78萬(wàn)平方公里科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng) 布下一張地震捕捉網(wǎng)

為了減少地震災(zāi)害帶來的損失，人類一直在探索。一年前，我國(guó)在橫跨川滇等地78萬(wàn)平方公里的土地上建設(shè)了一個(gè)巨大的地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，希望通過野外大規(guī)模的實(shí)時(shí)觀測(cè)，進(jìn)一步了解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、推算地震孕育規(guī)律。未來，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上，將科學(xué)合理布局觀測(cè)臺(tái)陣，推進(jìn)國(guó)際合作，進(jìn)一步提升我們的抗災(zāi)防災(zāi)能力。

地震預(yù)測(cè)，首先難在不清楚它的發(fā)生機(jī)制。為揭開地震的神秘面紗，2018年5月12日，我國(guó)啟動(dòng)了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃——建設(shè)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)橫跨川滇等地，78萬(wàn)平方公里的區(qū)域，是我國(guó)認(rèn)識(shí)地震的一次重要探索。

這個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)到底有什么用？一年來有了哪些進(jìn)展？何時(shí)能幫我們攻克地震預(yù)測(cè)難題？

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建在川甘交界到云南南部一帶

人類能夠上天入海，可對(duì)腳下大地的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。由于難以直接觀測(cè)，人們研究地震大多是根據(jù)已有數(shù)據(jù)提出理論假設(shè)。

然而，地震孕育、發(fā)生和致災(zāi)的過程十分復(fù)雜。過去數(shù)十年，科學(xué)家對(duì)地震做了很多有價(jià)值的研究，但缺乏足夠的野外觀測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)地驗(yàn)證的支撐。衛(wèi)星遙感、空間對(duì)地觀測(cè)等技術(shù)，以及通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，讓野外大規(guī)模的實(shí)時(shí)觀測(cè)成為可能。

“了解地震，要把野外觀測(cè)和室內(nèi)研究結(jié)合起來，這是地震科學(xué)發(fā)展面臨的新機(jī)遇。”應(yīng)急管理部副部長(zhǎng)、中國(guó)地震局局長(zhǎng)鄭國(guó)光介紹。

觀測(cè)數(shù)據(jù)是研究地震的基礎(chǔ)?？茖W(xué)家大膽設(shè)想，若能在地震多發(fā)地區(qū)大規(guī)模布設(shè)儀器，實(shí)時(shí)“捕捉”每一次地震的發(fā)生軌跡以及其帶來的地殼變化，就能推算出地震孕育的規(guī)律。再通過多次地震進(jìn)行實(shí)地檢驗(yàn)，就可以用來做地震預(yù)測(cè)。

因此，我國(guó)在川甘交界到云南南部一帶布下了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所所長(zhǎng)吳忠良介紹，該區(qū)域位于歐亞板塊與印度板塊互相碰撞擠壓強(qiáng)烈變形地區(qū)，構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，是開展地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)的理想場(chǎng)所。

據(jù)了解，地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位于我國(guó)南北地震帶南段，地震活動(dòng)活躍，歷史上大小震不斷。由于地震活動(dòng)較為頻繁，我國(guó)很早就在該區(qū)域開展監(jiān)測(cè)工作，也積累了豐富的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)。

專家介紹，建設(shè)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，就像在川滇地區(qū)布下一張“網(wǎng)”。這張“網(wǎng)”的網(wǎng)格由地震臺(tái)站、井下觀測(cè)臺(tái)陣等構(gòu)成，用來“捕捉”地下極其細(xì)微的變化。

這張“網(wǎng)”為何要如此大？吳忠良解釋，首先是因?yàn)榈卣鸬陌l(fā)生位置不確定。此外，地震波及的范圍從幾公里到幾百公里不等，為了完整、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到地震發(fā)生時(shí)的信息，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)尺度就一定要足夠大。

把風(fēng)險(xiǎn)研究和災(zāi)害防治相結(jié)合

一些發(fā)達(dá)國(guó)家很早就布局了地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，我們的有何不同？

不同的地震類型，有不同的孕育、活動(dòng)規(guī)律。吳忠良解釋，日本以及地中海地區(qū)國(guó)家，地震發(fā)生在板塊邊界上，屬于板緣地震；我國(guó)地震多發(fā)生在板塊內(nèi)部，屬于板內(nèi)地震。板內(nèi)地震除與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)，還要受局部地質(zhì)環(huán)境的影響，其發(fā)震原因與規(guī)律比板緣地震更復(fù)雜。

我國(guó)的地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是目前國(guó)際上唯一針對(duì)大陸型強(qiáng)震進(jìn)行系統(tǒng)研究的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。

鄭國(guó)光介紹，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的特點(diǎn)還在于集科學(xué)研究、基礎(chǔ)觀測(cè)、成果應(yīng)用和服務(wù)于一體，將地震風(fēng)險(xiǎn)研究和災(zāi)害防治結(jié)合起來。

作為承載國(guó)家地震科技創(chuàng)新工程的平臺(tái)，地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)包含“透明地殼”“解剖地震”“韌性城鄉(xiāng)”“智慧服務(wù)”4個(gè)目標(biāo)。

