鍥而不舍 金“石”可鏤

李剛

據統計，地球上每年約發生500多萬次地震，其中絕大多數太小或太遠，一般難以察覺，而真正對人類造成嚴重危害的大規模地震，在人們發覺時又往往為時已晚。

2016年，英國《自然·通訊》雜志發表的一項研究稱，科學家首次檢測到一種在地震波到達之前就可觀測到的重力信號，這種信號有望改進地震預警時間，推動地震和海嘯預警系統研究取得新進展。

其實，在地震研究領域，科學家們對重力學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，就致力于重力學的探索與研究，并將在這一領域實現新的突破作為自己的心愿，從未有過改變。

與“地球物理”研究結緣

物理學是一門閃耀著美的光輝的科學，它的美體現在物理學理論的內容和形式上，也體現在物理學研究的過程中。從中學開始，陳石就對物理這一學科產生了深厚的興趣。也許是機緣巧合，他被長安大學應用地球物理專業錄取，經過4年的深入學習，他發現：地球物理學作為通過定量的物理方法研究地球內部結構的一門綜合性學科，不僅具有很強的實際應用價值，且散發著獨特的魅力。

為繼續求學，博士期間，陳石來到了北京，在中國科學院研究生院固體地球物理專業學習期間積蓄了更加豐富的科研經驗。2009年博士畢業后，他選擇到中國地震局地球物理研究所繼續開展自己的科研之路。在近8年的工作過程中，陳石不斷通過改進和優化陸地高精度重力測量技術，開展地殼介質變化產生的時變微重力信號研究，通過對地表監測到的重力微變化，來計算和反演地殼內部物質狀態特征，進而為探索控制地震孕育發生全周期的物理機制提供地球物理依據。

在研究過程中，陳石發現在地球物理領域很多基礎理論的創新和前沿都集中在國外。為了能夠在研究層面有進一步的提高，并在模型與機理解釋方面進行深入探索，2012年，他申請并獲得了國家留學基金資助，前往美國密蘇里大學地球科學系進行了一年的交流訪問，師承國際著名地球動力學家劉勉教授。一年的學習，讓他對運用不同的地球物理方法來解決動力學問題，有了更加深刻的認識。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變微重力信號聯合GNSS觀測結果，通過構建數值模型對地震前的地殼介質變化和區域特征等參數進行了反演，并給予了合理的物理解釋，該成果發表在國際著名地球物理雜志Geophysical Research Letters上。

為了能進一步提高陸地重力觀測的數據處理精度，他還曾兩次前往日本統計數理研究所進行研究交流。通過統計學和誤差分析方法，他與莊建倉博士聯合基于貝葉斯原理，重新設計了流動重力數據平差方程。經過3年多的不懈努力，從算法設計到程序編寫，最終通過了模擬和實際數據測試，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，可以切實提高重力測量平差的精度。這些經歷與孜孜不倦的探索，都為他今后的科研工作奠定了堅實的基礎。

科研成果豐碩

成功往往是量變引起質變的過程，而陳石也始終堅信著只要堅持不懈地在這一方向上進行探索，就能創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研究，這個研究方向在國際上并非熱門領域，除了地震局有人開展相關研究外，幾乎再難找到同行，想要申請到國家級課題更是困難。

2012年，陳石申請并幸運地獲得了國家自然科學基金青年科學基金項目資助，開展了題為“強震之前重力場特征及其震質中的估定”的專項研究，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，他們在現如今的科技手段不能準確對地震進行預報的背景下，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據進行了仔細“解剖”，他們發現在這些地震發生之前確實存在一定程度的區域性重力場微變化現象，從物理機制上，他們繼續引用并完善了“震質中”概念模型，進一步分析這種震前重力變化與地震的關系。陳石說：“對“震質中”的估定是因為在地震之前地殼內有會有區域發生一定的“物質運移”，科學家們在地表對重力變化進行測量后，其重力變化最大的地方就會和質量變化最大的地方相對應，通過研究兩者之間的關系就有可能在地震前為判斷發震地點提供物理依據。”他們就是通過這種方法，采用“以場求源、場源結合”的思路對重力測量數據進行深入研究，并優選合理的物理機制對這種重力場變化進行解釋。

現如今，中國在重力觀測儀器裝備上已經有了質的飛躍，而陳石所在的課題組也在國家自然科學基金、國家地震科技支撐計劃、基本科研業務費等項目的資助下，裝備了精良的重力儀器，他們現已設計出了一種新型的“場地微重力綜合觀測系統”，可聚焦潛在的發震構造位置，提取深部場源重力信號，為研究深地殼介質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隊接來下的研究之路，增添了極大的自信。

克服困難 執著向前

科學研究中困難無處不在，而團隊是讓陳石不斷向前的動力。現如今，他所在的由8位成員所組成的重力學方法研究課題組，正是其進行科研工作的中堅力量，團隊成員們對于圍繞地震問題開展微重力相關科學研究均抱有很大熱忱，與他們一起進行科學研究，陳石倍感踏實。

可持續性的科學研究，離不開人才的培養，在培養學生方面，陳石一直提倡“興趣是最好的導師”，他堅信：學生只要通過精心培養都能夠得到成長。在如今浮躁的科研環境下，他時刻提醒學生要明白做科研的意義所在，不要盲目跟隨所謂的熱點，要堅持自己的方向。此外，他還希望學生能夠走到實踐中去，清晰地知道觀測數據如何獲取，有哪些不確定性存在，了解當前國內外研究的熱點和難點，找準科研方向，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。

現如今，在陳石團隊所做的科研工作中，首要解決的問題是對重力信號進行精確的測量，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，且目前中國現有的絕對重力觀測設備屈指可數，為了克服這種困難，陳石和其團隊成員一直在通過優化的觀測系統，改進數據處理方法，最大程度利用課題組已擁有的儀器資源，為獲取更更加精準的高精度重力場變化信號而努力。

事實上，開展地震預測相關的科學研究所遇到的困難遠不僅于此，從上世紀90年代就有科學家在Science上發表文章稱地震是不可預測的。從而，在國際上也就掀起了地震預測非常困難的輿論風潮。與日本、美國等的震情不同，中國發震構造復雜，地震形勢嚴峻，小震巨災，防災減災任務艱巨。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報相關的研究課題來源相對較少，項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。不可否認的是，在中國地震局幾十年的研究經驗中，對于診斷性地震前兆現象的探索也取得了一些有價值的發現，隨著觀測儀器精度的提高，也使科學家們能夠觀測到更多的現象，對于未來的地震觀測道路，陳石及其團隊成員們仍保有著極大的信心。

時光飛逝，從事科學研究多年來，陳石感觸良多。他始終認為做科研是以興趣驅使的，既然選擇了就不應輕言放棄，雖然在這一路上人來人往，但他卻一直在堅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。