地震預(yù)警實(shí)質(zhì)的探討＊

張晁軍 陳會(huì)忠 沈 萍 黎 明 趙國(guó)峰

1) 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

2) 中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

3) 中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

引言

中國(guó)是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，具有災(zāi)害種類(lèi)多、發(fā)生頻率高、分布地域廣、造成損失大等特點(diǎn)。其中，地震災(zāi)害位于我國(guó)自然災(zāi)害之首。歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)告訴我們，具備充分的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，掌握必要的防災(zāi)自救知識(shí)，采取科學(xué)的防災(zāi)避險(xiǎn)行動(dòng)，是減少減輕災(zāi)害損失、保護(hù)生命安全的有效途徑。

地震預(yù)警（earthquake early warning，EEW）是實(shí)時(shí)地震學(xué)和應(yīng)急地震學(xué)的重要技術(shù)手段[1-5]，其技術(shù)源于日本、墨西哥等國(guó)，目的就是在目前地震預(yù)測(cè)尚未取得科學(xué)突破的背景下，在大地震發(fā)生時(shí)，讓地震觀測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地為減輕地震危險(xiǎn)服務(wù)。通過(guò)裝備自動(dòng)安全功能，減少設(shè)施暴露，增加特定的關(guān)鍵工程系統(tǒng)（例如核電站生命線或者交通設(shè)施）的安全，如，觸發(fā)有序關(guān)閉生命線和燃?xì)夤艿?，以避免火?zāi)；或關(guān)閉工廠運(yùn)行，以減少潛在的裝備損失和工業(yè)事故[4]。如果人們獲得警報(bào)，立即采取避險(xiǎn)行動(dòng)，個(gè)人的安全狀況也可以得到改善，達(dá)到挽救生命的目的。

在本世紀(jì)初，我國(guó)地震學(xué)家就開(kāi)展了地震烈度速報(bào)和預(yù)警技術(shù)的研究。汶川大地震之后，中國(guó)地震局向國(guó)家提出了建設(shè)地震烈度速報(bào)和地震預(yù)警工程的建議?？萍疾肯群笤诳萍贾雾?xiàng)目中多次立項(xiàng)進(jìn)行地震烈度速報(bào)和地震預(yù)警的基礎(chǔ)研究和示范工程研究。在取得基礎(chǔ)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，中國(guó)地震局向國(guó)家發(fā)改委提出“國(guó)家地震烈度速報(bào)和預(yù)警工程”立項(xiàng)。與此同時(shí)，一些民營(yíng)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了地震預(yù)警設(shè)備研制和試驗(yàn)工作，我國(guó)鐵路集團(tuán)總公司也開(kāi)展了高鐵地震預(yù)警研究工作，并且與中國(guó)地震局開(kāi)展了戰(zhàn)略合作。

“地震預(yù)警”越來(lái)越進(jìn)入公眾的視線，國(guó)內(nèi)外關(guān)于“什么是地震預(yù)警”的問(wèn)題越來(lái)越多，對(duì)地震預(yù)警技術(shù)的解釋多種多樣。由于地震預(yù)警在全球范圍也是密集地震觀測(cè)技術(shù)的新發(fā)展，地震科學(xué)家對(duì)地震預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用效能的認(rèn)識(shí)也在不斷加深和變化。目前比較公認(rèn)的觀點(diǎn)認(rèn)為，地震預(yù)警存在一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，主要有兩種傾向：一是對(duì)地震預(yù)警系統(tǒng)的局限性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)地震預(yù)警的地震強(qiáng)度估算過(guò)于樂(lè)觀，從而誤導(dǎo)了公眾；二是不了解地震預(yù)警就是地震警報(bào)，常與一般的“預(yù)警”概念相混淆，對(duì)地震預(yù)警的警示作用和它是復(fù)雜的社會(huì)工程理解不充分。

為了更好地了解地震預(yù)警系統(tǒng)，本文從地震預(yù)警的實(shí)質(zhì)、局限性，國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，以及如何更好地發(fā)揮地震預(yù)警系統(tǒng)的作用等方面，對(duì)地震預(yù)警系統(tǒng)實(shí)質(zhì)進(jìn)行探討。

