郯庐断裂带中南段闭锁特征与地震危险性分析

利用华北地区1999～2007、2013～2017两期GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型,分别反演了郯庐断裂带中南段不同段的断层闭锁程度和滑动亏损速率分布;结合地表应变结果,综合分析了郯庐断裂带前后两期的变形差异特征,并探讨了其与日本3·11地震间的可能关系。研究结果表明:日本地震后,郯庐断裂带中南段郯城以北的段落闭锁程度有所减弱,中南段东部地区主张应变率增强,处于拉张状态;日本大地震的发生对郯庐断裂带中南段的应变积累起到一定的缓解作用。2013～2017最新一期反演结果显示莒县以北断层闭锁程度仍较高,闭锁深度较深,为右旋挤压亏损,是1668年郯城地震的未破裂段;莒县以南到泗洪附近断层闭锁程度较低,无滑动亏损积累;泗洪以南到嘉山段断层闭锁程度较高,是历史地震的未破裂段,同时该地区小震不活跃,易于应力积累,地震危险性值得关注。     

基于地应力实测数据分析郯庐断裂带中段滑动趋势

郯庐断裂带潜在滑动趋势对于区域地壳稳定性评价具有重要的意义。对郯庐断裂带中段(新沂至渤海段)附近12个钻孔共65条实测地应力数据分析,得出该区段最大和最小水平主应力与垂直应力之比Kmax和Kmin的范围,结果表明郯庐断裂带中段主要表现为逆断层的应力状态,局部地区呈现出有利于走滑断层的特征。研究区内应力比K值由西向东逐渐增大,并在东北部达到最大。通过计算得出断层面上的剪应力与有效正应力比值小于Byerlee准则所定义的摩擦系数,说明目前郯庐断裂带中段处于相对稳定状态;同时发现北西向断裂面上的剪应力与有效正应力比值比北东向断裂的大。区内应力积累指标μm的计算结果和地震的分布特征表明,郯庐断裂带中段北西向断裂上地震活动频繁,应力积累程度低;而北东向断层上应力积累程度高,特别是处于郯庐断裂带中段东北部的北东向断层,在应力集中的区域出现地震空白区,推测为断层的锁固段。最终认为在现今应力场下郯庐断裂带中段更易沿北西向的断裂滑动。     

郯庐断裂带周边地震活动图像及未来大震危险性分析

对比1668年郯城8.5级地震前的地震围空区图像和现代华东地区地震围空区图像,发现二者很相似,都是环绕郯庐断裂带周围呈椭圆形,长轴走向近南北,面积约39×10~4km~2。涵盖河北、河南、山东、江苏、安徽、上海、黄海地区。空区范围、形态、面积、形成时间近似。另外,自2010年以来华东地区地震前兆台网出现大范围异常,集中在郯庐断裂带附近。因此,郯庐带南段的大震危险概率可能正在增大,需引起进一步关注。     

郯庐断裂带研究的十年回顾

1980—1990的十年间,作者主要根据自己和参考国内外地学工作者对郯庐断裂带研究的地质成果,论述了该断裂带的范围、性质、产状、结构、形成时间、断裂两侧的水平位移、两侧地块的对比及其成矿作用等。     

郯庐断裂带附近地壳浅层现今构造应力场

郯庐断裂带是中国东部大陆规模最大的第四纪活动构造带和地震活动带,断裂带附近现代构造应力场明显控制了其运动方式、活动强度和地震活动,深入研究郯庐断裂带附近地壳浅层现今构造应力场,对于探讨断裂带当前活动性具有重要的科学意义。在参考前人研究成果的基础上,依据郯庐断裂带附近(山东—环渤海—辽宁段)6个600~1 000 m深孔地应力实测数据,初步揭示了断裂带附近地壳浅层应力分布规律,并分析其在不同活动段之间的差异。结合研究区已有其他应力数据(震源机制解、钻孔崩落、应力解除及断层滑动矢量反演数据等),重绘断裂带及邻区地壳现代构造应力场图,基于此详细分析了现今构造应力场主压应力方位特征及其对断裂活动方式的影响。初步结果表明:(1)在构造应力积累水平上,郯庐断裂带山东段西南端应力积累最高,渤海段东、西两侧之辽东半岛应力积累强度次之,辽宁段东北端本溪地区略低于渤海段,山东段北端和河北昌黎两地应力积累强度最低。(2)断裂带山东段南端地应力环境为逆冲型,而北端以正断型为主;渤海段之辽东半岛和河北昌黎及邻区主要为正断型;辽宁段东北端以正断型为主,兼具走滑型应力状态,地壳浅部地应力状态与断裂各段第四纪以来的运动学特征具有较好的一致性。(3)郯庐断裂带山东段及邻区现今构造应力场主压应力优势方位为N70°E,渤海段及邻区为N68°E,辽宁段及邻区为N72°E,各段之间差异不明显,该应力作用方式有利于断裂带产生右旋走滑活动,同时也表明郯庐断裂带所处的华北及辽宁大部地区具有较统一构造应力环境。     

