山东半岛城市群地区地壳稳定性及地震分析简介

山东省新太古代中期(阜平运动2600Ma)至新元古代中期是陆壳固结形成稳定块体并向刚性发展的阶段。震旦纪早期，全区仍处于稳定的隆升阶段，仅沂沭海峡地区下沉并接受海相沉积。从晚震旦世到早寒武世，它接受了华北陆表海沉积。早奥陶世是北北东向断裂，使烟台-青岛地区成为陆地。晚奥陶世，山东升级为华北古陆，一直持续到早石炭世。这一时期，在加里东构造运动的影响下，寒武-奥陶系碳酸盐岩经历了古岩溶，也是华北地区古岩溶普遍发育的时期。

晚石炭世，青岛出现了NE向古陆，而山东其他地区还是华北沿海和浅海。早二叠世，青岛-烟台地区为山地，其他地区为华北盆地，为海陆交互相沉积，含煤、碎屑和碳酸盐岩。直到二叠纪晚期，仍是华北盆地和古陆，内陆盆地为河湖相沉积。早三叠世，烟台-济南东南部是古陆，其他地区还是华北盆地。中三叠世晚期，上升至华北高原。直到早白垩世，山东仍属于华北高原，但青岛和部分胶州湾成为内陆盆地。晚白垩世，山东属于北北东向的苏北盆地和华北盆地。古近纪，苏北盆地萎缩，华北盆地扩张；新近纪，华北盆地与苏北盆地相连通，在济南北-西南-东南一带形成一个马蹄形的河湖相沉积的近海盆地。

早更新世，山东还是一个盆地，有河流砾石沉积和淡水湖相沉积。更新世晚期，青岛-烟台-济南为古陆，其他地区为海陆交替沉积。

从上述地质环境演化过程来看，元古宙沉积了泰山杂岩，生成了火成岩，寒武纪至中奥陶世碎屑-碳酸盐岩广泛发育，后上升至陆地，但古岩溶发育至晚石炭世。然后山东地区发生沉降和隆升，出现古陆盆分化，但浅海和沿海盆地广泛分布，烟台-青岛地区长期成为陆地。

目前主要受构造因素控制的山东半岛景观如图4所示。

2.环渤海地区地壳结构稳定性分析。

地球有四层:岩石圈、水圈、大气圈和生物圈。岩石圈主要指地球最外层的固体地壳。岩石圈的厚度有多大，界面在哪里？这种认识是随着人们对地球认识的深入而发展的。1909年发现南欧地下50多公里处有一个界面，称为莫霍面，也被视为地壳的底界。在莫霍面以下，它被认为是地幔。早期地壳还分为硅铝层和硅镁层。在1925，在沉积岩底部和莫霍面之间，发现了一个地震波速度变化明显的界面，称为康拉德面，作为硅铝层和硅镁层的分界。过去岩石圈的下边界也定在莫霍面。20世纪60年代以来，大量的地球物理勘探资料证明了B.Gutenberg (Birch，1952)在20世纪20年代的分析，认为地表以下100 ~ 200 km范围内存在一个地震波低速层。过去认为青藏高原地壳厚度(莫霍面以上)为60公里，平原地区为20-40公里，海洋盆地仅为5-8公里。在洋脊处，大量地幔物质上涌。后来的地震波速度资料表明，在60 ~ 250 km范围内，有一种比上下岩石都软的东西，那就是软流圈。软流圈的上限是低速层的上限，低速层也是上地幔的一个界面。目前大多数学者也将其视为岩石圈的下限。软流圈的厚度尚无定论。软流圈内存在由固、液、气组成的三相流，与矿产资源的形成和地质灾害的发生密切相关。软流圈结构见图5(陆耀如，1999)。

