泰安地区历史及现代地震与断裂活动性关系研究

孟建国，于庆民，李惠玲，周均太，王 跃，张 明

（1.泰安基准地震台，山东 泰安 271000；2.邹城地震台，山东 济宁 273500）

0 引言

泰安地区位于山东省中部的泰山南麓，属于华北地震区。在大地构造位置上处于鲁西断块区的中部，具体位于沂沭断裂带以西，齐河－广饶断裂以南，是鲁西中新生代泰山断块凸起的重要组成部分。据史料记载，泰安地区共发生破坏性地震（M≥4.0）7次，其中5级地震5次，6级地震2次，最高震级为6级。空间上这些地震主要呈点状随机分布。其中，多数地震与不同方向的断裂空间分布相对一致。因此，研究区域内地震活动性与构造背景的联系，特别是探索不同活动特性的断裂与地震活动之间的关系，将有利于中长期地震危险区判定。本文在广泛收集和分析泰安地区地震地质、历史地震最新研究成果基础上，对第四纪特别是晚第四纪以来的断裂活动特征做出归纳，并分析了历史地震、1970年后有仪器记录以来中等强度地震和小地震密集与断裂活动的相关性。

1 泰安地区主要断裂活动性及地震活动特征

1.1 主要断裂活动性特征

很多学者的研究表明强震与活动断块的关系十分突出［1］，它们或者发生在板块边界活动构造带，或者发生在I级和Ⅱ级断块区的边界活动构造带上，地震活动与活动块体及块体运动的关系还表现在一定时期内地震活动常发生于同一断块区或同一断块的边界构造带上，即所谓地震活动的主体地区。因此，将地震与断裂活动特征进行关联性分析。泰安地区主要断裂带有9条（图1），即泰山山前断裂、泰安西麓断裂、肥城断裂、夏张－安驾庄断裂、羊流店断裂、还有DF193、DF194、DF195、DF196 等。其中，前5条基本全部发育于泰安地区境内，DF193、DF194、DF195、DF196等4条断裂带则属于部分延伸或涉及本区域，因影响区域较小，活动性相对平静，这里不做过多评述。泰安地区发育的5条主要断裂均为第四纪活动断裂。它们的活动时间以泰山山前断裂最新，属晚更新世晚期；泰山西麓断裂次之，属中更新世晚期；肥城断裂、夏张－安驾庄断裂、羊流店断裂均属中更新世中期［2］。

（1）泰山山前断裂是莱芜弧形断裂SW 向延伸部分。断裂西起泰安大河水库附近，措泰山山前，经御碑楼、陈家庄、刘家庄、水牛铺、东城、海洼、宦家庄、小马庄、西官庄、横岭、泉林庄、大梭庄、永宁庄至大王庄，然后与莱芜弧形断裂SE 向延伸部分（又称铜冶店－孙祖断裂）相接。该断裂全长60km，运动性质为正断层。该断裂总体形态略呈弯曲状，在大梭庄－永安庄－宋家埠－带被近NS向的羊流店断裂等错断。

（2）泰安西麓断裂为一条NW 向断裂，东南端起自泰安大河水库附近的常家庄，经小官庄、大辛庄、界首、万德等地，沿104国道展布。断裂出露于泰山群变质岩中，在形态上较平直。该断裂走向与NW 向片麻理一致，为由多条小断层组成的一NW向断裂带，单条断层的规模不大。

图1 泰安地区主要断裂带与地震位置图

（3）肥城断裂是一条弧形断裂，全长80km。由NE向、近EW 向和NW 向3 段组成。NE 向段西起上水河，经孝直至石横；近EW 向段，构成肥城盆地（N＋Q）的北边界；NW 向段由寨山坡，经孤山洼、大黑山、朱家庄、鱼池村、华家庄、北白楼至夏张东。

（4）夏张－安驾庄断裂是另一条弧形断裂，位于大汶口盆地（E＋Q）的北边界。断裂西起彭集，沿NE 方向，经接山、孙伯、安驾庄至夏张。然后转向SE方向，经小宿庄、黄家庄、华家岭、宋家庄、泉水湾、满庄、北留、南留至西住，全长80km，为正断层。

（5）羊流店断裂北起自陡崖－宋家埠一带，在此将泰山山前断裂错断。向南经水北街、马家庄、营房、孙家埠东、蝻峪、纸房、小西岭、周家庄、大柳杭，在羊流店附近错断了莲花山断裂，并跨过新泰盆地向南延伸，全长70km 多。

以上这些断裂带皆属活动断裂带，所发生的强烈地震，都曾给泰安地区造成了影响。其中，发生在该区域内的最大地震震级为6级。世界最早的地震记载便是发生于泰山的。《竹书纪年》写道：“夏帝发七年（公元前1831年）泰山震。”这是世界上最早的地震记载，距今已有3 800多年了。

