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2019年12月09日  星期一
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地震科技 翻天覆地
發布人: 西藏自治區地震局                  發布日期: 2019-07-12                  新聞來源: 中國地震局

    6月17日晚,四川宜賓長寧縣發生6級地震后,300多公里外的成都收到了地震預警信號。這一預警信號比地震波早到成都約60秒。隨后,成都地震預警倒計時視頻迅速刷屏,網友贊嘆“預警系統厲害”“這個技術太好了”……

  地震給人們帶來的教訓有多慘痛,地震科技的進步就讓人多激動。

  事實上,近年來中國地震科技的進步還不止于此。“汶川地震以來,中國地震科技的發展可謂翻天覆地,在基礎研究、測量、工程技術等領域都取得了不錯的進展。如果再面對像汶川地震那樣的強震,我們的應對能力會好很多。”中國地質大學地球物理與空間信息學院的教授鄭勇告訴中國青年報·中國青年網記者。

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  四川汶川。當地群眾裝點映秀鎮的大地震紀念遺址。 視覺中國供圖


  成都預警成功的前世今生

  此次成都地震預警的技術研發團隊來自成都高新減災研究所,該所所長王暾向記者詳細介紹了這套預警系統的前世今生。

  簡單來講,地震預警技術是利用電磁波比地震波速度快的基本原理實現的。在地震發生后,距離震源近的傳感器把地震的消息通過電信號迅速傳到較遠的地方,那么距離震源較遠的人就能在地震波到達之前采取適當措施避險。

  但這并非是一項完美的技術。

  包括王暾在內的眾多學者都認識到,地震預警除了存在可能“漏報”“誤報”的問題,本身還存在一定缺陷——地震發生地附近,往往也是受災最為嚴重的區域之一,根本來不及被預警(這一區域被稱為地震預警的“盲區”,目前盲區的范圍通常在地震發生地方圓20公里左右——記者注)。而來得及預警的地方受地震波的影響通常并不嚴重,那么進行預警的意義到底有多大?

  此次長寧地震后,王暾也受到了是否有必要給成都發預警的質疑。對此,他回答“有必要”,在他看來,地震預警有四方面的功能:逃生、避險、安定人心、告知。

  在王暾團隊進行研究之前,墨西哥和日本已經開始使用地震預警技術,但具體到操作層面,他們還有許多問題需要突破,比如“快速”和“抗干擾”。

  為了盡量將預警盲區的范圍縮小,地震預警越快越好,但地震破裂有一個物理過程,本身需要一定時間才能夠完成,因此,“快”和“準”往往是一對矛盾。面對這個難題,王暾的解決思路是,基于地震發生前3秒的測量數據,選用動力學方法預估震中位置、發生時刻和震級,再根據這3個參數預估預警時間和烈度。

  “目前我們可以做到在震中發生地震后6秒發出預警,這樣的速度是全球最好的。我們相信,未來可能能做到3秒,這意味著對震源深度大于10公里的地震能夠消除地震預警的盲區。我們正在為此而努力。”他說。

  而“干擾”可能會直接導致“誤報”,這是地震預警領域的大忌。王暾介紹,為了有效排除干擾,團隊結合人工智能等技術,創新了不同傳感器感受不同波形的時空關聯等功能。他表示,成都高新減災所自2011年發出第一條預警信號以來,共累計發布50多次預警信號,沒有誤報記錄。

  王暾介紹,成都高新減災所已于2014年建成覆蓋220萬平方公里的地震預警網。目前,他正在努力推廣這一系統的落地,呼吁打通地震預警“最后一公里”,讓更多人在震前接收到預警信號。

  烈度速報可精確指導救援

  在王暾馬不停蹄地升級技術時,由中國地震局承擔的國家地震烈度速報與預警工程進入了觀測系統臺站建設階段。

  中國地震臺網中心項目管理部主任王松近日接受中國青年報·中國青年網記者采訪時表示,該項目2018年6月正式啟動,預計到2023年完成建設。建成后將在全國建設1.5萬多個不同類型的地震監測臺站,提供分鐘級的地震烈度速報和秒級的地震預警服務。

