引言

鲁西隆起是华北板块中一个相对独立的断块，其构造样式复杂，断裂体系发育(胡秋媛等，2009)，其中郯庐断裂带山东段沂沭断裂带是华北地区的强震活动带之一，曾发生1668年郯城M8.5大地震(王鑫等，2015).受构造活动控制，区内成矿地质条件优越，是我国重要的矿产富集区之一(郝兴中，2014)，主要的矿产有铁矿、金矿、煤矿、金刚石矿等.因此，对鲁西隆起进行构造活动性研究对该区地震活动性预测以及探查矿产资源具有重要的指导意义.

鲁西隆起的地震活动与断裂带密切相关，而断裂带的空间展布、活动方式及规模大小均会受到深部地质结构和构造条件的控制.前人通过对华北地区及其邻区的数据观测和理论分析开展了大量关于鲁西地区构造样式、构造活动特征、构造变形、地壳垂直运动、强震活动分布特征、构造背景、震源机制、地壳应力场特征等方面的研究，并在地震层析成像、地壳上地幔三维速度结构、岩石圈厚度及各向异性等方面取得了诸多成果(唐方头，2003；李瑞莎等，2008；时秀朋，2010；郭慧丽，徐佩芬，2011；武敏捷等，2011；郭震等，2012；苏道磊等，2015).然而，目前该区仍缺少系统性的重磁研究工作.

鉴于此，本文拟利用最新的卫星重磁资料分别针对鲁西隆起的典型断层和内部地壳结构开展联合反演，通过分析计算得到鲁西隆起的综合地质、地球物理特征，并重点讨论该区地壳结构特征和构造活动性.

1.   区域地质概况

鲁西隆起位于华北板块东南部，东、西、南、北等4个方向分别为沂沭断裂带、聊城—兰考断裂带、丰沛断裂、齐河—广饶断裂带所切割，形成了由断裂带所包围的不规则圆弧形隆起地块.该隆起地块的内部构造形迹以NW-NNW向伸展断裂为主，并控制着其间分布的中、新生代沉积.地形、地貌和地层展布以泰山鲁山—邹县—临沂地区为中心，向外呈环状展布(张锡明等，2007).

鲁西隆起为典型的华北型地层.基底由距今约25亿年的太古界泰山岩群、英云闪长-奥长花岗-花岗闪长质片麻岩(tonalite-trondhjemite-granodiorite，简写为TTG岩系)和古元古代造山花岗岩体组成，主要出露于该地块的中部地区，岩性主要为片麻岩、片岩、变粒岩；沉积盖层主要由古生界、中生界、新生界组成，从核部基底隆起向外呈同心环状展布.三叠纪时期，印支运动的挤压作用使本区产生了NW向的宽缓-禁闭褶皱及逆冲构造(吴智平等，2003)；燕山中期，近NW-SE向的挤压形成了NNE走向的箱状褶皱和强烈的逆冲推覆；燕山晚期，变形发育形成了NW和NNE向共轭X型、正断-走滑断裂组合，并控制了一系列张扭、箕状盆地(李三忠等，2005).

本区沉积盖层在晚侏罗世之前的区域地质构造背景上形成了十分发育的断裂体系，自北向南依次为泰山—铜冶店断裂(F₁)、新泰—垛庄断裂(F₂)、蒙山断裂(F₃)、汶泗断裂(F₄)、甘霖断裂(F₅)和尼山断裂(F₆)，如图 1所示.断裂的上升盘由北向南构成了4座山脉，即泰山—鲁山—沂山、徂莱山—新甫山—孟良崮、蒙山以及尼山—母子山，由太古宇和古生界组成，总体为单斜山，呈向北凸出的弧形.山脉之间为长条状弧形凹陷，自北向南依次为泰莱凹陷、汶新凹陷、平邑凹陷、泗水凹陷和白彦凹陷(图 1)，均为北断南超的单断箕状凹陷，北界为南倾正断层，南界为较缓的斜坡，与其南侧的单断山呈超覆接触(胡秋媛等，2009).

