层位中。运用“ 地震泵” 原理及地震事件地层的容矿性及对矿产勘查的指示作用, 来探索地震成矿作用并指导矿产资源的找寻, 是对地震事件研究的必要延伸, 也是一个崭新的课题, 并具有重要的经济意义。
乔秀夫等(1994, 2001)最早提出“ 古郯庐带” 的概念与形成过程。上文阐释的古郯庐断裂带阶段的多个地震事件层与古地震活跃期充分证明“ 古郯庐带” 的存在, 文中对沂沭(郯庐)断裂带形成时间与过程的认识, 是对古郯庐断裂带成因的新补充。
在此应予以说明: 文中阐述的地震事件地层层位时空格架是以良好露头或有完整岩心资料而保存下来的地震记录为基础。它不能反映研究区缺失地层(如图3中O3-C1)时期所发生的地震事件; 也不能反映因地壳上升、多被剥蚀掉的地层(如图3中P-T)中地震事件记录, 因此, 它具有一定局限性。不过, 针对这些不足, 可借鉴郯庐断裂带北段或南段相应层位的有关资料, 进行补充研究。另外, 苏鲁造山带灵山岛的地层属下白垩统青山群和莱阳群法家茔组(宋明春和王沛成, 2003); 吕洪波等(2011)据孢粉推测该岛由宋明春和王沛成(2003)认定的莱阳群法家茔组可能属中上侏罗统, 并认为其中发育许多具地震软沉积构造特征的同沉积滑塌褶曲和软布丁等变形构造, 反映了当时扬子板块向华北板块俯冲背景; 王安东等(2013)则认为这些软沉积构造属震积岩, 但钟建华等(2012, 2016)对此提出了质疑; Feng 等(2016)在肯定不同学者对灵山岛地质现象之争鸣而产生了活跃的学术氛围, 同时指出灵山岛的层序、软沉积变形构造及其宿主岩层的成因等诸多问题尚未解决。其他学者及本文作者至今未从胶莱盆地法家茔组中识别出震积岩, 在灵山岛也未见到地震触动软沉积物变形中最常见的振动液化与触变流动变形构造, 那些层内软沉积构造可能为非地震成因。基于此况, 文中未将灵山岛法家茔组视为地震事件层位。
作者以10余年在沂沭断裂带及其近区识别出的地震事件地层的沉积相、生成盆地、主要地震记录的类型、厚度、年龄及分布范围等基本特征及相关的文献成果为依据, 分别采用2幅平面地质图与柱状图分别绘制出新元古界— 古生界、中生界— 新生界地震事件层分布图, 在此基础上建立了地震事件时空分布格架。较详细地阐述了3个首次报道的地震事件层的特征。新元古代初, 鲁中至苏皖北部NNE向韧性剪切带形成时沟通了秦岭大别— 苏鲁洋中的NEE走向的转换断层, 这可能是古郯庐或沂沭断裂带最初生成的真正动因与机制。该断裂带的活动与发展历史可划分为古郯庐断裂带和中— 新生代2个发展阶段, 2个发展阶段之地震活动的构造动力主要来源不同: 在古郯庐断裂带发展阶段, 主要源于华北(中朝)与华南(扬子)板块的相向运动与碰撞; 而在中— 新生代发展阶段, 地震活动的构造动力主要源于太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲。
从各地震事件地层层位的横向延伸来看, 在25个地震事件层位中, 有15个分布在沂沭断裂带内或由该断裂带内向两侧延伸; 有10个地震事件层位分布于该断裂带近区不同时代的沉积盆地; 大多数地震事件层发育在沂沭断裂带中轴线两侧150, km以内; 少数层位可延伸到沂沭断裂带中轴线两侧170~180, km。这体现了这条深大断裂带, 自新元古代形成以来, 是一条长期活动的断裂构造与地震带, 也证明该深大断裂带的两侧近区是强构造与地震活动区。
在纵向时空上, 地震事件层的分布具有明显的不均一性: 古郯庐断裂带发展阶段, 新元古界南华系— 下寒武统有5个地震事件层位相对密集排列; 而在中— 新生代发展阶段, 白垩系— 古近系有12个地震事件层位密集排列, 反映了南华纪— 早寒武世、白垩纪— 古近纪是该断裂带强地震事件相对集中发生的2个时段。
文中为郯庐断裂带中段构造演化与地震活动历史提供了清楚的证据和较系统的实际资料; 首次形象地再造了该断裂带自形成以来的地震作用历史与古地震活跃期, 揭示了该断裂地震带由若干个地震事件层所记录的地震事件发生的基本节律。
20世纪90年代以前, 中国研究地震作用和地震事件, 仅重视研究沿发震活断层分布的更新世以来的震断层构造岩, 以及现代大地震震中的地震破坏效应; 几乎无人关注地层中呈层状产出的地震记录— — 震积岩和震火山岩。从本世纪初到现在, 包括笔者在内的许多学者(表 1), 历经10余年、对研究区内的地震事件层开展了既翔实又系统的调研, 结合室内测试和模拟地震试验, 在研究区新元古代以来的100余个组级岩石地层单位中, 识别出了25个“ 组” 或“ 段” 级地震事件层位与30余种地震成因的同沉积— 准同沉积的变形构造, 建立了地震事件层位的时空格架, 这是许多学者经多个项目研究与智慧的结晶, 为此, 特向他们表示真诚的感谢!
作者声明没有竞争性利益冲突.
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