5月12日，在中国地质科学院纪念“5·12”汶川地震一周年学术报告会上，中国科学院院士许志琴代表国土资源部大陆动力学实验室汶川地震小组，首次公开报告了汶川地震断裂带科学钻探实施6个月以来取得的成果。
    
    “截至5月11日，汶川地震断裂带科学钻探 （WFSD）一号孔已钻进744.82米深，已穿过古老的结晶岩，穿过汶川地震的主断裂。而北川—映秀断裂之谜也在钻孔中一一呈现。”许志琴透露。
    
    “从岩心样品中我们取得了重大发现，揭示出北川—映秀断裂带规模巨大，断层岩类型丰富，尤其是地震断层泥的规模罕见，这些为地震成因机制的研究带来实质性的科学跨越。”
    
    汶川断裂之谜呈现
    
    在龙门山高山峡谷之间的汶川地震断裂带科学钻探一号孔工程现场，一条写着“中华民族在灾难中失去的，将在进步中得到”的横幅格外醒目。
    
    在重复温家宝总理的这句话时，许志琴强调，“汶川地震断裂带科学钻探就是科学进步的一种新的尝试。”
    
    许志琴说，伴随汶川地震断裂带科学钻探一号孔工程的实施，项目取得一系列重大发现。
    
    一是汶川地震断裂带科学钻探一号孔提前钻遇了地震主断裂的界面。许志琴介绍，由于研究人员判断地表断层的倾角是70°到75°，因此他们原定设计汶川地震断裂带科学钻探一号孔要到800米才能看到主断面，但是在589米的地方，主断面就出现了。截至5月11日，一号孔钻进了744.82米深就已穿过汶川地震的主断裂，北川—映秀的断层已进入到了三叠纪地层。而且研究人员发现，底层断裂带的产状是由75°向下变成了60°到63°——这是一个上陡下缓的断裂。
    
    二是在0～720米深度的彭灌杂岩岩心中发现了20余条产状不同、规模不等（厚度几厘米至几米）的由断层泥、碎裂岩和断层角砾岩组成的古地震断裂带。
    
    “这些都是地应力强烈活动的证据，是龙门山存在古地震活动周期的有力证据。”许志琴说，它们将为认识地质历史中的地震活动及活动周期提供科学的证据。
    
    三是主断裂上发现罕见的巨厚断层岩。即在585米之下发现100多米厚的由黑色断层泥、碎裂岩和断层角砾岩组成的断裂带，“十分壮观”。
    
    “经确认，这就是北川—映秀主断裂在深部断层带上的再现，它就是地震杀手和祸根所在。”许志琴说，特别是厚度达20余米的断层泥，世界罕见，是青藏高原东缘龙门山隆升的最好记录和见证，同时可以证明，北川—映秀断层泥应该是多次强烈地震的结果。
    
    第四个重要发现是，在2008年11月6日汶川地震断裂带科学钻探一号孔开钻以来，研究人员监测到了龙门山断裂上发生的3000多次余震。通过对这些余震的监测以及随钻实时流体监测发现，大量的氦、氩、甲烷和氡的流体异常与余震有明显对应关系，如平武、汶川等地发生的3级地震和流体异常之间有明显的对应关系。
    
    青川、平武、都江堰等地发生的5级地震和流体异常之间也有非常好的吻合关系，而这些吻合在震前、震中和震后都有发生。这一发现为研究地震与流体异常的关系提供了有利机遇。
    
    “大胆吃螃蟹”
    
    2008年5月12日汶川大地震发生后，国土资源部大陆动力学实验室快速响应，于次日成立了汶川地震小组。小组成员冒着余震的危险，踏遍了汶川灾区，开展汶川大地震地表破裂带分布特征的调查。7月12日，许志琴等提出了在汶川大地震余震尚在继续的特殊时期迅速启动“中国主要地震断裂带科学钻探计划——汶川地震断裂带科学钻探一期工程”的建议。
    
    “这是我国第一次在地震发生后通过科学钻探研究地震断裂和地震机理，也是世界上最快回应大地震的一项科学钻探计划。”许志琴称其为“大胆吃螃蟹”。
    
    2008年11月6日，汶川地震断裂带科学钻探在四川开钻，这项在汶川地震余震持续不断的特殊时期实施的工程及相关的科学研究，被认为是认识地震发生的机制、提高地震监视和预警能力的一条重要途径，一时引起了国内外的广泛关注。然而，工程并不像想象中那么顺利。
    