图  1  鲁西隆起区域构造简图(修改自胡秋媛等，2009)及1900年以来的地震分布

F₁：泰山—铜冶店断裂；F₂：新泰—垛庄断裂；F₃：蒙山断裂；F₄：汶泗断裂；F₅：甘霖断裂；F₆：尼山断裂

Figure  1.  Regional geological structures of Luxi uplift (revised by Hu et al, 2009) and distribution of earthquakes since 1900

F₁: Taishan-Tongyedian fault; F₂: Xintai-Duozhuang fault; F₃: Mengshan fault; F₄: Wensi fault; F₅: Ganlin fault; F₆: Nishan fault

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2.   基础地球物理资料分析

2.1   岩石物性

岩石物性资料是重磁反演的基础.为了建立合理的地球物理模型，本文对山东省历年来重要的区域地质调查、矿产普查、科研成果等资料(黄太岭，高建国，2002)整理、汇总，最终统计得到鲁西地区各岩层(岩石)的密度和磁性参数.鲁西地区岩层(岩石)主要分为高密度、中密度和低密度等3大类.高密度岩层(岩石)主要为元古-太古宙变质岩类、基性侵入岩类，密度平均值一般为(2.7—2.8)×10³ kg/m³；中密度岩层(岩石)为中生界、古生界上部以及大部分的侵入岩、变质岩体，密度平均值一般为(2.6—2.65)×10³ kg/m³；低密度岩层(岩层)为新生界，密度平均值小于2.3×10³ kg/m³(黄太岭，高建国，2002).

岩层(岩石)磁性主要分为强磁性、中等磁性、弱磁性和无磁性等4大类.强磁性岩石主要为基性侵入岩、火山岩类，鲁西地区常见的有辉绿玢岩、角闪辉石岩、玄武岩等，其磁化率和磁化强度分别大于2000×10^-5和1000×10³ A/m；中等磁性的岩层(岩石)主要为太古宙下部各变质岩系，燕山期各阶段的侵入岩以及各种酸性-碱性岩类，中生界下白垩系青山群，磁化率一般为(150—1000)×10^-5，磁化强度一般为(60—800)×10³ A/m；无磁性或弱磁性岩层(岩石)主要为新生界、中生界白垩系王氏群和早白垩系莱阳群、古生界、新元古界土门群，其磁化率小于20×10^-5，磁化强度小于25×10³ A/m(黄太岭，高建国，2002).

2.2   重力异常特征

图 2给出了鲁西隆起区的重磁异常特征.可以看出，研究区自由空气重力异常(图 2a)的变化范围为(-35—45)×10^-5 m/s²，呈条带状、块状分区分布.团块状重力异常区主要分为中东部高重力异常区、西北部低重力异常区、西南部重力异常缓变区.中东部高重力异常区主要集中在隆起地块区和沂沭断裂带，异常值可高达40×10^-5 m/s²；西北部低重力异常区主要分布在聊城—兰考断裂带下降盘，鲁西隆起地块以外的华北平原地区，异常值最低可达-35×10^-5 m/s²；西南部重力异常变化较缓，且属于中等重力异常，异常值大都介于-5×10^-5—5×10^-5 m/s²之间.沂沭断裂带高重力异常隆起区呈NE走向条带状分布，而鲁西隆起中部块体区高重力异常沿山体呈NW向条带状分布.聊城—兰考断裂带和丰沛断裂两侧的正负异常幅值变化剧烈，形成等值线密集的重力梯度带.形成这种分布的主要原因可归结为：块体内部小断裂发育，断裂构造间隔大，形成了凸起与凹陷并存的有规律的高低相间的地形特征，从而造成了沿山体走向分布的高重力异常；鲁西隆起地块基底密度大，泰山岩群平均密度达2.77×10³ kg/m³；块体边界地区大断裂发育，断层上升盘与下降盘的地层岩性差异大，形成了强烈的重力梯度带.

