纪念汶川地震10周年——龙门山断裂带地震研究最新进展

2018年5月12日

　　2008年5月12日，在中国四川省发生了汶川7.9级大地震，顷刻间山崩地裂，近八万多鲜活的生命悄然逝去，数百万人失去家园。十年后的今天我们纪念这个日子，不仅是追思逝者，也是要确保灾难不会再一次重演。地震的发生不是随机性的，地震通常发生在活动断裂带上。要掌握地震的发生规律，仅仅知道活动断裂带的位置还远远不够，必须先明确地震的发生机理。正所谓“知己知彼，百战百胜”，提升防灾减灾工作有效性的关键之一就在于对地震发生机理与区域地震活动性的正确而深入的认知。今天，在汶川地震发生10周年之际，记者有幸采访到中国著名的地震科学专家柳畅博士，由其向我们介绍龙门山断裂带地震研究的最新进展。近年来，柳博士主导了国家自然科学基金青年项目《龙门山断裂带西南段地震空区地震危险性的三维数值模拟研究》和国家自然科学基金面上项目《基于精细断层结构的鲜水河-小江-龙门山断裂带系应力演化与地震危险性的三维数值模拟研究》等国家级科研项目。柳博士对地震龙门山断裂带进行的地震发生机理与地震活动性分析研究，取得了很多显著的研究成果。

　　由于地球内部的不见性，科学家对于地震发生机理的研究异常困难。柳博士主要通过数值模拟的方法来研究地震发生机理的问题。2008年汶川地震发生之后，柳博士就立即建立了龙门山断裂带的三维岩石圈的数值模型，计算了龙门山断裂带的地震应力演化过程，发现龙门山断裂带上地壳底部应力集中积累的现象（也就是应力比周边区域积累的要快）。柳博士认为正是该应力集中导致了2008年汶川7.9级地震的发生。应力集中的原因主要是，龙门山断裂带区域在横向挤压-地壳缩短的情况下，青藏高原柔软的深部地壳与四川盆地坚硬的深部地壳之间较大的力学强度差异所致。柳博士的这些研究成果也陆续发表在《Physics of the Earth and Planetary Interiors》等重要学术期刊上，得到了国际与国内同行的广泛关注。

　　据一些科技文献记载，汶川7.9级地震发生之前，龙门山区域没有出现任何明显前兆，甚至在世界地震危险性分布图上，也被认为地震危险性不高。柳博士认为科学家们之前做出该判断的原因主要在于，从经验性的地震前兆角度来看，龙门山断裂带在地震发生之前并没有明显前兆异常，而且2008年汶川地震之前，GPS数据测定的龙门山断裂带的形变与应变率都非常小。汶川地震发生之后，柳博士通过数值模拟的方法研究了龙门山的应力积累演化时空分布特征，发现龙门山断裂带地壳深部的应力积累速率远远高于地表，震源深度的库伦应力积累速率大约是地表的五倍。柳博士研究发现其原因还在于横跨龙门山断裂带区域地壳流变结构的复杂性（即青藏高原柔软的中、下地壳与四川盆地坚硬的中、下地壳的之间强烈的粘度差异）。柳博士的这一发现很好地解决了“为什么汶川地震发生在地表应变率如些之低的龙门山断裂带”这一重要科学问题。之后，在不同的地震学研究的学术报告场合，柳博士都一再强调，在某些断裂带区域，特别是地壳流变结构复杂的区域，地表与地壳深部的变形与应力积累特征并不相同；根据大地测量数据得到的地表的应力与应变水平，不能简单地等同于断层深部的应力与应变积累水平；这也是我们在经历了2008年汶川7.9级地震之后，最应该吸取的重要经验教训之一。柳博士的这些研究结论非常重要，为板内地震发生机理带来了更加深入的认识；也指出了在使用大地测量数据分析地震危险的工作时，应该避免的误区，在地震带区域的防震减灾工作中发挥有价值的理论指导作用。柳博士的这些研究成果也已经在国际重要学术期刊《Journal of Geodynamics》上发表，为国际与国内的地震学研究领域与大地测量学研究领域的同行提供了宝贵的借鉴。

　　汶川大地震发生后，满目疮痍，人们在目睹了地震造成的巨大灾难后，不禁疑问像这样7.9级的地震，多少年会再发生一次？为解答这一科学难题，柳博士提出了估算地震复发周期的一种新方法。他从数值模拟龙门山断裂带地震应力演化的角度，估算了龙门山断裂带7.9级地震的复发周期。定义地震复发周期为构造应力积累到上一次地震应力释放的大小所需要的时间。他计算了该龙门山断裂带的应力增加速率，以及2008年7.9级汶川地震的同震应力变化与震后应力松弛，在此基础上，柳博士估算了汶川7.9级大地震的复发周期在4200-6500年之间。与其他方法比较，柳博士的该方法对地震复发周期的估计提供了更好的约束。这一方法也为地震预报工作带来了一种新的思路。柳博士的这些研究成果也已经在国际重要学术期刊《Journal of Geodynamics》上发表。

　　虽然柳博士估算龙门山断裂带在几千年之内就不会再发生同样级别的7.9级地震（断层再次重复破裂达到350千米左右），但是，柳博士指出，近十年来，龙门山断裂带在经历了2008年汶川7.9级大地震和2013年芦山6.6级地震之后，其西南段还有两个未破裂的地震空区。通过数值模拟龙门山断裂的应力时空演化特征，柳博士发现2013年芦山6.6级地震只释放了龙门山断裂带西南段中部的小部分能量；断裂带西南段仍然还有两个地震空区处于应力集中积累状态，能量还没有得到释放，地震危险还很高。柳博士指出这两个地震空区分别是四川省邛崃至汶川南部之间的地带，以及天全到康定之间的地带；其中前者的地震危险性相对更高。柳博士的研究引起当地的政府重视，加强这两个地区的防震减灾工作。而且，柳博士的这些研究结论已经在国际重要学术期刊《Journal of Asian Earth Sciences》和《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》上发表。

　　为探索解决地震发生机理的科学难题，柳畅博士在过去的十多年间，一直坚持研究龙门山断裂带的地震发生机理与地震活动性。柳博士认为龙门山特殊的地理位置决定了它的地震多发性。这个特殊性就在于，青藏高原与四川盆地在相互挤压-地壳缩短的背景下，龙门山断裂带的深部地壳流变结构的强烈的横向不均匀性。柳博士所取得的一系列原创性研究成果，已经在国际重要学术期刊上发表了十余篇重要学术论文，为地震发生机理研究带来了新的认知，为国际与国内的地震学同行的研究提供了宝贵的借鉴，为促进地震发生机理领域的发展做出了重要的贡献。同时，也为当地灾区的防震工作做出了重要的理论指导。感谢柳博士等地震科学研究人员孜孜不倦的研究让我们对地震的认识更加深入，进而可以更加有准备地应对地震等灾害。中国是一个地震灾害频发的国家。天灾虽然难以避免，但是基于柳博士的研究成果的指导，我们可以通过良好的防灾减灾工作有效减少人员伤亡和财产损失。（刘建）