徐锡伟:逼近最危险的断层
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作者: 杨兰 段威
近期，中国在东海县给“亚洲第一井”安装了大陆第一台深井地球物理综合观测仪，这是目前世界上深度最大、灵敏度最高的深井地球物理综合观测仪。早在20世纪90年代，美国就已经将地震检测仪放置到2km的深井中记录微震，近期美国又将打通圣安德烈斯断层10km的深井钻探，并将相关的监测仪器逐步放入断层内部，以此获得对断层运动的全新认识。
虽然目前还不能准确预报地震，但是通过各种研究可以提高防震和临震探测能力。上述地震探测方式已经成为国际上一种重要的地震探测手段，地震仪放入深层地下，可以滤除地面干扰，提高地震探测的准确性。当然，地震的探测不仅仅依靠先进技术和设备，还需要系统的理论研究，在这方面中国地震局地质研究所徐锡伟研究员无疑是其中重要的一位。
徐锡伟，男，1962年生，江苏无锡人。现任中国地震局地质研究所二级研究员，主管科研和外事的副所长，国家地震安全性评定委员会副主任委员，中国地震学会地震地质专业委员会主任委员，国家科学工程《城市活断层探测与地震危险性评价》首席专家。
他17岁入成都地质学院三系放射性矿产地质专业学习，毕业后，在国家地震局地质研究所攻读硕士和博士学位，先后师从邓起东院士和马杏垣院士，从事华北中部汾渭地堑系新构造运动特征、形成机制与地震灾害等方面的研究，开始了活动构造学和板块内部变形动力学研究生涯。1993年到1994年，受日本学术振兴会资助在东京大学理学部地理系作博士后研究，34岁时便成为国家地震局研究所研究员。
挑战美国学界 引领地震非线性研究的潮流
早在1990年，徐锡伟就已经在学界小有名气，那时他刚博士毕业，在国家地震局地质研究所从事活动构造研究。这一年，他连续在《地震地质》、《华北地震科学》上发表三篇论文，一举成名。
在做硕士论文和博士论文期间，他就开始对山西裂谷系构造地貌、盆地演化、地震与地质灾害等进行系统研究。后又参加马宗晋院士和邓起东院士主持的《临汾地震小区划和系统减灾》项目，他给出了山西裂谷系边界北-东向活动断层右旋走滑的断错地貌证据和全新世右旋走滑速率数据，并结合新生代地层和火山岩的古地磁测试结果，提出了山西裂谷系是一条受控于深部右旋剪切作用而形成的右旋剪切拉张带。这一研究成果为华北最新构造变动及其相关地震孕育和发生的理论研究，提供了一种可能的动力学成因解释。他的这一研究，作为走滑扭动成因裂谷系的实例，入选了1992年出版的Tectonophysics裂谷作用专刊――欧亚裂谷专题研究第一卷。
更另其出名的是，他率先提出地表破裂型地震复发型式的研究，这不仅是对美国地质学界早期研究的挑战，更是引领地震非线性研究的潮流。
在从事研究之初，徐锡伟便关注第四纪时期的地质构造研究，为此他参加了国际第四纪联合会第十三届国际大会，并作为大会第33条野外考察路线的领队；主持国家自然科学基金面上项目――《阿尔金断裂带中西段第四纪非线性断裂作用的定量地貌学研究》等。
徐锡伟在第四纪地质构造方面的研究倾注了大量的心血，功夫不负有心人，他在国际古地震研究领域率先提出了晚第四纪断裂作用的非线性特征，即特定地区主要活动断层作用具有涨落特性――具体表现为地表破裂型地震复发的一种非线性力学行为：地表破裂型地震复发型式有等间隔型、复发间隔逐渐缩短的对数型、活跃与平静相间的阶梯型等三种。其中，等间隔型为早期经典的特征地震复发模型，对数型为重复间隔逐渐缩短最后群集的复发模型，而阶梯型则反映的是复发间隔短的活跃期和复发间隔长的平静期交替模型，反映出地壳承受着粘弹性非线性变形行为。
他的这一理论是对早期美国地质学界提出的“特征地震准周期复发理论”的冲击和挑战，引领了地表破裂型地震非线性复发模型的研究潮流，对地表破裂型地震复发规律的把握和强地震发生趋势预测有十分重要的科学意义。
开拓研究新领域 加强地震预测
2009年5月，地震出版社出版了徐锡伟主编的《5・12汶川8.0级地震地表破裂图集》。这本图集以清晰的图片资料，真实地反映了汶川地震地表变形特点和震害特征，这既是此次大地震客观历史记载，也为今后地震科学研究和工程抗震设防提供了基础资料；不仅有利于总结经验教训，采取有效对策减轻未来可能遭遇的大地震灾害，也对理解陡倾角斜滑推覆构造系统的地震灾害分布特征、青藏高原构造运动与隆升转换关系等，具有十分重要的科学意义。
