地震科學實驗場問答（四）＊

Q：中國地震科學實驗場聚焦哪些基本科學問題？

A：經系統內外17家單位19個團隊的專家共同討論形成的實驗場科學問題（中國地震科學實驗場科學設計，2019；中國地震科學實驗場工作進展，2020），先后經中國地震局科技委論證和中國地震局組織的專家論證，是實驗場當前和今后一個時期的“希爾伯特式”科學問題清單。相關科學問題包括：

（1）如何構建川滇地區統一的大尺度巖石圈結構模型？如何認識強震孕震環境與巖石圈結構的關系？

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

（3）川滇地區主要斷裂存在斷層分段和級聯破裂，其主要控制因素是什么？

（4）如何利用激光雷達掃描技術（LiDAR）、GNSS和超密集臺陣等新觀測技術構建高分辨率斷層精細結構模型？

（5）如何精準獲知川滇地區主要斷裂現今運動狀態？是否存在斷層“蠕滑”行為？

（6）川滇地區主要活動斷裂的晚更新世活動速率、古地震活動歷史、最后一次強震的離逝時間是什么？

（7）緬甸弧俯沖作用如何影響川滇主要斷裂應力應變累積過程？如何構建應力應變動態變化數值模型？

（8）在板塊邊界帶已觀測到很多低頻地震事件，這種現象在大陸地區是否存在？

（9）強震前是否存在“亞失穩”現象？如何在野外觀測驗證？

（10）地下應力狀態是怎樣的？地震引起的庫侖破裂應力變化是否能夠直接觸發地震？能否通過觀測驗證？

（11）地震學方法、大地測量方法以及其他方法測量得到的應力、地震應力降等，相互之間是什么關系？

（12）川滇地區經常觀測到地震前有地下流體異常變化，如何認識其內在物理機制？可否進行數值建模？

（13）現有的數值地震預測模型在多大程度上反映了真實情況？關鍵構成要素有哪些？

（14）如何基于現有觀測數據構建強地面運動情境？怎樣在減輕地震災害風險中發揮作用？

（15）川滇地區地震造成的農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）梯級水電站等重要工程設施和生命線工程如何有效防范重大地震及次生災害風險？

（17）影響現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）人類活動對地震活動的影響有哪些？如何安全地開展生產活動而不誘發顯著或破壞性地震？（中國地震局地震預測研究所 張曉東、吳忠良）

Q：中國地震科學實驗場國家重大科技基礎設施的長遠科學目標是什么？

A：中國地震科學實驗場國家重大科技基礎設施的長遠科學目標是：揭示大陸型強震孕震體介質結構和空間分布特征，探索孕震過程與應力應變的關系；識別地震前兆時空演化特征，揭示地震成核過程物理化學機制；把握工程結構動力響應和失穩破壞特征，闡釋地震致災機理；破解災害鏈孕災致災機制，發展監測預警技術；揭示誘發/觸發地震發震機制，探索其可控性。

揭示孕震體特征：揭示大陸型強震孕震體的介質結構和空間分布特征，探索斷層孕震過程與應力應變的關系。獲取地殼形變、斷裂運動及地下介質物性變化的精細特征，驗證板塊內部地塊邊界帶是否存在斷層“蠕滑”行為，判定斷層運動的深淺部閉鎖程度，識別強震孕震體（應力集中應變閉鎖區）。該科學問題的突破最終可以準確確定孕震體的“震級上限”和所處“孕震階段”。

識別地震前兆：識別地震前兆時空演化特征，揭示地震成核過程的物理化學機制。以“亞失穩”等地震物理模型為指導，描述地震成核過程中的異常特征。以連續、密集、由淺到深的多學科觀測為基礎，識別異常變化中的前兆信息，判斷地震震源成核區，揭示地震前兆的物理化學機制。該科學問題的突破將發展完善地震前兆理論，推動地震短臨預測取得實質性進展。

