不惧神州震荡 只为四海太平——记中国地震局地球物理研究所强震动地震学研究室副主任陈学良

□谢更好

陈学良参加New Orleans的2017 AGU-Fall会议

地震是自然灾害中对人类危害最大的灾难之一。在人类几千年的历史进程中，这一可怕自然灾害发生的次数数不胜数，造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失。世界范围内，1960年智利曾发生过震级高达9.5的特大地震，这是观测史上记录到的震级最大的地震。地震引起的海啸侵袭智利、夏威夷、日本、菲律宾、新西兰东部、澳洲东南部与阿拉斯加的阿留申群岛。如此大范围的灾难带走了52000多条人命，智利这个国家也因此遭受重创。1556年我国陕西华县发生了8级大地震，死亡人数高达80余万，重灾面积达28万平方公里。华县地震以其伤亡人数之众冠世界震灾之首，大震虽然已经过去460多年了，其震灾之重、伤亡之惨跃然纸上，至今仍令人胆战心惊。人类在大自然面前是弱小的，虽不能阻止自然灾害的发生，但可以尽早地进行地震危险性分析和预测，做好防灾措施，将损失降到最低。天灾难挡，人祸可防，陈学良研究员作为工程地震、地震工程和防震减灾方面的专家，多年来潜心研究震源破裂产生宽频带强地面运动的非线性模拟研究，涉及地球物理学和地震学的前沿课题，他的研究成果对于大震强地面运动研究，宽频带（高频、低频）强地面运动数值模拟与盆地、地形效应研究，复杂面波场地响应研究，土体动力特性及其本构关系研究，砂土液化和软土震陷研究，地震小区划，重大工程的地震安全性评价，城市建设抗震规划等防震减灾领域的工作具有重要的指导意义。

鲜衣怒马少年时

1998年本科毕业后，陈学良在老师的推荐和学长的带领下，决定报考中国地震局工程力学研究所（以下简称“工力所”）防灾减灾及防护工程专业的硕士研究生。求学期间，他遇到了很多良师和益友，陈学良在他们的影响下陆陆续续接触到了很多相关研究项目和课题，其中，接触最多的当属岩土工程。他跟随导师一起研究工程地震和强地面运动，分析挡土墙的地震非线性反应，从入门时的岩土工程逐渐过渡到重大工程，再到滑坡、泥石流等地质灾害的监测。陈学良发现，我们国家强震动台站和地震台站的数量远远不够，汶川地震时虽死伤人数众多，但由于台站的缺乏，使得震区周围的强震动记录和地震记录十分有限。为了研究的需要以及再现和弥补台站记录的缺失，通过数值模拟理论分析、开展地球浅表结构/复杂场地的强地震动反应研究、加强强震动观测和地震观测等手段来帮助和监测震区是很有必要的。地震发生后，找到地震震源，了解震源破裂过程，探索地下结构，明晰地球浅表和工程结构特征，这些都将有助于人们更深入地了解这一自然灾害。所谓知己知彼，百战不殆。为此，陈学良渐渐坚定了自己从事防震减灾这一领域研究的决心。

硕士毕业后，陈学良顺理成章地攻读了工力所的岩土工程专业的博士研究生。在研究过程中，他发现由于现场地震（震害）调查、地震观测和强震动观测以及地震试验和实验的局限性，必须要借助物理、力学、数学的理论才能模拟出特大地震震源破裂过程和宽频带地震动的传播规律，仅仅靠震害调查结果和很有限的观测资料去研究特大地震震源物理过程和破坏机理，以及工程结构的破坏规律，无疑是天方夜谭。研究中涉及的数学、力学、物理、工程力学、工程地震、地震区划、地球浅表结构、场地响应、土体的非线性都是陈学良需要去学习和掌握的。这些领域的侧重点各有不同，研究方法、思路和揭示问题的角度也各有千秋，通过如此全方位的专业知识学习，陈学良掌握了多领域复合型知识，成为连接地球物理学、地震学和工程地震学之间的“桥梁”和“纽带”。

回头看看求学的荏苒时光，也并非没有遇到过难事，在硕士毕业时，做程序的环节中，陈学良被一个透射边界非线性波动有限元程序反反复复折腾了几个月，为此夜不能寐，备受煎熬。在求助数位老师无果后，一天深夜，陈学良独自徘徊在学校的操场上，刹那间灵光突现，才思泉涌，就这样终于顺利且高质量地完成了毕业论文。

