關于地震科學實驗場發(fā)展的回顧與展望

楊軍 王寶善 陳颙

摘要：地震科學實驗場的建設在我國地震科學的發(fā)展過程中起到了良好的推動作用。通過回顧我國地震科學實驗場的發(fā)展歷程，介紹了中美地震科技合作的成果以及地震科學實驗場的經(jīng)驗，在此基礎上對地震科學實驗場未來的發(fā)展提出展望，認為地震科學發(fā)展要集中攻克關鍵性科學問題;可以開辟流動實驗場，將基礎研究、應用研究、長期性的科學問題及短期性的科學問題有機結(jié)合起來。

關鍵詞：地震科學實驗場;科學問題導向;研究地區(qū)導向;流動實驗場

中圖分類號：P315-24?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2019）03-0305-05

1 地震科學實驗場的發(fā)展

20世紀中期，前蘇聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)在塔吉克的加爾姆地區(qū)，地震前地下波速會有明顯的變化，基于此觀測提出了地震發(fā)生機理的新模型，并在加爾姆地區(qū)建立了地震預報科學實驗場（盧振恒，1986;張君儀，1980;ЛИБоканенко，1994）。隨后，德國科學家也在土耳其的阿拉托利地區(qū)建立了地震科學實驗場（盧振恒，1986）。這些工作主要針對地震發(fā)生機理的基礎研究，受到了國際科學界的重視。但由于政治變動和經(jīng)費來源等因素的限制，到20世紀70年代，這些實驗場的工作都陸續(xù)中斷了。

1978年中國共產(chǎn)黨十一屆三中全會的召開，標志著中國進入了改革開放的新時代。1979年中美建交，拉開了中美科技合作的序幕，地震科學實驗場作為最早一批的合作項目開始推進。1980年1月24日，國家地震局（現(xiàn)中國地震局，下同）、中國科學院、國家科委、軍委總參謀部和外交部5家單位與美國相關部門正式簽訂了中美地震科技合作議定書（圖1）。這份議定書涉及7個方面的合作內(nèi)容：①地震前兆現(xiàn)象與預報技術的研究;②板內(nèi)活斷層與地震研究;③地震工程與減輕地震災害合作研究;④地殼深部結(jié)構(gòu)合作研究;???⑤巖石力學實驗室的合作研究;⑥超長周期地震臺站的設置與合作研究;⑦資料和地震圖膠片的交換。

中美雙方根據(jù)簽訂的合作議定書，確定在云南省大理白族自治州建立國家地震局滇西地震預報實驗場（以下簡稱滇西地震預報實驗場），其科學定位為研究板內(nèi)地震（也稱“大陸地震”）的科學問題，而非局限于研究滇西區(qū)域的地震問題。協(xié)議書有效期為4年。在這種“科學問題導向”思想的指導下，中美雙方交流密切。4年期間，中方先后接待美方科研人員155位，中方赴美國交流科研人員98位。滇西地震預報實驗場還接待了來自英國、德國和以色列等多個國家的科研人員。許多地震科技骨干，如丁國瑜、梅世蓉、馬宗晉、曾融生、馬瑾、謝禮立、許厚澤、姚振興等都曾在滇西地震預報實驗場工作過。中美地震科技合作工作，對中國地震工作的發(fā)展起到了極大的促進作用，中國的地震研究工作也得到了國際地震學界的高度重視，SSB（State Seismological Bureau，國家地震局）的名稱與USGS（United States Geological Survey，美國地質(zhì)調(diào)查局）、NASA（National Aeronautics and Space Administration，美國航天局）一樣，頻繁出現(xiàn)在包括Science在內(nèi)的各種英文專業(yè)雜志上（Kan et al，1986）。

1983年10月25日，國家地震局在云南省大理白族自治州召開了滇西地震預報實驗場第一次工作會議，參會成員有原國家地震局副局長林庭煌（滇西地震預報實驗場工作委員會主任）、云南省地震局原局長姜葵、原國家地震局地震預報中心主任陳鑫連、原國家地震局地球物理研究所所長陳颙、原國家地震局地震研究所所長賴錫安、原國家地震局地質(zhì)研究所所長劉若新、四川省地震局原局長羅灼禮及王貴美等同志。

1984年，國家地震局在北京召開了第一屆大陸地震國際討論會，該次會議的科學議題為“大陸地震”，來自全世界十幾個國家的近300名學者出席會議，其中包括12個國家近20位科學院院士。表1為此次會議一些代表性的發(fā)言題目（國家地震局科技監(jiān)測司，1984）。

滇西地震預報實驗場建立后，國家地震局組織多家科研單位在云南地區(qū)開展了大量科學實驗工作，比如“滇深-82”及“滇深86-87”人工爆破測深工程和“云南地學大斷面”綜合研究工作，通過這些工作獲取了云南地區(qū)豐富的測深資料，之后許多科研學者對這些云南測深資料進行分析研究，揭示了云南地區(qū)地殼的一些重要特征。如此豐富密集的測深資料及研究成果在我國大陸是少見的（張建國，2009;姜葵，陳金海，1986;白志明，王椿鏞，2003;Kan et al，1986），這也為滇西地震預報實驗場繼續(xù)開展地震科學實驗工作奠定了堅實的基礎。

