地震科学实验场问答（四）＊

Q：中国地震科学实验场聚焦哪些基本科学问题？

A：经系统内外17家单位19个团队的专家共同讨论形成的实验场科学问题（中国地震科学实验场科学设计，2019；中国地震科学实验场工作进展，2020），先后经中国地震局科技委论证和中国地震局组织的专家论证，是实验场当前和今后一个时期的“希尔伯特式”科学问题清单。相关科学问题包括：

（1）如何构建川滇地区统一的大尺度岩石圈结构模型？如何认识强震孕震环境与岩石圈结构的关系？

（2）地下介质性质变化（如波速、各向异性等）在多大程度上反映地震孕育发生过程？是否可观测？

（3）川滇地区主要断裂存在断层分段和级联破裂，其主要控制因素是什么？

（4）如何利用激光雷达扫描技术（LiDAR）、GNSS和超密集台阵等新观测技术构建高分辨率断层精细结构模型？

（5）如何精准获知川滇地区主要断裂现今运动状态？是否存在断层“蠕滑”行为？

（6）川滇地区主要活动断裂的晚更新世活动速率、古地震活动历史、最后一次强震的离逝时间是什么？

（7）缅甸弧俯冲作用如何影响川滇主要断裂应力应变累积过程？如何构建应力应变动态变化数值模型？

（8）在板块边界带已观测到很多低频地震事件，这种现象在大陆地区是否存在？

（9）强震前是否存在“亚失稳”现象？如何在野外观测验证？

（10）地下应力状态是怎样的？地震引起的库仑破裂应力变化是否能够直接触发地震？能否通过观测验证？

（11）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，相互之间是什么关系？

（12）川滇地区经常观测到地震前有地下流体异常变化，如何认识其内在物理机制？可否进行数值建模？

（13）现有的数值地震预测模型在多大程度上反映了真实情况？关键构成要素有哪些？

（14）如何基于现有观测数据构建强地面运动情境？怎样在减轻地震灾害风险中发挥作用？

（15）川滇地区地震造成的农居和城市民居破坏特征是什么？各种工程抗震措施的效果如何？

（16）梯级水电站等重要工程设施和生命线工程如何有效防范重大地震及次生灾害风险？

（17）影响现代城市韧性的主要因素有哪些？如何通过工程措施和非工程措施提高其韧性？

（18）人类活动对地震活动的影响有哪些？如何安全地开展生产活动而不诱发显著或破坏性地震？（中国地震局地震预测研究所 张晓东、吴忠良）

Q：中国地震科学实验场国家重大科技基础设施的长远科学目标是什么？

A：中国地震科学实验场国家重大科技基础设施的长远科学目标是：揭示大陆型强震孕震体介质结构和空间分布特征，探索孕震过程与应力应变的关系；识别地震前兆时空演化特征，揭示地震成核过程物理化学机制；把握工程结构动力响应和失稳破坏特征，阐释地震致灾机理；破解灾害链孕灾致灾机制，发展监测预警技术；揭示诱发/触发地震发震机制，探索其可控性。

揭示孕震体特征：揭示大陆型强震孕震体的介质结构和空间分布特征，探索断层孕震过程与应力应变的关系。获取地壳形变、断裂运动及地下介质物性变化的精细特征，验证板块内部地块边界带是否存在断层“蠕滑”行为，判定断层运动的深浅部闭锁程度，识别强震孕震体（应力集中应变闭锁区）。该科学问题的突破最终可以准确确定孕震体的“震级上限”和所处“孕震阶段”。

识别地震前兆：识别地震前兆时空演化特征，揭示地震成核过程的物理化学机制。以“亚失稳”等地震物理模型为指导，描述地震成核过程中的异常特征。以连续、密集、由浅到深的多学科观测为基础，识别异常变化中的前兆信息，判断地震震源成核区，揭示地震前兆的物理化学机制。该科学问题的突破将发展完善地震前兆理论，推动地震短临预测取得实质性进展。