    “这是最难打的一口井，项目实施难度之大、负担之沉重超出预期。”曾经成功实施超过5000米深的中国大陆科学钻探的许志琴此刻言出由衷。
    
    2009年4月13日，记者随中国地质科学院地质力学所研究员彭华来到汶川地震断裂带科学钻探一号孔工程现场时，一号孔才打到约660米。
    
    “离我们的目标还很远。”彭华眉头紧锁。在汶川地震断裂带科学钻探项目中，彭华负责了两个内容：“井中科学探测”和“地震断裂带的应力环境、应变能的分布及其与地震的关系”。
    
    “如果打不到主断裂带上，后续的研究工作都无法开展。”彭华担忧地说。
    
    彭华告诉记者，由于钻井要经过一段彭灌杂岩，这种本来很完整但由于历史时期发生多次地震而松散的岩体给工程造成了很大困难。
    
    “如果是完整坚硬的岩体，普通的钻孔最多三个多月就可以全部打完，这口井是科学钻，要求取心率高，否则就会失去科学研究的价值，所以许院士说宁可慢一点也要获得完整的岩心。”彭华说。
    
    此外，由于受到多次地震活动的作用，井内地层全部破碎，钻孔涌水，钻孔上部多处垮塌，下部严重缩径，导致卡钻、埋钻等事故频繁发生，钻进难度极大。
    
    在打钻过程中，项目部就召开了多次关于汶川科学钻探复杂地层取心技术的研讨会。就在记者随彭华前往工程现场的头几天，他们还请来中国科学院院士马瑾、张国伟等专家前往工程现场考察，为工程出谋划策。
    
    经过工程人员和科技人员的共同努力，最终通过采用“半合管取心”、“高比重泥浆压力平衡”和“抑制地层膨胀”等有效技术，解决了破碎地层的取心、钻孔缩径卡钻等难题。
    
    “他们获取了原状性好的岩心，不仅保证了钻探施工安全顺利进行，而且为我们开展地学研究提供了良好的实物样品。”许志琴在上述学术报告会上表示，工程钻探的取心率达到92%。
    
    建立中国第二个长期地震观测站
    
    “对于搞地震的人来说，地震之后所遗留的痕迹都是开展地震研究的财富。”彭华的这席话给记者留下了很深刻的印象。
    
    “5·12”汶川大地震发生以后，地学专家纷纷前往灾区布设监测台站。“都是希望趁着余震还在继续时取样进行研究。”彭华说。
    
    震后，彭华所在的中国地质科学院地质力学所地应力实验室也在地震灾区建了20多个观测台站。所不同的是，他们更希望将观测台站建在地下而不是地表。
    
    彭华举例说，在深部能在不受干扰的情况下去捕捉余震的直接信息。
    
    据记者了解，汶川地震断裂带科学钻探的研究内容，是在龙门山北川—映秀断裂及龙门山前缘安县—灌县断裂附近实施4口科学群钻的基础上，开展地质构造、地震地质、岩石力学、化学物理、地震物理、流体作用和流变学等多学科研究。对大地震和复发微地震的源区进行多学科观测和测试，揭示控制断裂作用及地震发生的物理和化学作用。综合地球物理测井、岩心以及通过主动震源地震成像和观测，识别活动断裂各种构造要素，测量断裂破坏带的宽度和破坏强度，确定断裂的构造属性。
    
    “在钻井中，将把一切能用的研究手段，把所有的学科包括地震学、岩石物理、地质学、地球物理、流变学等综合在一起组成一个大的平台，开展测井、岩心XCT扫描、岩石物理、应力、温度、流体、古地磁和VSP（垂直地震剖面）等工作。”许志琴介绍，最后他们还要在深井里放置一口综合地质物理监测仪，进行长期监测。
    
    “我们要建立中国第二个长期地震观测站。”许志琴透露，此前由其负责的中国大陆科学钻探已经在江苏东海县建成中国第一个长期地震观测台站。为了更方便开展研究，汶川地震断裂带科学钻探实验室就被设立在离汶川地震断裂带科学钻探一号孔工程现场不远的成都的犀浦镇。
    
    许志琴透露，汶川地震科学钻探的第二口3000米深钻井可能将在下月底开钻，“我们将在这个地区布置区域微震台站进行地震监测，汶川地震断裂带科学钻探将为世界上特殊的高角度的右行逆冲断裂的地震机制提供典例”。
    
    (张巧玲 李晓明）2009-5-14