1 地震預(yù)警

地震預(yù)警是指在地震發(fā)生后，利用地震波傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電波傳播速度的特點(diǎn)，提前對(duì)地震波尚未到達(dá)的地方發(fā)出的警報(bào)。它是地震觀測(cè)進(jìn)入密集地震觀測(cè)階段，超快地震速報(bào)（秒級(jí)）的一種應(yīng)用，是實(shí)時(shí)地震學(xué)和應(yīng)用地震學(xué)社會(huì)服務(wù)的重要體現(xiàn)。地震預(yù)警包含超快地震速報(bào)技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)和系統(tǒng)警報(bào)技術(shù)，具有很強(qiáng)的技術(shù)屬性和社會(huì)屬性。

地震預(yù)警技術(shù)是地震科學(xué)技術(shù)在上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和地震觀測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。這個(gè)新技術(shù)最重要的一點(diǎn)就是在地震發(fā)生時(shí)不僅僅是提供信息服務(wù)，更是警報(bào)服務(wù)，這是地震預(yù)警社會(huì)屬性的重要體現(xiàn)。它涉及到的每一個(gè)人在收到警報(bào)后都應(yīng)立即采取避險(xiǎn)行動(dòng)，因此，被稱(chēng)為“復(fù)雜社會(huì)工程”[6]。

2011年3月11 日，東日本大地震M9.0 的地震預(yù)警（日本稱(chēng)為緊急地震速報(bào)），讓東京地區(qū)（距震中400 余千米）在強(qiáng)烈震動(dòng)的S 波到達(dá)之前大約60s 收到地震警報(bào)，引起了全球關(guān)注，讓全世界更加認(rèn)識(shí)了地震預(yù)警?，F(xiàn)在人們明白，地震預(yù)警工程的目的是“跑贏地震波，在劇烈震動(dòng)來(lái)臨前打聲‘招呼’”[7]。圖1 體現(xiàn)了地震預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)和作用?？梢?jiàn)，地震預(yù)警除自身技術(shù)屬性外，它是警報(bào)技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)的結(jié)合與應(yīng)用，這是地震預(yù)警的社會(huì)屬性。

圖1 地震預(yù)警是地震警報(bào)Fig.1 Earthquake early warning is an earthquake alert

2 進(jìn)入地震預(yù)警時(shí)代

2015年6月國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)的中國(guó)地震局“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程”項(xiàng)目建議書(shū)，2018年工程啟動(dòng)實(shí)施，總投資達(dá)18 多億人民幣。國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程建設(shè)，將在全國(guó)，主要在華北地區(qū)、南北地震帶地區(qū)、東南沿海、新疆西北部及拉薩這5 個(gè)地震預(yù)警區(qū)，建設(shè)密集地震觀測(cè)網(wǎng)（圖2），臺(tái)站間距10—15km。除此之外，中東部地區(qū)平均臺(tái)站間距為50 km 左右，青藏地區(qū)和新疆南部地區(qū)平均臺(tái)站間距達(dá)90 km 左右。新建、改造3 大類(lèi)臺(tái)站，包括新建和擴(kuò)建的1928 個(gè)基準(zhǔn)臺(tái)站，裝備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字地震儀和強(qiáng)震儀；3114 個(gè)基本臺(tái)站，裝備標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)震儀；10349 個(gè)一般站，裝備MEMS 烈度儀，共計(jì)15391個(gè)臺(tái)站。工程在國(guó)家和省級(jí)中心采用先進(jìn)的云存儲(chǔ)和云處理信息技術(shù)，為各級(jí)政府和廣大公眾提供地震預(yù)警和烈度速報(bào)服務(wù)，為地震學(xué)和地球科學(xué)研究提供豐富的大數(shù)據(jù)和應(yīng)用產(chǎn)品。

圖2 國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程建設(shè)的全國(guó)密集觀測(cè)網(wǎng)Fig.2 National intensive observation network for the construction of national earthquake intensity quick report and early warning project

