不懼神州震蕩 只為四海太平
——記中國(guó)地震局地球物理研究所強(qiáng)震動(dòng)地震學(xué)研究室副主任陳學(xué)良

□謝更好

陳學(xué)良參加New Orleans的2017 AGU-Fall會(huì)議

地震是自然災(zāi)害中對(duì)人類(lèi)危害最大的災(zāi)難之一。在人類(lèi)幾千年的歷史進(jìn)程中，這一可怕自然災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)數(shù)不勝數(shù)，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。世界范圍內(nèi)，1960年智利曾發(fā)生過(guò)震級(jí)高達(dá)9.5的特大地震，這是觀測(cè)史上記錄到的震級(jí)最大的地震。地震引起的海嘯侵襲智利、夏威夷、日本、菲律賓、新西蘭東部、澳洲東南部與阿拉斯加的阿留申群島。如此大范圍的災(zāi)難帶走了52000多條人命，智利這個(gè)國(guó)家也因此遭受重創(chuàng)。1556年我國(guó)陜西華縣發(fā)生了8級(jí)大地震，死亡人數(shù)高達(dá)80余萬(wàn)，重災(zāi)面積達(dá)28萬(wàn)平方公里。華縣地震以其傷亡人數(shù)之眾冠世界震災(zāi)之首，大震雖然已經(jīng)過(guò)去460多年了，其震災(zāi)之重、傷亡之慘躍然紙上，至今仍令人膽戰(zhàn)心驚。人類(lèi)在大自然面前是弱小的，雖不能阻止自然災(zāi)害的發(fā)生，但可以盡早地進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析和預(yù)測(cè)，做好防災(zāi)措施，將損失降到最低。天災(zāi)難擋，人禍可防，陳學(xué)良研究員作為工程地震、地震工程和防震減災(zāi)方面的專(zhuān)家，多年來(lái)潛心研究震源破裂產(chǎn)生寬頻帶強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的非線(xiàn)性模擬研究，涉及地球物理學(xué)和地震學(xué)的前沿課題，他的研究成果對(duì)于大震強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)研究，寬頻帶（高頻、低頻）強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬與盆地、地形效應(yīng)研究，復(fù)雜面波場(chǎng)地響應(yīng)研究，土體動(dòng)力特性及其本構(gòu)關(guān)系研究，砂土液化和軟土震陷研究，地震小區(qū)劃，重大工程的地震安全性評(píng)價(jià)，城市建設(shè)抗震規(guī)劃等防震減災(zāi)領(lǐng)域的工作具有重要的指導(dǎo)意義。

鮮衣怒馬少年時(shí)

1998年本科畢業(yè)后，陳學(xué)良在老師的推薦和學(xué)長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，決定報(bào)考中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“工力所”）防災(zāi)減災(zāi)及防護(hù)工程專(zhuān)業(yè)的碩士研究生。求學(xué)期間，他遇到了很多良師和益友，陳學(xué)良在他們的影響下陸陸續(xù)續(xù)接觸到了很多相關(guān)研究項(xiàng)目和課題，其中，接觸最多的當(dāng)屬巖土工程。他跟隨導(dǎo)師一起研究工程地震和強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)，分析擋土墻的地震非線(xiàn)性反應(yīng)，從入門(mén)時(shí)的巖土工程逐漸過(guò)渡到重大工程，再到滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)。陳學(xué)良發(fā)現(xiàn)，我們國(guó)家強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站和地震臺(tái)站的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，汶川地震時(shí)雖死傷人數(shù)眾多，但由于臺(tái)站的缺乏，使得震區(qū)周?chē)膹?qiáng)震動(dòng)記錄和地震記錄十分有限。為了研究的需要以及再現(xiàn)和彌補(bǔ)臺(tái)站記錄的缺失，通過(guò)數(shù)值模擬理論分析、開(kāi)展地球淺表結(jié)構(gòu)/復(fù)雜場(chǎng)地的強(qiáng)地震動(dòng)反應(yīng)研究、加強(qiáng)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)和地震觀測(cè)等手段來(lái)幫助和監(jiān)測(cè)震區(qū)是很有必要的。地震發(fā)生后，找到地震震源，了解震源破裂過(guò)程，探索地下結(jié)構(gòu)，明晰地球淺表和工程結(jié)構(gòu)特征，這些都將有助于人們更深入地了解這一自然災(zāi)害。所謂知己知彼，百戰(zhàn)不殆。為此，陳學(xué)良漸漸堅(jiān)定了自己從事防震減災(zāi)這一領(lǐng)域研究的決心。

