從正確認識地震中學會防範風險
——訪中國科學院院士、地球物理學家陳運泰
陳運泰院士
“5·12”全國防災減災日臨近，與地震打了大半輩子交道的中國科學院院士、地球物理學家陳運泰最近正忙著給他即將出版的一本科普新書取名。他告訴記者，人們對地震的認識經歷了一個由淺入深的過程。
“要區分地震和地震災害。地震不等於地震災害。地震是自然現象，大地的震動恰恰證明，我們生活的地球是一顆生機勃勃的星球。所以，地震災害則與人類的行為或者說活動有關，是人類對地震缺乏認識或認識不足、對地震災害風險應對不力、處置不當造成的。我希望人們能夠正確看待地震，更多地瞭解地震，做好預防與減輕地震災害工作，學會防範地震災害風險。” 陳運泰說。
唐山地震帶來的慘痛教訓
地震是否能預報，一直是人們關心的話題，也是至今未解的世界難題。
仰之彌高，鑽之彌堅。伴隨著對該題答案的求索，我國對地震災害的認識不斷深入，地震研究的思路在實踐中經歷了幾次變化。
1966年邢臺地震發生後，我國開始了大規模的地震預測預報工作。“這些工作是否有效呢？1975年，遼寧發生的海城地震確實是地震學家地震預報的一個成功案例，至少10萬人因此倖免於難。雖然這是一次‘成功的地震預報’，但是並不意味著‘地震預報已經成功’，或者說已經過關，如今回頭來看，我們並沒有真正掌握地震發生的內在規律。”陳運泰強調。
唐山地震帶來的教訓極其慘痛，數據顯示，地震造成24.2萬人死亡、16.4萬人重傷。在陳運泰看來，這次地震讓地震學家的腦子“清醒”了。地震沒有想像的那麼簡單，因為地球內部看不見、摸不著，人類無法抵達震源深處，無法直觀地觀測、研究它。
陳運泰解釋，我們觀測地震主要靠地震波，它源於地震釋放的巨大能量，能夠到達地球內部深處。地震如果發生在人口稠密的地方，如果建築物抗震性能差，就可能造成人員傷亡或財產損失，那就是地震災害。但如果地震發生在杳無人煙的地方，這種巨大能量產生的信號，就可以幫助我們探測和研究地球內部結構，從而有助於增進我們對地震的認識。
努力探尋地球內部的情況
新中國成立後，我國地球物理學家利用天然地震、人工地震等手段，由淺入深、由粗到細地開展相關探測工作。
“為服務國防建設，地球物理學家參與了地下核爆炸的觀測與研究工作。”陳運泰解釋，地下核爆炸是一個巨大的能源，利用它不僅可以研究地球內部結構，還可以利用對其特性的研究，來偵測其他的地下核爆炸，這對國家安全而言格外重要。
從我國第一次核試驗開始，地球物理學家就參與到地下核爆炸的偵測工作中來，其中的危險非常人所能想象。陳運泰講述了他參與的一次現場核爆炸試驗。
“我們的工作流程是在爆炸之前埋設地震儀器，爆炸剛完成時，在放射性灰塵沒有抵達儀器埋設地之前將其取走。”陳運泰回憶說，“我和我的學生穿著防護服，在離爆心只有數千米的地方埋設地震儀器。‘轟’的一聲，爆炸成功了，雖然地下核爆炸沒有蘑菇雲，但現場從地面掀起的塵土像蘑菇雲一樣滾滾散開，同樣十分壯觀，當然也非常危險。我們迅速衝上去挖出儀器，然後‘望風而跑’。”
講述中，陳運泰語速明顯加快，“驚險”的經歷讓他感到很有意義。
這些“冒死”換來的數據被陳運泰和他的學生撰寫成了報告，服務於國家安全。
“中國地震學家利用地震儀器記錄國內外的核爆炸，對它們進行分析研究，使得中國在國際上就核爆炸的地震監測工作，能夠挺起腰桿坐下來與他國談判。”陳運泰評論道。
中國數字地震臺網的建設發展
還有一個比肩國際的地震觀測成就是中國數字地震臺網建設。
“我國數字地震臺網建設與國際合拍。”曾任國際數字地震臺網聯合會副主席的陳運泰介紹，1975年，德國和美國分別建設了2個全球第一批的數字地震臺網。
我國很快也認識到數字技術對於地震觀測的重要性。所以從20世紀80年代初開始，我國便通過國際合作的方式建設了中國數字地震臺網，後來臺網增加至12個。時至今日，中國的數字地震臺網已經遍佈全國。
“臺網建設初期，國際上一些著名的地震學家都到中國來考察，這對我們的地震觀測技術而言是一種肯定，也是一種鞭策。”在陳運泰看來，數字化的地震觀測儀器，核心不僅僅是記錄手段的變革。
他解釋，感知地震的儀器叫地震傳感器或地震計，它的任務是捕捉地震信號，而數字化是後半截兒的事。所以，國際上的地震觀測技術進步是兩方面的：一方面是地震儀本身水平提高，比如記錄的頻率範圍非常寬，動態範圍非常大；另一方面是用數字化技術進行信息存儲、傳輸和處理。
