為何會發(fā)生地震？如何提高地震預測和風險防范能力？地震發(fā)生后又怎樣將損失降到最低？針對這些長期困擾地震學界的難題，不久前，我國啟動了地震科技創(chuàng)新工程，擬通過“透明地殼”“解剖地震”“韌性城鄉(xiāng)”和“智慧服務”4個計劃的實施，未來10年，我國的地震科學研究水平以及防震減災能力將大幅度提升，達到國際先進水平。

　　開展對地下結構的探察，讓地殼逐漸變透明，尋找地震規(guī)律

　　地表發(fā)生的一切地學現象幾乎都能在地球深部找到答案。以地震為例，地震是地球內部應力作用的結果，了解地殼結構和地下應力變化，有助于我們探究地震孕育發(fā)生的規(guī)律。

　　“我們現在可以上天下海，但對腳下大地的認知還不夠。人類對地殼結構了解不夠，進而難以深入研究地震孕育發(fā)生規(guī)律，突破地震預測的科學難題，”中國地震局地震預測研究所副所長張曉東說。

　　張曉東介紹，“透明地殼”就是要開展對地下結構的探察，特別是主要地震帶的深淺結構和斷層活動習性，把地下搞清楚。“這就好比給地球深部‘做CT’，讓看不見的地殼逐漸變透明，進而從中尋找地震孕育發(fā)生的規(guī)律。”

　　“CT”如何做，原理如何？中國地震局地球物理研究所研究員吳建平介紹，地震被認為是瞬間照亮地球內部的明燈。由于地球內部物質的物理性質不同，其密度、磁性、電阻率以及地震波穿過時的傳播速度和衰減特性存在差異。地震波在地下介質中傳播時會發(fā)生反射、折射和透射，儀器接收到這些帶有地球內部信息的信號，經過復雜的科學處理以后，就會得到地下結構，包括地下三維介質的物性、電性、磁性等圖像，科學家在此基礎上就能開展深入的地震科學研究工作。“通過觀測不同傳播路徑的地震波速變化，獲得地球內部結構圖像，其原理與醫(yī)學中的CT成像類似。”

　　我國在內陸采用氣槍震源在水中激發(fā)地震波的方法獲取地球內部結構信息和連續(xù)、高精度介質變化圖像。目前，地震科研人員已經在全國建立了4個人工氣槍震源實驗基地，未來還要建設6個人工氣槍震源實驗基地。

　　實施“透明地殼”計劃后，我國將建立中國大陸殼幔三維精細結構模型，獲得地殼介質物性隨時間變化圖像，查明約200條活動斷層空間展布和活動性參數，獲得綜合地球物理場及時間變化圖像。

　　張曉東說，想了解清楚地下變化情況，僅有靜態(tài)的“透明地殼”還不夠，需要有高密度的綜合地球物理場動態(tài)觀測結果。我國還將利用GPS、水準、重力、地磁觀測網絡，監(jiān)測獲取中國大陸三維地殼運動圖像和地表重力場、巖石圈磁場變化圖像，為強震中長期危險地點預測提供依據。

　　詳細解剖已發(fā)生地震，提升對強震孕育發(fā)生機理的科學認識

　　“透明地殼”是“解剖地震”的基礎，前者提供大的地殼構造和結構背景，后者主要研究地震孕育發(fā)生機理，探索地震預測方法。“你去醫(yī)院看病，有了檢查的‘片子’，醫(yī)生才能據此分析病情。”張曉東說。

　　吳建平介紹，“解剖地震”計劃最終目標是對已發(fā)生的地震進行詳細解剖，對典型強震進行全面深入的綜合研究，建立典型強震的科學樣本。“世界上大多數的大地震屬于板緣地震，而我國很多是大陸內部地震，其強震孕震機制和前兆機理存在差異。‘解剖地震’能夠發(fā)展和提出適用于中國大陸強震發(fā)生的機制和模型，其相關研究成果，還能為中亞等大陸內部地震多發(fā)國家提供借鑒。”張曉東說。

