汶川地震科学钻探岩芯中的地震断裂作用过程研究

This project will focus on the core of the five scientific holes drilled by “Wenchuan earthquake Fault Scientific Drilling (WFSD)”. On the basis of detailed researches on the microstructure, mineralogical, petrologic, geochemical, magnetic and thermal history of fault rocks (especially the “fresh gouge”) we want to know the structural features of seismic faults, the rock physical/chemical variation during earthquake and the thermal history the fault have underwent, to determine the fault slip mechanism, fault physical/chemical characteristics and fracture energy. Comparison research will also be made on the fault rocks collected from the five holes, to reveal the gouge features and its physical/chemical properties of the two different faults (Yingxiu-Beichuan fault and Guanxian-Anxian fault), then to discuss the effect of whole rocks and fluid on the rock types, structures and seismic origin along the fracture zones, recognize the different seismic fault features and activities, investigate the Wenchuan earthquake rupture mechanism; moreover, we also want to outline the formation sequence and fault behavior varying with the seismic cycle by combining various chronological data, and rebuild the uplift process of the Longmenshan fault zone. This research will provide substantial data for studying fault features and rupture mechanism and has import meaning for understanding the rupture process of great seismic events.

本申请以“汶川地震科学钻探（WFSD）”五口钻井中的岩芯为主要研究对象，通过对断裂岩尤其是“新鲜断层泥”的微构造学、矿物学、岩石学、地球化学、磁学和热历史的详细研究，认识和确定地震断裂构造特性、地震发生过程中岩石的物理、化学变化和成因，以及断裂作用可能遭受的热历史，并进行五口井的岩芯中断裂岩的对比研究，认识不同性质的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂特征，及其围岩和流体对地震断裂作用的影响，确定不同性质的地震断裂特性和行为、断裂快速滑移机制、物理-化学性质、地震后的断裂愈合作用和地震过程中的能量迁移，探讨汶川地震的发生机理，并结合有关年代学研究重塑龙门山断裂带的抬升历史。该研究为探讨断裂作用过程与地震破裂机制提供详细数据，对进一步认识和理解大地震破裂过程，以及对防震减灾和构造地质与地球动力学领域的基础研究都具有重大意义。

认识大地震断裂作用和变形过程已成为当今科学研究的重要课题。地震断裂机制、滑移过程、物理-化学性质、力学行为、流体行为和断裂能量是认识和研究地震成因机制的核心和前缘热点。科学钻探获取“地下新鲜断裂岩”是认识地震断裂作用的突破口。本项目以“汶川地震科学钻探（WFSD）”岩心为主要研究对象，通过对假玄武玻璃和断层泥的微构造学、矿物学、岩石学、地球化学、磁学和热历史等研究，取得了一系列重要认识。共发表42篇学术论文，其中SCI论文33篇，包括4篇Geology、1篇 Journal of Geophysical Research、3篇Tectonic、7篇Tectonophysics、1篇Journal of Structural Geology、1篇Geochemistry Geophysics Geosystems等。主要成果如下：.（1）首次确定了龙门山断裂带的变形行为.确定了龙门山断裂带结构与深部形态，发现了映秀-北川断裂带多期次的假玄武玻璃，并揭示了龙门山晚三叠世的大地震活动，通过微构造学和岩石磁学揭示了＞500℃的同震摩擦温度和高达1730℃的同震熔融并形成了单质铁，指示了高温还原的孕震环境。发现和确定了映秀-北川断裂是一条长期发生大地震活动的粘滑型断裂，灌县-安县断裂是一条不常发生大地震的蠕滑型断裂，其断层泥具有低磁化率值并没有经历摩擦高温。.（2）获得了汶川地震破裂机制的重大认识.发现和确定了汶川地震过程中极其低的断层有效摩擦系数，发现汶川地震同震石墨化作用并确定了断层热增压的弱化机制。首次提出断层泥石墨是大地震标志。.（3）得到了龙门山隆升作用的新认识.映秀-北川断裂带上发现了多期次古地震记录，揭示了映秀-北川断裂带长期地震活动造成的地壳加厚是龙门山快速隆升的主要原因，并揭示了龙门山早期活动及其对青藏高原东缘隆升的指示意义。.该项目不仅提供了断裂作用与地震破裂机制认识的科学数据，完善了地震断裂理论，对进一步认识和理解大地震破裂过程，以及对防震减灾和构造地质与地球动力学领域的基础研究具有重大意义。