鍥而不舍 金“石”可鏤

李剛

據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上每年約發(fā)生500多萬次地震，其中絕大多數(shù)太小或太遠(yuǎn)，一般難以察覺，而真正對人類造成嚴(yán)重危害的大規(guī)模地震，在人們發(fā)覺時(shí)又往往為時(shí)已晚。

2016年，英國《自然·通訊》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究稱，科學(xué)家首次檢測到一種在地震波到達(dá)之前就可觀測到的重力信號，這種信號有望改進(jìn)地震預(yù)警時(shí)間，推動地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)研究取得新進(jìn)展。

其實(shí)，在地震研究領(lǐng)域，科學(xué)家們對重力學(xué)的研究有著悠久的歷史，但由于其在理論研究方面沒有什么新的突破，便造成了對這一方向的研究越來越偏向小眾化，對于科研人員的吸引力也大大降低了。和大多數(shù)人不同的是，一直以來中國地震局地球物理研究所研究員陳石，就致力于重力學(xué)的探索與研究，并將在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破作為自己的心愿，從未有過改變。

與“地球物理”研究結(jié)緣

物理學(xué)是一門閃耀著美的光輝的科學(xué)，它的美體現(xiàn)在物理學(xué)理論的內(nèi)容和形式上，也體現(xiàn)在物理學(xué)研究的過程中。從中學(xué)開始，陳石就對物理這一學(xué)科產(chǎn)生了深厚的興趣。也許是機(jī)緣巧合，他被長安大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè)錄取，經(jīng)過4年的深入學(xué)習(xí)，他發(fā)現(xiàn)：地球物理學(xué)作為通過定量的物理方法研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一門綜合性學(xué)科，不僅具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，且散發(fā)著獨(dú)特的魅力。

為繼續(xù)求學(xué)，博士期間，陳石來到了北京，在中國科學(xué)院研究生院固體地球物理專業(yè)學(xué)習(xí)期間積蓄了更加豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。2009年博士畢業(yè)后，他選擇到中國地震局地球物理研究所繼續(xù)開展自己的科研之路。在近8年的工作過程中，陳石不斷通過改進(jìn)和優(yōu)化陸地高精度重力測量技術(shù)，開展地殼介質(zhì)變化產(chǎn)生的時(shí)變微重力信號研究，通過對地表監(jiān)測到的重力微變化，來計(jì)算和反演地殼內(nèi)部物質(zhì)狀態(tài)特征，進(jìn)而為探索控制地震孕育發(fā)生全周期的物理機(jī)制提供地球物理依據(jù)。

在研究過程中，陳石發(fā)現(xiàn)在地球物理領(lǐng)域很多基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新和前沿都集中在國外。為了能夠在研究層面有進(jìn)一步的提高，并在模型與機(jī)理解釋方面進(jìn)行深入探索，2012年，他申請并獲得了國家留學(xué)基金資助，前往美國密蘇里大學(xué)地球科學(xué)系進(jìn)行了一年的交流訪問，師承國際著名地球動力學(xué)家劉勉教授。一年的學(xué)習(xí)，讓他對運(yùn)用不同的地球物理方法來解決動力學(xué)問題，有了更加深刻的認(rèn)識。針對2015年4月25尼泊爾8.1級地震，他利用震前高精度絕對重力測量獲得的時(shí)變微重力信號聯(lián)合GNSS觀測結(jié)果，通過構(gòu)建數(shù)值模型對地震前的地殼介質(zhì)變化和區(qū)域特征等參數(shù)進(jìn)行了反演，并給予了合理的物理解釋，該成果發(fā)表在國際著名地球物理雜志Geophysical Research Letters上。

為了能進(jìn)一步提高陸地重力觀測的數(shù)據(jù)處理精度，他還曾兩次前往日本統(tǒng)計(jì)數(shù)理研究所進(jìn)行研究交流。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)和誤差分析方法，他與莊建倉博士聯(lián)合基于貝葉斯原理，重新設(shè)計(jì)了流動重力數(shù)據(jù)平差方程。經(jīng)過3年多的不懈努力，從算法設(shè)計(jì)到程序編寫，最終通過了模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)測試，證明了該方法可以有效解決相對重力儀的非線性零漂等問題，可以切實(shí)提高重力測量平差的精度。這些經(jīng)歷與孜孜不倦的探索，都為他今后的科研工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

科研成果豐碩

成功往往是量變引起質(zhì)變的過程，而陳石也始終堅(jiān)信著只要堅(jiān)持不懈地在這一方向上進(jìn)行探索，就能創(chuàng)造出理想的科研成果。多年來，他一直選擇圍繞地震問題開展微重力學(xué)研究，這個(gè)研究方向在國際上并非熱門領(lǐng)域，除了地震局有人開展相關(guān)研究外，幾乎再難找到同行，想要申請到國家級課題更是困難。

2012年，陳石申請并幸運(yùn)地獲得了國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助，開展了題為“強(qiáng)震之前重力場特征及其震質(zhì)中的估定”的專項(xiàng)研究，并和其課題組成員圍繞該問題展開了一系列的深入探索。