“透明地殼”是開展對(duì)地下結(jié)構(gòu)的探查，尤其是主要地震帶的深淺結(jié)構(gòu)和斷層活動(dòng)習(xí)性，為的是把地下搞清楚。地震被認(rèn)為是瞬間照亮地球內(nèi)部的明燈。由于地球內(nèi)部物質(zhì)的物理性質(zhì)不同，其密度、磁性、電阻率以及地震波穿過時(shí)的傳播速度和衰減特性存在差異。通過觀測(cè)不同傳播路徑的地震波速變化，就可以獲得地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，其原理與醫(yī)學(xué)中的CT成像類似。

“解剖地震”是對(duì)已發(fā)生的地震進(jìn)行詳細(xì)解剖，對(duì)典型強(qiáng)震進(jìn)行全面深入的綜合研究，建立科學(xué)樣本。專家認(rèn)為，通過“解剖地震”，有望發(fā)展和提出適用于中國(guó)大陸強(qiáng)震發(fā)生的機(jī)制和模型，并為世界上其他大陸內(nèi)部地震多發(fā)國(guó)家提供借鑒。

地震發(fā)生后，要把損失降至最低，就需要了解地面建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加強(qiáng)抗震能力設(shè)計(jì)。“韌性城鄉(xiāng)”是想通過對(duì)地震震源破裂、地震波傳播等情況進(jìn)行模擬，為建筑物、工程等設(shè)計(jì)提出防災(zāi)減災(zāi)建議。

震情信息的盡快傳播對(duì)防震防災(zāi)意義重大。“智慧服務(wù)”就是為了提升地震信息服務(wù)水平。我國(guó)將構(gòu)建地震科學(xué)大數(shù)據(jù)中心，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，將地震信息快速傳遞給公眾。

談及四者之間的關(guān)系，吳忠良說：“不以‘韌性城鄉(xiāng)’和‘智慧服務(wù)’為目標(biāo)，‘透明地殼’和‘解剖地震’就缺乏針對(duì)性；離開‘透明地殼’和‘解剖地震’，‘韌性城鄉(xiāng)’和‘智慧服務(wù)’又不經(jīng)濟(jì)，所以必須統(tǒng)一全盤考慮。”

將匯聚國(guó)內(nèi)外科研力量協(xié)同創(chuàng)新

地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)一年以來，新增觀測(cè)站360個(gè)，在研究的項(xiàng)目近60個(gè)，積累了一批觀測(cè)數(shù)據(jù)，17個(gè)專家團(tuán)隊(duì)開展科研工作。

“新增的觀測(cè)站能在很大程度上增強(qiáng)我國(guó)對(duì)地震的觀測(cè)力量，使地震監(jiān)測(cè)在目前的基礎(chǔ)上向前再邁一步。不過，當(dāng)前的體量與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距。”吳忠良說。

與國(guó)際先進(jìn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)相比，我國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的差距主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：科學(xué)觀測(cè)的分辨度不夠；基礎(chǔ)探查的現(xiàn)代化程度不夠；科技成果轉(zhuǎn)化的力度不夠。

鄭國(guó)光介紹，未來3年，地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)將建成多口數(shù)百米至1000米的地震井下觀測(cè)臺(tái)陣，探索開展數(shù)千米深井觀測(cè)實(shí)驗(yàn)和穿透地震活動(dòng)斷層的科學(xué)鉆探，以獲取更豐富的地下結(jié)構(gòu)和介質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

吳忠良透露，今年布點(diǎn)建設(shè)的地震井下觀測(cè)臺(tái)陣將集中在川滇菱形地塊的東邊界，未來還會(huì)擴(kuò)展到其他地區(qū)。

地震研究涉及地質(zhì)、計(jì)算機(jī)、力學(xué)、巖石等多個(gè)領(lǐng)域。鄭國(guó)光說，作為一個(gè)平臺(tái)，地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)將凝聚國(guó)內(nèi)外地震科研力量，協(xié)同開展地震科學(xué)研究。

開門建設(shè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、開放運(yùn)行實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，截至目前，我國(guó)已和全球80個(gè)國(guó)家的地震科學(xué)家、13個(gè)國(guó)際組織建立了合作關(guān)系，與40多個(gè)國(guó)家簽訂了政府間的地震研究合作協(xié)議。

“未來，我國(guó)將利用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)引進(jìn)國(guó)外相關(guān)專家，通過國(guó)際合作，在較短時(shí)間內(nèi)，把實(shí)驗(yàn)場(chǎng)打造成國(guó)際一流的地震科技合作平臺(tái)。” 中國(guó)地震局科學(xué)技術(shù)司司長(zhǎng)胡春峰說。

建設(shè)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，是否意味著我們離攻克地震預(yù)測(cè)的難題不遠(yuǎn)了？“我們要有清醒的頭腦，‘攻克’一個(gè)科學(xué)難題不是一兩天的事，不能急功近利，但這件事必須要做。我相信，隨著我們對(duì)地震了解越來越深入，它的面紗終會(huì)被揭開。”吳忠良說。