楊軍 王寶善 陳颙

摘要：地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場的建設(shè)在我國地震科學(xué)的發(fā)展過程中起到了良好的推動(dòng)作用。通過回顧我國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)實(shí)驗(yàn)場的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上對地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場未來的發(fā)展提出展望，認(rèn)為地震科學(xué)發(fā)展要集中攻克關(guān)鍵性科學(xué)問題;可以開辟流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場，將基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、長期性的科學(xué)問題及短期性的科學(xué)問題有機(jī)結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場;科學(xué)問題導(dǎo)向;研究地區(qū)導(dǎo)向;流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場

中圖分類號(hào)：P315-24?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2019）03-0305-05

1 地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場的發(fā)展

20世紀(jì)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(huì)有明顯的變化，基于此觀測提出了地震發(fā)生機(jī)理的新模型，并在加爾姆地區(qū)建立了地震預(yù)報(bào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)場（盧振恒，1986;張君儀，1980;ЛИБоканенко，1994）。隨后，德國科學(xué)家也在土耳其的阿拉托利地區(qū)建立了地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場（盧振恒，1986）。這些工作主要針對地震發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)研究，受到了國際科學(xué)界的重視。但由于政治變動(dòng)和經(jīng)費(fèi)來源等因素的限制，到20世紀(jì)70年代，這些實(shí)驗(yàn)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(huì)的召開，標(biāo)志著中國進(jìn)入了改革開放的新時(shí)代。1979年中美建交，拉開了中美科技合作的序幕，地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場作為最早一批的合作項(xiàng)目開始推進(jìn)。1980年1月24日，國家地震局（現(xiàn)中國地震局，下同）、中國科學(xué)院、國家科委、軍委總參謀部和外交部5家單位與美國相關(guān)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(gè)方面的合作內(nèi)容：①地震前兆現(xiàn)象與預(yù)報(bào)技術(shù)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(zāi)害合作研究;④地殼深部結(jié)構(gòu)合作研究;???⑤巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的合作研究;⑥超長周期地震臺(tái)站的設(shè)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場（以下簡稱滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場），其科學(xué)定位為研究板內(nèi)地震（也稱“大陸地震”）的科學(xué)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(xué)問題導(dǎo)向”思想的指導(dǎo)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場還接待了來自英國、德國和以色列等多個(gè)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)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(jìn)作用，中國的地震研究工作也得到了國際地震學(xué)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場第一次工作會(huì)議，參會(huì)成員有原國家地震局副局長林庭煌（滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場工作委員會(huì)主任）、云南省地震局原局長姜葵、原國家地震局地震預(yù)報(bào)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(huì)，該次會(huì)議的科學(xué)議題為“大陸地震”，來自全世界十幾個(gè)國家的近300名學(xué)者出席會(huì)議，其中包括12個(gè)國家近20位科學(xué)院院士。表1為此次會(huì)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)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(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xué)者對這些云南測深資料進(jìn)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(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場繼續(xù)開展地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

21世紀(jì)初以來，滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場繼續(xù)在地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索方面開展相關(guān)工作。2007年重建了由6個(gè)子臺(tái)組成的測震觀測臺(tái)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(gè)陸地固定式地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)——賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)（陳颙等，2017;王彬等，2015，2016），并依托該發(fā)射臺(tái)連續(xù)申請了2項(xiàng)國家自然基金及1項(xiàng)云南省院士工作站等科研項(xiàng)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(shè)了密集臺(tái)陣，開展了云南賓川主動(dòng)源鄰區(qū)淺層精細(xì)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(xiàng)目為云南地震科學(xué)研究及人才培養(yǎng)搭建了良好的平臺(tái)。