這樣大規(guī)模密集地震觀測(cè)的地震烈度和預(yù)警觀測(cè)網(wǎng)的投資，是前所未有的，它的建設(shè)在世界上也是史無(wú)前例的。體現(xiàn)了“生命至上，安全第一”的思想，目前國(guó)家地震烈度速報(bào)和預(yù)警工程實(shí)行“先行先試”，使我國(guó)即將進(jìn)入“地震預(yù)警時(shí)代”！

3 地震預(yù)警的實(shí)質(zhì)是警報(bào)

地震觀測(cè)發(fā)展大致經(jīng)過(guò)單個(gè)地震臺(tái)站、模擬遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)、數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化地震觀測(cè)網(wǎng)等階段。進(jìn)入21 世紀(jì)，特別是近10年，地震觀測(cè)進(jìn)入了密集地震觀測(cè)階段。地震觀測(cè)網(wǎng)的地震臺(tái)站密度從傳統(tǒng)的100km 到200km 臺(tái)站距離加密到10km 左右。日本在20 世紀(jì)首先建設(shè)了Hi-net 密集地震觀測(cè)網(wǎng)，所以他們才能夠在21 世紀(jì)率先實(shí)現(xiàn)了“緊急地震速報(bào)”。

密集地震觀測(cè)帶來(lái)一個(gè)重要進(jìn)步，那就是地震處理技術(shù)從我們現(xiàn)在所說(shuō)的地震速報(bào)從分鐘級(jí)向秒級(jí)處理發(fā)展，稱(chēng)為地震速報(bào)的新發(fā)展。地震速報(bào)達(dá)到了秒級(jí)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代就可以借助于電磁波的互聯(lián)網(wǎng)傳遞，和地震波賽跑，也就是說(shuō)這種在地震發(fā)生后的秒級(jí)地震速報(bào)，在震中附近以外一定的區(qū)域里，它可以跑贏地震波，這樣它就可以用來(lái)做地震警報(bào)了！也就是實(shí)現(xiàn)了我們說(shuō)的地震預(yù)警。因此，“地震預(yù)警”的實(shí)質(zhì)是在地震觀測(cè)系統(tǒng)向密集地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)發(fā)展新階段背景下，地震觀測(cè)技術(shù)向快速處理進(jìn)步的產(chǎn)物，“地震預(yù)警”的實(shí)質(zhì)是超快速地震速報(bào)的應(yīng)用?地震警報(bào)。所以，“地震預(yù)警”在日本叫“緊急地震速報(bào)”，美國(guó)叫“Shake Alert（震動(dòng)警報(bào)）”，在中國(guó)廣東省地震局叫“超快地震速報(bào)”，臺(tái)灣稱(chēng)“強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)”。