阐释地震致灾机理：把握工程结构动力响应和失稳破坏特征，揭示地震致灾机理。以典型工程场地和不同设防水准的、不同类型工程结构的地震响应观测为基础，开展震源破裂—传播路径—场地响应—工程破坏—城市灾害的全链条模拟，获取并揭示场地地震反应特征和工程结构动力响应规律，阐释地震致灾机理。该科学问题的突破将发展和完善工程抗震韧性理论，推动城市韧性建设。

破解地震灾害链孕灾致灾机制：探索地震灾害链的孕灾、发生与致灾机理，及阻断的可能性，研发灾害链评估与监测预警技术。通过构建野外立体监测网，对灾害链发生的地下、地表与空中环境，以及可能发生的地震灾害链场景进行高精度与高分辨率监测。通过科学实验平台对灾害链的形成、演化、放大、耦合等效应进行机理研究。该科学问题的突破将建立地震灾害链孕灾致灾理论，形成地震灾害链风险评估、监测预警与断链等技术体系。

探索诱发/触发地震可控性：探索非天然地震的发震机制及可控性。以人类活动诱发/触发地震的观测实验为基础，揭示流体对应力应变扰动、断层活动的影响，掌握此类地震的诱发/触发机制及破裂传播特征。该科学问题的突破将实现诱发/触发地震的风险管控，服务大型水库蓄放水、页岩气和地热开发过程中的地震安全需求。（中国地震局地球物理研究所丁志峰、中国地震局科学技术与国际合作司 车 时）

Q：中国地震科学实验场的具体科学目标是什么？

A：中国地震科学实验场的具体科学目标是：在中长期预测方面，以“活动地块”假说、震源动力学为基础，通过在川滇菱形地块东边界区域开展地震构造探查以及高密度的GNSS、宽频带地震等测量，精细获取地壳形变、断裂运动及地下介质物性变化特征，验证大陆内部活动地块边界带是否存在断层“蠕滑”行为，判定断层运动闭锁程度、断层应力应变状态，以及级联破裂的可能性，进而确定其强震危险段落和最大可能震级。系统分析强震孕震环境特征，科学认知大陆型强震孕育演化过程，进一步创新和完善大陆强震理论，为川滇地区中长期强震危险性预测提供科学依据。

在短临预测方面，以传统的基于宏观力学的地震物理模型和新型微观物理断层本构关系为基础，完善“断层亚失稳”假说，并以此为指导在重点地区和断层带开展综合观测，探测和寻找重点地震危险区的短临前兆信息。通过对微震活动、断层变形、基岩温度和气体地球化学等的观测，由浅表到深部布设密集观测台网，结合断层科学钻探，多学科、多频段联合探索地震亚失稳阶段物理化学演化特征或规律，发展地震前兆理论，为实现地震预测由经验统计预测向物理预测跨越提供基础科学依据。

在诱发/触发地震方面，针对国家能源开发利用的重大需求，聚焦实验场内的大型水库蓄放水、页岩气和地热开发过程中的地震活动，探索实现对诱发/触发地震的多学科高精度综合监测和智能分析，揭示固—液—热耦合等典型诱发/触发地震的物理化学过程和机理，同时为短临地震预测等科学探索提供基础资料。

在强地面运动与工程结构响应方面，面向城市与重大工程地震灾害防御的重大挑战，以震源破裂—传播路径—场地效应—结构响应—地震致灾为主线，开展城市与重大工程地震韧性全链条监测。重点揭示复杂场地地震动场分布规律，深化典型重大工程与复杂城市工程系统的损伤演化、破坏模式和地震致灾机理认识，定量评价工程结构抗震性能和城市地震灾害风险。探索解决室内实验的缩尺效应和局部效应等难题，检验和改进现有结构抗震设计方法，发展基于实测数据的数值仿真在线模拟系统，实现地震破坏和灾后恢复的情景构建，为城市地震韧性评估与提升提供依据和支撑。

