2008年汶川地震后，在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)緊急啟動(dòng)的主任基金資助下，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所研究員徐錫偉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)從地表破裂探尋汶川地震的構(gòu)造成因，并取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果刊登在近期出版的《地質(zhì)學(xué)》（Geology）雜志上。

下地殼流動(dòng)增厚模型遭遇挑戰(zhàn)

一年前發(fā)生在青藏高原東緣龍門山推覆構(gòu)造帶中段的“5·12”汶川大地震是一次震驚世界的災(zāi)難性地震，也是一次罕見的逆沖斜滑型特殊地震。這次地震發(fā)生在GPS監(jiān)測(cè)到低應(yīng)變速率的龍門山區(qū)，并出現(xiàn)了多條斷裂參與地震破裂和同震滑移分解現(xiàn)象。

更為特殊的是，地震發(fā)生在被認(rèn)為是國(guó)際地學(xué)界主流模型之一的下地殼流動(dòng)增厚模型——新生代以來地殼主要以垂直隆升為主、沒有強(qiáng)烈水平縮短的龍門山區(qū)，但是地震出現(xiàn)了多條以逆沖為主兼有右旋走滑的地表破裂帶，并呈現(xiàn)出明顯的地殼水平縮短。由此，汶川地震對(duì)下地殼流動(dòng)增厚模型提出了挑戰(zhàn)。

這也使汶川地震為國(guó)內(nèi)外地震研究者提供了一次難得的機(jī)會(huì)，可以借此深入剖析逆沖斜滑型地震構(gòu)造特征、地震破裂過程、深部孕震構(gòu)造環(huán)境、發(fā)震活動(dòng)斷層地質(zhì)滑動(dòng)速率、現(xiàn)今GPS監(jiān)測(cè)速率與地震危險(xiǎn)性關(guān)系等科學(xué)問題，也為檢驗(yàn)青藏高原運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，特別是青藏高原物質(zhì)南東東向水平運(yùn)移與橫向隆升轉(zhuǎn)換關(guān)系提供了具體觀測(cè)對(duì)象。

地震地表破裂是地殼彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)化為永久性構(gòu)造變形的主要表現(xiàn)形式之一，是震源斷層錯(cuò)動(dòng)在地表產(chǎn)生的破裂和變形的總稱，包含著大陸地殼變形方式、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、地震破裂過程等重要的基礎(chǔ)信息。此外，地表破裂長(zhǎng)度、同震位移平均值和最大同震位移值等是描述地震地表破裂樣式和評(píng)估地震總釋放能量不可缺少的或重要的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，它們通過與矩震級(jí)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，用于類似活動(dòng)斷層不同段落的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，作為分析地震孕育與破裂過程、發(fā)震構(gòu)造模式和成因的基本約束條件。地震地表破裂的觀測(cè)也是工程抗震設(shè)防的基礎(chǔ)，有利于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取有效對(duì)策減輕未來可能遭遇的大地震對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的沖擊，對(duì)理解斜滑推覆構(gòu)造系統(tǒng)災(zāi)害的分布特征具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

汶川地震發(fā)生后，中國(guó)地震局、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、建設(shè)部等部門的科研人員立即奔赴地震現(xiàn)場(chǎng)，冒著余震頻發(fā)和山體滑坡的危險(xiǎn)，在第一時(shí)間進(jìn)入龍門山區(qū)的映秀、北川和青川等地，對(duì)地震地表破裂帶展開了搶救性和保護(hù)性的科學(xué)考察和實(shí)地測(cè)量工作，獲得了寶貴的第一手有關(guān)地表破裂帶展布、同震地表變形或破裂類型和同震位移測(cè)量數(shù)據(jù)、資料和成果，深化了對(duì)汶川地震破裂過程和破裂機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并取得了豐碩成果。