郯庐断裂带的演化与古应力场

通过系统研究郯庐断裂带两盘的构造形变和应力场，再配合断理解带内部构造研究，分析了断裂带的形成和演化过程。结果表明，断裂带经历了一次以走滑为主、两次以正断层活动为主、三次以逆断层活动为主的断裂活动，使断裂带内部结构异常复杂，形成反转构造，构成中国东部大型断裂带具有普遍意义的活动特征。     

郯庐断裂带安徽段现代地震活动及应力场特征

分析了郯庐断裂带安徽段地震活动特征,利用近震直达波最大振幅比方法反演了99次中-小地震震源机制,并作了统计和聚类分析。现代地震活动整体上继承了历史地震分布格局,未显示增强趋势;断裂带及邻区应力场P轴和T轴优势方位大致呈近东西向和近南北向分布,现今承受的作用力以近水平或斜向为主,但也存在部分其它方向的应力场和近垂直方向的作用力。震源断层的破裂类型,带内以逆冲(或正断),或近逆冲(或正断)型为主。带附近较明显地呈现出走滑型或近走滑型破裂的优势;北、南亚段应力场有明显差异,即北压南张,其分界大约在北纬32°附近,北西西走向的桥头集—东关断裂是两者间的构造变换带。     

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐（郯城－庐江）断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。     

郯庐断裂带昌邑北段隐伏活动断层探测

正活动断层是大陆地震的主要载体。活动断层有的出露地表,有的则隐伏于地下。隐伏于地下的断层称为隐伏断层或盲断层。大地震和强震不只是发生在突破地表的活动断层上,还可以发生在隐伏活动断层上。如华北地区1668年郯城Ms 8.5、1679年三河—平谷Ms 8.0和1976年唐山Ms 7.8等大地震都是未知隐伏活动断层产生的,造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。     

郯庐断裂带肥东段第四纪活动特征及最新活动时代

郯庐断裂带作为中国东部一条巨型断裂带,同时也是一条重要的地震活动带,其第四纪活动特征及地震活动性仍然存在争议.郯庐断裂带肥东段详细的野外地质调查表明,该段存在大量活断层,主要发育在合肥盆地东缘与肥东杂岩接触带内,呈北东—北北东向展布,以逆右行平移活动为主,是早期盆缘正断层复活的产物.根据活断层和擦痕数据反演得到肥东段活...     

郯庐断裂带的基本特征

山左口−泗洪断裂经历了郯庐断裂带整个演化阶段,该断裂的最新活动时代具有分段性。确定该断裂的活动性分段位置及原因对研究郯庐断裂带内各分支断裂的活动性变化具有重要的参考价值。因此,利用野外地质调查、浅层地震勘探以及钻孔联合地质剖面等深浅部相结合的立体式研究方法,对山左口−泗洪断裂的活动性进行了研究。结果表明：山左口−泗洪断裂在北马陵山东侧为晚更新世活动断裂,在新沂市为中更新世断裂。新沂市嶂仓村小学新发现一条晚更新世−全新世早期活动断裂,该断裂可将山左口−泗洪断裂分为南北两段,北段为晚更新世活动断裂,南段为早中更新世断裂,北段晚更新世以来活动量向南调整至嶂仓村小学断裂带。北马陵山为郯庐断裂带内部沿断裂走向展布的基岩山体,其第四纪以来的持续抬升与山左口−泗洪断裂的活动性变化有一定的耦合关系。该研究对认识郯庐断裂带其他分支断裂的活动性变化和丘陵山脉的形成机制具有重要的参考价值。

     