近年来，徐锡伟详细研究了中国十年来的四次大地震：2010年玉树地震、2008年汶川地震、2008年于田地震、2001年昆仑山口西地震，并给出这四次地表破裂的组合样式及其运动学参数，讨论了这4次地震的破裂过程、构造成因和地震地表破裂局部化特征等问题，为研究走滑断裂、正断层、逆断层等三种基本类型地震的孕育过程、破裂机制和工程危害性等提供了科学基础。
同时，他指出地震地表破裂带具有变形局部化的基本特征，其宽度是有限的，主要局限在数十米范围内，与地震地表破裂直接相关的地震灾害具有沿发震活动断层带状分布的基本特征，避让活动断层可有效减轻地表同震错动对地面建构筑物的毁坏，为积极主动地减轻可能遭遇的地震灾害损失提供了科学依据。
徐锡伟援引国家地震局地质研究所马宗晋院士的话，“地震是一种脉动的，有周期性的构造运动过程，那么这个周期，实际上是统计概念上面的，可能会短一点，也可能会长一点。”
徐锡伟通过研究认为，由于受板块之间相互作用加强的影响，整个全球，或者太平洋板块以及欧亚板块跟印度洋板块之间的相互作用的加强，引发了包括亚洲在内的一个地震频发活跃期。他认为，这一次活跃期可能应该从2004年苏门答腊9.3级地震开始，到现在为止接近8年了，估计地震还会有，活跃期会继续下去。
目前，徐锡伟正在为国家地震预测和防震减灾而努力，转化为实际上的助力就是他最近的研究项目都与地震预测和防震减灾密切相关。其一，对人口集中的城市进行断层探测和地震危险性评价。其二，对主要地震带上面的活动断层，进行地震危险性评价，并开展1：50000的活动断层的填图工作。希望能够在2020年以后，把我们中国大陆存在的主要的活动断层的位置找出来。为我们国土规划利用服务，或者避让这些灾害带，作为一种有效的措施。其三，积极参与编制新一代的地震区划图，这张区划图将作为抗震设防的一个有效的措施，或者国家的一个强制性的标准。按照这个标准来建的房子，可以有效地减轻地震震动造成的破坏。
参与国际合作 创新研究成果
法国宇宙科学研究院（巴黎地球物理研究所）Paul Tapponnier教授、Yann Klinger博士等，对中国的青藏高原运动学、动力学和地震活动性等方面的研究与徐锡伟不谋而合，于是徐锡伟与两人共同开展了相关方面的研究。
通过系统研究青藏高原北部大型走滑断裂――阿尔金断裂带、东昆仑断裂带和鲜水河断裂带，及青藏高原东南缘川滇菱形块体主控边界断裂走滑运动、横向逆断裂对走滑运动或侧向挤出的吸收作用等，徐锡伟提出了青藏高原东向运动的“叠瓦状逆冲转换――有限挤出模型”雏形。
徐锡伟发现阿尔金断裂带中东段存在着肃北、石堡城和疏勒河等三个三联点，在它们的南侧均发育着一条向南东向延伸的逆断裂带，分别为党河南山断裂、大雪山断裂和祁连山北缘断裂等。通过对三联点附近走滑断裂和横向逆断裂上滑动矢量分析，徐锡伟发现阿尔金断裂带沿走向滑动速率的减少量与横向逆断裂上发生的地壳缩短率或上盘块体的抬升率相匹配。
因此，徐锡伟认为，由于横向逆断裂存在，作为青藏高原北缘主控边界断裂左旋滑移引起的青藏高原物质或块体东向挤出量是有限的。同样，川滇菱形块体主控边界断裂，特别是嘉丽――红河右旋断裂带、横切川滇菱形块体的丽江――小金河挤压逆冲断裂带等运动矢量分析也表明，川滇菱形块体南部滇中次级块体南东向水平运动速率较其北部川西北次级块体要小，减小的水平运动速率被北东向的丽江――小金河断裂带吸收，转换为川西北次级块体的强烈隆升，引起地壳强烈缩短。
徐锡伟结合详细实例，得出青藏高原中东部大型走滑断裂带晚第四纪走滑速率向东规则减小，并转化为横向逆冲作用和高原隆升的运动学图像。于是，他初步提出了“叠瓦状逆冲转换――有限挤出模型”雏形，用来解释青藏高原东缘上地壳隆升的一种可能的形成机制。这既丰富了青藏高原中东部构造变形特征和隆升机理的运动研究内容，又开创了青藏高原东向运动的新内容。
探测活动断层 奠基城市规划
城市范围内发育的活动断层，包括隐伏活动断层被称为直下型断层，它所控制的直下型大地震会使一个城市发生巨大的破坏，发震断层的错动更可能沿断层产生地表破裂带和位移带，其危害性更大。因此，城市活动断层探测及其活动性评价是城市建设和减轻灾害工作中及其重要的基础工作。