既然地震預(yù)警是地震速報(bào)的發(fā)展，那么地震參數(shù)秒級(jí)處理也應(yīng)該又快又準(zhǔn)確。地震預(yù)警技術(shù)開(kāi)發(fā)初期，人們認(rèn)為快速處理算法可能會(huì)與傳統(tǒng)的地震處理結(jié)果相仿，能盡量做到又快又準(zhǔn)[8]。后來(lái)在理論和實(shí)踐上逐步發(fā)現(xiàn)地震預(yù)警的快速處理有兩個(gè)局限，那就是再快也不能在地震發(fā)生后0s 就發(fā)警報(bào)（因?yàn)榈卣鸩◤牡叵聜鞯脚_(tái)站以及處理都需要時(shí)間），再一個(gè)就是這么短的時(shí)間里地震破裂全過(guò)程還未完成，地震臺(tái)站收到的地震數(shù)據(jù)信息量較少，很難準(zhǔn)確估算地震強(qiáng)度及地震波傳播到的地方的烈度。這就產(chǎn)生了地震預(yù)警盲區(qū)與確定地震強(qiáng)度快和準(zhǔn)的矛盾這兩個(gè)問(wèn)題。即超快地震速報(bào)，也就是我們說(shuō)的“地震預(yù)警”，在技術(shù)上有局限性，并不是那么“完美”。但是，這種局限并不影響在地震發(fā)生后，向盲區(qū)以外的公眾發(fā)出地震緊急風(fēng)險(xiǎn)警示，也就是發(fā)地震警報(bào)。我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到目前地震預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)實(shí)和現(xiàn)狀，也應(yīng)該如實(shí)地告訴公眾服務(wù)對(duì)象，要讓公眾真正了解地震預(yù)警就是地震警報(bào)。實(shí)際上，成熟的天氣預(yù)報(bào)中的“預(yù)警”尚存在許多缺陷，例如鄭州“7?20”暴雨災(zāi)害，雖然發(fā)出了紅色警報(bào)，但是并不能預(yù)測(cè)會(huì)達(dá)到500mm 的降雨量，因此，公眾總結(jié)了一條經(jīng)驗(yàn)叫“聞警就動(dòng)”。美國(guó)USGS 在2019年國(guó)慶節(jié)地震后提出“安全勝于遺憾”的地震預(yù)警策略，是在對(duì)地震預(yù)警的局限性一定要有清醒的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上提出的，地震預(yù)警的警報(bào)就是地震風(fēng)險(xiǎn)的緊急警示，見(jiàn)到地震警報(bào)就要立即采取避險(xiǎn)逃生的行動(dòng)。盡管大地震是小概率事件，可是萬(wàn)一是大地震，就可以躲避了劫難。有些國(guó)家的地震學(xué)家甚至認(rèn)為，地震預(yù)警最重要的目的就是在地震波未到達(dá)的地區(qū)，提前給公眾采取緊急避險(xiǎn)提供足夠的時(shí)間，使公眾可以從容按避險(xiǎn)三原則DCHO（Drop，Cover，Hold On；伏地、遮擋、抓牢）采取行動(dòng)。

4 地震預(yù)警與一般意義預(yù)警的異同

由于地震警報(bào)是地震速報(bào)的發(fā)展，所以它和原來(lái)的地震監(jiān)測(cè)是一樣的，就是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中地震監(jiān)測(cè)諸多環(huán)節(jié)中的一個(gè)部分，地震觀測(cè)規(guī)范相關(guān)部分應(yīng)該適用于地震預(yù)警。但是由于地震觀測(cè)正在進(jìn)入密集地震觀測(cè)階段，地震觀測(cè)規(guī)范應(yīng)該進(jìn)行修訂，將密集觀測(cè)和超快地震速報(bào)等內(nèi)容相應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)去，同時(shí)也應(yīng)把所謂“地震預(yù)警”正名為“超快地震速報(bào)”或者地震警報(bào)（地震報(bào)警）。

地震預(yù)警（Earthquake Early Warning），在漢字上往往會(huì)和地震預(yù)報(bào)混淆，這是翻譯上的原因。翻譯講究“信，達(dá)，雅”。所謂“信”，就是要忠實(shí)原文；所謂“達(dá)”就是通順明白；所謂“雅”，就是譯文的用詞造句要講究文采，做到文筆優(yōu)美。因此，譯成“地震預(yù)警”是“雅”的一種表現(xiàn)。據(jù)說(shuō)翻譯時(shí)還參考了雷達(dá)預(yù)警（Radar Early Warning），可能翻譯者不甚了解地震觀測(cè)。但這不僅僅搞糊涂了公眾，其實(shí)也易混淆專(zhuān)業(yè)概念。地震預(yù)報(bào)是地震之前的預(yù)測(cè)，目前在科學(xué)上尚未突破。地震預(yù)警是地震之后的警報(bào)，這在技術(shù)上已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。

警報(bào)就是當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生了的風(fēng)險(xiǎn)警示和緊急通知。既然地震預(yù)警是地震警報(bào)，我們就要研究“警報(bào)”的性質(zhì)和社會(huì)屬性[9]。比如防空警報(bào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵機(jī)或敵人的導(dǎo)彈來(lái)了，拉響警報(bào)，警示人們有被炸的風(fēng)險(xiǎn)。僅此而已，至于炸到哪里，爆炸力是多大，基本一概不知，或者只能猜測(cè)?！暗卣痤A(yù)警”既然是地震警報(bào)，也是一樣的，它就是一個(gè)地方地震了，發(fā)一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的警示，告訴地震波還沒(méi)有到達(dá)的地方：我這里地震了，你們要小心，地震波很快就要到你那兒了！

