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依托观测站，通过构造地质学、地球物理、地球化学、岩石学和矿物学、同位素年代学、实验岩石学和数值模拟等多学科综合研究，并开展广泛的国际合作，在断裂带活动习性、断裂破裂过程、断裂力学、地震环境和地震断裂滑移机制等方面取得了一系列重要的创新性成果，完善了地震断裂理论，破解了汶川地震断裂机制，直接回答了一直困扰在地震地质和地震物理学领域几十年的关键问题，对深入理解和认识大地震发生机理具有重要意义。引起了国内外同行的高度关注，提升了我国在国际地震研究领域的水平与地位，并形成了一支在国内外具有重要影响力的优秀研究团队。截至2021年，以野外站为研究平台，共发表学术论文259篇，其中国际SCI论文84篇，获得软件著作权3项。包括Science（1篇）、 Geology（4篇）、 Journal of Geophysical Research（6篇）、Tectonics（3篇）、Geochemistry, Geophysics, Geosystems （2篇）、Geophysical Research Letters （1篇）、Tectonophysics （18篇）等。代表性成果包括：
🌐 世界上首次直接测量出地震摩擦热
🌐 世界上首次捕获地震断层震后愈合信号
🌐 确定了断层泥石墨为新的地震化石
🌐 揭示了大地震发生的深部还原环境
🌐 首次在WFSD-2岩心中发现了大地震岩石学记录
🌐 首次确定了映-北断裂带的深部结构并明确了其长期大地震活动性
🌐 首次确定了灌-安断裂带是一条蠕滑型断裂带
通过对WFSD-1深孔的长期测温研究，在590米深处发现存在由汶川地震摩擦产生的残余热，在汶川地震后一年左右的时间过度到三年左右，残余热由0.15度逐渐变化为0.001度，由此可以估算出在汶川地震产生的摩擦热，这是世界上第一次可能直接测量出的地震摩擦热（。（Haibing Li et al., Geology, 2015）
图5.1 WFSD-1钻孔内长期温度及水位测温
(a) 0.02oC的残余热; (b) WFSD-1钻孔中跨断层温度异常的最大振幅估算的断裂有效同震摩擦系数 (u=0.02)（据Li et al., 2015）; (c) 渗透率和透水系数 (据Xue et al., 2013
通过对深孔长达18个月的连续监测，根据深部断层渗透率的演化，世界范围内首次捕捉到地震断层在汶川地震震后的愈合信号。（详见Lian Xue et al., Science, 2013）
通过观测深孔样品及开展实验室模拟，在龙门山断裂带中发现了断层泥石墨化作用进而提出断层泥石墨化是地震活动的直接证据之一。对应于该断裂带异常低的摩擦系数，可以将石墨化作为新的可能地震化石（图5.2）。该成果发表在：Geology, 2017, 45(11)；Minerals, 2018, 8, 385；Minerals, 2018, 8, 393
通过对龙门山断裂带WFSD-2深孔钻孔中假玄武玻璃的围岩-碎裂岩做高温试验，研究结果发现温度低于1100 ℃之下的样品，顺磁性矿物在摩擦热作用下热解形成新的磁铁矿，引起了高磁异常。1300 ℃以上，含铁矿物在高温作用下形成了单质铁组成的铁球粒（图5.3），其是引起高磁化率值的另外一个重要原因。因此，摩擦热作用下形成的磁铁矿和高温熔融作用中形成的单质铁共同引起了假玄武玻璃的高磁化率值异常。龙门山断裂带的摩擦热温度高达1300 ℃，表明单质铁可能是引起假玄武玻璃高磁异常的重要原因。该项目成果第一次提出了断裂带中可以形成单质铁，并认为是假玄武玻璃高磁化率值异常的新机制，更新了断裂岩的岩石磁学理论。该项目成果发表在Geology, 2018, 46(9): 779-782.