郯庐断裂带的两大发展阶段——广义的逆冲推覆断裂带和狭义的平移断裂带

笔者总结了近年来的研究成果认为．中国东部的郯庐断裂带白海西期以来经历了两个主要发展阶段：第一阶段是广义的郯庐断裂带发展阶段，晚三叠世-早侏罗世由于扬子地块与华北地块的碰撞，成为两地块的对接边界，具有逆冲推覆的性质，属广义的特提斯构造域。第二发展阶段从早白垩世以来，发展成为一条平移断裂带，属于狭义的环太平洋构造域的平移系统。岩相古地理资料显示了扬子地块与华北地块的对接始于晚二叠世早期：印支期的郯庐断裂带是一条由NE、NNE向展布的缓‘S’型的地块拼贴边界．在现今的郯庐断裂带上表现为残留的由北北西向南南东的斜向逆冲推覆的性质，中下构造层次表现为韧性逆冲推覆变形，上部构造层即前陆褶皱冲断带内的变形：应力场分析资料显示：早三叠世晚期开始地表浅部就有近南北向的挤压作用，左行走滑平移作用开始发育：早白垩世晚期开始转入引张伸展阶段．与中国东部的伸展作用一致：新近纪又转为近东西向挤压．发育逆冲兼右行走滑作用．     

从地震信息看新生代郯庐断裂带的展布与活动

郯庐前新近纪断裂带为中国东部滨太平洋地区一条巨型张扭走滑构造带。利用地震信息分析地质结构,可将其分为南、中、北三大段和七亚段。按其影响范围的规模可划分为广义和狭义两类:广义郯庐前新近纪断裂带地质结构是“两凹夹一隆”,狭义郯庐前新近纪断裂带则指高垒带与两侧(邻)的断层组合。断裂带内外都发育有反转、花状构造。狭义郯庐前新近纪断裂带走向为NNE,仅在嘉山以南为NE向,其两侧的前新近纪断层大体上都为EW、NE和NEE走向,与狭义郯庐断裂呈锐角相切。古近纪构造层中,由南到北郯庐断层两侧箕状断陷边界都由生长断层所组成,说明郯庐断裂两侧的古近纪断陷应属拉张盆地,并非拉分盆地,郯庐古近纪断裂动力学是拉张而非拉分构造应力场。古近纪构造层在拉张翘倾运动中叠加了右旋走滑地质应力,这种右旋走滑应力是太平洋板块向西俯冲至欧亚板块之下的结果。中生代郯庐断裂的动力学表现为库拉板块向北俯冲至欧亚板块之下形成的左旋平移现象。郯庐断裂NE向平移走滑与北西向隐蔽断裂的相交处是发生破坏性地震的构造部位,因此,应特别重视对高丽营北东向生长断层与渤中-孙河-南口北西向隐蔽断层相交处地震动向的监控。     

青藏高原巴塘断裂带地震滑坡危险性预测研究

全新世以来青藏高原东部巴塘断裂带活动强烈,地形地貌和地质构造复杂,历史地震频发,并诱发大量滑坡灾害。基于巴塘断裂带地震滑坡长期防控的需要,在分析区域地质灾害成灾背景和发育分布特征的基础上,采用Newmark模型完成了巴塘断裂带50年超越概率10%的潜在地震滑坡危险性预测评价,并完成地震滑坡危险性区划。结果表明：巴塘断裂带及其临近的金沙江断裂带区域、金沙江及其支流沿岸具有较高的潜在地震滑坡危险性,地震滑坡危险区具有沿断裂带和大江大河等峡谷区分布的总体趋势,受活动断裂和地形地貌影响显著;距离断层越近、坡度越大的斜坡,地震滑坡危险性越高;规划建设中的川藏铁路经巴塘县德达乡、白玉县沙马乡,向西北延伸,跨越金沙江,可以穿越较少的地震滑坡危险区,金沙江水电工程规划建设需加强潜在地震滑坡危害研判及防控。巴塘断裂带潜在地震滑坡危险性评价结果可为区域城镇开发和重大工程规划建设的地震滑坡长期防控提供科学参考。     

郯庐断裂带（安徽部分）动力学演化及其构造意义

依据区域构造层划分,从最新地层内的断裂动力学分析开始,层层深入,层层筛选,采用计算机程序对所获的断层面上的擦痕统计分析计算,求得每个点上的古应力场状态,继而求得区域古构造应力场状态。确定发生于各个不同时代断裂活动的古应力场特征。最后确定了一个连续的、完整的古应力场演化序列表,结合区域构造变形特征分析,阐述断裂带的构造事件演化序列及其构造意义。     

The Olmsted fault zone, southernmost Illinois: A key to understanding seismic hazard in the northern new Madrid seismic zone