闡釋地震致災機理：把握工程結構動力響應和失穩破壞特征，揭示地震致災機理。以典型工程場地和不同設防水準的、不同類型工程結構的地震響應觀測為基礎，開展震源破裂—傳播路徑—場地響應—工程破壞—城市災害的全鏈條模擬，獲取并揭示場地地震反應特征和工程結構動力響應規律，闡釋地震致災機理。該科學問題的突破將發展和完善工程抗震韌性理論，推動城市韌性建設。

破解地震災害鏈孕災致災機制：探索地震災害鏈的孕災、發生與致災機理，及阻斷的可能性，研發災害鏈評估與監測預警技術。通過構建野外立體監測網，對災害鏈發生的地下、地表與空中環境，以及可能發生的地震災害鏈場景進行高精度與高分辨率監測。通過科學實驗平臺對災害鏈的形成、演化、放大、耦合等效應進行機理研究。該科學問題的突破將建立地震災害鏈孕災致災理論，形成地震災害鏈風險評估、監測預警與斷鏈等技術體系。

探索誘發/觸發地震可控性：探索非天然地震的發震機制及可控性。以人類活動誘發/觸發地震的觀測實驗為基礎，揭示流體對應力應變擾動、斷層活動的影響，掌握此類地震的誘發/觸發機制及破裂傳播特征。該科學問題的突破將實現誘發/觸發地震的風險管控，服務大型水庫蓄放水、頁巖氣和地熱開發過程中的地震安全需求。（中國地震局地球物理研究所丁志峰、中國地震局科學技術與國際合作司 車 時）

Q：中國地震科學實驗場的具體科學目標是什么？

A：中國地震科學實驗場的具體科學目標是：在中長期預測方面，以“活動地塊”假說、震源動力學為基礎，通過在川滇菱形地塊東邊界區域開展地震構造探查以及高密度的GNSS、寬頻帶地震等測量，精細獲取地殼形變、斷裂運動及地下介質物性變化特征，驗證大陸內部活動地塊邊界帶是否存在斷層“蠕滑”行為，判定斷層運動閉鎖程度、斷層應力應變狀態，以及級聯破裂的可能性，進而確定其強震危險段落和最大可能震級。系統分析強震孕震環境特征，科學認知大陸型強震孕育演化過程，進一步創新和完善大陸強震理論，為川滇地區中長期強震危險性預測提供科學依據。

在短臨預測方面，以傳統的基于宏觀力學的地震物理模型和新型微觀物理斷層本構關系為基礎，完善“斷層亞失穩”假說，并以此為指導在重點地區和斷層帶開展綜合觀測，探測和尋找重點地震危險區的短臨前兆信息。通過對微震活動、斷層變形、基巖溫度和氣體地球化學等的觀測，由淺表到深部布設密集觀測臺網，結合斷層科學鉆探，多學科、多頻段聯合探索地震亞失穩階段物理化學演化特征或規律，發展地震前兆理論，為實現地震預測由經驗統計預測向物理預測跨越提供基礎科學依據。

在誘發/觸發地震方面，針對國家能源開發利用的重大需求，聚焦實驗場內的大型水庫蓄放水、頁巖氣和地熱開發過程中的地震活動，探索實現對誘發/觸發地震的多學科高精度綜合監測和智能分析，揭示固—液—熱耦合等典型誘發/觸發地震的物理化學過程和機理，同時為短臨地震預測等科學探索提供基礎資料。

在強地面運動與工程結構響應方面，面向城市與重大工程地震災害防御的重大挑戰，以震源破裂—傳播路徑—場地效應—結構響應—地震致災為主線，開展城市與重大工程地震韌性全鏈條監測。重點揭示復雜場地地震動場分布規律，深化典型重大工程與復雜城市工程系統的損傷演化、破壞模式和地震致災機理認識，定量評價工程結構抗震性能和城市地震災害風險。探索解決室內實驗的縮尺效應和局部效應等難題，檢驗和改進現有結構抗震設計方法，發展基于實測數據的數值仿真在線模擬系統，實現地震破壞和災后恢復的情景構建，為城市地震韌性評估與提升提供依據和支撐。

