徐錫偉:逼近最危險的斷層

近期，中國在東海縣給“亞洲第一井”安裝了大陸第一臺深井地球物理綜合觀測儀，這是目前世界上深度最大、靈敏度最高的深井地球物理綜合觀測儀。早在20世紀(jì)90年代，美國就已經(jīng)將地震檢測儀放置到2km的深井中記錄微震，近期美國又將打通圣安德烈斯斷層10km的深井鉆探，并將相關(guān)的監(jiān)測儀器逐步放入斷層內(nèi)部，以此獲得對斷層運動的全新認(rèn)識。

雖然目前還不能準(zhǔn)確預(yù)報地震，但是通過各種研究可以提高防震和臨震探測能力。上述地震探測方式已經(jīng)成為國際上一種重要的地震探測手段，地震儀放入深層地下，可以濾除地面干擾，提高地震探測的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，地震的探測不僅僅依靠先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，還需要系統(tǒng)的理論研究，在這方面中國地震局地質(zhì)研究所徐錫偉研究員無疑是其中重要的一位。

徐錫偉，男，1962年生，江蘇無錫人。現(xiàn)任中國地震局地質(zhì)研究所二級研究員，主管科研和外事的副所長，國家地震安全性評定委員會副主任委員，中國地震學(xué)會地震地質(zhì)專業(yè)委員會主任委員，國家科學(xué)工程《城市活斷層探測與地震危險性評價》首席專家。

他17歲入成都地質(zhì)學(xué)院三系放射性礦產(chǎn)地質(zhì)專業(yè)學(xué)習(xí)，畢業(yè)后，在國家地震局地質(zhì)研究所攻讀碩士和博士學(xué)位，先后師從鄧起東院士和馬杏垣院士，從事華北中部汾渭地塹系新構(gòu)造運動特征、形成機(jī)制與地震災(zāi)害等方面的研究，開始了活動構(gòu)造學(xué)和板塊內(nèi)部變形動力學(xué)研究生涯。1993年到1994年，受日本學(xué)術(shù)振興會資助在東京大學(xué)理學(xué)部地理系作博士后研究，34歲時便成為國家地震局研究所研究員。

挑戰(zhàn)美國學(xué)界 引領(lǐng)地震非線性研究的潮流

早在1990年，徐錫偉就已經(jīng)在學(xué)界小有名氣，那時他剛博士畢業(yè)，在國家地震局地質(zhì)研究所從事活動構(gòu)造研究。這一年，他連續(xù)在《地震地質(zhì)》、《華北地震科學(xué)》上發(fā)表三篇論文，一舉成名。

在做碩士論文和博士論文期間，他就開始對山西裂谷系構(gòu)造地貌、盆地演化、地震與地質(zhì)災(zāi)害等進(jìn)行系統(tǒng)研究。后又參加馬宗晉院士和鄧起東院士主持的《臨汾地震小區(qū)劃和系統(tǒng)減災(zāi)》項目，他給出了山西裂谷系邊界北-東向活動斷層右旋走滑的斷錯地貌證據(jù)和全新世右旋走滑速率數(shù)據(jù)，并結(jié)合新生代地層和火山巖的古地磁測試結(jié)果，提出了山西裂谷系是一條受控于深部右旋剪切作用而形成的右旋剪切拉張帶。這一研究成果為華北最新構(gòu)造變動及其相關(guān)地震孕育和發(fā)生的理論研究，提供了一種可能的動力學(xué)成因解釋。他的這一研究，作為走滑扭動成因裂谷系的實例，入選了1992年出版的Tectonophysics裂谷作用專刊——歐亞裂谷專題研究第一卷。

更另其出名的是，他率先提出地表破裂型地震復(fù)發(fā)型式的研究，這不僅是對美國地質(zhì)學(xué)界早期研究的挑戰(zhàn)，更是引領(lǐng)地震非線性研究的潮流。

在從事研究之初，徐錫偉便關(guān)注第四紀(jì)時期的地質(zhì)構(gòu)造研究，為此他參加了國際第四紀(jì)聯(lián)合會第十三屆國際大會，并作為大會第33條野外考察路線的領(lǐng)隊；主持國家自然科學(xué)基金面上項目——《阿爾金斷裂帶中西段第四紀(jì)非線性斷裂作用的定量地貌學(xué)研究》等。