碩士畢業(yè)后，陳學(xué)良順理成章地攻讀了工力所的巖土工程專(zhuān)業(yè)的博士研究生。在研究過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)由于現(xiàn)場(chǎng)地震（震害）調(diào)查、地震觀測(cè)和強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)以及地震試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的局限性，必須要借助物理、力學(xué)、數(shù)學(xué)的理論才能模擬出特大地震震源破裂過(guò)程和寬頻帶地震動(dòng)的傳播規(guī)律，僅僅靠震害調(diào)查結(jié)果和很有限的觀測(cè)資料去研究特大地震震源物理過(guò)程和破壞機(jī)理，以及工程結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律，無(wú)疑是天方夜譚。研究中涉及的數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理、工程力學(xué)、工程地震、地震區(qū)劃、地球淺表結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地響應(yīng)、土體的非線(xiàn)性都是陳學(xué)良需要去學(xué)習(xí)和掌握的。這些領(lǐng)域的側(cè)重點(diǎn)各有不同，研究方法、思路和揭示問(wèn)題的角度也各有千秋，通過(guò)如此全方位的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，陳學(xué)良掌握了多領(lǐng)域復(fù)合型知識(shí)，成為連接地球物理學(xué)、地震學(xué)和工程地震學(xué)之間的“橋梁”和“紐帶”。

回頭看看求學(xué)的荏苒時(shí)光，也并非沒(méi)有遇到過(guò)難事，在碩士畢業(yè)時(shí)，做程序的環(huán)節(jié)中，陳學(xué)良被一個(gè)透射邊界非線(xiàn)性波動(dòng)有限元程序反反復(fù)復(fù)折騰了幾個(gè)月，為此夜不能寐，備受煎熬。在求助數(shù)位老師無(wú)果后，一天深夜，陳學(xué)良獨(dú)自徘徊在學(xué)校的操場(chǎng)上，剎那間靈光突現(xiàn)，才思泉涌，就這樣終于順利且高質(zhì)量地完成了畢業(yè)論文。

破譯強(qiáng)震（動(dòng)）密碼

目前陳學(xué)良的科研工作主要側(cè)重于大地震震源破裂過(guò)程中寬頻帶強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)的非線(xiàn)性模擬和工程防災(zāi)減災(zāi)研究。他認(rèn)為隔震措施對(duì)于工程來(lái)講是很重要的，它可以確保工程結(jié)構(gòu)在地震中不被嚴(yán)重破壞或倒塌。事實(shí)上，地球淺表（結(jié)構(gòu)）工程場(chǎng)地、泥土和土壤等作為地球淺表傳播介質(zhì)，其性能和組分復(fù)雜多樣，對(duì)地震動(dòng)的影響是很顯著而且是很復(fù)雜的。有時(shí)它會(huì)對(duì)地震動(dòng)有顯著的放大作用，加重工程結(jié)構(gòu)的破壞；有時(shí)它又會(huì)起到隔震作用，對(duì)地震動(dòng)幅值雖然有所削弱，但又會(huì)引起“長(zhǎng)周期”工程結(jié)構(gòu)的共振，使得“長(zhǎng)周期”結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。地震看似不常出現(xiàn)在人們的日常生活中，主要是有很多破壞性的地震碰巧發(fā)生在我國(guó)的新疆、西藏等無(wú)人區(qū)，但這只是一種幸運(yùn)，若以百年為計(jì)量單位，6級(jí)甚至7級(jí)以上地震發(fā)生的概率并不是一個(gè)小數(shù)字，而且這一災(zāi)害的破壞性、毀滅性都是其他很多災(zāi)害所無(wú)法比擬的。

