中國地震預(yù)警科技翻天覆地發(fā)展

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

地震給人們帶來的教訓(xùn)有多慘痛，地震科技的進步就讓人有多激動。

事實上，近年來中國地震科技的進步還不止于此?！般氪ǖ卣鹨詠?，中國地震科技的發(fā)展可謂翻天覆地，在基礎(chǔ)研究、測量、工程技術(shù)等領(lǐng)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(yīng)對能力會好很多?！敝袊刭|(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青年報·中國青年網(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)團隊來自成都高新減災(zāi)研究所，該所所長王暾向記者詳細介紹了這套預(yù)警系統(tǒng)的前世今生。

簡單來講，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(shù)。

包括王暾在內(nèi)的眾多學(xué)者都認識到，地震預(yù)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(fā)生地附近，往往也是受災(zāi)最為嚴重的區(qū)域之一，根本來不及被預(yù)警（這一區(qū)域被稱為地震預(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）。而來得及預(yù)警的地方受地震波的影響通常并不嚴重，那么進行預(yù)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(fā)預(yù)警的質(zhì)疑。對此，他回答“有必要”，在他看來，地震預(yù)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(jīng)開始使用地震預(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(fā)生前3秒的測量數(shù)據(jù)，選用動力學(xué)方法預(yù)估震中位置、發(fā)生時刻和震級，再根據(jù)這3個參數(shù)預(yù)估預(yù)警時間和烈度。

“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(yù)警的盲區(qū)。我們正在為此而努力。”他說。

而“干擾”可能會直接導(dǎo)致“誤報”，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，團隊結(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)警信號以來，共累計發(fā)布50多次預(yù)警信號，沒有誤報記錄。

王暾介紹，成都高新減災(zāi)所已于2014年建成覆蓋220萬平方公里的地震預(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。

烈度速報可精確指導(dǎo)救援

在王暾馬不停蹄地升級技術(shù)時，由中國地震局承擔的國家地震烈度速報與預(yù)警工程進入了觀測系統(tǒng)臺站建設(shè)階段。

中國地震臺網(wǎng)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(wǎng)記者采訪時表示，該項目2018年6月正式啟動，預(yù)計到2023年完成建設(shè)。建成后將在全國建設(shè)1.5萬多個不同類型的地震監(jiān)測臺站，提供分鐘級的地震烈度速報和秒級的地震預(yù)警服務(wù)。

烈度速報可以迅速呈現(xiàn)地震后受影響區(qū)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(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，也應(yīng)關(guān)注到其局限性。他理解，預(yù)警的使用可能會主要針對“大震巨災(zāi)”?？紤]到預(yù)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(qū)別對待”。

事實上，如何“用好地震預(yù)警”是地震學(xué)界一直關(guān)心的話題。對此，北京減災(zāi)協(xié)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(yīng)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(yù)警需要穩(wěn)步推進，依法發(fā)布，以免影響社會穩(wěn)定。

地震速報快了，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，地震速報技術(shù)已默默服務(wù)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(wǎng)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(jīng)104.90度）發(fā)生6.0級地震，震源深度16公里?！?/span>

中國地震臺網(wǎng)中心地震臺網(wǎng)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(fā)生后10分鐘對外發(fā)布，“自動測定”速報在震后兩分鐘對外發(fā)布。

如果回到2008年，“自動測定”的技術(shù)尚未成熟，汶川8.0級地震人工正式發(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(fā)令槍?！?楊陳說，地震臺網(wǎng)部一發(fā)令，全國的應(yīng)急響應(yīng)就會行動起來。

現(xiàn)在，這個發(fā)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(wǎng)中心還會在震后提供主震震中位置及基本參數(shù)、臺站分布圖、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時還無法迅速拿出這些地震產(chǎn)品，救援人員無法得知受災(zāi)最嚴重的是北川地區(qū)?！睏铌惤忉?。

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(wù)大眾。

中、長期地震概率評估未來可期

地震速報有了，地震預(yù)警有了，地震預(yù)報還有多遠？

我國著名地球物理學(xué)家、地震學(xué)家、中國科學(xué)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(yù)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(jié)了三點原因：地球內(nèi)部不可入，也無法“看”清楚；大地震不頻發(fā)，尚無法總結(jié)出可靠的規(guī)律；地震過程極其復(fù)雜多變。

地震預(yù)測要求同時給出未來地震發(fā)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(yù)測，特別是中、長期預(yù)測取得了一些有意義的進展。

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

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

這意味著，地震專家已經(jīng)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(fā)生在尼泊爾的8.1級地震就被認為是“預(yù)料中的地震”?！爱敃r有一個國際學(xué)術(shù)會議正在討論相關(guān)議題，認為這個區(qū)域有可能會發(fā)生強震，并且在一段時間內(nèi)就會到來，只是沒想到這么突然，會議結(jié)束不久地震就來了”。

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

給地殼做CT

地震學(xué)被認為是一門測量科學(xué)，以上種種成果都基于測量。而為了更好地實現(xiàn)抗震減災(zāi)，科學(xué)家們必須努力“把地下搞清楚”。為此，國家地震科技創(chuàng)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(jié)構(gòu)。

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(qū)域，分期給各個區(qū)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(jié)構(gòu)。據(jù)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(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，使得對地下介質(zhì)動態(tài)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(fā)地震波的地震信號發(fā)射臺。

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

鄭勇告訴記者，雖然地震預(yù)測的目標在數(shù)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(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程的同時，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(qū)的各個角落，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”。

許強介紹，在長寧地震后，他們就迅速向相關(guān)部門和現(xiàn)場指揮部提交了長寧地震地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測圖，為現(xiàn)場抗震救災(zāi)和主動規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險提供了科學(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)害危險區(qū)域。

不為人所熟知的是，汶川地震觸發(fā)的近20萬處次生災(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。許強和團隊成員為解周邊居民于危困，還主持研發(fā)了“地質(zhì)災(zāi)害實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”，在國際上首次實現(xiàn)了滑坡、泥石流的實時自動預(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，實現(xiàn)多災(zāi)種聯(lián)合預(yù)警?！痹S強最近正在和成都高新減災(zāi)所的王暾開展相關(guān)方面的研究。

把房子建結(jié)實

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

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

地震學(xué)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(shù)的蘆山人民醫(yī)院大樓受損極微，而周圍沒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場等。

一直以來，減隔震技術(shù)的規(guī)范和推廣在持續(xù)進行。據(jù)介紹，著名減隔震專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》項目，在2010年獲得了國家科技進步二等獎。

“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(shù)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(chǎn)安全會更加有保障。