将自由空气重力异常经过地形改正和中间层改正后得到布格重力异常.由图 2b可以看出，鲁西隆起区的布格重力异常呈东高西低、四周高中间低的差异性分布.东部地区异常值相对较高，介于30×10^-5—40×10^-5 m/s²之间，主要分布在沂沭断裂带及其东部地区；中间隆起部位异常值整体偏低，其中泰山、鲁山、沂山、新甫山、蒙山等北部山体集中地区出现极低值，最低达-190×10^-5 m/s²；丰沛断裂、齐河—广饶断裂带和聊城—兰考断裂带及周边地区的中等重力异常区沿断裂带呈条带状展布，异常值约为-10×10^-5 m/s².布格重力异常反映了该区地壳底部的起伏情况：隆起块体区地壳底部向下凹陷，地壳相对较厚；沂沭断裂带及其东部地区地壳迅速减薄；而在丰沛断裂、齐河—广饶断裂带和聊城—兰考断裂带，其地壳底部较周边地区出现向上抬升的现象.

图  2  鲁西隆起重磁异常特征图

(a)自由空气重力异常图; (b)布格重力异常图; (c)卫星磁异常图；(d)磁异常化极图F₁：泰山—铜冶店断裂；F₂：新泰—垛庄断裂；F₃：蒙山断裂；F₄：汶泗断裂；F₅：甘霖断裂；F₆：尼山断裂

Figure  2.  Gravity and magnetic anomaly characteristic of Luxi uplift

(a) Free air gravity anomaly; (b) Bouguer gravity anomaly; (c) Satellite magnetic anomaly; (d) Reduction-to-the-pole of magnetic anomaly. F₁: Taishan-Tongyedian fault; F₂: Xintai-Duozhuang fault; F₃: Mengshan fault; F₄: Wensi fault; F₅: Ganlin fault; F₆: Nishan fault

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2.3   磁异常特征

图 2c为研究区卫星磁异常.由于受斜磁化的影响，卫星磁异常不能正确地反映地下地质体的磁异常特征，因此必须将磁异常进行化极处理，磁偏角取-5.3°，磁倾角取52°，化极结果如图 2d所示.可以看出，磁异常变化范围为-160—300 nT，呈整体条带状局部团块状分布.条带状磁异常大致可分为4个带，即沿沂沭断裂带展布呈NE走向的高磁异常条带，沿泰山—铜冶店断裂展布呈转折状的高磁异常带，沿丰沛断裂展布呈EW走向的珠串状高磁异常条带，与丰沛断裂高磁异常带伴生的低磁异常带.条带状磁异常中的局部高磁异常团块主要分布在：泰山—铜冶店断裂与汶泗断裂西段交会处，聊城—兰考断裂的上盘一侧，磁异常值最高可达300 nT以上；丰沛断裂西段与聊城—兰考断裂带南段交会处，并且均为上升盘一侧，磁异常值达200 nT以上；沂沭断裂带南段与丰沛断裂东段的交会处，磁异常值在100 nT以上；沂沭断裂带北部与齐河—广饶断裂带东部的交会处，异常值约为200 nT.齐河—广饶断裂带和聊城—兰考断裂带位于磁异常低值区，磁异常值介于-100—-40 nT之间，两侧出现高磁异常凸起.蒙山断裂与尼山断裂大部分地区位于极低磁异常区，最低可达-160 nT，该区是与丰沛断裂带珠串状高磁异常带伴生的低磁异常条带.泰山—铜冶店断裂穿过珠串状高磁异常凸起区，新泰—垛庄断裂和甘霖断裂两侧均存在磁异常正负交替变化，位于等值线密集的磁异常梯度带.出现这种磁异常特征的主要原因可归结为：断裂构造发育，上升盘的抬升导致部分高磁性基底抬升，表现为断裂上升盘一侧磁异常整体呈条带状高磁异常展布，如广泛出露于泰山与沂蒙山区的泰山岩群，其岩性为深变质岩系，岩石磁性强；多条断裂交会地带，其岩浆活动剧烈，发育有一系列高磁性岩浆岩侵入体，从而导致断裂交会处出现团块状高磁异常，如济南辉长岩等；基底岩石中含有基性成分的岩层，如斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩等，岩层片麻理发育，铁镁质成分定向排列，且产状较陡，产生条带状正磁异常，并有负磁异常伴生.