1.2 地震活动特征

泰安地区地震活动性相对较弱。自1970年有地震仪器记录以来保持了年均2次左右2级以上地震的水平，最高为4.1级，并存在震群活动。历史上有过关于中强震的记载，最大震级推断为6级。其中5级以上地震发生周期最短间隔为500年。从地震分布上看，该地区中强地震分布较为集中，小震则属于随机分布，但分布区域表现为与断裂带相同形式的倒“U”字型。从发震特征上看，本地区自2.0级以上地震发生大部分伴有地声、地光、干旱、洪涝等自然现象。比如公元1647年冬（清顺治四年冬）《乾隆泰安县志》记载：泰安：春，大旱，奈河无故水出。《光绪肥城县志》记载：肥城，冬，地震，有声［3］。包括2013年03月21日肥城2.4级地震，也伴有地声，整个城区都有明显感觉。

同时，本地区2.0级以上地震，与全球、全国及山东省的地震活动性之间关联性不大。大背景下的地震趋势也没有存在关联的证据，属于独立孕震－发震的活动特征。

2 历史记载M≥4级破坏性地震与断裂关系分析

根据《中国历史地震目录》结合当地史料考究［4］，泰安地区历史上出现了公元前1831年泰山震，即泰山山前断裂带上发生的6 级地震；公元前284年泰安境内发生过5级地震，具体位置不详；公元1485年泰安境内5级地震，具体位置不详；公元1668年9月18日新泰6级地震（或其它区域大地震波及），位置在北纬35.48°、东经117.06°；公元1774年12月2日东平西南发生4.5 级地震；公元1831年发生在新泰的5级地震，位于北纬35.54°，东经117.48°。历史地震震中依据史料记载进行解读、处理得到，因此其震中位置可能存在一定误差（震中定位精度分为5 类：I类≤10km；Ⅱ类≤25 km；Ⅲ类≤50km；IV 类≤100km；V 类＞100km。泰安地区M≥4级历史地震共7次，5次为I类～Ⅱ类精度，2次为Ⅲ类～Ⅳ类精度。）。因相关位置不详，且已知地震的震中位置也存在一定的误差，这里就不做说明，只能根据断裂孕震的研究进行分析。根据地震构造的确定原则，晚更新世以来的活动断裂可确定为地震构造，并划分为具有6级以上震级上限的潜在震源区，并对该潜在震源区做震级上限的确定。

泰山山前断裂是该地区目前见到的唯一一条晚更新世活动断裂。其活动性对地震活动趋势有很重要的关联。根据目前泰山山前断裂的调查结果，晚更新世断层活动段发育于陈家庄东城一带，之间的最短距离为4km，断层的垂直位移为2.8m。根据邓起东等统计的华北地区正断层地震震级与断层破裂参数之间统计关系式［5］：

计算得到震级为6.9级。这一计算结果应是晚更新世时泰山山前断裂所控制的最小震级。根据山东地区活动断层研究［1］表明，鲁西断块区内不同活动时代断层的控震能力不同，几乎所有晚更新世活动断层在全新世时期没有能力产生地表破裂。因此，其控震能力限制在中等地震范围，震级小于6.5级。泰安地区主要断裂均为晚更新世活动断层，没有错断全新世地层，历史上发生的最大震级为6级地震。该文认为泰山山前断裂在晚更新世时期最小控制地震为6.9级，但全新世以来泰山山前断裂最大控制地震仅为6.5级。因此，沿泰山山前断裂划分的潜在震源区的震级上限定为6.5级是合适的。

综上可以看出泰安地区所处板块，地震活动的频次和强度都不太高，历史地震最高为6级，现有史料依据的5 级以上地震，保守估算发震周期都在500年尺度以上。可以说明，该地区孕震能量积累到临界的跨度至少在500年以上。同时，泰安地区地震活动性是随着震级的增强更接近于断裂带及附近区域，远离断裂带中强地震相对稀少，相对散落着一些小震。

3 1970年以来地震活动性与断裂关系分析

图2 泰安地区1970年以来地震分布及地形图

1970年以来到现在，泰安市共发生过75 次2级以上地震，年均2次左右。最大平静期在2002年5月19日宁阳2.3级地震之后，截止至2005年10月11日肥城与东平交界处的震群，经过了41个月的平静期。目前，泰安地区的小震活动又进入了非常平静的低潮期。根据泰安基准地震台仪器的综合监测能力，在周围60km 范围内的零级以上地震应能记录到，但今年近6个月来没有记录到小震，说明泰安地区的地震活动处于较低的水平。自2009年起近4年发生2级以上地震共计9次，平均维持在2级左右，基本对应近现代有准确地震参数记录以来的正常水平。说明泰安地区地震活动性水平相对平稳。2012年从5月11日新泰1.9级地震以后至今处于平静期，但其间周边2012年9月6日00时41分山东省济宁市微山县发生ML3.5 级地震；2012年7月11日13时37分山东省莱芜市市辖区发生ML2.1级地震；其中济宁3.5级地震对地应力的能量释放有很大作用。

