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四川震区龙门山地震地质研究要打一场持久战
2009-05-12 科学网 张巧玲;张思玮

  尽管“5·12”地震至今已有整整一年时间,但龙门山构造断裂性质、汶川的孕震动力条件、龙门山地区的地壳稳定性判定等问题依然悬而未决。

  中国地质科学院地质力学所所长龙长兴认为,地震的孕育和发生是一个复杂的过程,但归根到底是一种地质现象,所以开展地震研究不能撇开地质问题。现在看来,震区的地震地质研究仍须打一场持久战。

  谜一般的龙门山断裂带

  2008年5月17日和5月30日,中国地质科学院副院长董树文研究员、地质力学研究所所长龙长兴研究员先后带队奔赴汶川地震灾区,对汶川地震发震断裂和地表变形调整进行调查。

  截至目前,学术界关于龙门山断裂带地表破裂的调查研究成果已有很多,有关论文也陆续在国内外学术刊物发表,但深究之下,关于这条关键的构造断裂的种种细节,仍如谜一般并未轻易示人。

  不过,研究人员发现,仅靠前期地表调查和已有地震资料,难以深入了解龙门山活动断裂带的深部情况。2008年6月27日,中国地质科学院地质力学所安美建博士等在汶川地震震中附近的映秀镇、漩口镇、耿达乡等重灾区成功部署了微地震观测台站,形成了一个由26个台站组成的、基本包围“5·12”强震震中的天然地震台网,试图探测和采集与汶川地震余震发展趋势相关的发震断裂结构信息。

  “经过近一年的研究,我们初步获得了重要的余震观测数据,对汶川地震的震中作了更精确的定位,同时发现一条此前不为人知的余震分界线状构造,研究价值重大,目前部分研究成果已提交Tectonophysics杂志。”安美建日前在接受《科学时报》记者采访时表示。

  与此同时,地科院地质力学所研究员张岳桥承担的一项“973”项目课题,则力图深度分析龙门山地质构造断裂带及其与汶川孕震动力条件的关系。项目最终目标有三个:一是建立一个地应力实时监测网,为以后的研究和地震的趋势分析提供重要的基础资料;二是通过地表破裂过程调查和古地震研究,建立汶川地震特殊破裂类型样式,并进行国际对比;三是对断裂带深部结构进行描述和分析,对龙门山西南段今后地震发生的趋势进行初步判断。

  张岳桥说,这次地震产生的破裂过程与世界上其他地震不一样,有多条断裂同时参与破裂,这种现象在世界其他地方几乎还没有报道过。因此,需要开展详细的地震地质调查,并进行运动学和破裂特征分析,清晰描述和理解这类地震的破裂过程。

  同时,张岳桥认为,发生地震的深部构造及其动力过程也是一个基础科学问题。很多西方科学家强调青藏高原中下地壳存在软弱层,物质向东流动,在青藏高原东缘堆积增厚而引发地震,但这个观点需要重新检验,深部的构造动力学过程需要通过深部的地球物理探测来解释。在其负责的“973”课题中,有两个专题对此进行研究。

  张岳桥介绍说,龙门山断裂带的古地震和强震复发周期研究一直是个薄弱点。“尽管此前龙门山断裂带受到国内外学者的广泛关注,但对它的强震活动性估计不足。历史上,龙门山北边岷山两侧曾经发生过两次强震,而龙门山断裂带在历史上没有发生过大于7级的地震。”

  其次,龙门山以南的鲜水河——小江断裂带一直是科学家关注和严密监测的对象之一。然而,大地震最终却在龙门山地区爆发。“龙门山断裂带和鲜水河断裂带是什么关系,汶川地震之后鲜水河地区区域应力、应变是如何调整的,鲜水河——小江断裂带以后会否发生地震,这些科学问题都亟待回答。”张岳桥告诉《科学时报》。

  此外,通过GPS重复测量发现,横跨龙门山断裂带的现今变形非常小,速短率小于3毫米/年,看起来处于“稳定状态”,汶川地震之后大家突然醒悟到,需要对该断裂带的地震活动性进行重新评价,对汶川地震的发震机理的一些基础理论需要进行重新梳理和审视。

  张岳桥说,以往忽视汶川地震的原因主要是地震部门过多依赖基于GPS测量的研究成果,而汶川地震的发生使人们开始反思GPS应变观测值相对小的应变地区为何会发生大地震,其机理是什么,这些问题尚需仔细研究。张岳桥认为,仅根据GPS测量的应变参数进行地震危险性评价是不够的,必须把地应力研究和地应变的研究结合起来,两条腿走路,揭示深部应力——应变能量积累过程,它将对地震预测和灾害评价至关重要。

  地应力测量和研究不应松懈

  利用地应力测量的方法来研究地震是目前国内预测地震的重要方法之一,是由我国著名的地质学家李四光率先在国内发展起来的,李四光主张通过测量地应力的变化来研究地壳运动和地震活动规律。随后,一大批以地质力学为学术方向的科学家们,运用地应力的观测和分析,解读着地震来临的信息,为地震预报提供基础数据。然而,由于种种原因,近年来,地应力研究并未受到足够重视。

  “‘5·12’汶川大地震以后,地学界进行了一些反思,大家一致认为,要在地震预报方面进行探索和研究,开展地应力研究是其中一项最基础的工作。”龙长兴向《科学时报》记者表示。在他看来,地震的产生,活动断裂的形成主要是地应力的作用,而作为国内最早开展地应力研究的研究所,应该进行更深入的工作。

  “5·12”汶川大地震后,结合“973”项目、部科技专项和地调项目,中国地质科学院地质力学所在地应力研究方面做了大量工作。

  在地震应急阶段,由中国地质科学院地质力学所研究员彭华带队,在龙门山断裂带北端建了3个地应力监测站。此后,由廖椿庭研究员带队,又在映秀附近进行了地应力测量和监测。

  通过与震前应力状况进行对比分析,研究人员发现,震区震前和震后相比,应力状况和应力大小发生了明显变化。这点足以增强研究人员加强地应力测量和研究的信心。

  2008年11月,由科技部、国土资源部和中国地震局共同组织实施的“汶川地震断裂带科学钻探”在四川开钻,其中,由彭华负责的“地震断裂带的应力环境、应变能的分布及其与地震的关系”项目就是开展震区地应力测量和监测。

  “下一步,我们还要依照中国地调局的统一部署扩大研究范围,开展包括龙门山断裂带在内的整个西南地区应力场的综合研究。”龙长兴透露。其设想是,从三个方面入手对西南地区的现今地应力场进行综合研究:一是地应力测量与实时检测,注重地应力变化趋势的分析;二是活动断裂调整研究,通过活动断裂的分布规律和活动方式,探讨区域构造应力作用方式;三是应力场数值模拟,强调三维地质模型和数学力学模型的建立。

  “这对于开展该地区的地震预报、区域地壳稳定性研究都是一项非常基础的工作,也是必不可少的工作。”龙长兴说。目前,这一研究项目已进入实施阶段。


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