這和社會(huì)學(xué)常用的“預(yù)警”的概念，絕對(duì)是兩回事。社會(huì)學(xué)提出的預(yù)警，首先是事件沒(méi)有發(fā)生，事先對(duì)可能發(fā)生的事件的強(qiáng)度或危險(xiǎn)性有估計(jì)。比如天氣預(yù)警，氣象臺(tái)發(fā)布暴雨紅色預(yù)警，未來(lái)24 h，將發(fā)生＜50 mm 降水。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警也是這樣的。現(xiàn)在說(shuō)的“地震預(yù)警”就是地震發(fā)生后對(duì)于地震（S 波）還未到達(dá)的地區(qū)發(fā)出的“地震警報(bào)”！而且這個(gè)警報(bào)的產(chǎn)生是由密集地震預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)不停地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在地震發(fā)生后智能實(shí)時(shí)處理，快到數(shù)秒鐘自動(dòng)發(fā)布。這個(gè)過(guò)程和一般社會(huì)“預(yù)警”需要事先審批及發(fā)布流程也完全不同。

那么真正的地震預(yù)警有沒(méi)有，應(yīng)該是有的，它是地震預(yù)報(bào)的一種。有些人早就提出，除了目前我們的0 和1 的地震預(yù)報(bào)，我們應(yīng)該進(jìn)行地震的概率預(yù)報(bào)和等級(jí)預(yù)警（顏色預(yù)警）。比如某個(gè)地區(qū)被認(rèn)為地震危險(xiǎn)性較高，像天氣、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警一樣，給該地區(qū)發(fā)出地震風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)警示[10]，比如藍(lán)色預(yù)警。實(shí)際上我們每年劃定的地震危險(xiǎn)區(qū)，就是年度的地震紅色預(yù)警。而我們現(xiàn)在說(shuō)的“地震預(yù)警”把真正的地震預(yù)警這個(gè)漢字名詞給占用了！

如上所述“地震預(yù)警”實(shí)質(zhì)也是地震觀測(cè)的一種快速產(chǎn)出，它是地震觀測(cè)的一個(gè)環(huán)節(jié)。這就是思考“地震預(yù)警”各種問(wèn)題的基礎(chǔ)，也是我們向政府、企業(yè)、事業(yè)和公眾解釋“什么是地震預(yù)警”的基礎(chǔ)。

5 開(kāi)啟密集地震觀測(cè)新航程

如前所述，地震觀測(cè)發(fā)展大致經(jīng)過(guò)單個(gè)地震臺(tái)站、模擬遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)、數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化地震觀測(cè)網(wǎng)等階段?？v觀地震學(xué)和固體地球科學(xué)的發(fā)展都是地震觀測(cè)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的，而地震觀測(cè)發(fā)展又是被信息技術(shù)和傳感器技術(shù)不斷發(fā)展推動(dòng)的。進(jìn)入21 世紀(jì)，特別是近10年，互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及新型低成本MEMS 傳感器技術(shù)使地震觀測(cè)技術(shù)能與迅猛發(fā)展的信息技術(shù)同步，地震預(yù)警技術(shù)在某種意義上催生了密集地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，促進(jìn)了我國(guó)地震觀測(cè)進(jìn)入了密集地震觀測(cè)階段。

實(shí)際上密集地震觀測(cè)把地震帶進(jìn)了大數(shù)據(jù)時(shí)代，給地震學(xué)和地震觀測(cè)帶來(lái)了重大變革，我們?cè)?017年就發(fā)表了“密集地震觀測(cè)帶來(lái)的變革”一文[11]。目前美國(guó)正在編寫(xiě)密集地震觀測(cè)科學(xué)原理“白皮書(shū)”，為各種尺度的研究開(kāi)發(fā)“全波場(chǎng)成像”能力，制定密集地震觀測(cè)計(jì)劃，為密集地震觀測(cè)系統(tǒng)在科學(xué)實(shí)踐方面進(jìn)行密集地震觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)管理方面的評(píng)估[12]。

