1. 项目概况

　　2008年汶川地震(Ms8.0)后，地震是如何发生的?这已成为地学界极其关注而又未解决的重大问题，其中地震断裂作用是认识该问题的关键。中国地质科学院地质研究所在国家科技支撑计划项目“汶川地震断裂带科学钻探”下设课题“地震断裂带的破裂结构、构造演化及大地震复发周期”2009—2014年)、国家自然科学基金项目“汶川科钻岩心中的地震断裂作用研究”(2014—2018年)和地质矿产调查评价专项“龙门山断裂带汶川科钻长期监测研究”(2014年)资助下，对汶川地震断裂作用进行深入研究。

　　2. 成果简介

　　(1)确定了汶川地震破裂带性质和地震断裂带内部结构。通过详细的地表调查，厘定了汶川地震产生地表破裂带性质：①映秀一北川地表破裂带长约270km，为逆冲兼右行走滑性质;②安县一灌县地表破裂带长约80km，为纯逆冲性质;③小鱼洞地表破裂带长约6km，为连接前两者的左行走滑兼逆冲性质。通过同震断层擦痕、震源破裂过程等对比，提出汶川地震由2次不同运动性质的子破裂事件组成，初期破裂以逆冲运动为主，后期破裂以右旋走滑为主。据汶川地震沿破裂带的最大水平位移和 最大垂直位移量位置相近且位移量相似(Dh/ Dv≈1)，提出近45°方向的斜向逆冲作用可能是山体快速隆升的重要机制。

　　通过汶川地震发震断裂映秀一北川断裂带地表露头和汶川科钻岩心研究，确定了映秀-北川断裂带由5个次级单元组成(图1-A)，宽度为200~240m，具多核断裂结构特征。假玄武玻璃(图1-B~E)不仅出现在花岗质碎裂岩部分，而且还出现在沉积岩中，表明映秀一北川断裂带是一条具有长期演化历史的地震断裂带，且其南、北2段具有完全不同的演化历史。

　　(2)汶川地震破裂过程中断裂弱化机制的认识。断裂弱化机制是认识地震破裂过程的重要内容。在汶川科钻一号孔中，约590m深度发现汶川地震滑动所形成的1~2mm厚的新鲜断层泥(主滑移带)，在主滑移带内发现蒙脱石含量增加以及石墨出现(图2)，表明热增压作用可能是汶川地震断裂弱化机制之一。摩擦实验显示，地震滑移速率环境下断层非常弱，并沿滑 移带形成石墨，与汶川地震主滑移带岩心样品中发现石墨一致，表明石墨化与动力弱化有关，提出石墨沿滑移带的富集不仅可以作为上地壳地震滑移期间瞬时摩擦生热的标志，而且可以作为大地震发生的标志，对认识汶川地震破裂过程具有关键意义。

　　(3) 汶川地震具极低的断层摩擦系数。断裂的摩擦系数不仅是确定地震断裂强度最重要的数据，而且还是理解地震机制和同震弱化的关键力学性质参数。在WFSD-1中近4年的长期连续测温，计算获得汶川地震主滑移带的摩擦系数为0.0(图 3)，这是自然界中获得的最低摩擦系数，它远低于高速摩擦实验中观察到的最低值 0.1。该结果对于认识汶川地震机制具有极其重要的意义。

　　(4)汶川地震后，断裂快速愈合。震后愈合对于认识孕震机制和地震周期具有重要意义。在WFSD-1中，通过分析地下水位连续变化对潮汐力的响应，计算震后断层的地下水渗透率随时间的变化。汶川地震断裂带(映秀-北川断裂带)的渗透率整体随时间延长而快速减小，这一趋势反映了映秀-北川断裂带的震后快速愈合过程，对于当地的孕震机制及地震周期有指示意义。汶川断层破裂带的渗透率比已知其他断层带的渗透率高，表明汶川地震发生时，在断层附近有显著的地下水流动，而地下水的流动会影响断层附近的有效正应力及摩擦产生的热，从而影响了地震的破裂过程。灌县-安县断裂带具有震后慢速或易愈合的特征。

　　(5)龙门山断裂带变形特征和地震断裂的确定。龙门山断裂带具有3条逆冲断裂：汶川- 茂县断裂、映秀-北川断裂和灌县-安县断裂，汶川地震使后2条断裂同时破裂。通过显微构造、岩石学和地球化学的研究，确定了映秀-北川断裂带是一条具有多种滑移机制(机械润滑、摩擦熔融和热增压机制)、易产生大地震的高角度逆冲断裂带;灌县-安县断裂带以蠕滑变形为特征，是不易发生大地震的低角度逆冲断裂，而汶川地震沿该断裂发生破裂，是由于汶川地震时映秀-北川断裂破裂迫使其被动滑动。

　　3.成果意义

　　研究成果完善了地震断裂理论，直接回答了一直困扰在地震地质和地震物理学领域几十年的关键问题，对认识汶川地震发震机制具有重要的意义，为防震减灾提供了理论依据。(中国地质科学院地质研究所 李海兵供稿)