2 曲折

20世紀(jì)80年代后期，參照滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場的經(jīng)驗(yàn)，全國多地開始建立地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場。但地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場的科學(xué)定位慢慢發(fā)生了變化，這些實(shí)驗(yàn)場的主要目標(biāo)是成為其所在地區(qū)監(jiān)測預(yù)報(bào)方面的“實(shí)驗(yàn)場”。這是一種“研究地區(qū)導(dǎo)向”定位，即以該區(qū)域的地震預(yù)報(bào)作為評價(jià)“實(shí)驗(yàn)場”的標(biāo)準(zhǔn)：選擇多地震的地區(qū)建立地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場，建設(shè)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(yù)報(bào)“實(shí)驗(yàn)場”地區(qū)的地震，并試圖評價(jià)各種經(jīng)驗(yàn)性方法的局限性（陳鑫連，1987;梅世蓉，1994;馬宗晉，2000），以期推動(dòng)地震預(yù)報(bào)研究的進(jìn)步，這樣的定位給“實(shí)驗(yàn)場”的發(fā)展帶來了局限。這些“實(shí)驗(yàn)場”建立之初，將科學(xué)目標(biāo)定位在地震預(yù)報(bào)，希望通過“實(shí)驗(yàn)場”的工作，在地震預(yù)報(bào)方面有所突破。在任何地區(qū)，地震（特別是大地震）的復(fù)發(fā)周期都是很長的，而“實(shí)驗(yàn)場”運(yùn)行的時(shí)間有限，所以多數(shù)“實(shí)驗(yàn)場”都沒有完成預(yù)定目標(biāo)。于是，包括滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場在內(nèi)的很多實(shí)驗(yàn)場，如京津唐張地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場、山西和新疆的地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場，都走過了一段曲折蕭條的道路。到如今，除了滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場，其它的地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場都逐漸被人們遺忘。

20世紀(jì)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(shí)踐的機(jī)會(huì)也多;二是滇西地震多與紅河斷裂有關(guān)，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(dòng)性質(zhì)完全不一樣，正如美國地質(zhì)學(xué)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(jī)理、斷層與地震關(guān)系的絕好地區(qū)，也是全球范圍內(nèi)研究大陸地震基礎(chǔ)前沿問題的最好地區(qū)”。

要把一個(gè)實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)好，科學(xué)的定位是最重要的。我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在提高地震科學(xué)的水平上。因?yàn)榈卣鹂茖W(xué)的發(fā)展，能夠促進(jìn)地震預(yù)報(bào)水平的提高，這與地震預(yù)報(bào)并不矛盾。對地震的觀測和理論研究可為地震預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)。

3 流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場

地震科學(xué)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(yīng)該挑選幾個(gè)關(guān)鍵性的科學(xué)問題，在有條件的地方，集中力量進(jìn)行攻關(guān)。部分科學(xué)問題舉例如下：

（1）4D地震學(xué)。根據(jù)“國家地震科技創(chuàng)新工程”中“解剖地震”的計(jì)劃，要對地震的物理過程進(jìn)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(shù)手段，對地下介質(zhì)的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等隨時(shí)間的變化開展研究，是4D地震學(xué)的主要內(nèi)容（圖2）。4D地震學(xué)的觀測能夠幫助我們認(rèn)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(shí)間尺度（王偉濤等，2017）。

（2）城市地震學(xué)。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(xué)的強(qiáng)項(xiàng)，但在城市這一經(jīng)濟(jì)、人員和環(huán)境的綜合載體下開展探測，對地震學(xué)的探測模式和探測精度提出了挑戰(zhàn)，需要對相關(guān)的探測震源和觀測技術(shù)開展深入的研究，以應(yīng)對城市環(huán)境下高分辨率地下空間探測的要求。同時(shí)，也對地震學(xué)研究產(chǎn)出成果的類型和成果應(yīng)用提出了新的要求。選擇適當(dāng)?shù)某鞘校_展流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場的工作，服務(wù)于政府城市建設(shè)，勢必得到多方面的支持，對傳統(tǒng)地震學(xué)走出學(xué)院式的象牙塔有極大的幫助。

（3）頁巖氣地震學(xué)。科技發(fā)展要以“需求牽引，問題導(dǎo)向”為目標(biāo)。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(dāng)前是天然氣為主導(dǎo)的清潔能源的黃金發(fā)展期，世界正進(jìn)入“天然氣時(shí)代”。針對國家在能源需求方面所面臨的科學(xué)問題，開辟流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場，在天然氣能源的存儲(chǔ)等方面開展工作，針對特定的問題，在相應(yīng)地區(qū)開展相對短期的實(shí)驗(yàn)研究，這樣可以在促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的同時(shí)為國家需求保駕護(hù)航（智慧服務(wù)）。

總之，在實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行長期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開辟流動(dòng)實(shí)驗(yàn)場，增加適當(dāng)?shù)亩唐趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容，將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究有機(jī)結(jié)合起來，可以增加地震科研的活力，開辟新的研究領(lǐng)域，更好地為國家服務(wù)。

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