徐錫偉在第四紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造方面的研究傾注了大量的心血，功夫不負(fù)有心人，他在國際古地震研究領(lǐng)域率先提出了晚第四紀(jì)斷裂作用的非線性特征，即特定地區(qū)主要活動斷層作用具有漲落特性——具體表現(xiàn)為地表破裂型地震復(fù)發(fā)的一種非線性力學(xué)行為：地表破裂型地震復(fù)發(fā)型式有等間隔型、復(fù)發(fā)間隔逐漸縮短的對數(shù)型、活躍與平靜相間的階梯型等三種。其中，等間隔型為早期經(jīng)典的特征地震復(fù)發(fā)模型，對數(shù)型為重復(fù)間隔逐漸縮短最后群集的復(fù)發(fā)模型，而階梯型則反映的是復(fù)發(fā)間隔短的活躍期和復(fù)發(fā)間隔長的平靜期交替模型，反映出地殼承受著粘彈性非線性變形行為。

他的這一理論是對早期美國地質(zhì)學(xué)界提出的“特征地震準(zhǔn)周期復(fù)發(fā)理論”的沖擊和挑戰(zhàn)，引領(lǐng)了地表破裂型地震非線性復(fù)發(fā)模型的研究潮流，對地表破裂型地震復(fù)發(fā)規(guī)律的把握和強(qiáng)地震發(fā)生趨勢預(yù)測有十分重要的科學(xué)意義。

開拓研究新領(lǐng)域 加強(qiáng)地震預(yù)測

2009年5月，地震出版社出版了徐錫偉主編的《5·12汶川8.0級地震地表破裂圖集》。這本圖集以清晰的圖片資料，真實地反映了汶川地震地表變形特點和震害特征，這既是此次大地震客觀歷史記載，也為今后地震科學(xué)研究和工程抗震設(shè)防提供了基礎(chǔ)資料；不僅有利于總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，采取有效對策減輕未來可能遭遇的大地震災(zāi)害，也對理解陡傾角斜滑推覆構(gòu)造系統(tǒng)的地震災(zāi)害分布特征、青藏高原構(gòu)造運動與隆升轉(zhuǎn)換關(guān)系等，具有十分重要的科學(xué)意義。

近年來，徐錫偉詳細(xì)研究了中國十年來的四次大地震：2010年玉樹地震、2008年汶川地震、2008年于田地震、2001年昆侖山口西地震，并給出這四次地表破裂的組合樣式及其運動學(xué)參數(shù)，討論了這4次地震的破裂過程、構(gòu)造成因和地震地表破裂局部化特征等問題，為研究走滑斷裂、正斷層、逆斷層等三種基本類型地震的孕育過程、破裂機(jī)制和工程危害性等提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

同時，他指出地震地表破裂帶具有變形局部化的基本特征，其寬度是有限的，主要局限在數(shù)十米范圍內(nèi)，與地震地表破裂直接相關(guān)的地震災(zāi)害具有沿發(fā)震活動斷層帶狀分布的基本特征，避讓活動斷層可有效減輕地表同震錯動對地面建構(gòu)筑物的毀壞，為積極主動地減輕可能遭遇的地震災(zāi)害損失提供了科學(xué)依據(jù)。

徐錫偉援引國家地震局地質(zhì)研究所馬宗晉院士的話，“地震是一種脈動的，有周期性的構(gòu)造運動過程，那么這個周期，實際上是統(tǒng)計概念上面的，可能會短一點，也可能會長一點。”

徐錫偉通過研究認(rèn)為，由于受板塊之間相互作用加強(qiáng)的影響，整個全球，或者太平洋板塊以及歐亞板塊跟印度洋板塊之間的相互作用的加強(qiáng)，引發(fā)了包括亞洲在內(nèi)的一個地震頻發(fā)活躍期。他認(rèn)為，這一次活躍期可能應(yīng)該從2004年蘇門答臘9.3級地震開始，到現(xiàn)在為止接近8年了，估計地震還會有，活躍期會繼續(xù)下去。

目前，徐錫偉正在為國家地震預(yù)測和防震減災(zāi)而努力，轉(zhuǎn)化為實際上的助力就是他最近的研究項目都與地震預(yù)測和防震減災(zāi)密切相關(guān)。其一，對人口集中的城市進(jìn)行斷層探測和地震危險性評價。其二，對主要地震帶上面的活動斷層，進(jìn)行地震危險性評價，并開展1：50000的活動斷層的填圖工作。希望能夠在2020年以后，把我們中國大陸存在的主要的活動斷層的位置找出來。為我們國土規(guī)劃利用服務(wù)，或者避讓這些災(zāi)害帶，作為一種有效的措施。其三，積極參與編制新一代的地震區(qū)劃圖，這張區(qū)劃圖將作為抗震設(shè)防的一個有效的措施，或者國家的一個強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)。按照這個標(biāo)準(zhǔn)來建的房子，可以有效地減輕地震震動造成的破壞。