莫霍面以下的温度梯度为12℃/km，莫霍面温度约为500 ~ 700℃。软流圈上的开放系统暴露在海底。根据对夏威夷等地岩浆喷发的研究，来自地下深处的玄武岩温度达到1200 ~ 1300℃。原生岩浆形成于50 ~ 200 km，是软流圈的活跃位置。软流圈是大规模岩浆活动的发源地，全球海底扩张运动显示了软流圈的作用。软流圈的热量来自放射性元素的转化，也来自地幔的热扩散、热对流和热传导。软流圈中的物质来源于下地幔分异出来的水和挥发分，也来源于造山带底部，即软流圈对岩石圈边界的内部侵蚀，使岩石圈被侵蚀熔融，成为软流圈的组成部分。被侵蚀熔融的岩石圈物体厚度估计有几百公里，岩石圈以高温熔融的状态漂移在软流圈上，这是岩石圈板块运动的机制。根据平衡原理，山脉和厚厚的岩石圈会更多地沉入软流圈(类似阿基米德原理)。这样，软流圈和岩石圈的内界面必然会不断融化和侵蚀。岩石圈和软流圈的相互作用使得气液固三相流的流场不断变化，海底扩张和火山喷发导致软流圈和岩石圈不断变化，形成平衡-不平衡-平衡-不平衡的循环状态，导致一系列活跃的地质作用和水文地质条件的变化。

软流圈中的矿物成分主要是橄榄石、斜长石、单斜辉石和石榴石。岩石圈产生不同深度和压力的不同矿物。大陆岩石圈比大洋岩石圈厚，平均120km。大陆玄武质岩浆主要形成于100 ~ 150 km的软流圈。

下部软流圈和下地幔之间的界面尚未确定。上地幔粘度为1020 ~ 1021 MPa·s(mccon-nell，1968)，下地幔粘度估计为1022 ~ 1028。下地幔的分异作用为软流圈提供了水和挥发物，导致软流圈粘度低，流动性增加。另一方面，软流圈里的物质也可以沉入下地幔，分为金属硫化物和氧化物，底部镁和镍的成分增加。由于地球演化过程中深部重物质的不均匀堆积，下地幔也是矿床元素的来源。下地幔中铁镁硅酸盐矿物由稀疏堆积结构逐渐变为密集堆积结构，并生成MgO、FeO、SiO2 _ 2等高压氧化物。这些组分向上迁移，密切影响碳酸盐岩的岩石变化，如白云石化、硅化(牛文远，1981；林伍德，1981)。

图4山东半岛城市群地区地貌示意图(山东省国土资源厅提供)

图5软流圈结构示意图(根据陆耀如，1999)

在山与板块碰撞的造山带，由于岩石圈深深沉入软流圈，软流圈中流动的三相流(固、液、气)物质被阻隔，在高温高压下，岩石圈内部被侵蚀，部分为固体流动，增加了粘性，也对邻近区域产生内部吸附。内部的增殖增加了地壳的厚度，相应地引起地壳的浸没，产生沉降和下陷。这种三相流是构造变动和地壳升降的重要原因，也是火山爆发、地震等灾害的发源地。

渤海周边莫霍面深度变化不大(田德培，2005)，山东半岛莫霍面深度约为30km，表明该区地壳内三相流活动带较浅。渤海周边莫霍面等深线见图6。

渤海周边构造带分布见图7。

3.山东半岛城市群地区地壳结构及地壳稳定性分析。

上一节概述了山东地区地质环境和构造运动的演变。需要强调的是，燕山运动在山东的影响也是显著的。白垩纪以后，发生了盆陆变化，许多断裂构造继承和发展，产生了新的构造特征。对于山东省，特别是对于半岛城市群来说，郯庐断裂带是最重要的活动断裂带。

郯庐断裂带是郯庐之间的一条断裂带，是中国东部大陆边缘的一条巨型断裂带，总体走向北北东向，全长2400多公里。该断裂带横跨东北冀黑地块、华北板块和大别山-苏鲁构造带，具有不同的演化历史。它的形成和演化与中国东部中生代以来的沉积岩相、古地理环境、岩浆作用、金属矿产和油气田密切相关。郯庐断裂带发生在印支末期华北板块与华南板块的拼接过程中，该断裂带主要表现为中下地壳的左旋韧性剪切变形。燕山期是其主要活跃期。

图6环渤海莫霍面深度等值线图(根据田德培，2005)

图7环渤海地区活动构造带分布图(根据田德培，2005)

郯庐断裂带实际上是从湖北武穴(原名广济)的长江北岸开始，经过安徽的宿松、潜山、庐江、嘉善，江苏的泗洪、宿迁，山东的郯城、沂水、潍坊，经过渤海湾，经过东北三省，一直延伸到黑龙江的逊克，进入俄罗斯境内。郯庐断裂带可分为三段:北段以分支断裂为特征，包括松辽平原的敦化-密山断裂、依兰-伊通断裂、东逊克断裂和孙吴断裂；中段为沂沭断层，由四条大致平行的主断层组成(图8)；在南段，嘉善-庐江断裂和五河-合肥断裂构成东西向的主断裂。