  烈度速報可以迅速呈現地震后受影響區域的毀壞程度,王松認為,這一信息對于及時組織救援具有重要指導意義。

  談及地震預警,王松表示,在注重預警積極作用的同時,也應關注到其局限性。他理解,預警的使用可能會主要針對“大震巨災”。考慮到預警的局限性、潛在用戶對信息準確率容忍度不同等因素,“要細細分門別類,區別對待”。

  事實上,如何“用好地震預警”是地震學界一直關心的話題。對此,北京減災協會專家張英認為,一定要做好科普,讓公眾明白如何因時、因地、因人制宜,選擇正確的應急避險方法。同時,對于包括高鐵、核電站、生命線工程等對象的預警需要穩步推進,依法發布,以免影響社會穩定。

  地震速報快了,地震產品多了

  在地震預警技術成為公眾的新寵兒之前,地震速報技術已默默服務了幾十年。但人們可能沒有注意到,地震速報漸漸從小時級,提速到了分鐘級和秒級。

  “中國地震臺網正式測定:6月17日22時55分在四川宜賓市長寧縣(北緯28.34度,東經104.90度)發生6.0級地震,震源深度16公里。”

  中國地震臺網中心地震臺網部高級工程師楊陳和杜廣寶介紹,這條正式測定的地震速報在地震發生后10分鐘對外發布,“自動測定”速報在震后兩分鐘對外發布。

  如果回到2008年,“自動測定”的技術尚未成熟,汶川8.0級地震人工正式發布花了14分鐘;回到2000年,發布地震速報需要等到震后30分鐘;回到更早的時間,地震速報會晚于地震一到兩個小時。

  時間上的進步有何意義?

  “我們提供的信息就相當于發令槍。” 楊陳說,地震臺網部一發令,全國的應急響應就會行動起來。

  現在,這個發令槍不僅速度快了,火力也有所增強。除了震中、震級等信息,地震臺網中心還會在震后提供主震震中位置及基本參數、臺站分布圖、儀器地震烈度圖等各種各樣的“地震產品”。

  “汶川地震的教訓之所以特別慘痛,有一部分原因就是當時還無法迅速拿出這些地震產品,救援人員無法得知受災最嚴重的是北川地區。”楊陳解釋。

  但他們對眼前的進步并不滿足,希望能拿出更好的成果服務大眾。

  中、長期地震概率評估未來可期

  地震速報有了,地震預警有了,地震預報還有多遠?

  我國著名地球物理學家、地震學家、中國科學院院士陳運泰2019年出版的地震科普圖書中專門講解了地震預測的難度。

  這個世界性難題之所以還沒有被攻克,陳運泰通俗地總結了三點原因:地球內部不可入,也無法“看”清楚;大地震不頻發,尚且無法總結出可靠的規律;地震過程極其復雜多變。

  地震預測要求同時給出未來地震發生的地點、時間和大小。全球科研人員都在為這一目標努力,陳運泰在書中介紹道:20世紀60年代以來,地震預測,特別是中、長期預測取得了一些有意義的進展。

  中、長期預測通常指對未來1~10年以及10年以上的地震預測,而普通人最期待的“像天氣預報一樣”的地震預測則屬于目前還難以企及的短期和臨時預測。

  中國地質大學鄭勇教授表示,目前通過地震學、大地測量學、巖石學、動力學的模擬等技術可以對可能發生地震的區域和大小作出相關判斷。

  這意味著,地震專家已經可以對一些活動斷層進行評估,勾畫出潛在的地震趨勢,嘗試“等待地震”。

  2015年4月25日發生在尼泊爾的8.1級地震就被認為是“預料中的地震”。“當時有一個國際學術會議正在討論相關議題,認為這個區域有可能會發生強震,并且在一段時間內就會到來,只是沒想到這么突然,會議結束不久地震就來了”。

  雖然準確的中、長期地震預測尚無法做到,但鄭勇表示,未來對中、長期地震發生的概率是可以判斷的。

  給地殼做CT

  地震學被認為是一門測量科學,以上種種成果都基于測量。而為了更好地實現抗震減災,科學家們必須努力“把地下搞清楚”。為此,國家地震科技創新工程提出了“透明地殼”計劃,爭取在2030年查明全國的地下精細結構。