　　國際上主要國家都開展了構建區(qū)域動力學模型和地震綜合預測研究方面的工作。比如，美國通過25年的持續(xù)研究，建立了加州地區(qū)強震孕育發(fā)生的概率預測和動力學模型。我國地震預測研究始于1966年，經過多年探索，我國發(fā)展了中國大陸地震的活動地塊理論，并在川滇地震多發(fā)區(qū)建設了地震監(jiān)測預報實驗場。“解剖地震”計劃完成后，我國將完成對海城、唐山、汶川和玉樹等地震的深入研究，并構建相關地震孕育發(fā)生模型，提升對強震孕育發(fā)生機理的科學認識。

　　我國對地球物理、大地測量、地球化學和地質學等海量觀測資料，開展數據同化處理工作，結合以往研究成果和大震案例，提取相關參數，構建基于大數據的地震孕育發(fā)生的物理過程，研發(fā)基于超算技術的相關計算方法和軟件庫，開展地震數值模擬實驗與檢驗，同時也探索人工智能等地震預測新方法。

　　張曉東說，實施“透明地殼”“解剖地震”還存在一些技術難題。比如，地球結構的探測精度與觀測站的密度密切相關，一般來說對探測目標的高精度精細探測需要更高的觀測密度。目前，我國地震臺陣探測布設的站間距在35公里左右。要開展密集觀測，獲得更高分辨率的地殼結構，臺站觀測密度還要加大。此外，大地震樣本少，時間久遠的震例觀測資料的分辨率、精度、完備性、連續(xù)性等都難以滿足研究的需求。

　　建設國家地震科學大數據中心，顯著提高城鄉(xiāng)抗震能力

　　地震是地球演化過程中發(fā)生的自然現象，即使將來科技發(fā)展到能夠準確預報地震的程度，人類也無法阻止大地震的發(fā)生。保障人們生命財產安全，就要做好地震信息服務和提升地面建筑的抗震能力。

　　“以前，我們只能在地震發(fā)生后提供發(fā)震時間、地點和震級信息，俗稱地震三要素。現在我們還要提供其它地震學參數，例如震源機制、地震矩、應力降、震源破裂過程等信息，為政府和公眾提供參考。”張曉東說。

　　地震科技創(chuàng)新工程的“智慧服務”計劃，旨在提升我國的地震信息服務水平。據介紹，我國將建設地震科學大數據中心，構建防震減災信息從云到端的智慧服務體系，重構業(yè)務信息化流程，包括地震預警和速報、災情評估和速報、地震區(qū)劃精細服務、建筑物抗震能力、地震科學知識普及、抗震救災等信息，產出相關服務產品，提高地震數據和產品在線存儲、計算和服務能力，實現信息資源的集約化。

　　“國家地震科學大數據中心將匯集涵蓋地球物理、地球化學、大地測量和地質學等學科領域的觀測數據，形成全國統(tǒng)一、分布管理、合作共享的地震數據資源體系，服務國防、核電、水利建設，服務城市重大基礎設施、高速鐵路安全。”張曉東說。

　　地震損失降至最低，要做到地震發(fā)生時免遭破壞，或者即使造成一定程度災害也具備高效可恢復性。這就需要了解地面建筑結構特點，加強抗震能力設計。“韌性城鄉(xiāng)”計劃就是以“地上結實”為主要目標，確保重要建筑和生命線工程在強震襲擊后可以在短期內恢復功能，顯著提高城鄉(xiāng)抗震能力。

　　據介紹，我國將率先建成10個示范韌性城鎮(zhèn)。將科學評估全國的地震災害風險，采用并創(chuàng)新世界上最先進的抗震技術提高城鄉(xiāng)的可恢復能力。同時，開展隔震與減震技術、搖擺結構體系、自復位結構體系、可更換構件結構體系研究，為韌性城鎮(zhèn)建設提供技術支持。