地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)問答（四）＊

Q：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)聚焦哪些基本科學(xué)問題？

A：經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)外17家單位19個(gè)團(tuán)隊(duì)的專家共同討論形成的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)科學(xué)問題（中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)科學(xué)設(shè)計(jì)，2019；中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)工作進(jìn)展，2020），先后經(jīng)中國(guó)地震局科技委論證和中國(guó)地震局組織的專家論證，是實(shí)驗(yàn)場(chǎng)當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期的“希爾伯特式”科學(xué)問題清單。相關(guān)科學(xué)問題包括：

（1）如何構(gòu)建川滇地區(qū)統(tǒng)一的大尺度巖石圈結(jié)構(gòu)模型？如何認(rèn)識(shí)強(qiáng)震孕震環(huán)境與巖石圈結(jié)構(gòu)的關(guān)系？

（2）地下介質(zhì)性質(zhì)變化（如波速、各向異性等）在多大程度上反映地震孕育發(fā)生過程？是否可觀測(cè)？

（3）川滇地區(qū)主要斷裂存在斷層分段和級(jí)聯(lián)破裂，其主要控制因素是什么？

（4）如何利用激光雷達(dá)掃描技術(shù)（LiDAR）、GNSS和超密集臺(tái)陣等新觀測(cè)技術(shù)構(gòu)建高分辨率斷層精細(xì)結(jié)構(gòu)模型？

（5）如何精準(zhǔn)獲知川滇地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？是否存在斷層“蠕滑”行為？

（6）川滇地區(qū)主要活動(dòng)斷裂的晚更新世活動(dòng)速率、古地震活動(dòng)歷史、最后一次強(qiáng)震的離逝時(shí)間是什么？

（7）緬甸弧俯沖作用如何影響川滇主要斷裂應(yīng)力應(yīng)變累積過程？如何構(gòu)建應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)變化數(shù)值模型？

（8）在板塊邊界帶已觀測(cè)到很多低頻地震事件，這種現(xiàn)象在大陸地區(qū)是否存在？

（9）強(qiáng)震前是否存在“亞失穩(wěn)”現(xiàn)象？如何在野外觀測(cè)驗(yàn)證？

（10）地下應(yīng)力狀態(tài)是怎樣的？地震引起的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化是否能夠直接觸發(fā)地震？能否通過觀測(cè)驗(yàn)證？

（11）地震學(xué)方法、大地測(cè)量方法以及其他方法測(cè)量得到的應(yīng)力、地震應(yīng)力降等，相互之間是什么關(guān)系？

（12）川滇地區(qū)經(jīng)常觀測(cè)到地震前有地下流體異常變化，如何認(rèn)識(shí)其內(nèi)在物理機(jī)制？可否進(jìn)行數(shù)值建模？

（13）現(xiàn)有的數(shù)值地震預(yù)測(cè)模型在多大程度上反映了真實(shí)情況？關(guān)鍵構(gòu)成要素有哪些？

（14）如何基于現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)情境？怎樣在減輕地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中發(fā)揮作用？

（15）川滇地區(qū)地震造成的農(nóng)居和城市民居破壞特征是什么？各種工程抗震措施的效果如何？

（16）梯級(jí)水電站等重要工程設(shè)施和生命線工程如何有效防范重大地震及次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)？

（17）影響現(xiàn)代城市韌性的主要因素有哪些？如何通過工程措施和非工程措施提高其韌性？

（18）人類活動(dòng)對(duì)地震活動(dòng)的影響有哪些？如何安全地開展生產(chǎn)活動(dòng)而不誘發(fā)顯著或破壞性地震？（中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所 張曉東、吳忠良）

Q：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的長(zhǎng)遠(yuǎn)科學(xué)目標(biāo)是什么？

A：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的長(zhǎng)遠(yuǎn)科學(xué)目標(biāo)是：揭示大陸型強(qiáng)震孕震體介質(zhì)結(jié)構(gòu)和空間分布特征，探索孕震過程與應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系；識(shí)別地震前兆時(shí)空演化特征，揭示地震成核過程物理化學(xué)機(jī)制；把握工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和失穩(wěn)破壞特征，闡釋地震致災(zāi)機(jī)理；破解災(zāi)害鏈孕災(zāi)致災(zāi)機(jī)制，發(fā)展監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)；揭示誘發(fā)/觸發(fā)地震發(fā)震機(jī)制，探索其可控性。