3.   鲁西隆起重磁异常反演及其结果分析

3.1   数据和计算方法

本文地形和自由空气重力异常数据引自美国加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所(Smith，Sandwell，1997; Sandwell，Smith，2009; Sandwell et al，2013, 2014)，网格密度为1′×1′，自由空间重力异常数据精度为1×10^-5 m/s²；地形模型基于V17.1，重力模型基于V22.1；磁异常数据来自地球磁场异常网格EMAG2(Manus，2009)，网格密度为2′×2′；地震数据来自国际地震中心(International Seismological Centre，2014).

3.1.1   帕克(Parker)界面反演法

莫霍面深度采用快速、精确的帕克重磁界面反演法计算(Parker，1973; Oldenburg，1974; 胡卫剑等，2011).假设地下物质界面为s，界面上的剩余密度ρ为0，界面下的剩余密度不为0，平均深度为D，则其在地面产生的重力异常反演公式为(高玲举等，2015)：

式中，K为引力常数，

本文采用重磁数据处理解释软件RGIS计算鲁西隆起的莫霍面深度.根据区域地质调查结果(吴健生等，2014)，并且考虑到地壳底部与上地幔顶部的密度差，选取反演参数平均深度为33 km，剩余密度为0.3 g/cm³.

3.1.2   功率谱法

居里面深度反演采用方便、快捷的功率谱法计算(南方舟等，2015；Dong et al，2016).首先，将计算窗口内的地下磁性体视为直立棱柱体，假设其顶部埋深为z_t，中心埋深为z₀，底部埋深为z_b，并把窗口中心的底部埋深作为该处的居里面深度，则磁异常功率谱P表示为

式中: P_M为磁化强度的功率谱；k_x和k_y为频率域的波数，；z_t和z_b分别为磁异常源的上、下边界; C_m为常数，Θ_m和Θ_f分别为磁场强度方向和地磁场方向的相关因子(南方舟等，2015；Dong et al，2016).

本文采用重磁数据处理解释软件RGIS计算鲁西隆起的居里面深度.反演参数设置如下：窗口宽度为145 km，滑动距离为50 km，低频数为0.01—0.05，高频数为0.05—0.095.

3.2   结果分析

3.2.1   莫霍面特征分析

本文结合地震台站观测资料和地震测深资料基于布格重力异常场进行反演(吴健生等，2014)，得到了鲁西隆起区的莫霍面深度(图 3)，结果显示利用重力异常反演得到的莫霍面深度与地震资料反演得到的结果基本一致，但重力反演结果所反映的区域面积更广.由图 3可见：鲁西隆起的莫霍面深度整体表现为东浅西深，周围地区浅，隆起部位深；东部地区以鲁东地块的莫霍面深度最浅，最浅可达30.5 km，呈块体状上凸；西部地区以32 km等值线为界，向西迅速下沉至35 km，形成等值线密集的梯度带.沂沭断裂带以东，莫霍面整体抬升至30 km左右；鲁西隆起区莫霍面整体下沉，其核部莫霍面最深处可达33 km；丰沛断裂南北两侧的莫霍面深度整体表现为南浅北深，图 3中显示南北地区深度差可达1 km；沂沭断裂带南段、丰沛断裂以及隆起地块区的泰山—铜冶店断裂均位于莫霍面深度剧烈变化的梯度带，而聊城—兰考断裂则斜穿过莫霍面梯度带.鲁西隆起地块中部新泰—垛庄断裂、蒙山断裂、汶泗断裂、甘霖断裂以及尼山断裂展布位置的莫霍面变化幅度不明显. 1900年以来的地震记录显示，该区沂沭断裂带、聊城—兰考断裂带南部以及隆起区中部伸展断裂与莫霍面梯度带交会处为地震活动密集区.由此可见，断裂的规模与莫霍面深度变化的剧烈程度呈一定的相关性，规模较大的断裂通常位于莫霍面深度梯度带，例如沂沭断裂带部分主干断裂已延至上地幔, 其断裂与莫霍面梯度带交会区为地震高发地带.