為更深入了解地震，陳學(xué)良提出了一種沉積盆地結(jié)構(gòu)探測(cè)與建模方法和考慮盆地介質(zhì)非線(xiàn)性影響的特大地震寬頻帶強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究方法。他利用該方法在云南玉溪地區(qū)開(kāi)展淺層地震反射勘探、地脈動(dòng)觀測(cè)、地震鉆孔探測(cè)、大地電磁測(cè)深、重力測(cè)量、電阻率探測(cè)等探測(cè)結(jié)果，采用信息技術(shù)完善與野外探測(cè)補(bǔ)充，考慮波速結(jié)構(gòu)、地質(zhì)和土層結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，構(gòu)建了云南玉溪初步的（0.5階）的沉積盆地模型。根據(jù)基階瑞利波H/V譜與實(shí)測(cè)地脈動(dòng)H/V譜形狀變化相似的原則，對(duì)初步（0.5階）盆地模型進(jìn)行了有效修正，得到了進(jìn)一步的（1階）盆地模型。利用該方法構(gòu)建了“智慧”中國(guó)玉溪—江川—通海沉積盆地三維結(jié)構(gòu)模型。

他還研究了單側(cè)、雙側(cè)、圓盤(pán)自相似等多種震源破裂模式、特大地震的級(jí)聯(lián)破裂模式、共軛破裂模式等對(duì)地震動(dòng)的影響。他模擬了1997年3月26日日本九州鹿兒島縣MJ6.5級(jí)地震、2016年4月16日日本熊本MJ7.3級(jí)地震、2014年8月3日云南魯?shù)镸s6.5地震、2017年8月8日四川九寨溝Ms7.0級(jí)地震、2008年5月12日四川汶川Ms8.0級(jí)大地震等多個(gè)地震的地震動(dòng)時(shí)程、頻譜、Arias烈度等參數(shù)；預(yù)測(cè)和模擬（估計(jì)）了1883年9月6日云南嵩明Ms8.0大地震的強(qiáng)地震動(dòng)傳播過(guò)程和地震波場(chǎng)及地震動(dòng)時(shí)程。另外，在甘肅天水地區(qū)設(shè)定一個(gè)Ms8.0級(jí)“天水地震”，模擬了其核心區(qū)所可能產(chǎn)生的強(qiáng)地震動(dòng)時(shí)程及其特征。

另一方面，陳學(xué)良提出了“考慮試驗(yàn)阻尼效應(yīng)的一種土體動(dòng)力雙型拋物線(xiàn)本構(gòu)模型”，發(fā)展并定義了土體動(dòng)力“廣義阻尼比退化系數(shù)”本構(gòu)模型，并將這些模型應(yīng)用于場(chǎng)地土層時(shí)域滯回非線(xiàn)性地震響應(yīng)研究中，取得了較好的效果。他通過(guò)基巖覆蓋單黏土層場(chǎng)地、洛杉磯Obregon Park多覆蓋層場(chǎng)地、臺(tái)灣Lotung DHB鉆井臺(tái)陣試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)Pyke方法、“阻尼比退化系數(shù)”模型、非Masing準(zhǔn)則模型一和非Masing準(zhǔn)則模型二、“非等幅循環(huán)荷載作用下考慮阻尼擬合的一種動(dòng)態(tài)骨架曲線(xiàn)本構(gòu)（李小軍模型）”模型這5種常用動(dòng)力本構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致對(duì)比，說(shuō)明了各模型有效合理的相對(duì)性，以及與強(qiáng)震觀測(cè)相差異的客觀性。陳學(xué)良還針對(duì)土動(dòng)力試驗(yàn)中滯回本構(gòu)曲線(xiàn)形狀時(shí)常表現(xiàn)為先平緩然后變化劇烈等特征，提出了“考慮試驗(yàn)阻尼效應(yīng)的一種土體動(dòng)力雙型拋物線(xiàn)本構(gòu)模型”，建立了不規(guī)則荷載下靈活變化的本構(gòu)規(guī)則，并給出了A型和B型拋物線(xiàn)的函數(shù)表達(dá)及調(diào)制因子Ad施加過(guò)程。

以現(xiàn)在人類(lèi)科技發(fā)展的水平來(lái)看，對(duì)大地震的“準(zhǔn)確”時(shí)間、發(fā)震概率（空間和強(qiáng)度相對(duì)容易）預(yù)測(cè)是十分有限的。無(wú)論是觀測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)手段、儀器數(shù)量，還是地球深部探測(cè)精度的有限性，尚不能滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)地下和地球內(nèi)部的清晰認(rèn)知的需要，通過(guò)掌握的有限的信息得到一個(gè)完備的解釋是不現(xiàn)實(shí)的，這也是為什么目前預(yù)報(bào)地震會(huì)成為一個(gè)世界性難題的原因之一。美國(guó)科學(xué)家耗費(fèi)了30多年采用多種手段在Parkfield實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了地震預(yù)報(bào)研究，結(jié)果不夠理想。蘇聯(lián)科拉半島的達(dá)10km的超深鉆井和預(yù)定鉆探15km的“德國(guó)大陸深鉆計(jì)劃”中的更深的鉆井，僅僅相當(dāng)于鉆探了地球地殼的“上表皮”。這些研究對(duì)于預(yù)測(cè)大地震和特大地震的地球物理過(guò)程和地震機(jī)理，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，地震災(zāi)害的預(yù)防才顯得尤為重要，而這也正是陳學(xué)良科研之外的另一項(xiàng)重要工作。