在地震災害鏈方面，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害鏈，以“斜坡結構—地表覆蓋情況—水文情況—大氣環境”探測為主線，以綜合野外觀測與科學實驗為切入點，開展地震災害鏈孕災致災環境探測。重點揭示地震災害鏈孕育致災機制，研究災害鏈生與放大效應，揭示地震災害與極端氣象災害等耦合作用機制。研發地震災害鏈風險評估與監測預警技術，為提升地震災害鏈防災減災救災能力提供依據和支撐。（中國地震局地球物理研究所 李 麗、韓立波）

Q：中國地震科學實驗場的應用前景是什么？

A：實驗場堅持“四個面向”，力爭在下述方面推進應用和成果轉化，直接服務國家發展： ① 產出動態連續高質量的地震監測數據，提出以公共模型、統一預測模型為代表的核心科學產品，支撐我國地震預報、預警和震害防御等業務發展。 ② 形成水庫、頁巖氣開發等誘發/觸發地震活動精細監測產品，發展誘發/觸發地震風險控制技術，服務國家能源戰略安全。 ③ 形成地震災害和鏈生災害情景構建產品，提升城市地震韌性，為實驗場區域內川藏鐵路、中緬輸油管道等重大工程的地震風險判定提供科學依據。 ④ 為地球物理學、地質學、地球化學、土木工程等科學研究和城市規劃提供多源觀測數據，發展基于光纖傳感、綠色主動源等新型觀測儀器和探測技術。（中國地震局地球物理研究所 韓立波、中國地震局科學技術與國際合作司 車 時）

Q：中國地震科學實驗場國家重大科技基礎設施的近期科學目標是什么？

A：面向“十四五”，中國地震科學實驗場國家重大科技基礎設施的近期科學目標是：

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

（2）定量判別活動斷裂滑動虧損的高閉鎖區段以及強震孕育區地殼應變能累積狀態，為強震預測提供參數判據。

（3）獲得斷層亞失穩階段的變形與應力狀態演化和溫泉氣體地球化學地震前兆異常時空演化的關系。

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

（5）獲取復雜場地地震動及工程結構抗震性態數據，探明復雜場地地震動場分布規律，揭示工程結構與城市工程系統損傷演化機理，為城市地震韌性評估與提升提供數據支撐。

（6）依托數值模擬平臺，實現強震區域時空演化、強震復發動力學過程、強震破裂過程及強地面運動模擬，加深對強震孕育和發生的動力學過程理解。

（7）形成地震災害鏈危險源可識別標志，定量揭示不同類型斜坡地震動放大效應和地震地質災害效應，形成地震降雨復合地質災害鏈評估預警技術和模型。（中國地震局地球物理研究所 李 麗、丁志峰）

Q：什么是實驗場？什么是觀測網？什么是觀測陣？什么是系統？什么是平臺？

A：地震科學實驗場（seismic experimental site）是集地震科學研究、基礎觀測、工程實踐、成果應用和減災服務于一體的、全方位的實驗場所。通過選定典型研究區域，開展地震觀測、地震研究、成果應用等方面具體工作，不斷深化地震科學認識和不斷完善社會應用的系統性工程。其中，觀測網（observational network）是由一種或多種觀測手段組成，空間布局滿足特定觀測需要，具備總體特定觀測目的的觀測設施的總稱。觀測陣（observational array）是由一種或多種觀測手段組成，空間布局相對密集，滿足特定觀測需要，具備總體特定觀測目的的觀測設施的總稱。系統（system）是由相互作用相互依賴的若干組成部分結合而成的，具有特定功能的有機整體，而且這個有機整體又是它從屬的更大系統的組成部分。平臺（platform）是任何一種在其上可以構建其他應用（內容）的技術基礎或者可以搭載儀器載荷的觀測設施的總稱。（中國地震局地球物理研究所 韓立波、王曙光）