構(gòu)建汶川地震三維構(gòu)造模型

徐錫偉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在野外考察中發(fā)現(xiàn)，汶川地震使北東向龍門山推覆構(gòu)造帶中央中段北川斷裂、前山彭灌斷裂等兩條疊瓦狀逆斷層和一條北西向小魚洞斷裂同時(shí)發(fā)生破裂；而龍門山推覆構(gòu)造帶后山斷裂，即汶川—茂汶斷裂，在本次地震中沒有發(fā)生同震地表破裂。北川斷裂上地表破裂帶長(zhǎng)約240 千米，可分為以逆沖推覆為主的虹口—清平段和同時(shí)兼有右旋走滑分量和逆沖運(yùn)動(dòng)分量的北川—石壩段；其中，虹口—清平段長(zhǎng)118 千米，最大垂直位移約6.2米，平均垂直位移介于3～4米之間；北川—石壩段長(zhǎng)約122千米，最大垂直位移為6.5米，最大右旋走滑位移為4.9米，平均垂直位移和右旋走滑位移均為3～4米。彭灌斷裂上地表破裂帶長(zhǎng)約72千米，最大同震垂直位移約3.5米，平均垂直位移介于1～2米之間；北西向小魚洞斷裂上地表破裂帶長(zhǎng)約6 千米，最大同震垂直位移為3.4 米，最大同震左旋位移為3.5 米，為連接北川斷裂與彭灌斷裂的側(cè)向斷坡。綜合分析表明，汶川地震地表破裂帶在地表破裂類型、破裂寬度、幾何結(jié)構(gòu)和同震位移分布等方面具有非常鮮明的特色，是迄今為止地表破裂結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、破裂長(zhǎng)度最長(zhǎng)、同時(shí)兼有逆沖和右旋走滑分量的一次板塊內(nèi)部逆斷層型特大地震事件。

綜合已有資料，利用平衡剖面技術(shù)，徐錫偉等人構(gòu)建了汶川地震三維構(gòu)造模型。在震中區(qū)，龍門山山麓構(gòu)造由多條疊瓦狀逆斷層組成，主要包括汶川—茂汶斷裂、北川斷裂、彭灌斷裂和四川盆地之下的一條盲斷層等，它們調(diào)節(jié)、吸收龍門山區(qū)的地殼縮短。汶川地震起始于中地殼近于水平的北川斷裂斷坪（滑脫面）向上翹起擴(kuò)展的斷坡附近，深約19千米，北川斷裂上部陡傾斷面使其能夠調(diào)節(jié)較大的走滑分量，同時(shí)在地殼中上部與北川斷裂合并的緩傾角彭灌斷裂也發(fā)生純逆沖推覆，造就了龍門山山麓可見的高聳地形。此外，北川斷裂向北傾角變陡，同時(shí)調(diào)節(jié)逆沖滑動(dòng)和走滑運(yùn)動(dòng)分量，因而汶川地震破裂包含了沿疊瓦狀推覆構(gòu)造帶內(nèi)部多個(gè)斷層段的不同類型滑動(dòng)，聯(lián)結(jié)不同地震破裂段，這是汶川地震震級(jí)如此大的構(gòu)造原因。

徐錫偉等人還依據(jù)北川斷裂和彭灌斷裂上地殼平均傾角、最大同震位移和運(yùn)動(dòng)矢量合成原理，初步估算汶川地震引起了龍門山區(qū)在北西至南東方向上縮短了約8.5米，通過兩條疊瓦狀逆斷層轉(zhuǎn)換為龍門山區(qū)最大量約7.5米的隆升。即青藏高原南東向至南東東向水平滑移，在高原東緣通過橫向推覆構(gòu)造帶的逆沖至斜滑逆沖，轉(zhuǎn)換為地殼縮短和高原隆升，造成青藏高原高峻地形的不斷增長(zhǎng)。即青藏高原塊體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型更能解釋汶川地震的構(gòu)造成因。

目前，徐錫偉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，仍在震區(qū)對(duì)汶川地震的破裂活動(dòng)進(jìn)行更深入的研究，并在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下與臺(tái)灣學(xué)者合作，開展汶川地震與臺(tái)灣“9·21”大地震的對(duì)比工作。（來源：科學(xué)時(shí)報(bào) 陳晨）