參與國際合作 創(chuàng)新研究成果

法國宇宙科學(xué)研究院（巴黎地球物理研究所）Paul Tapponnier教授、Yann Klinger博士等，對中國的青藏高原運動學(xué)、動力學(xué)和地震活動性等方面的研究與徐錫偉不謀而合，于是徐錫偉與兩人共同開展了相關(guān)方面的研究。

通過系統(tǒng)研究青藏高原北部大型走滑斷裂——阿爾金斷裂帶、東昆侖斷裂帶和鮮水河斷裂帶，及青藏高原東南緣川滇菱形塊體主控邊界斷裂走滑運動、橫向逆斷裂對走滑運動或側(cè)向擠出的吸收作用等，徐錫偉提出了青藏高原東向運動的“疊瓦狀逆沖轉(zhuǎn)換——有限擠出模型”雛形。

徐錫偉發(fā)現(xiàn)阿爾金斷裂帶中東段存在著肅北、石堡城和疏勒河等三個三聯(lián)點，在它們的南側(cè)均發(fā)育著一條向南東向延伸的逆斷裂帶，分別為黨河南山斷裂、大雪山斷裂和祁連山北緣斷裂等。通過對三聯(lián)點附近走滑斷裂和橫向逆斷裂上滑動矢量分析，徐錫偉發(fā)現(xiàn)阿爾金斷裂帶沿走向滑動速率的減少量與橫向逆斷裂上發(fā)生的地殼縮短率或上盤塊體的抬升率相匹配。

因此，徐錫偉認(rèn)為，由于橫向逆斷裂存在，作為青藏高原北緣主控邊界斷裂左旋滑移引起的青藏高原物質(zhì)或塊體東向擠出量是有限的。同樣，川滇菱形塊體主控邊界斷裂，特別是嘉麗——紅河右旋斷裂帶、橫切川滇菱形塊體的麗江——小金河擠壓逆沖斷裂帶等運動矢量分析也表明，川滇菱形塊體南部滇中次級塊體南東向水平運動速率較其北部川西北次級塊體要小，減小的水平運動速率被北東向的麗江——小金河斷裂帶吸收，轉(zhuǎn)換為川西北次級塊體的強(qiáng)烈隆升，引起地殼強(qiáng)烈縮短。

徐錫偉結(jié)合詳細(xì)實例，得出青藏高原中東部大型走滑斷裂帶晚第四紀(jì)走滑速率向東規(guī)則減小，并轉(zhuǎn)化為橫向逆沖作用和高原隆升的運動學(xué)圖像。于是，他初步提出了“疊瓦狀逆沖轉(zhuǎn)換——有限擠出模型”雛形，用來解釋青藏高原東緣上地殼隆升的一種可能的形成機(jī)制。這既豐富了青藏高原中東部構(gòu)造變形特征和隆升機(jī)理的運動研究內(nèi)容，又開創(chuàng)了青藏高原東向運動的新內(nèi)容。

探測活動斷層 奠基城市規(guī)劃

城市范圍內(nèi)發(fā)育的活動斷層，包括隱伏活動斷層被稱為直下型斷層，它所控制的直下型大地震會使一個城市發(fā)生巨大的破壞，發(fā)震斷層的錯動更可能沿斷層產(chǎn)生地表破裂帶和位移帶，其危害性更大。因此，城市活動斷層探測及其活動性評價是城市建設(shè)和減輕災(zāi)害工作中及其重要的基礎(chǔ)工作。

當(dāng)今世界，如美、日等國在城市活動斷層探測方面的研究較為成熟，他們在上世紀(jì)九十年代就開始了相關(guān)研究。在洛杉磯北嶺地震后，美國政府立即組織在加州及其附近海域開展大規(guī)模的城市活動斷層探測工作；赫克托邁地震后又在93個不同地點實施人工地震探測，以確定未來可能威脅到洛杉磯市直下型地震的震源位置。日本在阪神地震后，對日本八個地區(qū)主要活斷層進(jìn)行緊急調(diào)查研究，并制定了首都圈、大阪、京都等大城市地區(qū)隱伏活斷層的詳細(xì)調(diào)查研究計劃，測繪出詳細(xì)的活斷層圖。

中國在這方面的研究起步較晚，徐錫偉作為中國地震局地質(zhì)研究所研究員，一直負(fù)責(zé)“京滬等21個大城市活動斷層探測”項目。他于1999年12月提出城市地震構(gòu)造探測的國家科學(xué)工程的立項建議，后改為“城市活動斷層探測與地震危險性評價”項目。這一項目在鄧起東院士和眾多科研人員，以及政府官員的共同努力下，最終得到了國家發(fā)展與改革委員會和地方政府相關(guān)部門的資助。