Geological deformation in the northern New Madrid seismic zone, near Olmsted, Illinois (USA), is analyzed using integrated compressional-wave (P) and horizontally polarized-wave (SH) seismic reflection and regional and dedicated borehole information. Seismic hazards are of special concern because of strategic facilities (e.g., lock and dam sites and chemical plants on the Ohio River near its confluence with the Mississippi River) and because of alluvial soils subject to high amplification of earthquake shock. We use an integrated approach starting with lower resolution, but deeper penetration, P-wave reflection profiles to identify displacement of Paleozoic bedrock. Higher resolution, but shallower penetration, SH-wave images show deformation that has propagated upward from bedrock faults into Pleistocene loess. We have mapped an intricate zone more than 8 km wide of high-angle faults in Mississippi embayment sediments localized over Paleozoic bedrock faults that trend north to northeast, parallel to the Ohio River. These faults align with the pattern of epicenters in the New Madrid seismic zone. Normal and reverse offsets along with positive flower structures imply a component of strike-slip; the current stress regime favors right-lateral slip on northeast-trending faults. The largest fault, the Olmsted fault, underwent principal displacement near the end of the Cretaceous Period 65 to 70 million years ago. Strata of this age (dated via fossil pollen) thicken greatly on the downthrown side of the Olmsted fault into a locally subsiding basin. Small offsets of Tertiary and Quaternary strata are evident on high-resolution SH-wave seismic profiles. Our results imply recent reactivation and possible future seismic activity in a critical area of the New Madrid seismic zone. This integrated approach provides a strategy for evaluating shallow seismic hazard-related targets for engineering concerns.     

郯庐断裂渤南段各分支新生代构造特征及其对油气聚集的控制作用

通过对郯庐断裂渤南段3 个分支几何构造样式、断裂活动速率和伸展量、优势伸展方向等运动学特征,以及构造演化特征等方面的对比分析,总结了与之对应的斜向伸展-弱走滑改造、斜向伸展-强走滑叠加、持续强走滑拉分3 种构造成因类型,并阐明了不同成因演化模式对圈闭形成、储层发育和油气运移的控制作用,建立了各分支构造-成藏响应关系。结果表明,新生代以来渤海南部海域处于地幔隆升导致的南北向引张和太平洋板块斜向俯冲形成的北东向右旋剪切双重应力场中,郯庐断裂的3 个分支具有相同的构造演化阶段,但各个时期局部应力场的不同导致了它们构造特征的差异,进而影响和控制了各分支在油气聚集时期、层位、规模等方面的成藏差异性。     

从断层擦痕反演的郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪构造应力场

本文通过断层擦痕应力场反演方法,对郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动进行了详细研究,厘清了郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪拉伸方向的演变规律。研究结果显示：从早白垩世早-中期、晚期到晚白垩世,拉伸方向由NWW-SEE向、NW-SE向到近SN向转变,具顺时针旋转特征。与西太平洋区大洋板块运动方向对比分析认为：郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动发生在弧后拉张的动力学背景下,拉伸方向的演变可能是西太平洋区大洋板块运动方向改变的结果。     

郯庐断裂带临沂段地热水溶性氦气的分布特征及成因分析

绝大部分氦气矿藏赋存在油气矿藏中,对于地热井、温泉井中水溶性氦气的研究相对较少,郯庐断裂带（郯城—庐江断裂带）作为一条巨型走滑断裂,分布多处含氦气的地热井、温泉,而查明地热水中氦气的来源显得尤为重要。笔者等利用在郯庐断裂带临沂段地热井、温泉内氦气的样品分析结果,分析了郯庐断裂带临沂段地热井和温泉地下水中伴生气体氦含量、分布特征,探讨了地热水中氦气来源。结果显示：在郯庐断裂带临沂段地热水中首次发现8处明显氦含量高值点,以15×10-6作为氦含量的背景值,高值点明显高于背景值11. 1～1360. 0倍,主要分布在郯庐断裂带内及两侧;氦同位素显示氦气主要来源于地壳,少量来源于地幔,幔源氦含量最高为10. 75%,这不仅为郯庐断裂带深达地幔提供了证据,而且为地下热水的热源并非直接来源于地幔而是来源于深循环地温加热或放射性生热提供了依据。因此分析认为郯庐断裂带将地壳深部、基底岩体中U、Th等放射性元素衰变产生的大量气与热带到地表,运移过程中同时生成了部分氦气,从而形成了氦气资源、地热资源富集的特征。     

郯庐断裂南段研究进展与断裂性质讨论

据1：5万区域地质调查和专题研究资料,就郯庐断裂带是否南延与消失的原因,其与大别—苏鲁造山带交截形成的假位错效应,以及与中新生代沉积盆地形成演化的关系等作了新的阐述。在此基础上,讨论了郯庐断裂带是否为巨大的左行平移断层或转换断层。认为郯庐断裂带可能是在“古郯庐带”的基础上于早侏罗世重新活动、白垩纪强烈活动的地堑型枢纽断裂带。