图  3  鲁西隆起莫霍面深度图

F₁：泰山—铜冶店断裂；F₂：新泰—垛庄断裂；F₃：蒙山断裂；F₄：汶泗断裂；F₅：甘霖断裂；F₆：尼山断裂

Figure  3.  The contour map of Moho interface of Luxi uplift

F₁: Taishan-Tongyedian fault; F₂: Xintai-Duozhuang fault; F₃: Mengshan fault; F₄: Wensi fault; F₅: Ganlin fault; F₆: Nishan fault

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3.2.2   居里面特征分析

居里等温面是指具有磁性的岩石在随深度增加的地温作用下失去铁磁性而变为顺磁性的等温面，为岩石圈磁性的下界面，可以通过磁异常反演获得.本文对磁异常采用以直立棱柱体为模型的功率谱法反演居里面深度，结果如图 4所示.可以看到：居里面深度整体表现为中间地区深周边地区浅，其中东部地区和北部地区最浅可达20 km以下，表现为居里面整体抬升，中部地区和西北部地区整体下沉，最深可达30 km以上.沂沭断裂带以东居里面迅速抬升至20 km，中段出现局部抬升，其主要原因可能为该区主干断裂深切入上地幔，导致地幔物质上涌，地温升高，居里面上隆.齐河—广饶断裂带、聊城—兰考断裂带以及丰沛断裂整体表现为靠近隆起地块区一侧居里面下沉，另一侧居里面抬升.包围鲁西隆起地块区的断裂带均位于居里面剧烈变化的梯度带，隆起地块中分布的泰山—铜冶店断裂、蒙山断裂两侧的居里面具有明显的深度差，而新泰—垛庄断裂、汶泗断裂、甘霖断裂和尼山断裂展布地区的居里面变化幅度则相对较小. 1900年以来的地震记录(图 1)显示地震活动主要集中于沂沭断裂带、聊城—兰考断裂带及中部伸展断裂的居里面突变区.由此可见，断裂的分布位置及规模均与居里面深度强烈相关，且断裂带居里面突变区为地震高发地带.

图  4  鲁西隆起居里面深度图

F₁：泰山—铜冶店断裂；F₂：新泰—垛庄断裂；F₃：蒙山断裂；F₄：汶泗断裂；F₅：甘霖断裂；F₆：尼山断裂

Figure  4.  The contour map of Curie interface of Luxi uplift

F₁: Taishan-Tongyedian fault; F₂: Xintai-Duozhuang fault; F₃: Mengshan fault; F₄: Wensi fault; F₅: Ganlin fault; F₆: Nishan fault

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3.2.3   典型剖面分析

本文以重磁反演计算得到的莫霍面和居里面为参考依据，结合鲁西地区人工地震测深剖面开展重、磁、震联合反演.反演剖面AB始于尼山断裂以南，沿北东向依次穿过尼山断裂、甘霖断裂、平邑凹陷、蒙山断裂、汶新凹陷、新泰—垛庄断裂和泰山—铜冶店断裂，全长87 km (图 1)，反演结果如图 5所示.

图  5  典型剖面AB的反演结果

(a)布格重力异常反演结果；(b)磁异常反演结果；(c)地层结构反演；(d)二维人工地震剖面(李理等，2012)
F₁：泰山—铜冶店断裂；F₂：新泰—垛庄断裂；F₃：蒙山断裂；F₅：甘霖断裂；F₆：尼山断裂

Figure  5.  The inversion results of the typical section AB

(a) Bouguer gravity anomaly inversion result; (b) Magnetic anomaly inversion result; (c) Strata structure
inversion map; (d) 2D seismic section map (Li et al, 2012). F₁: Taishan-Tongyedian fault; F₂: Xintai-Duozhuang fault; F₃: Mengshan fault; F₅: Ganlin fault; F₆: Nishan fault

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依据收集到的岩石物性资料选取合理的岩层(岩石)密度、磁性参数如下：第四系沉积层密度取1.85×10³ kg/m³，古近系沉积层密度取2.24×10³ kg/m³，中生界侏罗—白垩系沉积层密度取2.60×10³ kg/m³，古生界寒武-奥陶系沉积层密度取2.70×10³ kg/m³，由于沉积层中磁性弱或无磁性，此处沉积层磁化率均取值为0；花岗质片麻岩密度取2.75×10³ kg/m³，磁化率取900×10^-5；中生界侵入岩密度取2.62×10³ kg/m³，磁化率取200×10^-5；居里面与莫霍面之间岩石密度取2.9×10³ kg/m³，莫霍面以下上地幔岩石密度取3.2×10³ kg/m³，居里面以下岩石无磁性，磁化率取值为0.断层滑脱深度根据李理等(2012)运用Kilsdonk修正的投影方法推算的结果给出，甘霖断裂(F₅)、蒙山断裂(F₃)、新泰—垛庄断裂(F₂)和泰山—铜冶店断裂(F₁)的滑脱深度分别为20，36，29和21 km.

