中國(guó)地震預(yù)警科技翻天覆地發(fā)展

6月17日晚，四川宜賓長(zhǎng)寧縣發(fā)生6級(jí)地震后，300多公里外的成都收到了地震預(yù)警信號(hào)。這一預(yù)警信號(hào)比地震波早到成都約60秒。隨后，成都地震預(yù)警倒計(jì)時(shí)視頻迅速刷屏，網(wǎng)友贊嘆“預(yù)警系統(tǒng)厲害”“這個(gè)技術(shù)太好了”……

地震給人們帶來(lái)的教訓(xùn)有多慘痛，地震科技的進(jìn)步就讓人有多激動(dòng)。

事實(shí)上，近年來(lái)中國(guó)地震科技的進(jìn)步還不止于此。“汶川地震以來(lái)，中國(guó)地震科技的發(fā)展可謂翻天覆地，在基礎(chǔ)研究、測(cè)量、工程技術(shù)等領(lǐng)域都取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。如果再面對(duì)像汶川地震那樣的強(qiáng)震，我們的應(yīng)對(duì)能力會(huì)好很多。”中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院的教授鄭勇告訴中國(guó)青年報(bào)·中國(guó)青年網(wǎng)記者。

成都預(yù)警成功的前世今生

此次成都地震預(yù)警的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)自成都高新減災(zāi)研究所，該所所長(zhǎng)王暾向記者詳細(xì)介紹了這套預(yù)警系統(tǒng)的前世今生。

簡(jiǎn)單來(lái)講，地震預(yù)警技術(shù)是利用電磁波比地震波速度快的基本原理實(shí)現(xiàn)的。在地震發(fā)生后，距離震源近的傳感器把地震的消息通過(guò)電信號(hào)迅速傳到較遠(yuǎn)的地方，那么距離震源較遠(yuǎn)的人就能在地震波到達(dá)之前采取適當(dāng)措施避險(xiǎn)。

但這并非是一項(xiàng)完美的技術(shù)。

包括王暾在內(nèi)的眾多學(xué)者都認(rèn)識(shí)到，地震預(yù)警除了存在可能“漏報(bào)”“誤報(bào)”的問(wèn)題，本身還存在一定缺陷——地震發(fā)生地附近，往往也是受災(zāi)最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，根本來(lái)不及被預(yù)警（這一區(qū)域被稱(chēng)為地震預(yù)警的“盲區(qū)”，目前盲區(qū)的范圍通常在地震發(fā)生地方圓20公里左右——記者注）。而來(lái)得及預(yù)警的地方受地震波的影響通常并不嚴(yán)重，那么進(jìn)行預(yù)警的意義到底有多大？

此次長(zhǎng)寧地震后，王暾也受到了是否有必要給成都發(fā)預(yù)警的質(zhì)疑。對(duì)此，他回答“有必要”，在他看來(lái)，地震預(yù)警有四方面的功能：逃生、避險(xiǎn)、安定人心、告知。

在王暾?qǐng)F(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究之前，墨西哥和日本已經(jīng)開(kāi)始使用地震預(yù)警技術(shù)，但具體到操作層面，他們還有許多問(wèn)題需要突破，比如“快速”和“抗干擾”。

為了盡量將預(yù)警盲區(qū)的范圍縮小，地震預(yù)警越快越好，但地震破裂有一個(gè)物理過(guò)程，本身需要一定時(shí)間才能夠完成，因此，“快”和“準(zhǔn)”往往是一對(duì)矛盾。面對(duì)這個(gè)難題，王暾的解決思路是，基于地震發(fā)生前3秒的測(cè)量數(shù)據(jù)，選用動(dòng)力學(xué)方法預(yù)估震中位置、發(fā)生時(shí)刻和震級(jí)，再根據(jù)這3個(gè)參數(shù)預(yù)估預(yù)警時(shí)間和烈度。

“目前我們可以做到在震中發(fā)生地震后6秒發(fā)出預(yù)警，這樣的速度是全球最好的。我們相信，未來(lái)可能能做到3秒，這意味著對(duì)震源深度大于10公里的地震能夠消除地震預(yù)警的盲區(qū)。我們正在為此而努力?！彼f(shuō)。

而“干擾”可能會(huì)直接導(dǎo)致“誤報(bào)”，這是地震預(yù)警領(lǐng)域的大忌。王暾介紹，為了有效排除干擾，團(tuán)隊(duì)結(jié)合人工智能等技術(shù)，創(chuàng)新了不同傳感器感受不同波形的時(shí)空關(guān)聯(lián)等功能。他表示，成都高新減災(zāi)所自2011年發(fā)出第一條預(yù)警信號(hào)以來(lái)，共累計(jì)發(fā)布50多次預(yù)警信號(hào)，沒(méi)有誤報(bào)記錄。