徐錫偉主持實施了福州市活動斷層試驗探測和20個大中城市的活動斷層探測項目。他和他的團(tuán)隊通過對我國20余個大中城市活動斷層探測與地震危險性評價，在105條斷層中甄別出了26條具有發(fā)生震級大于6.5級地震危險性的活動斷層。同時，對大地震現(xiàn)場的地表破裂帶寬度及其變形特征進(jìn)行了詳細(xì)研究、分析，給出了我國大陸地區(qū)活動斷層永久變形帶寬度的量值。

這20個城市活動斷層探測結(jié)束后，根據(jù)國務(wù)院的指示精神，徐錫偉等正逐步推進(jìn)對地市級城市進(jìn)行活動斷層探測。到2020年能夠初步對全國地市級以上的城市，完成活動斷層或者災(zāi)害源的普查。

到目前為止，“21個大城市活動斷層探測與地震危險性評價”這一項目成果已經(jīng)通過驗收，但由于活動斷層屬于地震災(zāi)害源，事關(guān)重大，相關(guān)圖件和文字報告還在整理、修改和完善過程中，尚未正式發(fā)表。

徐錫偉和他的團(tuán)隊的研究成果，將會為全國地市級以上城市土地規(guī)劃、城市建設(shè)等避讓活動斷層地震災(zāi)害帶、以及避讓寬度的相關(guān)政策的出臺提供科學(xué)依據(jù)。這也是首次把活動斷層定量研究應(yīng)用于城市地震安全性評價工作，為城市土地利用規(guī)劃、重大工程場址和居民小區(qū)避讓活動斷層提供了可以參考的科學(xué)依據(jù)。

這方面的研究，也是世界各國對城市活動斷層進(jìn)行多途徑、多學(xué)科探測、監(jiān)測與研究的一種國際研究發(fā)展的趨勢。

身在神州內(nèi) 聲名揚海外

2011年3月初，湯姆森-路透科技信息集團(tuán)旗下的《Science Watch》（《科學(xué)觀察》），評選出今年2月份地球科學(xué)領(lǐng)域的“Fast breaking papers(快速突破論文)，這就是徐錫偉研究員及其合作者的論文：《Co-seismic reverse- and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake， China. Geology， 2009， 37 (6): 515－518》。

這是中國地球科學(xué)領(lǐng)域的驕傲，因為能夠入選《Science Watch》的文章，都是經(jīng)過湯姆森-路透的科技專家篩選出的覆蓋面很廣的22個科學(xué)領(lǐng)域中，引用率最高的論文。他們每兩個月從各個科學(xué)領(lǐng)域中選擇一篇引用率最高的論文作為“Fast breaking papers”，這些論文都是各領(lǐng)域每年前1%的頂尖論文，可以看作是近期科學(xué)研究中的一種重要的新趨勢，也是科學(xué)進(jìn)步的一個重要指標(biāo)。

這個榮譽(yù)只是徐錫偉眾多榮譽(yù)的之一，他曾主持過多項國家基金項目或部委重點項目，其中重要的有：國家重大科學(xué)工程項目《中國地震活斷層探測技術(shù)系統(tǒng)—城市活斷層探測與地震危險性評價》（首席專家）；中法先進(jìn)研究計劃(PRA)項目—《青藏高原北部主干活動斷裂大地震復(fù)發(fā)間隔研究（阿爾金、昆侖和海原活動斷裂）》（中方負(fù)責(zé)人）；日本文部省青年特別獎勵科學(xué)基金—《日本東北前陸盆地逆斷層分段活動的地貌學(xué)研究》（課題負(fù)責(zé)人）等等。2008年，他榮獲得中國科協(xié)“抗震救災(zāi)先進(jìn)個人”稱號；2009年，獲科技部“全國野外科技工作先進(jìn)個人”稱號……

目前，地震預(yù)測預(yù)報依然是世界性難題。有許多人一直在努力地探索著地震預(yù)測預(yù)報方法和途徑，希望有能力進(jìn)行準(zhǔn)確的地震預(yù)測預(yù)報，這是地震預(yù)測預(yù)報人員的心愿，也是全社會的愿望。

“不積硅步，無以成千里；不及細(xì)流，無以成江河”。徐錫偉是中國地震地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一，他從事的中國城市斷層探測項目、地震地質(zhì)災(zāi)害與數(shù)據(jù)庫等方面的研究，正在為中國的地震地質(zhì)研究積累一點成果，為世界地震預(yù)測研究的突破和中國的防震減災(zāi)體系建設(shè)建設(shè)添磚加瓦。