由图 5所示的反演结果可看出：鲁西隆起核部的居里面和莫霍面整体起伏不大，居里面深度约为30 km，莫霍面深度约为32 km；地壳以太古界花岗质片麻岩基底为主，从地壳底部延伸至顶部，地表为第四系松散沉积物覆盖，地壳分层结构不明显，与区域地质调查结果和地震剖面结果一致(李理等，2012；王世进等，2013).沉积层主要分布在蒙山断裂以南的平邑凹陷以及新泰—垛庄断裂南侧的汶新凹陷，自寒武纪以来开始接受沉积.通过反演莫霍面深度可知，甘霖断裂、泰山—铜冶店断裂的滑脱深度未至上地幔，构造形变发生在地壳内部，新泰—垛庄断裂接近地壳底部，而蒙山断裂滑脱深度已至上地幔，蒙山断裂与新泰—垛庄断裂之间的太古界花岗质片麻岩基底中有中生代岩浆侵入形成侵入岩，亚洲最大的金伯利岩型金刚石原生矿则位于此，由于金伯利岩浆来自地幔深处，因而该处侵入岩自上而下切入地壳底部.斜插入上地幔的蒙山断裂为金伯利岩提供幔源岩浆和岩浆运移通道，因而控制着该区金伯利岩型金刚石矿的形成.重磁联合反演结果与地震剖面一致，但重磁剖面上所反映的深度更深.

3.2.4   构造活动性分析

1) 沂沭断裂带.该断裂带位于郯庐断裂带中段，自西向东发育4条主干断裂，分别为鄌郚—葛沟断裂、沂水—汤头断裂、安丘—莒县断裂、昌邑—大店断裂，由于4条主干断裂的切割作用形成了典型的“两堑夹一垒”构造，整体沿NE10°—30°展布.沂沭断裂带在重力和磁异常图上都有明显反映，其自由空气重力异常值一般在30×10^-5—40×10^-5 m/s²之间，呈ENE走向的条带状分布.沂沭断裂带磁异常为一条具有线性排列的紊乱磁异常，异常沿断裂带大致呈ENE向展布.该断裂带南段临沂—郯城地区的磁异常较高，区域地质调查结果表明该区为泰山岩群凸起形成的平稳块状正磁异常(黄太岭，高建国，2002)，异常值达300 nT.断裂带北段与沂沭断裂带交会处出现团块状高磁异常，异常值高达300 nT以上，这与新生代岩浆活动有关，沿该断裂带展布的正磁异常突起由中生代中-酸性侵入岩体引起.沂沭断裂带北段斜插入莫霍面隆升区，莫霍面最浅处小于30 km；断裂带中段和南段位于莫霍面抬升梯度带，断裂带两侧的莫霍面深度差达4 km以上，南段与丰沛断裂交会于临沭、郯城、莒县一带.沂沭断裂带的居里面大致沿断裂带呈NNE向分布，位于等值线密集的居里面梯度带，中段偏南处居里面显著抬升，隆起区所包围的地区有火山喷发的痕迹，并且有天然温泉出露.沂沭断裂带是中国东部地区规模最大的一条断裂带，断裂带内大多数地震集中于中段莫霍面等值线梯度带和居里面的突变部位，其南段与齐河—广饶断裂带的交会处1668年发生的郯城地震，震级高达M8.5，是中国东部板块内部最强烈的一次地震.因此，沂沭断裂带无论是南部与丰沛断裂带交会处、中部居里面隆升区，还是北段与齐河—广饶断裂带交会处，均具有潜在的构造活动性，应当引起足够的重视.