“我國通過國際合作，很快就趕上了國際先進水平，其中一個體現在地震儀器的製作水平方面。”陳運泰告訴記者，最初，中國數字地震臺網使用的地震儀器，是德國科學家提出原理，由瑞士廠家負責生產，美國拿來應用的。
中國很快就掌握了這些技術，生產的數字化地震儀器能在很長時間裡維持正常的運行狀態。
“如今，我們有些數字地震儀器已經達到了出口的水平。”不過，陳運泰也強調，中國在地震儀器方面與國際最高水平還有一定距離，仍需繼續努力。
破解震中區與極震區的奧秘
“通過地震波，我們能像拍X光片一樣透視地球內部構造。”陳運泰解釋，地震發生後，地震波一路上過五關斬六將，經過地殼、地幔、地核、地心，再傳回地面。
這個過程中，地震波不斷與周圍的介質發生“互動”，從而攜帶所經過區域介質的信息。這些信息就像“密碼”，破解它便可以幫助我們搞清地球內部是什麼樣子。
不過，這不是研究地震波的最終目的。認知地震更重要的是研究震源，所以，我們必須要像庖丁解牛一樣，將跟震源有關的信息與跟震源無關的信息分離開來。
“這一點與拍X光片不同。”陳運泰說，醫院用來探查人體疾病的“震源”是人造的，它的性能如何我們十分清楚。而地震這種探查地球內部結構的“震源”是天然的，它為何發生？有何性質？我們都需要搞清楚。這些問題的答案恰恰也是研究地震如何致災的重要內容。
那麼，地震震源究竟是什麼？陳運泰告訴記者，地球內部岩層破裂引起振動的地方被稱為震源。它是有一定大小的區域，又稱震源區或震源體，是地震能量積聚和釋放的地方。
“地震發生後，如果我們能夠及時分析出震源破裂的地點、大小、方向，就能幫助救援人員在到達現場前，便知曉地震破壞最嚴重的地區。”陳運泰進一步解釋，震源是地震開始發生的地方，因為處於地下，震源的位置有深淺之分，而在震源的正上方（地面）就是震中。需要特別強調的是，震中區並不一定是地震破壞最嚴重的地區。
地震破壞最嚴重的地區叫極震區，一般而言，較小地震的震中區與極震區大體相符，但較大地震尤其是大地震的極震區與震中區位置常不在一起。
“早在上個世紀90年代，我們就意識到這個問題，並想方設法在大地震之後，儘快找到極震區的位置，然而，需花費一年半載分析研究才能得到結果。”在陳運泰看來，此時的結果在科學上雖然也是很有意義的，但不能直接用於救災。
於是，他開始帶著自己的學生研究怎樣把極震區找得又準又快，這項工作又叫地震破裂過程反演。
雖然是理論研究，但因對地震應急救援具有明顯的應用價值，陳運泰和他的學生們數十年如一日，堅守在科研一線。
從我國數字地震臺網建成，到1990年該成果的論文開始發表，再到今天，他們足足花了30年，其間的不易可想而知。
“現在，我們已經能在地震還未結束的情況下，將地震臺網記錄的信息通過衛星傳到數據中心。由計算機自動計算結果，得出震中區和極震區的位置。”陳運泰說。
一次臨時改變的論文答辯
地震破裂過程分析成果第一次得到應用，是在2008年的汶川地震。
說到這裡，陳運泰為記者講述了一個“小插曲”。
汶川地震發生前5年，陳運泰在北京大學地球與空間科學學院擔任院長。“直到今天，我在北大隻培養了一位博士研究生。”他回憶說，“當時我給學生的畢業論文題目是：假定現在發生了一場大地震，需要立刻做地震破裂過程反演，相關資料已經擺到你桌上了，請你用最快的速度做出來。”
結果，那位學生在汶川地震前的一個多星期就把論文寫好了。按照要求，這篇論文被送給專家評審，專家們都說做得很好！
“因為5月份就要論文答辯，我的學生已經開始準備PPt。不料，汶川地震發生了，我馬上跟他說，你的論文不就是做這個的嗎，現在汶川地震發生了，你不要去準備什麼論文答辯了，你就拿著地震臺收集到的汶川地震的記錄趕快做反演，能有多快就多快！”陳運泰說。
汶川地震是下午2點30分左右發生的，那名學生立馬發動師兄師弟幫他下載數據。
“因為汶川地震是相當大的地震，它激發的地面運動時間特別長，下載數據要花很長時間。拿到數據後，他就開始做反演。當天深夜，結果就做出來了，一共用了10多個小時。這個結果馬上就被公佈在網上，國內外專家都是非常讚許。”陳運泰說。
與此同時，這個結果也被上報給了汶川地震救災指揮部。根據反演結果，汶川地震是一個非常複雜的地震，它有兩個極震區，一個在都江堰，另一個在北川。這意味著救援人員不僅要重視都江堰，還要重視北川。