21世紀初以來，滇西地震預報實驗場繼續(xù)在地震科學實驗探索方面開展相關工作。2007年重建了由6個子臺組成的測震觀測臺網(wǎng)，2011年與中國地震局地球物理研究所合作建成了全球第一個陸地固定式地震信號發(fā)射臺——賓川地震信號發(fā)射臺（陳颙等，2017;王彬等，2015，2016），并依托該發(fā)射臺連續(xù)申請了2項國家自然基金及1項云南省院士工作站等科研項目，2017年與中國地震局地球物理研究所合作在云南賓川布設了密集臺陣，開展了云南賓川主動源鄰區(qū)淺層精細結(jié)構(gòu)多源成像研究，并與中國地震局地質(zhì)研究所合作開展“亞失穩(wěn)”研究，上述一系列的科研合作項目為云南地震科學研究及人才培養(yǎng)搭建了良好的平臺。

2 曲折

20世紀80年代后期，參照滇西地震預報實驗場的經(jīng)驗，全國多地開始建立地震預報實驗場。但地震預報實驗場的科學定位慢慢發(fā)生了變化，這些實驗場的主要目標是成為其所在地區(qū)監(jiān)測預報方面的“實驗場”。這是一種“研究地區(qū)導向”定位，即以該區(qū)域的地震預報作為評價“實驗場”的標準：選擇多地震的地區(qū)建立地震預報實驗場，建設多種手段、高密度的觀測系統(tǒng)，通過分析地震前兆的方法預報“實驗場”地區(qū)的地震，并試圖評價各種經(jīng)驗性方法的局限性（陳鑫連，1987;梅世蓉，1994;馬宗晉，2000），以期推動地震預報研究的進步，這樣的定位給“實驗場”的發(fā)展帶來了局限。這些“實驗場”建立之初，將科學目標定位在地震預報，希望通過“實驗場”的工作，在地震預報方面有所突破。在任何地區(qū)，地震（特別是大地震）的復發(fā)周期都是很長的，而“實驗場”運行的時間有限，所以多數(shù)“實驗場”都沒有完成預定目標。于是，包括滇西地震預報實驗場在內(nèi)的很多實驗場，如京津唐張地震預報實驗場、山西和新疆的地震預報實驗場，都走過了一段曲折蕭條的道路。到如今，除了滇西地震預報實驗場，其它的地震預報實驗場都逐漸被人們遺忘。

20世紀80年代，中美地震科技合作的基地之所以選擇在滇西地區(qū)，原因有二：一是該地區(qū)地處大陸內(nèi)部，地震多，實踐的機會也多;二是滇西地震多與紅河斷裂有關，而紅河斷裂北段地震頻繁，南段卻很少有地震。同一條斷裂，南北兩段地震活動性質(zhì)完全不一樣，正如美國地質(zhì)學家 Clarence RAllen在合作議定書簽訂過程中所提出的“這是研究地震機理、斷層與地震關系的絕好地區(qū)，也是全球范圍內(nèi)研究大陸地震基礎前沿問題的最好地區(qū)”。

要把一個實驗基地建設好，科學的定位是最重要的。我們應該把著眼點放在提高地震科學的水平上。因為地震科學的發(fā)展，能夠促進地震預報水平的提高，這與地震預報并不矛盾。對地震的觀測和理論研究可為地震預報提供基礎。

3 流動實驗場

地震科學的發(fā)展面臨許多挑戰(zhàn)性的問題，大致可以分成兩類：長期性和短期性的問題。我們應該挑選幾個關鍵性的科學問題，在有條件的地方，集中力量進行攻關。部分科學問題舉例如下：

（1）4D地震學。根據(jù)“國家地震科技創(chuàng)新工程”中“解剖地震”的計劃，要對地震的物理過程進行研究，要求我們對地下介質(zhì)狀態(tài)的變化開展監(jiān)測。利用多種技術手段，對地下介質(zhì)的物理性質(zhì)、力學性質(zhì)等隨時間的變化開展研究，是4D地震學的主要內(nèi)容（圖2）。4D地震學的觀測能夠幫助我們認知哪些“前兆”能夠反映地下介質(zhì)狀態(tài)的變化，哪些不能;能夠提高前兆觀測的空間密度和時間尺度（王偉濤等，2017）。

（2）城市地震學。中國的城市化率近75%，對城市下方空間的探測是“透明地殼”“韌性城鄉(xiāng)”的重要研究方向。對地下結(jié)構(gòu)的探測是地震科學的強項，但在城市這一經(jīng)濟、人員和環(huán)境的綜合載體下開展探測，對地震學的探測模式和探測精度提出了挑戰(zhàn)，需要對相關的探測震源和觀測技術開展深入的研究，以應對城市環(huán)境下高分辨率地下空間探測的要求。同時，也對地震學研究產(chǎn)出成果的類型和成果應用提出了新的要求。選擇適當?shù)某鞘?，開展流動實驗場的工作，服務于政府城市建設，勢必得到多方面的支持，對傳統(tǒng)地震學走出學院式的象牙塔有極大的幫助。

（3）頁巖氣地震學?？萍及l(fā)展要以“需求牽引，問題導向”為目標。天然氣等清潔能源成為從傳統(tǒng)化石能源向新能源跨越中不可逾越的橋梁，清潔能源所占比重有望在2030年超越煤炭、2040年超越石油。當前是天然氣為主導的清潔能源的黃金發(fā)展期，世界正進入“天然氣時代”。針對國家在能源需求方面所面臨的科學問題，開辟流動實驗場，在天然氣能源的存儲等方面開展工作，針對特定的問題，在相應地區(qū)開展相對短期的實驗研究，這樣可以在促進學科發(fā)展的同時為國家需求保駕護航（智慧服務）。

總之，在實驗場進行長期實驗的基礎上，開辟流動實驗場，增加適當?shù)亩唐趯嶒瀮?nèi)容，將基礎研究與應用研究有機結(jié)合起來，可以增加地震科研的活力，開辟新的研究領域，更好地為國家服務。

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