刘耀炜 方 震 张永久 官致君 杨多兴 张 磊

1）中国地震局地壳应力研究所，地壳动力学重点实验室，北京 100085

2）四川省地震局，成都 610041

为了开展汶川8级地震孕育机理及其科学问题深入研究，“十一五”国家科技专项“汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）” 2008年11月开始实施。汶川断裂带科学钻探项目设计在龙门山断裂带上钻5口科学深钻，其中 WFSD-2井位于汶川地震主断裂的北川-映秀断裂中段，断裂上盘为8亿年前形成的古老彭灌花岗岩闪长质杂岩，下盘为三叠系煤系地层，2009年7月6日开钻，设计孔深2000 m，截止2012年1月15日终孔钻进深度为2 180.52 m。使用最新观测技术痕量氢在线分析仪，开展WFSD-2井随钻泥浆气体H2浓度的观测，采样间隔为5 min。WFSD-3井位于安县-灌县逆冲断裂带中段，断裂上盘为三叠纪砂板岩，下盘为侏罗纪砂砾岩，设计孔深1 500 m，于2009年12月8日开钻，截止2012年1月15日钻进深度为1 470.30 m，使用痕量氢在线分析仪开展随钻泥浆气体H2浓度的观测，采样间隔为20 min。本文使用WFSD-2钻孔311.9～2 039.01 m深度之间近11万个随钻泥浆H2浓度观测数据和WFSD-3钻孔379.53～1 378.41 m深度之间2万个随钻泥浆H2浓度观测数据进行分析。排除钻孔过程的影响等因素，结合岩性和断裂密度，分析了H2浓度高值异常与断裂构造和地震孕育过程的关系。

科钻中H2高值异常成因主要有3种机理：第一类与钻孔内断裂破碎带H2释放有关，H2高值异常主要出现在WFSD-2井606.18～616.68 m，1 560～1 562 m和WFSD-3井711.2～764.85 m，961～978m的断裂发育区段层位，认为是由于赋存在岩石中的H2沿着断裂破碎带运移使得钻孔泥浆中H2浓度升高；第二类是与构造块体边界强震孕育和龙门山断裂上近场显著地震活动有关，其中在2010年4月14日玉树MS7.1级地震发生前20天，距震中680 km的WFSD-2井钻进到642.36～676.22 m层位，H2浓度出现高值异常，高值达到58.476×10-6，异常持续7天，恢复到正常背景值13天后发生玉树7.1级地震。2011年6月5日茂县、北川交界处4.3级地震发生前7天，WFSD-2井钻进到1383.5～1405m层位，H2浓度出现高值异常，高值达到46.156×10-6，异常持续5天恢复到正常背景值2天后发生4.3级地震。2010年5月25日都江堰市 MS5.0地震前 20天，WFSD-3井钻进到 570.05～665.9 m 层位，H2浓度出现高值异常，高值达到288.359×10-6，异常持续直到地震发生，震后2天恢复到正常背景值。第三类是钻孔穿过断裂破碎带，近场区地震孕育过程H2浓度异常时间会增长。如WFSD-2井在720.88～791.01 m层位H2浓度快速升高，异常持续50天，异常恢复7天后，2010年5月25日发生了都江堰MS5.0地震。H2具有很强的扩散能力，岩石微破裂或应力作用等均会促使H2扩散、渗透作用加强，以断裂带或破碎带为通道运移而产生高值异常。

本项研究结果揭示了还原性气体与地震活动的关系，为重塑断裂带活动与地震孕育过程的动态信息提供了气体地球化学观测数据。这对分析氢等还原性气体与地震孕育、发生过程的关系，以及解释地震前兆成因机制也具有重要的意义。