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。“汶川地震以來,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?!彼f。
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(dān)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)?!睏铌惤忉尅?/span>
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?!蓖鯘J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。