大數(shù)據(jù)在各個(gè)領(lǐng)域催生新的模式和新的業(yè)態(tài)，改變了人類(lèi)思維模式。在技術(shù)上人工智能技術(shù)帶來(lái)了新的技術(shù)革命。汶川大地震的發(fā)生使人們思考地震觀測(cè)必須為大地震和挽救生命服務(wù)。日本“3?11”地震成功的地震預(yù)警表明，地震觀測(cè)在大地震發(fā)生時(shí)不僅僅是快速測(cè)定地震的基本參數(shù)，更重要的是地震烈度速報(bào)和地震預(yù)警，這兩項(xiàng)地震觀測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展可以大大減輕大地震造成的災(zāi)害，并能有效地減少恐慌。

密集地震觀測(cè)使地震處理擺脫了傳統(tǒng)地震處理模式，大數(shù)據(jù)處理使地震處理達(dá)到秒級(jí)。超快地震速報(bào)，可以達(dá)到地震后5—10s 就發(fā)出地震警報(bào)。烈度速報(bào)就是超快地震動(dòng)分布圖，在地震后數(shù)十秒到幾分鐘就可以產(chǎn)出。密集觀測(cè)無(wú)疑使地震觀測(cè)能力大大提高，也使地震觀測(cè)直接為地震應(yīng)急救援，減輕地震災(zāi)害，挽救生命服務(wù)。

密集地震觀測(cè)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)同時(shí)推動(dòng)了地震科學(xué)研究和應(yīng)用的變革，推動(dòng)地震科學(xué)創(chuàng)新和新的發(fā)現(xiàn)。例如，地震震級(jí)采用地震動(dòng)的面積快速測(cè)定出MW，利用小地震和地脈動(dòng)反演，動(dòng)態(tài)跟蹤地下?tīng)顟B(tài)，生成“地下云圖”為探索地震預(yù)測(cè)提供依據(jù)。使用地震臺(tái)陣組的方法來(lái)研究微地震、震顫、地震破裂圖像。使用先進(jìn)的聚束（beam-forming）方法，專(zhuān)門(mén)用于研究地震在特定方向、頻率和速度方面的特性，在地震破裂面上成像，利用地震波接收特性快速跟蹤地震破裂過(guò)程。密集觀測(cè)推進(jìn)了地球內(nèi)部各種尺度的研究，開(kāi)發(fā)所謂地下“全波場(chǎng)成像”能力，推動(dòng)地球科學(xué)新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。密集地震觀測(cè)網(wǎng)在感知大城市振動(dòng)，推進(jìn)“高鐵地震學(xué)”新學(xué)科創(chuàng)立，推進(jìn)城市地球物理探測(cè)，保障城市運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)智慧城市方面也將發(fā)揮重要作用。

密集地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)推動(dòng)了人工智能技術(shù)在地震觀測(cè)的應(yīng)用。中國(guó)地震科學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)在云南利用密集地震觀測(cè)網(wǎng)，采用機(jī)器深度學(xué)習(xí)方法，對(duì)2013年1月—2018年5月間四川和云南地震臺(tái)網(wǎng)的近20 萬(wàn)個(gè)地震進(jìn)行了機(jī)器學(xué)習(xí)。采用中國(guó)科技大學(xué)張捷院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的人工智能處理系統(tǒng)，在2020年1月1 日—8月4 日地震科學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)的AI 系統(tǒng)共處理了地震4768 次，震級(jí)下限為2 級(jí)左右。結(jié)果是自接收到P 波后開(kāi)始平均定位耗時(shí)為6.6s，自接收到完整波形后開(kāi)始震源機(jī)制解產(chǎn)出耗時(shí)為12s，展現(xiàn)了密集地震觀測(cè)人工智能處理地震的巨大優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的人工智能的地震信息播報(bào)機(jī)器人是大數(shù)據(jù)在地震信息發(fā)布方面的重要應(yīng)用，使中國(guó)地震觀測(cè)系統(tǒng)的信息發(fā)布進(jìn)入機(jī)器人時(shí)代。地震信息播報(bào)機(jī)器人系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的一套可以全自動(dòng)運(yùn)行的軟件系統(tǒng)，它能在震后數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)產(chǎn)出與當(dāng)前地震相關(guān)的數(shù)百字及10 多張圖片，內(nèi)容涵蓋速報(bào)參數(shù)、震中位置、周邊信息、歷史地震等20 多項(xiàng)內(nèi)容?；A(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行在云計(jì)算平臺(tái)上，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接服務(wù)于億萬(wàn)用戶(hù)。

