跟踪前沿科技，提高地震监测预测水平

谭凯

我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，这些年频频发生地震灾害。如今每年的5月12日，人们总会想起让人痛心的“汶川大地震”，进而想起更早之前的“唐山大地震”。灾难无情，生命脆弱，对那些逝去生命的缅怀总鞭策着很多有志之士不断研究如何减轻地震灾害造成的影响。

“地震学研究是了解地震发生成因，减轻地震灾害的重要手段。相比于20世纪，地震学已经发生了翻天覆地的进步。”中国地震局地震预测研究所研究员、地震预测新技术研究室副主任周连庆说。而他所在的地震预测新技术研究室的主要职责就是跟踪地震学前沿科技，引进、消化和吸收地震监测预测新技术。

周连庆多年来扎根地震成像、诱发地震和人工智能地震学研究，开展了一系列探索。

体会科技创新的艰辛

与许多科学家不同，周连庆一开始并不是从事学术研究的。由于喜欢理科，他考入了安庆师范学院的物理教育专业，毕业后在浙江的一所高中任物理老师。

“两年的教学经历让我成长了很多。”周连庆说，虽然和学生的相处非常愉快，但是也让他明白一个道理：人生是一个不断学习的过程，应该不断提升自己，学习前沿科技才能更好地发挥自己的价值，为社会作出更大的贡献。因此，周连庆选择考研，各种机缘巧合和努力之下，他被中国地震局地震预测研究所录取。硕士毕业后，周连庆又顺利考上了中国地震局地球物理研究所读博，成为陈运泰院士和陈章立研究员的学生。

周连庆在攻读硕士和博士学位期间，大多数时间是在陈章立的指导下进行科研学习，因此受他的影响很深。陈章立在数字地震学领域有很深的造诣，周连庆就将数字地震学作为自己的主攻方向。

“陈老师除了和我探讨论文的研究方向外，还对我的毕业论文和大部分文章都进行了仔细修改，对我要参加的各种答辩试讲都进行了把关与指导。”周连庆说，每次看到陈章立密密麻麻修改过的论文，心里满是敬佩与羞愧。

正是在老师们的悉心指导下，周连庆的科研能力得到了大幅提升，为日后解决科研中的难题奠定了坚实的基础。

2011年，周连庆赴美国伊利诺伊大学香槟分校进行了一年的博士联培学习。当时地震学中最前沿的领域之一当属利用地震背景噪声进行面波成像研究。周连庆在美国的这一年，主要研究的就是背景噪声面波衰减成像的难题。

面波衰减研究的难点在于地震背景噪声源的复杂性。研究早期，周连庆和导师宋晓东教授在方法和应用上解决了其中存在的难点，然而，研究结果和预期结果却存在一定的差异。周连庆到处寻找原因，不断测试代码和程序，大概花了几个月的时间，才终于找到问题所在：原来是在写程序时搞错了一个符号。

在这项研究中，周连庆提出了一种从背景噪声中提取地震波衰减的新方法，可以推动背景噪声技术的进一步发展。此外，他还第一个利用密集分布的现代化宽频带地震台网数据反演了中国大陆瑞利面波衰减结构，这是目前已发表的中国大陆最高分辨率的面波衰减结构模型。但直到今天，这项研究的最重要结果——基于背景噪声的中国大陆衰减结构图像依然没有发表。

“其中的艰辛只有自己才能明白。”周连庆说，通过这项探索研究，他深刻体会到科技创新一定要耐得住寂寞，十年磨一剑，终有守得云开见月明的时刻。

研究成果发挥重要作用

考研可以说是周连庆从教书到做科研的转折点。也是从那时开始，周连庆就一直在进行地震波衰减成像的研究，到现已经有16年了。“一开始是研究Lg波衰减成像，然后是体波衰减成像，后来就是噪声面波衰减成像。从地方震尺度到区域尺度再到中国大陆这样的大尺度结构都进行了研究。”周连庆说，地震波衰减是了解地球介质非弹性的重要参数，可以通过衰减结构图像推断地下介质的温度，也可以了解地下流体的分布，通过衰减结构的不均匀性还可以勾画断层结构。