在這一研究中，他們在現(xiàn)如今的科技手段不能準(zhǔn)確對地震進(jìn)行預(yù)報(bào)的背景下，圍繞2008年汶川8.0級地震和2013年蘆山7.0級地震為代表的震例，對地震前后重力測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)“解剖”，他們發(fā)現(xiàn)在這些地震發(fā)生之前確實(shí)存在一定程度的區(qū)域性重力場微變化現(xiàn)象，從物理機(jī)制上，他們繼續(xù)引用并完善了“震質(zhì)中”概念模型，進(jìn)一步分析這種震前重力變化與地震的關(guān)系。陳石說：“對“震質(zhì)中”的估定是因?yàn)樵诘卣鹬暗貧?nèi)有會有區(qū)域發(fā)生一定的“物質(zhì)運(yùn)移”，科學(xué)家們在地表對重力變化進(jìn)行測量后，其重力變化最大的地方就會和質(zhì)量變化最大的地方相對應(yīng)，通過研究兩者之間的關(guān)系就有可能在地震前為判斷發(fā)震地點(diǎn)提供物理依據(jù)?！彼麄兙褪峭ㄟ^這種方法，采用“以場求源、場源結(jié)合”的思路對重力測量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究，并優(yōu)選合理的物理機(jī)制對這種重力場變化進(jìn)行解釋。

現(xiàn)如今，中國在重力觀測儀器裝備上已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，而陳石所在的課題組也在國家自然科學(xué)基金、國家地震科技支撐計(jì)劃、基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助下，裝備了精良的重力儀器，他們現(xiàn)已設(shè)計(jì)出了一種新型的“場地微重力綜合觀測系統(tǒng)”，可聚焦?jié)撛诘陌l(fā)震構(gòu)造位置，提取深部場源重力信號，為研究深地殼介質(zhì)變形和可靠地震前兆信息，提供物理觀測支撐。這一切都為陳石及其團(tuán)隊(duì)接來下的研究之路，增添了極大的自信。

克服困難 執(zhí)著向前

科學(xué)研究中困難無處不在，而團(tuán)隊(duì)是讓陳石不斷向前的動力?，F(xiàn)如今，他所在的由8位成員所組成的重力學(xué)方法研究課題組，正是其進(jìn)行科研工作的中堅(jiān)力量，團(tuán)隊(duì)成員們對于圍繞地震問題開展微重力相關(guān)科學(xué)研究均抱有很大熱忱，與他們一起進(jìn)行科學(xué)研究，陳石倍感踏實(shí)。

可持續(xù)性的科學(xué)研究，離不開人才的培養(yǎng)，在培養(yǎng)學(xué)生方面，陳石一直提倡“興趣是最好的導(dǎo)師”，他堅(jiān)信：學(xué)生只要通過精心培養(yǎng)都能夠得到成長。在如今浮躁的科研環(huán)境下，他時(shí)刻提醒學(xué)生要明白做科研的意義所在，不要盲目跟隨所謂的熱點(diǎn)，要堅(jiān)持自己的方向。此外，他還希望學(xué)生能夠走到實(shí)踐中去，清晰地知道觀測數(shù)據(jù)如何獲取，有哪些不確定性存在，了解當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，找準(zhǔn)科研方向，不隨波逐流，只有這樣才能讓自己真正地置身到科研世界中去。

現(xiàn)如今，在陳石團(tuán)隊(duì)所做的科研工作中，首要解決的問題是對重力信號進(jìn)行精確的測量，想要完成這一工作，精密的重力測量儀器是必不可少的。但是，重力測量儀器十分昂貴，測量相對重力的儀器至少要一百多萬元，測量絕對重力的儀器要三四百萬元，且目前中國現(xiàn)有的絕對重力觀測設(shè)備屈指可數(shù)，為了克服這種困難，陳石和其團(tuán)隊(duì)成員一直在通過優(yōu)化的觀測系統(tǒng)，改進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法，最大程度利用課題組已擁有的儀器資源，為獲取更更加精準(zhǔn)的高精度重力場變化信號而努力。

事實(shí)上，開展地震預(yù)測相關(guān)的科學(xué)研究所遇到的困難遠(yuǎn)不僅于此，從上世紀(jì)90年代就有科學(xué)家在Science上發(fā)表文章稱地震是不可預(yù)測的。從而，在國際上也就掀起了地震預(yù)測非常困難的輿論風(fēng)潮。與日本、美國等的震情不同，中國發(fā)震構(gòu)造復(fù)雜，地震形勢嚴(yán)峻，小震巨災(zāi)，防災(zāi)減災(zāi)任務(wù)艱巨。開展具有診斷性的地震物理前兆探索，刻不容緩。但是，在中國開展與地震預(yù)報(bào)相關(guān)的研究課題來源相對較少，項(xiàng)目的前期投入與見效程度長期以來也不能令人滿意，很多人也對此逐漸失去了信心。不可否認(rèn)的是，在中國地震局幾十年的研究經(jīng)驗(yàn)中，對于診斷性地震前兆現(xiàn)象的探索也取得了一些有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)，隨著觀測儀器精度的提高，也使科學(xué)家們能夠觀測到更多的現(xiàn)象，對于未來的地震觀測道路，陳石及其團(tuán)隊(duì)成員們?nèi)员Ｓ兄鴺O大的信心。

時(shí)光飛逝，從事科學(xué)研究多年來，陳石感觸良多。他始終認(rèn)為做科研是以興趣驅(qū)使的，既然選擇了就不應(yīng)輕言放棄，雖然在這一路上人來人往，但他卻一直在堅(jiān)持著并將此作為自己的信念與追求，不忘初心。“鍥而不舍，金‘石可鏤”，這便是對陳石科研之路的最好詮釋。