从地震分布来看（图2），呈现了相对集中分布的格局，大体分布在一个倒“U”型区域内，除1985年泰山区黄前镇与新泰市2次震群以外，区域内地震事件属离散型分布。区域以外地区，无论从地震数量、震级大小都明显弱于区域内。可以明确判断，泰安地区地震孕育及发震起码在中小地震能量释放来看，是存在一定的类地形、地质结构的关联。值得注意的是，泰安地区内，主要的5条活动断裂带，大体保持了一个相同的趋势走向，即倒“U”形。可见该区域所处地块在地质结构改变，岩石破裂方面，是存在一个固定趋势的影响，而这种影响也作用到了地震事件的分布。

4 1985年震群与活断层关系及趋势判断

这里摘录了1985年6月新泰4.1级地震后一直到1989年新泰2.0级地震结束，泰安地区2级以上地震目录（表1）。从目录上看，1985年一年间，发生了新泰西南、省庄镇与黄前水库交界2个相对明显的震群。震群无论是最高震级、地震频度，还是能量释放，都是该区有仪器记录以来最有影响的2次。

从地理位置上看，黄前震群发生在泰山山前断裂带西端南面，新泰震群发生在DF195断裂带北端东侧。2个震群均位于断裂带的一个初始端头，发震时间接近，震级及地震序列也相似。从泰安地区有地震仪器记录以来的地震活动性来看，这2个特殊的地震事件不是独立发生的，应该存在一定的关联性质。说明泰安地区在孕育中强地震的过程中，辐射范围内的断裂带之间是有关联的。

表1 泰安地区2级以上地震目录（1986.06.25—1989.02.10）

图3 泰安1971—2013年2.0级以上地震M－T 图

从时间尺度看，自1970年有地震仪器记录以来，截止到1985年新泰4.1级地震之前15年该地区没有2.0级以上地震发生；黄前震群也同样是15年，没有2.0级地震发生。这个时间段的平静，可以理解为这2次地震孕育、能量积累的一个时间尺度。1989年震群结束后，到2007年新泰2.1级地震前持续了18年的相对平静。笔者从多年地震趋势研究中得出，泰安地区及周边存在一个能量积累－释放的模型①泰安市地震局，泰安基准地震台.2013年泰安及周边地区地震趋势会商报告.。结合周边区域，存在一个年均2次2.0级以上地震的趋势。当区域内或周边地区出现3.0级以上地震后，将推迟地震孕震的平静期。从近几年泰安地区地震趋势看，各地均离散的出现2.0级以上地震。无论地震的相对平静期，还是活断层的发展，都不具备1985年震群的发生背景。初步推断，在相当长的一段时间内，泰安地区地震趋势没有具体的转折，依旧维持目前的趋势。①

5 结论

依据已有的资料，特别是近年来山东地震部门多项重大课题和科研项目的研究成果，从断裂的构造习性分析，对泰安地区的断裂活动性进行系统研究。分别分析了历史地震、1970年以来地震、1985年震群与断裂的相关性，研究结果表明：

（1）泰安地区发育的5条主要断裂均为第四纪活动断裂，它们的最新活动时间以泰山山前断裂最新，属晚更新世晚期；泰山西麓断裂次之，属中更新世晚期；肥城断裂、夏张一安驾庄断裂、羊流店断裂均属中更新世中期。通过对比历史地震、1970年以来2.0 级以上地震和1985年黄前、新泰震群等发现，泰安地区地震活动性随着震级的增强更接近于断裂带及附近区域，远离断裂带中强地震相对稀少，相对散落着2级左右小震。

（2）从地震分布来看，呈现了相对集中分布的格局，大体分布在一个倒“U”型区域内。泰安地区地震孕育及发震起码在中小地震能量释放来看，是存在一定的类地形、地质结构的关联。泰安地区内，主要的5条活动断裂带，大体保持了一个相同的趋势走向，即倒“U”型。可见该区域所处地块在地质结构改变、岩石破裂方面，存在一个固定趋势的影响，而这种影响也作用到了地震事件的分布。

（3）泰安地区所处板块，地震活动的频次和强度都不太高。历史地震最高为6级，且能量积累跨度在500年以上，4级左右中强震孕震需要特定环境影响，持续的小震活动，是中强震延迟孕育的有力证明依据。从近几年泰安地区地震趋势看，各地均离散地出现2.0 级以上地震。无论地震的相对平静期，还是活断层的发展，都不具备1985年震群的发展背景。初步推断，在相当长的一段时间内，泰安地区地震趋势没有具体的转折，依旧维持目前的趋势。

致谢：本文研究中所用到地震地质理论、本地区断裂带研究等，参考山东省地震局晁洪太局长的学术成果。在此对晁洪太局长为泰安地区防震减灾事业做出的贡献表示感谢！

［1］ 晁洪太，王志才.山东泰安地区断层的最新活动与“泰山震”［J］.地震地质，1999，21（2）：105－114.

［2］ 晁洪太，李家灵，崔昭文.山东及沿海地区强震（M≥6）发生的地虚构造背景［J］.地震研究，1995，18（2）：188－196.

［3］ 谢毓寿.中国地震历史资料汇编［M］.北京：科学出版社，1983.

［4］ 闻子群.中国历史强震目录［M］.北京：地震出版社，1995.

［5］ 邓起东，于贵华，叶文华.地震地表破裂参数与震级关系的研究［M］.北京：地震出版社，1992.