当今世界，如美、日等国在城市活动断层探测方面的研究较为成熟，他们在上世纪九十年代就开始了相关研究。在洛杉矶北岭地震后，美国政府立即组织在加州及其附近海域开展大规模的城市活动断层探测工作；赫克托迈地震后又在93个不同地点实施人工地震探测，以确定未来可能威胁到洛杉矶市直下型地震的震源位置。日本在阪神地震后，对日本八个地区主要活断层进行紧急调查研究，并制定了首都圈、大阪、京都等大城市地区隐伏活断层的详细调查研究计划，测绘出详细的活断层图。
中国在这方面的研究起步较晚，徐锡伟作为中国地震局地质研究所研究员，一直负责“京沪等21个大城市活动断层探测”项目。他于1999年12月提出城市地震构造探测的国家科学工程的立项建议，后改为“城市活动断层探测与地震危险性评价”项目。这一项目在邓起东院士和众多科研人员，以及政府官员的共同努力下，最终得到了国家发展与改革委员会和地方政府相关部门的资助。
徐锡伟主持实施了福州市活动断层试验探测和20个大中城市的活动断层探测项目。他和他的团队通过对我国20余个大中城市活动断层探测与地震危险性评价，在105条断层中甄别出了26条具有发生震级大于6.5级地震危险性的活动断层。同时，对大地震现场的地表破裂带宽度及其变形特征进行了详细研究、分析，给出了我国大陆地区活动断层永久变形带宽度的量值。
这20个城市活动断层探测结束后，根据国务院的指示精神，徐锡伟等正逐步推进对地市级城市进行活动断层探测。到2020年能够初步对全国地市级以上的城市，完成活动断层或者灾害源的普查。
到目前为止，“21个大城市活动断层探测与地震危险性评价”这一项目成果已经通过验收，但由于活动断层属于地震灾害源，事关重大，相关图件和文字报告还在整理、修改和完善过程中，尚未正式发表。
徐锡伟和他的团队的研究成果，将会为全国地市级以上城市土地规划、城市建设等避让活动断层地震灾害带、以及避让宽度的相关政策的出台提供科学依据。这也是首次把活动断层定量研究应用于城市地震安全性评价工作，为城市土地利用规划、重大工程场址和居民小区避让活动断层提供了可以参考的科学依据。
这方面的研究，也是世界各国对城市活动断层进行多途径、多学科探测、监测与研究的一种国际研究发展的趋势。
身在神州内 声名扬海外
2011年3月初，汤姆森-路透科技信息集团旗下的《Science Watch》（《科学观察》），评选出今年2月份地球科学领域的“Fast breaking papers(快速突破论文)，这就是徐锡伟研究员及其合作者的论文：《Co-seismic reverse- and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake, China. Geology, 2009, 37 (6): 515－518》。
这是中国地球科学领域的骄傲，因为能够入选《Science Watch》的文章，都是经过汤姆森-路透的科技专家筛选出的覆盖面很广的22个科学领域中，引用率最高的论文。他们每两个月从各个科学领域中选择一篇引用率最高的论文作为“Fast breaking papers”，这些论文都是各领域每年前1%的顶尖论文，可以看作是近期科学研究中的一种重要的新趋势，也是科学进步的一个重要指标。
这个荣誉只是徐锡伟众多荣誉的之一，他曾主持过多项国家基金项目或部委重点项目，其中重要的有：国家重大科学工程项目《中国地震活断层探测技术系统―城市活断层探测与地震危险性评价》（首席专家）；中法先进研究计划(PRA)项目―《青藏高原北部主干活动断裂大地震复发间隔研究（阿尔金、昆仑和海原活动断裂）》（中方负责人）；日本文部省青年特别奖励科学基金―《日本东北前陆盆地逆断层分段活动的地貌学研究》（课题负责人）等等。2008年，他荣获得中国科协“抗震救灾先进个人”称号；2009年，获科技部“全国野外科技工作先进个人”称号……
目前，地震预测预报依然是世界性难题。有许多人一直在努力地探索着地震预测预报方法和途径，希望有能力进行准确的地震预测预报，这是地震预测预报人员的心愿，也是全社会的愿望。
“不积硅步，无以成千里；不及细流，无以成江河”。徐锡伟是中国地震地质学研究领域的领军人物之一，他从事的中国城市断层探测项目、地震地质灾害与数据库等方面的研究，正在为中国的地震地质研究积累一点成果，为世界地震预测研究的突破和中国的防震减灾体系建设建设添砖加瓦。
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