揭示孕震體特征：揭示大陸型強(qiáng)震孕震體的介質(zhì)結(jié)構(gòu)和空間分布特征，探索斷層孕震過程與應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系。獲取地殼形變、斷裂運(yùn)動(dòng)及地下介質(zhì)物性變化的精細(xì)特征，驗(yàn)證板塊內(nèi)部地塊邊界帶是否存在斷層“蠕滑”行為，判定斷層運(yùn)動(dòng)的深淺部閉鎖程度，識(shí)別強(qiáng)震孕震體（應(yīng)力集中應(yīng)變閉鎖區(qū)）。該科學(xué)問題的突破最終可以準(zhǔn)確確定孕震體的“震級(jí)上限”和所處“孕震階段”。

識(shí)別地震前兆：識(shí)別地震前兆時(shí)空演化特征，揭示地震成核過程的物理化學(xué)機(jī)制。以“亞失穩(wěn)”等地震物理模型為指導(dǎo)，描述地震成核過程中的異常特征。以連續(xù)、密集、由淺到深的多學(xué)科觀測(cè)為基礎(chǔ)，識(shí)別異常變化中的前兆信息，判斷地震震源成核區(qū)，揭示地震前兆的物理化學(xué)機(jī)制。該科學(xué)問題的突破將發(fā)展完善地震前兆理論，推動(dòng)地震短臨預(yù)測(cè)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

闡釋地震致災(zāi)機(jī)理：把握工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和失穩(wěn)破壞特征，揭示地震致災(zāi)機(jī)理。以典型工程場(chǎng)地和不同設(shè)防水準(zhǔn)的、不同類型工程結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)觀測(cè)為基礎(chǔ)，開展震源破裂—傳播路徑—場(chǎng)地響應(yīng)—工程破壞—城市災(zāi)害的全鏈條模擬，獲取并揭示場(chǎng)地地震反應(yīng)特征和工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，闡釋地震致災(zāi)機(jī)理。該科學(xué)問題的突破將發(fā)展和完善工程抗震韌性理論，推動(dòng)城市韌性建設(shè)。

破解地震災(zāi)害鏈孕災(zāi)致災(zāi)機(jī)制：探索地震災(zāi)害鏈的孕災(zāi)、發(fā)生與致災(zāi)機(jī)理，及阻斷的可能性，研發(fā)災(zāi)害鏈評(píng)估與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)。通過構(gòu)建野外立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)災(zāi)害鏈發(fā)生的地下、地表與空中環(huán)境，以及可能發(fā)生的地震災(zāi)害鏈場(chǎng)景進(jìn)行高精度與高分辨率監(jiān)測(cè)。通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)災(zāi)害鏈的形成、演化、放大、耦合等效應(yīng)進(jìn)行機(jī)理研究。該科學(xué)問題的突破將建立地震災(zāi)害鏈孕災(zāi)致災(zāi)理論，形成地震災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、監(jiān)測(cè)預(yù)警與斷鏈等技術(shù)體系。

探索誘發(fā)/觸發(fā)地震可控性：探索非天然地震的發(fā)震機(jī)制及可控性。以人類活動(dòng)誘發(fā)/觸發(fā)地震的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，揭示流體對(duì)應(yīng)力應(yīng)變擾動(dòng)、斷層活動(dòng)的影響，掌握此類地震的誘發(fā)/觸發(fā)機(jī)制及破裂傳播特征。該科學(xué)問題的突破將實(shí)現(xiàn)誘發(fā)/觸發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)管控，服務(wù)大型水庫(kù)蓄放水、頁巖氣和地?zé)衢_發(fā)過程中的地震安全需求。（中國(guó)地震局地球物理研究所丁志峰、中國(guó)地震局科學(xué)技術(shù)與國(guó)際合作司 車 時(shí)）

Q：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的具體科學(xué)目標(biāo)是什么？

A：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的具體科學(xué)目標(biāo)是：在中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)方面，以“活動(dòng)地塊”假說、震源動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過在川滇菱形地塊東邊界區(qū)域開展地震構(gòu)造探查以及高密度的GNSS、寬頻帶地震等測(cè)量，精細(xì)獲取地殼形變、斷裂運(yùn)動(dòng)及地下介質(zhì)物性變化特征，驗(yàn)證大陸內(nèi)部活動(dòng)地塊邊界帶是否存在斷層“蠕滑”行為，判定斷層運(yùn)動(dòng)閉鎖程度、斷層應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，以及級(jí)聯(lián)破裂的可能性，進(jìn)而確定其強(qiáng)震危險(xiǎn)段落和最大可能震級(jí)。系統(tǒng)分析強(qiáng)震孕震環(huán)境特征，科學(xué)認(rèn)知大陸型強(qiáng)震孕育演化過程，進(jìn)一步創(chuàng)新和完善大陸強(qiáng)震理論，為川滇地區(qū)中長(zhǎng)期強(qiáng)震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