王暾介紹，成都高新減災(zāi)所已于2014年建成覆蓋220萬(wàn)平方公里的地震預(yù)警網(wǎng)。目前，他正在努力推廣這一系統(tǒng)的落地，呼吁打通地震預(yù)警“最后一公里”，讓更多人在震前接收到預(yù)警信號(hào)。

烈度速報(bào)可精確指導(dǎo)救援

在王暾馬不停蹄地升級(jí)技術(shù)時(shí)，由中國(guó)地震局承擔(dān)的國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程進(jìn)入了觀測(cè)系統(tǒng)臺(tái)站建設(shè)階段。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心項(xiàng)目管理部主任王松近日接受中國(guó)青年報(bào)·中國(guó)青年網(wǎng)記者采訪時(shí)表示，該項(xiàng)目2018年6月正式啟動(dòng)，預(yù)計(jì)到2023年完成建設(shè)。建成后將在全國(guó)建設(shè)1.5萬(wàn)多個(gè)不同類(lèi)型的地震監(jiān)測(cè)臺(tái)站，提供分鐘級(jí)的地震烈度速報(bào)和秒級(jí)的地震預(yù)警服務(wù)。

烈度速報(bào)可以迅速呈現(xiàn)地震后受影響區(qū)域的毀壞程度，王松認(rèn)為，這一信息對(duì)于及時(shí)組織救援具有重要指導(dǎo)意義。

談及地震預(yù)警，王松表示，在注重預(yù)警積極作用的同時(shí)，也應(yīng)關(guān)注到其局限性。他理解，預(yù)警的使用可能會(huì)主要針對(duì)“大震巨災(zāi)”?？紤]到預(yù)警的局限性、潛在用戶對(duì)信息準(zhǔn)確率容忍度不同等因素，“要細(xì)細(xì)分門(mén)別類(lèi)，區(qū)別對(duì)待”。

事實(shí)上，如何“用好地震預(yù)警”是地震學(xué)界一直關(guān)心的話題。對(duì)此，北京減災(zāi)協(xié)會(huì)專(zhuān)家張英認(rèn)為，一定要做好科普，讓公眾明白如何因時(shí)、因地、因人制宜，選擇正確的應(yīng)急避險(xiǎn)方法。同時(shí)，對(duì)于包括高鐵、核電站、生命線工程等對(duì)象的預(yù)警需要穩(wěn)步推進(jìn)，依法發(fā)布，以免影響社會(huì)穩(wěn)定。

地震速報(bào)快了，地震產(chǎn)品多了

在地震預(yù)警技術(shù)成為公眾的新寵兒之前，地震速報(bào)技術(shù)已默默服務(wù)了幾十年。但人們可能沒(méi)有注意到，地震速報(bào)漸漸從小時(shí)級(jí)，提速到了分鐘級(jí)和秒級(jí)。

“中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定：6月17日22時(shí)55分在四川宜賓市長(zhǎng)寧縣（北緯28.34度，東經(jīng)104.90度）發(fā)生6.0級(jí)地震，震源深度16公里?！?/span>

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心地震臺(tái)網(wǎng)部高級(jí)工程師楊陳和杜廣寶介紹，這條正式測(cè)定的地震速報(bào)在地震發(fā)生后10分鐘對(duì)外發(fā)布，“自動(dòng)測(cè)定”速報(bào)在震后兩分鐘對(duì)外發(fā)布。

如果回到2008年，“自動(dòng)測(cè)定”的技術(shù)尚未成熟，汶川8.0級(jí)地震人工正式發(fā)布花了14分鐘；回到2000年，發(fā)布地震速報(bào)需要等到震后30分鐘；回到更早的時(shí)間，地震速報(bào)會(huì)晚于地震一到兩個(gè)小時(shí)。

時(shí)間上的進(jìn)步有何意義？

“我們提供的信息就相當(dāng)于發(fā)令槍?！?楊陳說(shuō)，地震臺(tái)網(wǎng)部一發(fā)令，全國(guó)的應(yīng)急響應(yīng)就會(huì)行動(dòng)起來(lái)。

現(xiàn)在，這個(gè)發(fā)令槍不僅速度快了，火力也有所增強(qiáng)。除了震中、震級(jí)等信息，地震臺(tái)網(wǎng)中心還會(huì)在震后提供主震震中位置及基本參數(shù)、臺(tái)站分布圖、儀器地震烈度圖等各種各樣的“地震產(chǎn)品”。

