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给地球做“CT”

来源:经济日报2019-07-16 09:44

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  鹫峰地震台刚建成时。 (资料图片)

  鹫峰地震台新貌。 记者 郭静原摄

  都说地震研究的基础在于观测,那么积累了一定数量的观测数据后,地震可以被预报吗?

  1975年2月4日发生的辽宁海城地震,是世界上公认的第一个被成功预报的大地震。“虽然地震学家对这次地震进行了成功的预报,但这是经验性的,实际上并没有真正掌握地震发生的内在规律,地震预测、预报还没有过关。”中国科学院院士、我国著名地球物理学家陈运泰说。

  考验接踵而至。1976年7月28日,距离海城约500公里的河北唐山,仅数十秒内,这座有着百万人口的城市就被大地震夷为平地——7.8级的唐山地震成为新中国成立以来最为惨重的地震灾害。“地震学家运用海城地震成功预报的经验于唐山地震,但事与愿违,使我们认识到经验性方法的局限性。”陈运泰说:“唐山地震预报的失败让我们清醒认识到,地震远不像我们想象的那么简单,它看不见也摸不着,研究大气可以放气球或是发射卫星,研究海洋可以利用潜水器,但固态地球的深部,人类根本无法进入。”

  为了探明地球内部,地震学家决定给地球做“CT”。“地震波在地下世界穿行时会和周围介质‘互动’。我们通过监测地震波的一举一动,对收集来的地震数据进行计算和分析,从而反演得知地球内部和震源的性质。”陈运泰告诉经济日报记者,探究地震的孕育过程,就是分析研究从各种不同传播路径下到达地震台的地震记录,以期认识地震发生的原因及其规律,“预测”地震灾害的强弱分布,为分秒必争的地震救援服务。

  地震研究从来都不是一个人或一个台站的“战斗”。目前,全国已布局1000多座固定台站,这些都是地震学家观测“地象”的据点,构成一张覆盖全国的监测网络,即国家地震台网。而对重点地区更是划定为“地震实验场”,调集和部署流动台阵进行重点监听。

  中国地震科学探测台阵就是其中的“流动兵团”,拥有约1500套地震仪,相当于同等数量的流动地震台,可以根据需要开展“运动战”。中国地震局地球物理所研究员杨建思介绍,固定地震台站的台间距约为几百千米,而流动地震台阵的台间距根据需要可布设为几千米到几十千米不等,对于研究天然地震而言,这种针对重点地区的加密观测能大幅提高对地下介质物性、结构和过程的认识。

  随着数字技术在地震观测中的大量应用,人类正迎来破解地震密码的曙光。2008年5月12日,汶川8.0级地震发生后,由陈运泰领导的研究组随即下载全球地震台网记录资料,进行汶川地震破裂过程反演。在地震发生后10多小时,他们就提交了测定结果,明确给出不但汶川、映秀是重灾区,北川、青川一线也为重灾区的结果。这一重要信息,被火速发送至前线指挥部,为部署救援力量提供了宝贵的决策依据,“极震区”的概念也从这次地震后广为人知。

  “一次反演需要的数据量太大了,过去我们拿到地震数据进行分析,通常一年半载才能得出测定结果,虽然这在学术上可能有意义,但对地震救援工作而言失去了实用价值。目前地震信息通过卫星传到数据中心,再到我们下载资料所用时间仍然有压缩的空间。”在陈运泰看来,随着5G时代的到来,一定可以再度创造时间奇迹。

  在汶川地震10周年之际,我国宣布建设中国地震科学实验场。这块占地78万亩、横跨川甘交界到云南南部的实验场区域,将致力于破解从地震孕育发生到地面振动以及工程抗震应用的全链条防震减灾科技问题,也是国际上现今唯一针对大陆型强震进行系统研究的地震科学实验场。未来3年,中国地震科学实验场还将建成多口数百米至1000米的地震井下观测台阵,获取更丰富的地下结构和介质观测数据。

  应急管理部副部长、中国地震局局长郑国光表示,实验场将凝聚国内外、多学科的地震科研力量,为实现从科学统筹不够的“游击战”向围绕显著提升地震灾害防治能力、聚焦关键科学问题开展持续攻关的“阵地战”转变。郭静原

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