2008年汶川地震后，在國家自然科學(xué)基金委員會緊急啟動的主任基金資助下，中國地震局地質(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)為是國際地學(xué)界主流模型之一的下地殼流動增厚模型——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，汶川地震對下地殼流動增厚模型提出了挑戰(zhàn)。

這也使汶川地震為國內(nèi)外地震研究者提供了一次難得的機(jī)會，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)震活動斷層地質(zhì)滑動速率、現(xiàn)今GPS監(jiān)測速率與地震危險性關(guān)系等科學(xué)問題，也為檢驗(yàn)青藏高原運(yùn)動學(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)系提供了具體觀測對象。

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，是震源斷層錯動在地表產(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估地震總釋放能量不可缺少的或重要的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，它們通過與矩震級之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，用于類似活動斷層不同段落的地震危險性評價，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)，采取有效對策減輕未來可能遭遇的大地震對社會、經(jīng)濟(jì)的沖擊，對理解斜滑推覆構(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，中國地震局、中國科學(xué)院、中國地質(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，冒著余震頻發(fā)和山體滑坡的危險，在第一時間進(jìn)入龍門山區(qū)的映秀、北川和青川等地，對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量數(shù)據(jù)、資料和成果，深化了對汶川地震破裂過程和破裂機(jī)制的認(rèn)識，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約240 千米，可分為以逆沖推覆為主的虹口—清平段和同時兼有右旋走滑分量和逆沖運(yùn)動分量的北川—石壩段；其中，虹口—清平段長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、破裂長度最長、同時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，同時調(diào)節(jié)逆沖滑動和走滑運(yùn)動分量，因而汶川地震破裂包含了沿疊瓦狀推覆構(gòu)造帶內(nèi)部多個斷層段的不同類型滑動，聯(lián)結(jié)不同地震破裂段，這是汶川地震震級如此大的構(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。即青藏高原塊體運(yùn)動學(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)對汶川地震的破裂活動進(jìn)行更深入的研究，并在國家自然科學(xué)基金的資助下與臺灣學(xué)者合作，開展汶川地震與臺灣“9?21”大地震的對比工作。