2) 齐河—广饶断裂带.该断裂带西起聊城以北与聊城—兰考断裂相交，是鲁西隆起与济阳凹陷的地质分界线，长约300 km，中生代以前就开始活动.断裂带大部分地区位于重力异常缓变而磁异常正负交替的剧烈变化区，其南侧正磁异常沿断裂带呈珠串状分布；北侧为负磁异常区，异常值最低至-160 nT；东侧插入莫霍面抬升区，居里面位于等值线密集的梯度带.断裂带以北，居里面迅速抬升至20 km，断裂带以南则迅速下降至32 km，东部与沂沭断裂带相交处居里面抬升至25 km.之所以形成这种重磁特征，主要是因为断裂构造控制了鲁北的沉降和鲁中山区的相对抬升，被称为鲁西隆起与鲁西北平原的过渡地带，鲁北地区发育有巨厚的新生界沉积层，而鲁西隆起一侧岩浆活动强烈，发育一系列侵入岩，如济南辉长岩体、邹平偏基性火山杂岩体、淄博基性岩体等. 2011年齐河发生M3.5地震，说明该断裂带至今仍然处于活动期.

3) 聊城—兰考断裂带.该断裂带位于鲁西隆起西部，北起山东聊城，南至河南兰考，全长270 km，是一条被第四系掩盖的隐伏断裂带.该断裂带位于自由空气重力异常值剧烈变化的梯度带(图 2a)，断裂带以西重力异常值为负值，低至-35×10^-5 m/s²，断裂带以东异常值迅速增加至正值.聊城—兰考断裂带在布格重力异常图上(图 2b)表现为线形梯度带，异常值沿断裂带走向ENE呈条带状分布.化极后磁异常图(图 2d)上该断裂带东侧为NE走向的条带状高磁异常，推测是岩浆岩侵入张性断裂所引起，异常值高达300 nT以上，两条条带状磁异常与断裂带组成“人”字形构造，指示着断裂带东盘发生左行扭动.断裂带斜穿过莫霍面西部等值线梯度带，居里面则位于两侧等值线剧烈变化的梯度带：断裂带西部居里面上隆，说明地壳中存在活动的岩浆热液；东部地区居里面深而磁异常高，说明过去岩浆热液活动频繁，而今已逐渐冷凝.聊城—兰考断裂带是一个新的构造活动带，地震活动集中于断裂带南段莫霍面等值线密集的梯度带，1502—1948年M5.0以上地震发生过5次，其中包括1937年菏泽M7.0地震.

4) 丰沛断裂.丰沛断裂位于苏鲁交界处，从菏泽—滕州—枣庄一带，向东穿过沂沭断裂带沉没于东海，在自由空气重力异常图(图 2a)上表现为沿东西向展布的条带状平缓的0异常值，布格重力异常也表现为接近0异常值，说明该区物质密度无明显盈余或亏损，高密度基底埋深较深，地层被低密度的沉积层覆盖.断裂带在化极后磁异常图(图 2d)上有明显反映，表现为沿断裂带分布的珠串状正磁异常突起，正磁异常值约为100 nT，这与该断裂带内岩浆活动较发育有关，岩浆岩以燕山期中酸性浅成岩为主，岩石密度低，磁性弱，受东西向压性断裂和伴生的南北向张性断裂所控制，断裂带内也有基性、碱性岩体和岩脉的侵入.该断裂带位于莫霍面、居里面变化的梯度带上，其南侧莫霍面、居里面均向浅部抬升，中段则穿过莫霍面、居里面迅速抬升区.