破译强震（动）密码

目前陈学良的科研工作主要侧重于大地震震源破裂过程中宽频带强地面运动的非线性模拟和工程防灾减灾研究。他认为隔震措施对于工程来讲是很重要的，它可以确保工程结构在地震中不被严重破坏或倒塌。事实上，地球浅表（结构）工程场地、泥土和土壤等作为地球浅表传播介质，其性能和组分复杂多样，对地震动的影响是很显著而且是很复杂的。有时它会对地震动有显著的放大作用，加重工程结构的破坏；有时它又会起到隔震作用，对地震动幅值虽然有所削弱，但又会引起“长周期”工程结构的共振，使得“长周期”结构破坏严重。地震看似不常出现在人们的日常生活中，主要是有很多破坏性的地震碰巧发生在我国的新疆、西藏等无人区，但这只是一种幸运，若以百年为计量单位，6级甚至7级以上地震发生的概率并不是一个小数字，而且这一灾害的破坏性、毁灭性都是其他很多灾害所无法比拟的。

为更深入了解地震，陈学良提出了一种沉积盆地结构探测与建模方法和考虑盆地介质非线性影响的特大地震宽频带强地面运动数值模拟研究方法。他利用该方法在云南玉溪地区开展浅层地震反射勘探、地脉动观测、地震钻孔探测、大地电磁测深、重力测量、电阻率探测等探测结果，采用信息技术完善与野外探测补充，考虑波速结构、地质和土层结构的协调，构建了云南玉溪初步的（0.5阶）的沉积盆地模型。根据基阶瑞利波H/V谱与实测地脉动H/V谱形状变化相似的原则，对初步（0.5阶）盆地模型进行了有效修正，得到了进一步的（1阶）盆地模型。利用该方法构建了“智慧”中国玉溪—江川—通海沉积盆地三维结构模型。

他还研究了单侧、双侧、圆盘自相似等多种震源破裂模式、特大地震的级联破裂模式、共轭破裂模式等对地震动的影响。他模拟了1997年3月26日日本九州鹿儿岛县MJ6.5级地震、2016年4月16日日本熊本MJ7.3级地震、2014年8月3日云南鲁甸Ms6.5地震、2017年8月8日四川九寨沟Ms7.0级地震、2008年5月12日四川汶川Ms8.0级大地震等多个地震的地震动时程、频谱、Arias烈度等参数；预测和模拟（估计）了1883年9月6日云南嵩明Ms8.0大地震的强地震动传播过程和地震波场及地震动时程。另外，在甘肃天水地区设定一个Ms8.0级“天水地震”，模拟了其核心区所可能产生的强地震动时程及其特征。

另一方面，陈学良提出了“考虑试验阻尼效应的一种土体动力双型抛物线本构模型”，发展并定义了土体动力“广义阻尼比退化系数”本构模型，并将这些模型应用于场地土层时域滞回非线性地震响应研究中，取得了较好的效果。他通过基岩覆盖单黏土层场地、洛杉矶Obregon Park多覆盖层场地、台湾Lotung DHB钻井台阵试验场对Pyke方法、“阻尼比退化系数”模型、非Masing准则模型一和非Masing准则模型二、“非等幅循环荷载作用下考虑阻尼拟合的一种动态骨架曲线本构（李小军模型）”模型这5种常用动力本构进行了细致对比，说明了各模型有效合理的相对性，以及与强震观测相差异的客观性。陈学良还针对土动力试验中滞回本构曲线形状时常表现为先平缓然后变化剧烈等特征，提出了“考虑试验阻尼效应的一种土体动力双型抛物线本构模型”，建立了不规则荷载下灵活变化的本构规则，并给出了A型和B型抛物线的函数表达及调制因子Ad施加过程。

以现在人类科技发展的水平来看，对大地震的“准确”时间、发震概率（空间和强度相对容易）预测是十分有限的。无论是观测方法、实验手段、仪器数量，还是地球深部探测精度的有限性，尚不能满足人类对地下和地球内部的清晰认知的需要，通过掌握的有限的信息得到一个完备的解释是不现实的，这也是为什么目前预报地震会成为一个世界性难题的原因之一。美国科学家耗费了30多年采用多种手段在Parkfield实验场进行了地震预报研究，结果不够理想。苏联科拉半岛的达10km的超深钻井和预定钻探15km的“德国大陆深钻计划”中的更深的钻井，仅仅相当于钻探了地球地壳的“上表皮”。这些研究对于预测大地震和特大地震的地球物理过程和地震机理，还远远不够。因此，地震灾害的预防才显得尤为重要，而这也正是陈学良科研之外的另一项重要工作。