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

  丁志峰團隊將整個中國大陸劃分為7個區域,分期給各個區域的地殼做“CT”。他們用700個密集、均勻分布的高級別觀測臺組成“臺陣”,這樣就可以“看清”深至100公里左右的地下空間結構。據介紹,目前世界上只有中國和美國開展了這種大型“臺陣”計劃。

  王偉濤所在的主動源團隊則研發出了用大容量氣槍作為地震震源、人工產生高度重復地震波的方法,使得對地下介質動態變化的測量成為可能。此前,他們在云南賓川建立了世界上首個主動激發地震波的地震信號發射臺。

  作為川滇國家地震預報實驗場的建設者,鄭勇團隊的重要成果,就包括基于先進的測量結果對余震分布趨勢作出評估、對地下斷層的發展周期進行判斷。

  鄭勇告訴記者,雖然地震預測的目標在數十年間還無法達成,但通過對地震機理的深入了解,大大減少甚至消除地震帶來的傷亡及財產損失應該是可以做到的。

  泥石流、滑坡可預警

  就在一批科學家積極研究地震物理過程的同時,還有一批學者在想方設法減少地震發生后的損失。成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室副主任許強教授便是其中一員。

  汶川地震后,許強跑遍了震區的各個角落,結合業內同行的調查,他們摸清了由汶川地震誘發的近20萬處地質災害的相關信息,并且繪制出了“同震地質災害發育分布圖”。

  許強介紹,在長寧地震后,他們就迅速向相關部門和現場指揮部提交了長寧地震地質災害風險預測圖,為現場抗震救災和主動規避地質災害風險提供了科學依據。另外,他們還為成-蘭鐵路、川藏鐵路等的選線和規劃提供了助力,引導其盡量躲避地質災害危險區域。

  不為人所熟知的是,汶川地震觸發的近20萬處次生災害,使災區新增了約100億立方米的松散固體物源,這為泥石流的爆發提供了豐富的條件。許強和團隊成員為解周邊居民于危困,還主持研發了“地質災害實時監測預警系統”,在國際上首次實現了滑坡、泥石流的實時自動預警。并利用此系統多次成功預警了滑坡和泥石流災害。

  “我們未來可以將地震預警和其他災害如滑坡、山洪泥石流、氣象災害等預警結合起來,實現多災種聯合預警。”許強最近正在和成都高新減災所的王暾開展相關方面的研究。

  把房子建結實

  盡管各個細分領域的地震專家都相信自己的研究能為抗震減災作貢獻,但多數受訪者也不約而同地對記者表示,目前來看,“把房子建結實”是最為實用的抗震方法之一。

  中國地震局工程力學所的王濤介紹,汶川地震之后,業內總結出一個結論,如果嚴格按照抗震設計規范建造房屋,“一般實際地震宏觀烈度高出抗震設防烈度兩度以內,房屋都不會倒塌” 。

  地震學界流傳著一個著名的故事:在2013年的蘆山7.0級地震中,使用了隔震技術的蘆山人民醫院大樓受損極微,而周圍沒有特殊加固的低矮民房卻已經倒塌。

  王濤介紹,目前,地震多發的日本有6000到8000棟建筑物應用了現代隔震技術。中國在汶川地震前約有1000棟,現在有8000棟左右應用了該技術,其中包括新建的北京大興機場等。

  一直以來,減隔震技術的規范和推廣在持續進行。據介紹,著名減隔震專家周福霖院士主持完成的《大型復雜結構隔震減震關鍵技術及工程應用》項目,在2010年獲得了國家科技進步二等獎。

  “如果在建設住宅中使用隔震技術,每平方米建造成本可能要增加一到兩百元,但是給居民和社會帶來的綜合效益要遠遠高出建造成本。”王濤認為,目前大多數人對于建筑物的抗震要求并不強烈,如果大家的抗震意識增強,生命財產安全會更加有保障。


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