在短臨預(yù)測(cè)方面，以傳統(tǒng)的基于宏觀力學(xué)的地震物理模型和新型微觀物理斷層本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，完善“斷層亞失穩(wěn)”假說，并以此為指導(dǎo)在重點(diǎn)地區(qū)和斷層帶開展綜合觀測(cè)，探測(cè)和尋找重點(diǎn)地震危險(xiǎn)區(qū)的短臨前兆信息。通過對(duì)微震活動(dòng)、斷層變形、基巖溫度和氣體地球化學(xué)等的觀測(cè)，由淺表到深部布設(shè)密集觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)，結(jié)合斷層科學(xué)鉆探，多學(xué)科、多頻段聯(lián)合探索地震亞失穩(wěn)階段物理化學(xué)演化特征或規(guī)律，發(fā)展地震前兆理論，為實(shí)現(xiàn)地震預(yù)測(cè)由經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)向物理預(yù)測(cè)跨越提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

在誘發(fā)/觸發(fā)地震方面，針對(duì)國(guó)家能源開發(fā)利用的重大需求，聚焦實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的大型水庫(kù)蓄放水、頁巖氣和地?zé)衢_發(fā)過程中的地震活動(dòng)，探索實(shí)現(xiàn)對(duì)誘發(fā)/觸發(fā)地震的多學(xué)科高精度綜合監(jiān)測(cè)和智能分析，揭示固—液—熱耦合等典型誘發(fā)/觸發(fā)地震的物理化學(xué)過程和機(jī)理，同時(shí)為短臨地震預(yù)測(cè)等科學(xué)探索提供基礎(chǔ)資料。

在強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)與工程結(jié)構(gòu)響應(yīng)方面，面向城市與重大工程地震災(zāi)害防御的重大挑戰(zhàn)，以震源破裂—傳播路徑—場(chǎng)地效應(yīng)—結(jié)構(gòu)響應(yīng)—地震致災(zāi)為主線，開展城市與重大工程地震韌性全鏈條監(jiān)測(cè)。重點(diǎn)揭示復(fù)雜場(chǎng)地地震動(dòng)場(chǎng)分布規(guī)律，深化典型重大工程與復(fù)雜城市工程系統(tǒng)的損傷演化、破壞模式和地震致災(zāi)機(jī)理認(rèn)識(shí)，定量評(píng)價(jià)工程結(jié)構(gòu)抗震性能和城市地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。探索解決室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的縮尺效應(yīng)和局部效應(yīng)等難題，檢驗(yàn)和改進(jìn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，發(fā)展基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)值仿真在線模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地震破壞和災(zāi)后恢復(fù)的情景構(gòu)建，為城市地震韌性評(píng)估與提升提供依據(jù)和支撐。

在地震災(zāi)害鏈方面，面向以“地震→滑坡→堵江→潰壩洪水”與“地震與降雨綜合→崩塌、滑坡、洪澇、泥石流”為代表的典型地震災(zāi)害鏈，以“斜坡結(jié)構(gòu)—地表覆蓋情況—水文情況—大氣環(huán)境”探測(cè)為主線，以綜合野外觀測(cè)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，開展地震災(zāi)害鏈孕災(zāi)致災(zāi)環(huán)境探測(cè)。重點(diǎn)揭示地震災(zāi)害鏈孕育致災(zāi)機(jī)制，研究災(zāi)害鏈生與放大效應(yīng)，揭示地震災(zāi)害與極端氣象災(zāi)害等耦合作用機(jī)制。研發(fā)地震災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，為提升地震災(zāi)害鏈防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力提供依據(jù)和支撐。（中國(guó)地震局地球物理研究所 李 麗、韓立波）