我國(guó)地震觀測(cè)從建國(guó)前的基本空白，到建國(guó)以后的自力更生，歷經(jīng)建設(shè)基本臺(tái)站，到建設(shè)自動(dòng)化遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)。從九五數(shù)字化到十五網(wǎng)絡(luò)化，以及正在實(shí)施建設(shè)的密集地震觀測(cè)體系。從只有一個(gè)鷲峰地震臺(tái)，到現(xiàn)在建設(shè)的擁有15000 個(gè)地震臺(tái)、觀測(cè)頻帶覆蓋6 個(gè)量級(jí)和動(dòng)態(tài)范圍覆蓋12 個(gè)量級(jí)的地震觀測(cè)全覆蓋的世界上超級(jí)地震觀測(cè)體系。圖3 是我國(guó)地震觀測(cè)體系的觀測(cè)能力頻帶和動(dòng)態(tài)全覆蓋示意圖。

圖3 中國(guó)地震觀測(cè)體系的觀測(cè)能力頻帶和動(dòng)態(tài)全覆蓋① 薛兵.關(guān)于地震與應(yīng)變共點(diǎn)觀測(cè)技術(shù)的探討.中國(guó)地震學(xué)會(huì)地震觀測(cè)技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員年會(huì)報(bào)告，2018Fig.3 Observation capacity frequency band and dynamic full coverage of China’s seismic observation system ①

我國(guó)地震觀測(cè)一直秉承“人民第一，生命至上”的宗旨，密集地震觀測(cè)的技術(shù)將更好地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)、為減輕地震災(zāi)害、為地球科學(xué)研究創(chuàng)新不斷進(jìn)步，提供大數(shù)據(jù)信息和應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)。中國(guó)地震觀測(cè)正進(jìn)入新時(shí)代，開(kāi)啟了新的征程。

6 結(jié)束語(yǔ)

地震觀測(cè)最重要的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)測(cè)和有效地減輕地震災(zāi)害。當(dāng)前地震預(yù)警是其中重要手段之一。在發(fā)展建設(shè)和地震預(yù)警系統(tǒng)的同時(shí)，要有清醒的認(rèn)識(shí)：①地震預(yù)警是復(fù)雜的社會(huì)工程，需要全社會(huì)的參與。預(yù)警系統(tǒng)能否起到其應(yīng)有的作用，也在于全社會(huì)對(duì)地震預(yù)警系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解；②地震預(yù)警系統(tǒng)需要密集地震觀測(cè)網(wǎng)，必須采用低成本的智能化傳感器和設(shè)備，突破傳統(tǒng)地震觀測(cè)理念，采用大數(shù)據(jù)思維，運(yùn)用人工智能云計(jì)算技術(shù)，才能降低建設(shè)和運(yùn)行資本，發(fā)揮地震預(yù)警的減災(zāi)效能，獲取社會(huì)效益；③同所有的科學(xué)技術(shù)一樣，目前地震預(yù)警技術(shù)有自身的局限性，存在預(yù)警盲區(qū)及速度與準(zhǔn)確度可靠性問(wèn)題，因此，只有地震科普知識(shí)普及到一定程度，社會(huì)災(zāi)害演練經(jīng)常化，才能發(fā)揮地震預(yù)警的效能。

致謝

感謝中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.earthquake.cn）提供數(shù)據(jù)支撐；感謝審稿專(zhuān)家提出的建設(shè)性修改意見(jiàn)。