近日，南方科技大学海洋科学与工程系（简称“海洋系”）助理教授周祐民在地震断层构造滑动机理研究取得重要研究进展，提供了一种崭新的方法来研究造成地震灾害的活动断层的地震特性。研究成果以“The Magnetic Fabric of Gouge Mimics the Co-seismic Focal Mechanism of the Chi-Chi Earthquake (1999, Mw 7.6)”为题在地球物理学科的自然指数顶级期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)发表。
地震灾害往往会造成严重的生命财产损失，了解断层的活动机制与评估地震灾害危险是当前地学研究的前沿探索与热点问题。
什么是断层？如果我们用力折一把直尺，直尺就会断裂，并形成断裂面。岩石地层在受到应力作用时，也会像直尺那样产生断裂，地层沿断裂面两侧发生相对位移，这种地质构造就称之为断裂。人们可以通过地震发生后，地层断裂面的性质，进而了解断层的破裂过程和影响因素。对于近年刚发生的断裂，科学家研究断裂面相对容易。但是，对于古老地震断层，研究难度就大增。
不过，当断层发生破裂错动和位移时，断层面的岩石受到极大的应力挤压与摩擦，在断层面形成微米甚至纳米大小的断层泥。这些断层泥携带着断层活动的多种信息。通过分析断层泥的性质，可获取断层过去的一系列运动学参数，进而了解地震断层的破裂机制。
然而，应用传统方法，科学家分析微米或纳米级断层泥中碎屑颗粒的排列与所受应力的关系，往往费时且费力。如何快速有效地获取上述信息，是一个前沿研究热点问题。周祐民团队另辟新径，针对断层泥的磁学性质进行深入研究。
本研究车笼埔断层1999年集集地震断层泥样品位置示意图
该磁学方法名为磁化率各项异性法。样品中含有磁性矿物，因而能够被磁化，所以具有磁化率。团队沿着样品的不同方向测量，其磁化率值并不一样，即磁化率各向异性。1999年，台湾南投县集集镇发生7.6级地震。研究团队首次利用该地震在地表与地底一公里处的断层泥样品，通过高精度旋转磁化率仪，测量其磁化率各向异性。研究结果发现，在地震发生断层滑动过程，断层泥中矿物颗粒受到应力作用挤压重新排列，于是产生了特定的磁化率各向异性特征。研究团队通过这种研究方法，确定了磁性矿物颗粒的排列方式。这种研究方法快速高效，同时还不破坏样品。最后，通过磁化率各项异性的系统研究，研究团队有效地分析了地震发生时断层的滑移机制，并进一步判断了断层上下盘的相对运动方向。这些研究结果得到了地震台站资料的验证，说明方法切实有效，这为未来地震活动断层的研究提供了一种新的方法与研究领域。
(a)断层泥的磁组构下半球投影图，K1-最大轴，K2-中间轴，K3-最小轴，黑色线为段层面方位。(b)由断层磁组构回推的地震震源机制解。(c)由地震波资料建立的震源机制解。(d)1999年集集地震为一逆冲断层破裂所造成。
通过以上分析可知，该研究成果对于深入研究地震断层物理机制具有重要的科学意义，为今后地震灾害预防提供一种新的研究方法。
周祐民为论文第一作者与通讯作者，法国波城大学教授Charles Aubourg与台湾师范大学副教授叶恩肇为共同通讯作者，南科大为论文的唯一通讯单位。以上研究得到了深圳市科创委与南科大启动经费的支持。