“汶川地震的教訓(xùn)之所以特別慘痛，有一部分原因就是當(dāng)時(shí)還無(wú)法迅速拿出這些地震產(chǎn)品，救援人員無(wú)法得知受災(zāi)最嚴(yán)重的是北川地區(qū)?！睏铌惤忉尅?/span>

但他們對(duì)眼前的進(jìn)步并不滿足，希望能拿出更好的成果服務(wù)大眾。

中、長(zhǎng)期地震概率評(píng)估未來(lái)可期

地震速報(bào)有了，地震預(yù)警有了，地震預(yù)報(bào)還有多遠(yuǎn)？

我國(guó)著名地球物理學(xué)家、地震學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士陳運(yùn)泰2019年出版的地震科普?qǐng)D書(shū)中專(zhuān)門(mén)講解了地震預(yù)測(cè)的難度。

這個(gè)世界性難題之所以還沒(méi)有被攻克，陳運(yùn)泰通俗地總結(jié)了三點(diǎn)原因：地球內(nèi)部不可入，也無(wú)法“看”清楚；大地震不頻發(fā)，尚無(wú)法總結(jié)出可靠的規(guī)律；地震過(guò)程極其復(fù)雜多變。

地震預(yù)測(cè)要求同時(shí)給出未來(lái)地震發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間和大小。全球科研人員都在為這一目標(biāo)努力，陳運(yùn)泰在書(shū)中介紹道：20世紀(jì)60年代以來(lái)，地震預(yù)測(cè)，特別是中、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)取得了一些有意義的進(jìn)展。

中、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)通常指對(duì)未來(lái)1～10年以及10年以上的地震預(yù)測(cè)，而普通人最期待的“像天氣預(yù)報(bào)一樣”的地震預(yù)測(cè)則屬于目前還難以企及的短期和臨時(shí)預(yù)測(cè)。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)鄭勇教授表示，目前通過(guò)地震學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、巖石學(xué)、動(dòng)力學(xué)的模擬等技術(shù)可以對(duì)可能發(fā)生地震的區(qū)域和大小作出相關(guān)判斷。

這意味著，地震專(zhuān)家已經(jīng)可以對(duì)一些活動(dòng)斷層進(jìn)行評(píng)估，勾畫(huà)出潛在的地震趨勢(shì)，嘗試“等待地震”。

2015年4月25日發(fā)生在尼泊爾的8.1級(jí)地震就被認(rèn)為是“預(yù)料中的地震”?！爱?dāng)時(shí)有一個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議正在討論相關(guān)議題，認(rèn)為這個(gè)區(qū)域有可能會(huì)發(fā)生強(qiáng)震，并且在一段時(shí)間內(nèi)就會(huì)到來(lái)，只是沒(méi)想到這么突然，會(huì)議結(jié)束不久地震就來(lái)了”。

雖然準(zhǔn)確的中、長(zhǎng)期地震預(yù)測(cè)尚無(wú)法做到，但鄭勇表示，未來(lái)對(duì)中、長(zhǎng)期地震發(fā)生的概率是可以判斷的。

給地殼做CT

地震學(xué)被認(rèn)為是一門(mén)測(cè)量科學(xué)，以上種種成果都基于測(cè)量。而為了更好地實(shí)現(xiàn)抗震減災(zāi)，科學(xué)家們必須努力“把地下搞清楚”。為此，國(guó)家地震科技創(chuàng)新工程提出了“透明地殼”計(jì)劃，爭(zhēng)取在2030年查明全國(guó)的地下精細(xì)結(jié)構(gòu)。

于是中國(guó)地震局地球物理所副所長(zhǎng)丁志峰和研究員王偉濤等人，便開(kāi)始想辦法給地殼做“CT”和“四維彩超”。

丁志峰團(tuán)隊(duì)將整個(gè)中國(guó)大陸劃分為7個(gè)區(qū)域，分期給各個(gè)區(qū)域的地殼做“CT”。他們用700個(gè)密集、均勻分布的高級(jí)別觀測(cè)臺(tái)組成“臺(tái)陣”，這樣就可以“看清”深至100公里左右的地下空間結(jié)構(gòu)。據(jù)介紹，目前世界上只有中國(guó)和美國(guó)開(kāi)展了這種大型“臺(tái)陣”計(jì)劃。

王偉濤所在的主動(dòng)源團(tuán)隊(duì)則研發(fā)出了用大容量氣槍作為地震震源、人工產(chǎn)生高度重復(fù)地震波的方法，使得對(duì)地下介質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的測(cè)量成為可能。此前，他們?cè)谠颇腺e川建立了世界上首個(gè)主動(dòng)激發(fā)地震波的地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)。