功夫不负有心人，周连庆多年的研究最终也得到了实际的应用。2009年，广西龙滩水库开始蓄水，蓄水之后发生了很多地震，包括多次4级以上地震。为什么会这样？“我们知道，水库诱发地震的一个重要成因是流体的渗透和扩散，可是怎样确定流体的渗透与扩散范围？”周连庆为研究相关问题将地震波衰减成像研究应用在水库区来推断库水的渗透和扩散。事实证明，这一创新性研究是成功的。

周连庆利用地震波衰减对于流体的分布非常敏感的特性，在国际上首次通过对水库区三维体波衰减成像，发现流体的渗透深度与扩散范围。通过龙滩库区三维衰减成像，推断龙滩库水渗透到地下7km左右，横向扩散范围10km左右。这一研究成为判定水库诱发地震的重要依据。因为这一贡献，周连庆的研究获得了2013年国际埃尼奖（ENI）的提名。

2017年的时候，有一件事让周连庆非常兴奋。那是中国科技大学的张捷教授来到地震预测研究所作报告，内容是关于机器学习在地震学中的应用。这正和周连庆预想的一样：人工智能技术的应用正在给地震学带来革命性影响。

由于观点不谋而合，周连庆很快就和张捷合作开展了人工智能实时地震监测研究与应用。周连庆作为地震预测现代化试点专项“人工智能地震监测分析系统完善与应用”的核心骨干，主持了中国地震局“人工智能监测系统完善与业务化应用评估”项目，他和课题组的研究员赵翠萍联合张捷开发了世界上首个人工智能实时地震监测系统——“中国地震科学实验场基于人工智能的地震监测分析系统”，即“智能地动”系统。这一系统可实现秒级地震定位，震后2分钟内快速产出震源机制解。震源机制解是地震学的重要参数，传统的震源机制解计算需要在震后20分钟才能产出，而且通常只能产出4级以上的地震震源机制解。“智能地动”系统可以在平均2分钟左右得到3级以上地震的震源机制，在2021年漾濞6.4级地震、泸县6.0地震等多次震情研判中都发挥了重要作用。成果于2020年3月被《人民日报》等50多家媒体报道，被评为中国地震科学实验场亮点成果。

“目前，‘智能地动系统正在四川和云南省进行示范应用，未来随着系统功能的优化完善，我们可能在更多省局进行测试。”周连庆说。

带领团队继续攻坚克难

工作多年后，周连庆也有了一支属于自己的科研团队。与自己的课题相结合，周连庆今后的一个目标是带领团队推动人工智能在地震监测预测中的应用。作为国家重点研发计划“基于大数据和人工智能的地震监测预测技术研究”項目技术负责人和课题负责人，周连庆目前正在开展大数据和人工智能地震监测预测新技术、新方法的研究和应用，致力于在创新实践中推动我国地震监测预测领域的人工智能技术研发和应用，依托人工智能先进技术提升我国地震预测预报效果，推动我国人工智能在地震方面的实用化应用处于国际前沿地位，支撑我国地震科技创新高地建设。

近年来，周连庆还参与了中国地震科学实验场国家重大科技基础设施建设项目，负责水库地震监测子系统的建设，将在白鹤滩库区建设水库地震密集观测系统。未来，周连庆的另一个目标就是带领团队综合利用基于人工智能技术实现白鹤滩水库诱发地震智能监测，建成智能地震监测系统和水库地震震情研判与演示系统，实现水库地震数据智能处理、震情快速研判，降低水库诱发地震风险，深入理解水库诱发地震机理，开发水库诱发地震智能预测技术，进而探索水库诱发地震的控制，服务我国水电能源安全开发。

“虽然团队规模还不大，但团队成员每人都有自己的特长，团结协作、配合默契。”周连庆说，他相信自己的团队，将来一定能攻克一些更为困难的科研任务。

（责编：张闻）