陈学良认为，要想普及防震和抗震的观念，学校的教育是很有必要的，包括政府各部门，各行业，各层次的专家学者，需要大家一起努力，才能扭转人们心中对于地震的“误解”，提高人们对地震的重视。“5·12”汶川地震时，陈学良作为国家灾害损失评估组的第15组的组长，带领组员到广元市的利州区、朝天区、元坝区开展了卓有成效的灾害损失评估工作，后又多次踏足辽宁、云南、四川、甘肃等地。汶川是一个血淋淋的教训，许多不规范的多层建筑一旦倒塌，其造成的伤亡是不容小觑的。陈学良曾带着学生亲临汶川现场，虽已时隔多年，但当时的场景依旧历历在目，坍塌的废墟，遍地的尸体，被摧毁的城市，给无数的家庭蒙上了阴影。“历经浩劫之后的人们总会扪心自问，甚至追悔莫及，但正处于当下，职责所在的我们，应该真正地行动起来，对地震研究，慎言不可能，要直面困难，勇于挑战！”

与导师Ru-shan Wu教授（欧洲科学院院士）在SEG会场开会

世上无难事，只要肯登攀

陈学良自1998年读研以来，一直从事地震学、地震工程学、岩土地震工程、土动力学领域的线性和非线性场地对地震动的影响、工程场地地震安评等方面的科研工作。在纵向和横向科研项目中，收集了较多的场地观测资料、相关专著及论文资料等。陈学良是地震局重点实验室—浅层结构成像与强地面运动模拟实验单元的负责人，他在土体动力本构理论、工程结构地震响应的波动模拟、数值积分格式、近断层强地震动模拟、近场波动数值模拟研究等方面积累了丰富的经验。2006年完成了博士论文《土体动力特性、复杂场地非线性地震反应分析及其方法研究》。2009年5月完成了博士后出站报告——《复杂场地地震反应的若干问题研究》。在场地地震反应、近断层速度大脉冲地震动非线性响应、复杂场地的体波或面波响应、宽频带强地面运动模拟理论、地震危险性的确定性研究方法等方面取得了卓有成效的成果。现阶段，陈学良在研究强地面运动模拟理论研究的同时，还担任研究室副主任、第二党支部书记，分身乏术的他不得不学着有所取舍。操心多年后，他终于有了得力的助手和出色的学生，陈学良将部分工作分派给助手完成，自己继续专注于防震减灾的科研与教学领域。

除了研究工作，陈学良还是一名优秀的导师。如今桃李满天下的他，对于培养学生有着自己独特的心得。中国地震局地球物理研究所拥有丰富的国家地震数据、系统的地震专业领域，在地球物理方法研究，地震学、强震动地震学、应用地震学和应用地球物理学研究，工程结构地震安全性评估以及地震灾害损失预测与评估方面有更大的优势。研究所的学生毕业后大多去了地震局、设计院、城市规划局、高校等，也有很多国外的优秀学子加入了研究所。

陈学良认为，家长式一手包办的教学模式不利于学生成长。身为导师，陈学良对学生有着高标准、严要求。求知的路上难免会遭遇“滑坡”，每当他的学生遇到这些“坎坷”时，陈学良都会鼓励他们迎难而上，让他们去跌倒，去经历，他认为人生不可能只有一片坦途，路途中野蛮生长的荆棘和纵横交错的蜿蜒小道也是人生值得纪念的风光，只有受伤过、坎坷过，才能迅速成长，有所收获，破茧成蝶。

经过几次的出国访问，陈学良深深明白了交流的重要性，他鼓励自己的学生多参与国际交流。“英语不是我们的母语，但不应该因此就羞涩退却”，他告诉学生要勇敢地说出来，多跟专家讨论，多参加国际会议，只有交流才能共同进步，只有交流才能融会贯通，灾害面前无国界，只有全人类共同携起手来，集思广益，才能与自然和平共处。

在对未来的计划中，陈学良希望在地壳、上地幔中波动传播与衰减，震源过程与断层破坏模拟理论，地壳“基岩”构造和震动特性，输入地震动评价及其应用，强震观测技术与研发等研究领域有所突破，希望有机会和相关领域、有关部委和研究所，如应急管理部门、自然资源部门、防灾减灾部门、地质灾害部门、各级政府部门等领域的专家联合起来，共同为老百姓和我国防震减灾事业做贡献。这些合作项目一旦实行，必将是跨领域、多学科、具有国际创新性的大项目。另外，国家鼓励公益二类研究所积极支撑科技成果转化，从国内目前的状况来看，尚缺乏自主知识产权的软件和面向高、精、尖国际前沿领域的硬件平台，某些方面仍需依赖国外进口，陈学良为此十分担忧，他希望有朝一日能研发出打上中国烙印的软件。要想实现这一系列目标，发掘人才是关键性的一步，陈学良迫切地希望能培养出更多有为青年，共同发展地震地球物理理论、技术和开展防震减灾研究，共同为实现伟大的中国梦而努力奋斗！