5) 鲁西隆起内部断裂.鲁西隆起自北向南主要有6条断裂，即泰山—铜冶店断裂、新泰—垛庄断裂、蒙山断裂、汶泗断裂、甘霖断裂和尼山断裂，断裂类型均为南倾正断层.断裂的自由空气重力异常(图 2a)主要表现为北高南低，其中：北侧高重力异常沿泰山—鲁山—沂山、徂莱山—新甫山—孟良崮、蒙山和尼山—母子山分布，山体主要由高密度的太古界和古生界组成，形成了高重力异常凸起; 断裂南侧对应分布着泰莱凹陷、汶新凹陷、泗水凹陷、平邑凹陷和白彦凹陷，凹陷内部接受自古生界以来的低密度沉积，形成了低重力异常凹陷.布格重力异常(图 2b)有明显反应的是蒙山断裂，标志着断裂对应位置的地壳底部向上隆起；泰山—铜冶店断裂、甘霖断裂全部位于布格重力异常极低值区，反映了该断裂深部具有相对稳定性；新泰—垛庄断裂的布格重力异常南高北低，反映了断裂上、下盘的深部活动性南高北低；汶泗断裂和尼山断裂的布格重力异常表现为西高东低，反映了断裂左右两段的活动性不一致.由此可见，鲁西隆起内部断裂在形成机制上具有相似性，但其深部构造活动性具有空间上的差别.磁异常图(图 2c)上，泰山—铜冶店断裂北侧高磁异常沿断裂带呈珠串状分布，这些高磁异常突起是由中生代在鲁西隆起伸展作用背景下形成的岩浆侵入体所致，断裂最东段与新泰—垛庄断裂交会处、聊城—兰考断裂以西的团块状高磁异常是由于强烈的火山作用及张性正断裂发育所引起的高磁异常体侵入所致.甘霖断裂及尼山断裂以南、丰沛断裂以北，珠串状高磁异常主要由中生代侵入的具有磁性的辉石岩、煌斑岩引起.居里面等值线上有明显反应的是泰山—铜冶店断裂、新泰—垛庄断裂、蒙山断裂、汶泗断裂，其中泰山—铜冶店断裂位于居里面剧烈变化的梯度带，断裂以南居里面抬升，新泰—垛庄断裂位于居里面抬升面上，汶泗断裂、蒙山断裂则位于居里面下沉的梯度带上，因而泰山—铜冶店断裂以南、蒙山断裂以北、新泰—垛庄断裂底部均存在高温地热异常源，由重磁联合反演剖面显示蒙山断裂向下延伸至36 km，穿过地壳，斜切入地幔上部，其上升盘方向的熔融地幔岩浆上涌，形成高温地热异常源，我国第一个原生金刚石产地就位于此.综上，鲁西隆起内部断裂规模相对较小，活动性相对较弱，但其对隆起内部的山体、凹陷沉积以及成矿具有控制作用.

4.   讨论与结论

本文通过对鲁西隆起重磁异常特征分析、莫霍面和居里面深度计算以及重磁震联合剖面的反演，对该区的构造活动性予以深入研究，得到的主要结论如下：

1) 研究区布格重力异常特征表现为东高西低、四周高中间低.沂沭断裂带、丰沛断裂、齐河—广饶断裂带和聊城—兰考断裂带的布格重力异常局部升高.高磁异常主要沿沂沭断裂带、泰山—铜冶店断裂上升盘、丰沛断裂上升盘以及聊城—兰考断裂带上升盘展布.布格重力异常局部升高区和高磁异常区构造活动强烈，地震活动密集.

2) 研究区的莫霍面深度为30—35 km，整体呈向西开口的箕形.沂沭断裂带、丰沛断裂、齐河—广饶断裂带和聊城—兰考断裂带位于莫霍面深度变化剧烈的梯度带附近，呈一定角度相交，断裂的规模与莫霍面深度变化的剧烈程度呈一定的相关性，地震活动主要集中于断裂带与莫霍面梯度带的交会区.

3) 研究区居里面深度为20—33 km，中部地块区居里面较深，整体稳定，断裂带对应于居里面梯度带；丰沛断裂东部和聊城—兰考断裂北部居里面抬升，其深部可能存在高温地热异常源，为潜在的构造活动区.

4) 重磁联合反演结果表明鲁西隆起核部伸展断裂规模较大，其中蒙山断裂穿过地壳，斜插入上地幔，构造活动为金刚石矿提供幔源岩浆，控制着该区金伯利岩型金刚石矿的产出.

综上所述，重磁异常与深部构造和地震活动密切相关.基于重磁异常特征分析构造活动性的研究方法具有普适性.本文研究结果不仅对预测地震灾害起到一定的指示作用，而且对探查矿产具有一定的指导意义.

此外，居里面隆升区深部理论上存在地热异常源，构造活动活跃，是地震高发区.然而，本文研究结果显示鲁西隆起地震活动主要集中于居里面凹陷区，这方面有待于进一步研究.