果然，由於道路中斷，數天之後救援人員到達北川后發現，當地的損失很嚴重。
按照慣例，地震發生後，地震部門會派出大量從事野外考察工作的專家，他們跑遍災區，繪製表示地震影響的地震烈度圖。汶川地震3個多月後，數十位專家不畏艱險，翻山越嶺，經過3個多月考察得到的汶川地震烈度圖顯示的結果，與陳運泰和他的學生們從地震觀測資料反演得出的結果完全一致。
在此之前，陳運泰曾幽默地跟他的學生說：“若能把汶川地震的破裂過程在儘可能短的時間內做出來，即使博士論文答辯受影響，我也會讓你通過；但是如果做不出來，或者做出來的結果日後發現與實際相去甚遠，專家評審意見再好，我也不好意思讓你過關。”
最終，該學生的論文很順利地通過。
玉樹地震再次驗證研究成果
從那以後，反演地震破裂過程的方法在國內多次大地震中都得到印證。
令陳運泰印象深刻的是玉樹地震。
“因為玉樹地震發生在高原地區，我們對它的研究，再次改變了人們對震中區和極震區的認識。” 陳運泰說，反演結果顯示，此次地震的極震區位於震中東南方向25千米處。
“25千米，在平原地區開車一會兒就到了，但高原地區原本就交通不便，遭遇地震後，路更不好走，很容易延誤救援的最好時機。”陳運泰介紹，這次他們的研究結果為救援工作提供了很有價值的信息。
震後，救援隊伍到了震中區，發現當地只有個別房屋的玻璃震碎了。除此之外沒有任何大的破壞跡象。恰好是在該地東南方向的25千米處，破壞最為嚴重。
陳運泰認為，這次地震不僅說明反演結果對應急救援有幫助，還說明這項研究工作關乎人命。
“如今，我們進行地震破裂過程反演花費的時間，從汶川地震時的10多個小時，縮短到2個小時到3個小時，而且這些時間主要用在資料的傳輸和下載上。”陳運泰解釋，一次反演需要的數據量太大了，雖然地震波傳到地震臺的時間是無法壓縮的，但目前地震信息通過衛星傳到數據中心，再到我們下載資料所用的時間仍然有壓縮的餘地。
“我相信，隨著5G時代的到來，一定可以再度創造時間奇蹟。”陳運泰堅定地說。
（記者 徐姚）
陳運泰院士簡介
1940年8月生於福建廈門，原籍廣東潮陽。1962 年畢業於北京大學地球物理系。1966 年研究生畢業於中國科學院地球物理研究所。1981年至1983年任美國洛杉磯加州大學（UCLA)地球與行星物理研究所(IGPP)訪問學者。1991年當選中國科學院院士。1999年當選發展中國家科學院（TWAS）院士。2015年被授予國際大地測量學與地球物理學聯合會(IUGG)會士稱號，2016年被授予亞洲與大洋洲地球科學學會（AOGS）榮譽會員稱號。
現任中國科學院大學地球與行星科學學院資深講席教授，中國地震局地球物理研究所名譽所長、研究員，北京大學地球與空間科學學院名譽院長、教授，中國地震學會名譽理事長，中國科學技術協會全國委員會榮譽委員等職，國際《地震學刊》（Journal of Seismology）編委（1998-），《國際地球物理學刊》（International Journal of Geophysics）編委，《地震學報》、英文《地震科學》(Earthquake Science)主編、《地球物理學報》副主編，《科學》編委等職。
1981年任碩士生導師、1984年任博士生導師以來，培養了50餘名碩士、博士與博士後,其中包括數名外國博士研究生和博士後。
主要從事地震學與地球物理學研究，在地震波與震源的理論與應用研究、數字地震學與旋轉地震學研究中做出了突出貢獻。在國內外學術刊物上發表論著300餘篇（部）。研究成果獲得全國科學大會獎（1978，排名第一），盧森堡大公勳章（1987），國家自然科學三等獎（1988，排名第一），中國地震局科技進步一等獎（1997，排名第三），國家科技進步三等獎（1998，排名第三），“何梁何利”基金科學與技術進步獎（2000），中國地震局科技進步一等獎（2005，排名第一），美國地球物理學聯合會(AGU)國際獎（International Award，2010)，亞洲與大洋洲地球科學學會（AOGS）艾克斯福特獎(Axford Medal Award，2012）等獎勵。
▌編輯：中國應急管理報 新媒體中心 孟德軒
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