Q：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的應(yīng)用前景是什么？

A：實(shí)驗(yàn)場(chǎng)堅(jiān)持“四個(gè)面向”，力爭(zhēng)在下述方面推進(jìn)應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化，直接服務(wù)國(guó)家發(fā)展： ① 產(chǎn)出動(dòng)態(tài)連續(xù)高質(zhì)量的地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提出以公共模型、統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型為代表的核心科學(xué)產(chǎn)品，支撐我國(guó)地震預(yù)報(bào)、預(yù)警和震害防御等業(yè)務(wù)發(fā)展。 ② 形成水庫(kù)、頁巖氣開發(fā)等誘發(fā)/觸發(fā)地震活動(dòng)精細(xì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，發(fā)展誘發(fā)/觸發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)，服務(wù)國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。 ③ 形成地震災(zāi)害和鏈生災(zāi)害情景構(gòu)建產(chǎn)品，提升城市地震韌性，為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)川藏鐵路、中緬輸油管道等重大工程的地震風(fēng)險(xiǎn)判定提供科學(xué)依據(jù)。 ④ 為地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、土木工程等科學(xué)研究和城市規(guī)劃提供多源觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)展基于光纖傳感、綠色主動(dòng)源等新型觀測(cè)儀器和探測(cè)技術(shù)。（中國(guó)地震局地球物理研究所 韓立波、中國(guó)地震局科學(xué)技術(shù)與國(guó)際合作司 車 時(shí)）

Q：中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的近期科學(xué)目標(biāo)是什么？

A：面向“十四五”，中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的近期科學(xué)目標(biāo)是：

（1）以“亞失穩(wěn)”等地震物理模型為指導(dǎo)，利用高時(shí)空分辨率的微震活動(dòng)描述地震成核過程中的異常特征，探索板塊內(nèi)部地塊邊界帶顫動(dòng)信號(hào)。

（2）定量判別活動(dòng)斷裂滑動(dòng)虧損的高閉鎖區(qū)段以及強(qiáng)震孕育區(qū)地殼應(yīng)變能累積狀態(tài)，為強(qiáng)震預(yù)測(cè)提供參數(shù)判據(jù)。

（3）獲得斷層亞失穩(wěn)階段的變形與應(yīng)力狀態(tài)演化和溫泉?dú)怏w地球化學(xué)地震前兆異常時(shí)空演化的關(guān)系。

（4）識(shí)別地震孕育發(fā)生的物理過程中斷層物質(zhì)性質(zhì)變化，獲取變化量大小及其影響因素。

（5）獲取復(fù)雜場(chǎng)地地震動(dòng)及工程結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)數(shù)據(jù)，探明復(fù)雜場(chǎng)地地震動(dòng)場(chǎng)分布規(guī)律，揭示工程結(jié)構(gòu)與城市工程系統(tǒng)損傷演化機(jī)理，為城市地震韌性評(píng)估與提升提供數(shù)據(jù)支撐。

（6）依托數(shù)值模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震區(qū)域時(shí)空演化、強(qiáng)震復(fù)發(fā)動(dòng)力學(xué)過程、強(qiáng)震破裂過程及強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬，加深對(duì)強(qiáng)震孕育和發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過程理解。

（7）形成地震災(zāi)害鏈危險(xiǎn)源可識(shí)別標(biāo)志，定量揭示不同類型斜坡地震動(dòng)放大效應(yīng)和地震地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)，形成地震降雨復(fù)合地質(zhì)災(zāi)害鏈評(píng)估預(yù)警技術(shù)和模型。（中國(guó)地震局地球物理研究所 李 麗、丁志峰）

Q：什么是實(shí)驗(yàn)場(chǎng)？什么是觀測(cè)網(wǎng)？什么是觀測(cè)陣？什么是系統(tǒng)？什么是平臺(tái)？

A：地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)（seismic experimental site）是集地震科學(xué)研究、基礎(chǔ)觀測(cè)、工程實(shí)踐、成果應(yīng)用和減災(zāi)服務(wù)于一體的、全方位的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。通過選定典型研究區(qū)域，開展地震觀測(cè)、地震研究、成果應(yīng)用等方面具體工作，不斷深化地震科學(xué)認(rèn)識(shí)和不斷完善社會(huì)應(yīng)用的系統(tǒng)性工程。其中，觀測(cè)網(wǎng)（observational network）是由一種或多種觀測(cè)手段組成，空間布局滿足特定觀測(cè)需要，具備總體特定觀測(cè)目的的觀測(cè)設(shè)施的總稱。觀測(cè)陣（observational array）是由一種或多種觀測(cè)手段組成，空間布局相對(duì)密集，滿足特定觀測(cè)需要，具備總體特定觀測(cè)目的的觀測(cè)設(shè)施的總稱。系統(tǒng)（system）是由相互作用相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體，而且這個(gè)有機(jī)整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。平臺(tái)（platform）是任何一種在其上可以構(gòu)建其他應(yīng)用（內(nèi)容）的技術(shù)基礎(chǔ)或者可以搭載儀器載荷的觀測(cè)設(shè)施的總稱。（中國(guó)地震局地球物理研究所 韓立波、王曙光）