中国地震科学实验场支撑我国地震数值预报探索

2019-09-18
地球所

  地震数值预测(预报)是中国地震科学实验场的重要研究内容和长期攻关目标。通过在实验场开展多手段、高密度、高分辨率的综合观测,捕捉地震孕育发生过程信息,不断的验证地震科学假说和理论,分析我国板块内部大陆型地震特点,建立区域统一科学模型(community model),推进地震动力学预测和数值预测,构建包括基于统计学的地震概率预测、基于科学模型的概率预测、数值地震预报、基于破裂模型的强地面运动数值预测等地震预测模型(earthquake forecasts model),对防震减灾工作向减轻地震灾害风险转变、提升地震风险治理能力十分必要。 在中国地震科学实验场科学设计编制过程中,著名地球物理学家、中国科学院院士石耀霖教授专门就我国地震数值预报工作发展准备了汇报材料,提出我国地震数值预报系统研发路线图(图1)。基于密集地震台网的前兆研究和预报技术尚不能满足地震数值预报工作的需要,现代地震统计预报和经验预报更加注吸收重物理预测因素,未来地震数值预报必须走物理数值预测的道路,在提高现有观测能力基础上,积极引入光纤地震仪、钻孔应变地震仪等新技术,建立地震地质、深部地球物理(温度、流体、物性……)等基本环境状态的物理模型,准确测量和掌握应力(stress)、应变(strain)、地震活动性等基本物理量,深刻认识地质构造、地形、场地、断层上下盘、辐射方位等对造成大震巨灾的影响,借助人工智能、深度学习等新方法,建立长中短临地震预测和风险预测研究体系和运行系统,逐步实现防震减灾工作的地震数值预报业务。

  图1 石耀霖院士提出的我国地震数值预报系统研发路线图

  中国地震科学实验场是发展地震数值预报系统的野外实验室,可以围绕我国大陆地震特点地震设计和部署数值预测试验,包括基础地质和深部探测(活断层数据应用)、地震观测和方法手段综合、地震数值预报实验和理论研究等,建立地应力、地形变、地震活动性、地下水动力学的综合测量和分析系统,开展“从地震破裂过程到工程结构响应”全链条风险预测研究(图2)。

  图2 地震风险预报的科学思路(据石耀霖院士)

  中国地震科学实验场在引进、学习国际地震预测方法同时,核心是发展符合我国地震特点和需要的地震长中短临相结合的数值预报方法,开展理论创新和关键技术研究,如地震学方法、大地测量方法以及其他方法测量得到的应力、地震应力降等相互之间的关系,板块内复杂断裂系统的地震序列关系,板块内慢地震、低频地震事件等,逐步赶超以统一的加州地震破裂预测系统(Uniform California Earthquake Rupture Forecast)及长期预报时间相关模型(UCERF3-TD)、余震时空丛集预测模型(UCERF3- ETAS)等为代表的先进水平,实现基础研究、应用基础研究到应用研究的系统创新。    注:本文根据石耀霖院士在中国地震科学实验场科学设计研讨会上的报告材料整理。