陳學(xué)良認(rèn)為，要想普及防震和抗震的觀念，學(xué)校的教育是很有必要的，包括政府各部門(mén)，各行業(yè)，各層次的專(zhuān)家學(xué)者，需要大家一起努力，才能扭轉(zhuǎn)人們心中對(duì)于地震的“誤解”，提高人們對(duì)地震的重視?！?·12”汶川地震時(shí)，陳學(xué)良作為國(guó)家災(zāi)害損失評(píng)估組的第15組的組長(zhǎng)，帶領(lǐng)組員到廣元市的利州區(qū)、朝天區(qū)、元壩區(qū)開(kāi)展了卓有成效的災(zāi)害損失評(píng)估工作，后又多次踏足遼寧、云南、四川、甘肅等地。汶川是一個(gè)血淋淋的教訓(xùn)，許多不規(guī)范的多層建筑一旦倒塌，其造成的傷亡是不容小覷的。陳學(xué)良曾帶著學(xué)生親臨汶川現(xiàn)場(chǎng)，雖已時(shí)隔多年，但當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景依舊歷歷在目，坍塌的廢墟，遍地的尸體，被摧毀的城市，給無(wú)數(shù)的家庭蒙上了陰影。“歷經(jīng)浩劫之后的人們總會(huì)捫心自問(wèn)，甚至追悔莫及，但正處于當(dāng)下，職責(zé)所在的我們，應(yīng)該真正地行動(dòng)起來(lái)，對(duì)地震研究，慎言不可能，要直面困難，勇于挑戰(zhàn)！”

與導(dǎo)師Ru-shan Wu教授（歐洲科學(xué)院院士）在SEG會(huì)場(chǎng)開(kāi)會(huì)

世上無(wú)難事，只要肯登攀

陳學(xué)良自1998年讀研以來(lái)，一直從事地震學(xué)、地震工程學(xué)、巖土地震工程、土動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的線(xiàn)性和非線(xiàn)性場(chǎng)地對(duì)地震動(dòng)的影響、工程場(chǎng)地地震安評(píng)等方面的科研工作。在縱向和橫向科研項(xiàng)目中，收集了較多的場(chǎng)地觀測(cè)資料、相關(guān)專(zhuān)著及論文資料等。陳學(xué)良是地震局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—淺層結(jié)構(gòu)成像與強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)單元的負(fù)責(zé)人，他在土體動(dòng)力本構(gòu)理論、工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的波動(dòng)模擬、數(shù)值積分格式、近斷層強(qiáng)地震動(dòng)模擬、近場(chǎng)波動(dòng)數(shù)值模擬研究等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2006年完成了博士論文《土體動(dòng)力特性、復(fù)雜場(chǎng)地非線(xiàn)性地震反應(yīng)分析及其方法研究》。2009年5月完成了博士后出站報(bào)告——《復(fù)雜場(chǎng)地地震反應(yīng)的若干問(wèn)題研究》。在場(chǎng)地地震反應(yīng)、近斷層速度大脈沖地震動(dòng)非線(xiàn)性響應(yīng)、復(fù)雜場(chǎng)地的體波或面波響應(yīng)、寬頻帶強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬理論、地震危險(xiǎn)性的確定性研究方法等方面取得了卓有成效的成果?，F(xiàn)階段，陳學(xué)良在研究強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬理論研究的同時(shí)，還擔(dān)任研究室副主任、第二黨支部書(shū)記，分身乏術(shù)的他不得不學(xué)著有所取舍。操心多年后，他終于有了得力的助手和出色的學(xué)生，陳學(xué)良將部分工作分派給助手完成，自己繼續(xù)專(zhuān)注于防震減災(zāi)的科研與教學(xué)領(lǐng)域。