在地震灾害链方面，面向以“地震→滑坡→堵江→溃坝洪水”与“地震与降雨综合→崩塌、滑坡、洪涝、泥石流”为代表的典型地震灾害链，以“斜坡结构—地表覆盖情况—水文情况—大气环境”探测为主线，以综合野外观测与科学实验为切入点，开展地震灾害链孕灾致灾环境探测。重点揭示地震灾害链孕育致灾机制，研究灾害链生与放大效应，揭示地震灾害与极端气象灾害等耦合作用机制。研发地震灾害链风险评估与监测预警技术，为提升地震灾害链防灾减灾救灾能力提供依据和支撑。（中国地震局地球物理研究所 李 丽、韩立波）

Q：中国地震科学实验场的应用前景是什么？

A：实验场坚持“四个面向”，力争在下述方面推进应用和成果转化，直接服务国家发展： ① 产出动态连续高质量的地震监测数据，提出以公共模型、统一预测模型为代表的核心科学产品，支撑我国地震预报、预警和震害防御等业务发展。 ② 形成水库、页岩气开发等诱发/触发地震活动精细监测产品，发展诱发/触发地震风险控制技术，服务国家能源战略安全。 ③ 形成地震灾害和链生灾害情景构建产品，提升城市地震韧性，为实验场区域内川藏铁路、中缅输油管道等重大工程的地震风险判定提供科学依据。 ④ 为地球物理学、地质学、地球化学、土木工程等科学研究和城市规划提供多源观测数据，发展基于光纤传感、绿色主动源等新型观测仪器和探测技术。（中国地震局地球物理研究所 韩立波、中国地震局科学技术与国际合作司 车 时）

Q：中国地震科学实验场国家重大科技基础设施的近期科学目标是什么？

A：面向“十四五”，中国地震科学实验场国家重大科技基础设施的近期科学目标是：

（1）以“亚失稳”等地震物理模型为指导，利用高时空分辨率的微震活动描述地震成核过程中的异常特征，探索板块内部地块边界带颤动信号。

（2）定量判别活动断裂滑动亏损的高闭锁区段以及强震孕育区地壳应变能累积状态，为强震预测提供参数判据。

（3）获得断层亚失稳阶段的变形与应力状态演化和温泉气体地球化学地震前兆异常时空演化的关系。

（4）识别地震孕育发生的物理过程中断层物质性质变化，获取变化量大小及其影响因素。

（5）获取复杂场地地震动及工程结构抗震性态数据，探明复杂场地地震动场分布规律，揭示工程结构与城市工程系统损伤演化机理，为城市地震韧性评估与提升提供数据支撑。

（6）依托数值模拟平台，实现强震区域时空演化、强震复发动力学过程、强震破裂过程及强地面运动模拟，加深对强震孕育和发生的动力学过程理解。

（7）形成地震灾害链危险源可识别标志，定量揭示不同类型斜坡地震动放大效应和地震地质灾害效应，形成地震降雨复合地质灾害链评估预警技术和模型。（中国地震局地球物理研究所 李 丽、丁志峰）

Q：什么是实验场？什么是观测网？什么是观测阵？什么是系统？什么是平台？

A：地震科学实验场（seismic experimental site）是集地震科学研究、基础观测、工程实践、成果应用和减灾服务于一体的、全方位的实验场所。通过选定典型研究区域，开展地震观测、地震研究、成果应用等方面具体工作，不断深化地震科学认识和不断完善社会应用的系统性工程。其中，观测网（observational network）是由一种或多种观测手段组成，空间布局满足特定观测需要，具备总体特定观测目的的观测设施的总称。观测阵（observational array）是由一种或多种观测手段组成，空间布局相对密集，满足特定观测需要，具备总体特定观测目的的观测设施的总称。系统（system）是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。平台（platform）是任何一种在其上可以构建其他应用（内容）的技术基础或者可以搭载仪器载荷的观测设施的总称。（中国地震局地球物理研究所 韩立波、王曙光）