图5.2试验获得的断层泥的显微结构特征（Kuo et al., 2017）
图5.3 高温试验熔融作用中形成的单质铁球粒（Zhang et al., 2018）
在WFSD-2深孔中发现了21层熔融成因的假玄武玻璃脉体（图5.4）。多期次的假玄武玻璃脉体和多个高磁化率值异常带均表明龙门山构造带曾经发生了多次大地震断裂活动。第一次在WFSD岩心中发现了地震化石——假玄武玻璃，为地震机制和地震活动性的研究提供了重要的研究素材。该成果发表在：Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, doi: 10.1002/2017GC006822；地球物理学报，2017,60（1）：225-239。
图5.4 WFSD-2深孔岩心中出露的假玄武玻璃
通过测孔数据、地表露头、深孔岩心的分析，第一次确定了映秀-北川断裂带典型铲状的深部结构，揭示了龙门山断裂带深部的叠瓦状构造主要构造格架（图5.5）。约80条高磁化率异常的断层岩带，揭示了映秀-北川断裂带是一条长期活动的断裂带，龙门山构造带形成演化过程中伴随着大地震活动，对于龙门山断裂带特征及活动性的研究具有重要的意义。该成果发表在:Tectonic, 2019; 地球物理学报，2017, 60(1): 225-239；地球物理学报，2018, 61(5): 1680-1697；地球物理学报, 2018, 61(5): 1715-1727；地球物理学报, 2018, 61(5): 1698-1714；地球学报, 2018, 40(1): 93-105。
图5.5 八角庙露头和汶川地震断裂带科学钻探钻孔揭示的地质剖面图（Wang et al., 2019）
粗的黑色虚线代表WFSD岩心中识别出的主要断裂带，包括一些次断裂带。映秀-北川断裂带是一条典型的逆冲断裂带，断裂带厚度是155-290 m。三套彭灌杂岩体和须家河组地层组成一套叠瓦状构造，构成了龙门山断裂的的主要构造格架。
灌县-安县断裂带倾向NW，浅部倾角～38°，断裂岩厚约40-50 m，仅由断层泥和断层角砾岩组成，表现出蠕滑性质，断裂带富含粘土矿物，且在不同深度都普遍发育分散式里德尔R1剪切、压溶缝合线、部分溶解的碎屑和矿物颗粒以及新生的层状硅酸盐矿物（图5.6）。断裂带断层泥的磁化率值普遍低于对应的围岩磁化率平均值，原因是在间震期的长期流体作用下，铁磁性矿物（例如磁铁矿）转变成顺磁性矿物（铁硫化物、菱铁矿或含铁的粘土矿物）。新生铁硫化物和含铁粘土矿物是在间震期缓慢形成的，而粘土矿物含量的增加弱化了断层强度，促进断层蠕滑，这说明断层泥低磁化率异常可能指示了该断裂在间震期长期缓慢活动，即为蠕滑变形。断层泥中黄铁矿的发育和高Fe2+和S元素、低Fe3+的特征显示灌县-安县断裂作用环境通常是在低温、还原环境中进行的。这些结果与低磁化率值的相关性暗示断层泥低磁化率异常（图5.7）可能对活动断层的低温还原环境具有指示意义。该成果部分发表在Tectonics, 2018, 37（7）；Journal of Asian Earth Sciences, 2016,1:468-479；地球物理学报, 2018, 61(5): 1782-1796和地质学报, 2015, 898(12): 2250-2265.
图5.6 蠕滑断层在压力解作用下断层岩变形过程示意图（He et al., 2018）
图5.7 WFSD-3P深孔岩心中断裂岩分布及其物性特征，显示了具有低磁化率值的断层泥（何祥丽等, 2018）
人们普遍认为，地下有一个广阔、人口稠密的生物圈，但陆地生物圈的深度限制尚未确定，主要是因为无法进入地下。作为中国东部的大陆科学钻探（CCSD）项目的一部分，我们获取了连续的岩芯，并努力探索生物圈的深度极限和微生物在地质上独特的地点（即会聚板块边界）的深度依赖分布。对从地表至5158米的超高压变质岩岩芯进行的微生物分析表明，微生物分布在约4850米深处是连续的，估计温度约137°C。这些微生物在如此深的深度的代谢状态仍有待确定。微生物丰度范围为103至108个细胞/克，也与孔隙度有关，但与深度和岩石成分无关。此外，随着深度的增加，微生物多样性系统性下降。我们的结果支持这样一种观点，即温度是决定大陆次表层生物圈下限的关键因素。成果发表在Gebiology，2021.
图5.8