除了研究工作，陳學(xué)良還是一名優(yōu)秀的導(dǎo)師。如今桃李滿(mǎn)天下的他，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生有著自己獨(dú)特的心得。中國(guó)地震局地球物理研究所擁有豐富的國(guó)家地震數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的地震專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，在地球物理方法研究，地震學(xué)、強(qiáng)震動(dòng)地震學(xué)、應(yīng)用地震學(xué)和應(yīng)用地球物理學(xué)研究，工程結(jié)構(gòu)地震安全性評(píng)估以及地震災(zāi)害損失預(yù)測(cè)與評(píng)估方面有更大的優(yōu)勢(shì)。研究所的學(xué)生畢業(yè)后大多去了地震局、設(shè)計(jì)院、城市規(guī)劃局、高校等，也有很多國(guó)外的優(yōu)秀學(xué)子加入了研究所。

陳學(xué)良認(rèn)為，家長(zhǎng)式一手包辦的教學(xué)模式不利于學(xué)生成長(zhǎng)。身為導(dǎo)師，陳學(xué)良對(duì)學(xué)生有著高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。求知的路上難免會(huì)遭遇“滑坡”，每當(dāng)他的學(xué)生遇到這些“坎坷”時(shí)，陳學(xué)良都會(huì)鼓勵(lì)他們迎難而上，讓他們?nèi)サ?，去?jīng)歷，他認(rèn)為人生不可能只有一片坦途，路途中野蠻生長(zhǎng)的荊棘和縱橫交錯(cuò)的蜿蜒小道也是人生值得紀(jì)念的風(fēng)光，只有受傷過(guò)、坎坷過(guò)，才能迅速成長(zhǎng)，有所收獲，破繭成蝶。

經(jīng)過(guò)幾次的出國(guó)訪(fǎng)問(wèn)，陳學(xué)良深深明白了交流的重要性，他鼓勵(lì)自己的學(xué)生多參與國(guó)際交流。“英語(yǔ)不是我們的母語(yǔ)，但不應(yīng)該因此就羞澀退卻”，他告訴學(xué)生要勇敢地說(shuō)出來(lái)，多跟專(zhuān)家討論，多參加國(guó)際會(huì)議，只有交流才能共同進(jìn)步，只有交流才能融會(huì)貫通，災(zāi)害面前無(wú)國(guó)界，只有全人類(lèi)共同攜起手來(lái)，集思廣益，才能與自然和平共處。

在對(duì)未來(lái)的計(jì)劃中，陳學(xué)良希望在地殼、上地幔中波動(dòng)傳播與衰減，震源過(guò)程與斷層破壞模擬理論，地殼“基巖”構(gòu)造和震動(dòng)特性，輸入地震動(dòng)評(píng)價(jià)及其應(yīng)用，強(qiáng)震觀測(cè)技術(shù)與研發(fā)等研究領(lǐng)域有所突破，希望有機(jī)會(huì)和相關(guān)領(lǐng)域、有關(guān)部委和研究所，如應(yīng)急管理部門(mén)、自然資源部門(mén)、防災(zāi)減災(zāi)部門(mén)、地質(zhì)災(zāi)害部門(mén)、各級(jí)政府部門(mén)等領(lǐng)域的專(zhuān)家聯(lián)合起來(lái)，共同為老百姓和我國(guó)防震減災(zāi)事業(yè)做貢獻(xiàn)。這些合作項(xiàng)目一旦實(shí)行，必將是跨領(lǐng)域、多學(xué)科、具有國(guó)際創(chuàng)新性的大項(xiàng)目。另外，國(guó)家鼓勵(lì)公益二類(lèi)研究所積極支撐科技成果轉(zhuǎn)化，從國(guó)內(nèi)目前的狀況來(lái)看，尚缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件和面向高、精、尖國(guó)際前沿領(lǐng)域的硬件平臺(tái)，某些方面仍需依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，陳學(xué)良為此十分擔(dān)憂(yōu)，他希望有朝一日能研發(fā)出打上中國(guó)烙印的軟件。要想實(shí)現(xiàn)這一系列目標(biāo)，發(fā)掘人才是關(guān)鍵性的一步，陳學(xué)良迫切地希望能培養(yǎng)出更多有為青年，共同發(fā)展地震地球物理理論、技術(shù)和開(kāi)展防震減災(zāi)研究，共同為實(shí)現(xiàn)偉大的中國(guó)夢(mèng)而努力奮斗！