作為川滇國(guó)家地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)者，鄭勇團(tuán)隊(duì)的重要成果，就包括基于先進(jìn)的測(cè)量結(jié)果對(duì)余震分布趨勢(shì)作出評(píng)估、對(duì)地下斷層的發(fā)展周期進(jìn)行判斷。

鄭勇告訴記者，雖然地震預(yù)測(cè)的目標(biāo)在數(shù)十年間還無(wú)法達(dá)成，但通過(guò)對(duì)地震機(jī)理的深入了解，大大減少甚至消除地震帶來(lái)的傷亡及財(cái)產(chǎn)損失應(yīng)該是可以做到的。

泥石流、滑坡可預(yù)警

就在一批科學(xué)家積極研究地震物理過(guò)程的同時(shí)，還有一批學(xué)者在想方設(shè)法減少地震發(fā)生后的損失。成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任許強(qiáng)教授便是其中一員。

汶川地震后，許強(qiáng)跑遍了震區(qū)的各個(gè)角落，結(jié)合業(yè)內(nèi)同行的調(diào)查，他們摸清了由汶川地震誘發(fā)的近20萬(wàn)處地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)信息，并且繪制出了“同震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布圖”。

許強(qiáng)介紹，在長(zhǎng)寧地震后，他們就迅速向相關(guān)部門(mén)和現(xiàn)場(chǎng)指揮部提交了長(zhǎng)寧地震地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)圖，為現(xiàn)場(chǎng)抗震救災(zāi)和主動(dòng)規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。另外，他們還為成-蘭鐵路、川藏鐵路等的選線和規(guī)劃提供了助力，引導(dǎo)其盡量躲避地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域。

不為人所熟知的是，汶川地震觸發(fā)的近20萬(wàn)處次生災(zāi)害，使災(zāi)區(qū)新增了約100億立方米的松散固體物源，這為泥石流的爆發(fā)提供了豐富的條件。許強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)成員為解周邊居民于危困，還主持研發(fā)了“地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了滑坡、泥石流的實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警。并利用此系統(tǒng)多次成功預(yù)警了滑坡和泥石流災(zāi)害。

“我們未來(lái)可以將地震預(yù)警和其他災(zāi)害如滑坡、山洪泥石流、氣象災(zāi)害等預(yù)警結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)多災(zāi)種聯(lián)合預(yù)警?！痹S強(qiáng)最近正在和成都高新減災(zāi)所的王暾開(kāi)展相關(guān)方面的研究。

把房子建結(jié)實(shí)

盡管各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的地震專(zhuān)家都相信自己的研究能為抗震減災(zāi)作貢獻(xiàn)，但多數(shù)受訪者也不約而同地對(duì)記者表示，目前來(lái)看，“把房子建結(jié)實(shí)”是最為實(shí)用的抗震方法之一。

中國(guó)地震局工程力學(xué)所的王濤介紹，汶川地震之后，業(yè)內(nèi)總結(jié)出一個(gè)結(jié)論，如果嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范建造房屋，“一般實(shí)際地震宏觀烈度高出抗震設(shè)防烈度兩度以內(nèi)，房屋都不會(huì)倒塌” 。

地震學(xué)界流傳著一個(gè)著名的故事：在2013年的蘆山7.0級(jí)地震中，使用了隔震技術(shù)的蘆山人民醫(yī)院大樓受損極微，而周?chē)鷽](méi)有特殊加固的低矮民房卻已經(jīng)倒塌。

王濤介紹，目前，地震多發(fā)的日本有6000到8000棟建筑物應(yīng)用了現(xiàn)代隔震技術(shù)。中國(guó)在汶川地震前約有1000棟，現(xiàn)在有8000棟左右應(yīng)用了該技術(shù)，其中包括新建的北京大興機(jī)場(chǎng)等。

一直以來(lái)，減隔震技術(shù)的規(guī)范和推廣在持續(xù)進(jìn)行。據(jù)介紹，著名減隔震專(zhuān)家周福霖院士主持完成的《大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)隔震減震關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用》項(xiàng)目，在2010年獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

“如果在建設(shè)住宅中使用隔震技術(shù)，每平方米建造成本可能要增加一到兩百元，但是給居民和社會(huì)帶來(lái)的綜合效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出建造成本?！蓖鯘J(rèn)為，目前大多數(shù)人對(duì)于建筑物的抗震要求并不強(qiáng)烈，如果大家的抗震意識(shí)增強(qiáng)，生命財(cái)產(chǎn)安全會(huì)更加有保障。