中国地震科学实验场科学概况

2019-12-11
地球所

  2018年5月12日至14日,汶川地震十周年国际研讨会暨第四届大陆地震国际研讨会在成都召开,会上中国政府宣布以深化地震孕育发生规律和成灾机理的科学认识、提升国家抗御地震风险能力为目的,建设集野外观测、数值模拟、科学验证及科技成果转化应用为一体,具有中国特色、世界一流的地震科学实验场。

  地震科学实验场区地震构造背景

  实验场位于97.5°-105.5°E,21°-32°N之间的国境内区域,总面积约78万平方千米。该区域包括青藏高原东构造结附近的川滇菱形块体及其周边,构造环境复杂,具有挤压、剪切、拉张等各类断裂系统,既有板间地震,也有板内地震。过去50年中,每10年平均发生14次6.0级以上地震,3次7.0级以上地震,其中2008年5月12日汶川8.0级地震,2013年4月20日芦山7.0级地震和2014年8月3日鲁甸6.5级地震均造成了严重的人员伤亡和财产损失。

  地震科学实验向野外实验进军

  几十年来,地震科学在地震孕育、发生和致灾机理方面取得了重要认识。但由于缺乏精准的测量和对实验过程的控制,地震科学野外现场“实验”仍然具有很大的局限性。近年来,密集台阵和超密集台阵以及新型观测技术(如LiDAR)的应用获得了高精度的地下介质结构和运动状态。地震孕育发生过程的部分控制(如气体或流体注入),基于非爆炸源成像和波形互相关技术的可重复连续测量,以及基于超算的地震动力学过程模拟等新技术广泛应用,地震学、大地测量学和地质学研究正在被重塑。现场实验也开始越来越近的具备我们所熟悉的“物理实验”的要素。

  实验场科学目标和主要科学问题

  2017年,中国地震局联合科学技术部、中国科学院、中国工程院和国家自然科学基金委员会启动了《国家地震科技创新工程》,实施“透明地壳”、“解剖地震”、“韧性城乡”、“智慧服务”等4项科学计划。作为4项科学计划的重要平台,实验场将广纳国内外和行业专业人才,合力推进地震科技创新发展,借助高分、综合、多维观测和超算模拟技术,着力破解大陆强震孕育环境、地震发生过程、地震致灾机理等主要科学问题。

  实验场“透明地壳”研究将建立统一断层模型、统一结构模型、统一变形模型和统一地热模型。作为面向地球内部的“望远镜”,实验场的科技产品不仅服务于地震科学,而且服务于地球科学其他领域,进而推动国家科技创新,满足资源开发、环境保护和防灾减灾的社会需求。

  实验场“解剖地震”研究将深化对地震孕育和破裂物理机制的认识,建立物理基础更加坚实的地震孕育和发生的预测模型。通过应变率场、地震活动和强地面运动统一预测、相互比较,应用于最大限度减轻地震灾害风险。

  实验场“韧性城乡”研究覆盖地震震源破裂、地震波传播和地震灾害情景模拟,通过建构筑物工程结构响应和社会响应研究,为公众提供减少地震灾害风险的应用示范。

  实验场“智慧服务”研究将建立从基础研究到开发研究到应用研究的技术科技成果转换链条,以现代化技术推进地震科技成果转化,并形成服务于教育和公众理解的的科学产品。

  规划与愿景

  实验场秉承继承发展、开放合作的理念,突出机制创新,学习借鉴美国南加州地震中心(SCEC),日本东海地震预测实验场,堪察加地震预报实验场,土耳其TDP项目,冰岛PRENLAB项目,中国台湾iSTEP项目等的经验。协调分布式实验(CDEs)的理念使得与国外,特别是与“一带一路”沿线地区国家不同野外实验场的比较研究成为可能。实验场也欢迎与ACES,GEM,PRE-EARTHQUAKS 和SISMA等国际项目的合作。

  作为一项“大科学”工程,实验场更加注重地震地质学、地球物理学、大地测量学和地球化学等基础观测能力建设,更加注重建立以分布式数据中心为基础的数据共享机制,更加注重研究团队间的交流合作。同时也更加突出我国大陆型地震研究的特色,开展“从地震破裂过程到工程结构响应”全链条风险防范研究、实验和研发