郯庐断裂带中段由四条大致平行的主断裂组成，自东向西依次为昌邑-大店断裂带、安丘-莒县断裂带、沂水-汤头断裂带和唐舞-葛沟断裂带。前人测得郯庐断裂带的古应力值σ 1-σ 3为29。1 ~ 176.3兆帕。郯庐断裂带及其邻区韧性变形的古应力值为40。35 ~ 118.83兆帕。国内外其他著名活动断裂带σ 1-σ 3为20 ~ 150 MPa(美国、法国、澳大利亚、苏格兰等。)(王晓峰，2002)。

郯庐断裂带主要为早期(燕山期前)(燕山期后)普通韧性变形后的脆性断裂或脆性变形。利用岩石声发射法估算出郯庐断裂带岩石变形不同阶段的构造主应力值为565，438+0.3 ~ 65，438+092.8 MPa，抗压强度为87。6 ~240.7MPa。郯庐断裂带韧性变形的主应力方向σ1见表1。

除了郯庐断裂带的影响，整个山东省都受到次级构造单元华北坳陷、鲁西隆起、鲁东隆起和胶南-威海造山带的影响。

4.地震活动概述

综上所述，郯庐断裂带在全新世仍有活动，集中在莒县尚领至泗洪县孙排，全长约200km，其中F5断层在1668年发生8级地震，现代断裂方式为挤压和右旋走滑。郯庐断裂带西支的唐舞-葛沟断裂带和沂水-汤头断裂带也有晚更新世活动的证据，为右旋走滑；沂水至潍坊之间喷发了大量晚新生代玄武岩。在鲁西南，蒙山断裂带和苍泥断裂带在晚更新世也有活动。

图8郯庐断裂带中段构造图(据郭，1985)

表1郯庐断裂带韧性变形主压应力方向σ1

(根据王晓峰，2002)

山东半岛一系列盆地的形成与构造和断裂带活动密切相关。大部分盆地如沂源盆地、临朐盆地、莒县盆地、黄县盆地在早更新世有构造活动，但逐渐减弱，部分在全新世仍有活动，如莒县盆地。

从区域地震分析，除郯庐断裂带外，还有南黄海地震构造带和燕山-渤海地震构造带，它们与山东半岛城市群地区的地壳稳定性和地震密切相关。

南黄海地震带主要受第四系北西-北北东向和北西-北北西向活动断裂控制。7、8级地震带位于两组断层的交汇处，6级地震带位于构造带的某一部位。

燕山-渤海地震构造带主要体现在渤海-威海强震带和诸城-惠民中强地震带。前者受北西向和NWW向断裂带控制，是新近纪以来发展起来的一条新的活动断裂带，横穿渤海中部的郯庐断裂带，是一条高烈度、高频度的强震多发带。后者得益于都督断裂和双山-李家庄断裂带的控制，临朐曾经发生过。

山东半岛城市群地区地质生态环境与可持续发展研究

震级地震。山东半岛地震的震源深度见图9。

图9山东半岛城市群及附近地区现代地震震源深度分布图(1970 ~ 2005.12)(山东省地震局)

5.山东半岛城市群地区地震规律探索。

(1)地震的分区和聚类

根据1480至2005年的观测记录，山东半岛发生的4.7级以上地震明显受活动断裂带影响，呈带状特征。大构造交汇处发生强震，它们继承发展，呈集群状。山东半岛城市群地区4.7级以上地震震中分布及结构分析见图10。

图10山东半岛城市群及邻区4.7级以上地震震中分布图(1480 ~ 2005)

根据相关地震监测资料，1480至2005年郯庐断裂带和山东半岛Ms > 5和Ms > 6地震见表2和表3。

表2郯庐断裂带5级以上地震的幕式活动(1480 ~ 2005)

表3山东半岛城市群及其邻近地区与华北地震幕式活动关系

(2)地震综合情况

山东半岛地震综合情况如图11所示，显示整个半岛处于地震裂度ⅶ度以上地区，最高为ⅷ度。莒县、日照、五莲、诸城、安丘的部分位于ⅸ以内，ⅷ区也有较高比例。

图11山东半岛城市群地区综合等震线图(根据山东省地震局)