地震科学实验场问答（五）＊

Q：中国地震科学实验场对于地震预测这一科学难题的解决有什么战略考虑?

A：中国的地震预报思路是 “场源结合” ，强调 “场” 的动态监测和 “源” 的过程追踪。过去由于各方面条件的限制，重点在 “场” 的动态监测。现在，随着观测和数据分析技术的进步，实现对 “源” 过程的追踪成为可能。中国地震科学实验场结合这一科技发展趋势，把地震预测这一科学难题的阶段性的研究重点，放在对 “源” 的孕育发展过程进行精准监测和实证性研究上，这是推进经验预报向物理预报转变的关键一步，在这一过程中所形成的若干科学认识、技术进步，对国家的发展也具有重要的战略意义。（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有哪些特点，有哪些独特的优势?

A：实验场是世界首个 “从地震破裂过程到工程结构响应” 全链条设计、唯一针对大陆型强震进行系统研究的地震科学重大基础设施。实验场建成后，将成为科学研究链条最系统最完整、观测数据最丰富最连续，国际领先的大陆型地震研究基地。作为一个分布式的国家重大科技基础设施，实验场的不可分割性主要体现在体系层面。从系统工程中的 “神经网络系统隐喻（neurocybernetic system metaphor）” 出发，实验场总体设计高度重视从每一个 “神经元” （sensor）到 “神经网络中心” 之间的链接和系统以集成方式实现感知的研究对象。同时，实验场在与现有观测设施实现充分的共享共用的同时，通过技术标准体系、运行维护体系、成果转化体系的设计，明确实验场国家重大科技基础设施的边界，这不仅是实验场有限目标、有限内容、有限投资的需要，而且是实验场以现代化的方式实现成果转化、服务地震业务、服务国家建设和区域发展目标的必要的措施。（中国地震局科学技术与国际合作司 车 时、中国地震局地球物理研究所 李 丽）

Q：在项目建设方面，中国地震科学实验场是怎么考虑建设重点、建设密度和建设规模的？

A：任何建设都应该是有限目标， “有所为有所不为的” ，中国地震科学实验场也不例外。

实验场的一个重要目标是 “建设红河断裂带与川滇菱形地块东边界及邻区高时空分辨率地震观测网” 。其中，高空间分辨率主要针对重点地区实现，在原有的 “一带五区” 中，突出地震预测的科学目标，观测系统优先部署在其中的四个区中，尤以其中的两个 “灰犀牛” 性质的地区为重点；五个区按照其科学目标的不同和阶段性发展的设计，在方法上各有侧重；与工程相关的强地面运动观测和结构响应观测针对重点地区进行，并优先考虑原计划中四个重点地区中的两个；同时，有重点地开展光纤传感技术的野外试验，这是极大地提升空间分辨率的前沿技术。高时间分辨率主要通过现代地震观测和数据分析技术实现，包括波形相关技术、人工智能技术、绿色主动源技术等，与实现高空间分辨率的重点部署紧密结合。控制规模、分期实施是实现实验场长远科学目标的基本途径。

实验场以野外实验为主，野外实验与室内物理实验和数值实验相结合。 “十四五” 期间的实验场国家重大科技基础设施建设以野外实验为重点，室内实验控制在合理范围内，并直接为野外实验服务。

实验场国家重大科技基础设施向国内外科学界开放，其建设主要集中在作为 “骨架” 和基准的长期连续观测站网和与此相关的数据及数据产品的共享服务系统。以此为基础进行的相关科学问题的研究，通过其他的科技项目（例如国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央级公益性研究所基本科研业务费专项等）予以支持；与此配套的其他科技基础设施的建设，通过其他的投入渠道（例如财政部专项、小型基本建设项目、中央级公益性研究所修缮购置专项等）予以支持。（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建设和发展中，川滇地区和其他地区是什么关系？

A：根据实验场的长远规划， “十四五” 期间主要以川滇地区为重点，未来条件成熟，可向华北、新疆等研究区拓展。面向 “世界性创新高地” 的建设目标，实验场有针对性地吸引不同学派、不同 “范式” 、不同技术路线的研究到实验场进行假说检验、学术争论、技术比较；与世界上的其他实验场开展比较研究和 “协同分布式实验” 。（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与以往的防震减灾科技基础设施项目的关系是怎样的？

A：国家高度重视防震减灾事业的发展，仅从 “九五” 开始至今，就通过一系列重大基本建设项目、国家重大科技基础设施项目，对我国地震科技基础设施建设给予了强力支持。在地震观测方面， “九五” 期间 “中国数字地震观测系统建设和地震前兆台站（网）技术改造项目” ，投资0.6亿元； “十五” 期间中国数字地震观测网络工程项目，投资22.8亿元； “十二五” 期间中国地震背景场探测项目，投资4.2亿元； “十三五” 期间国家地震烈度速报与预警工程项目，投资18.7亿元。这些项目使中国的地震观测全面进入数字化、网络化时代。在大地测量方面， “九五” 期间中国地壳运动观测网络项目，投资1.4亿元； “十一五” 期间中国大陆构造环境监测网络项目，投资5.2亿元。这些项目使中国的地震大地测量全面进入空间技术时代。这些重大工程所形成的地震观测实验能力，成为中国地震科学实验场建设的坚实基础，同时也提供了重大项目的实施和管理的经验。

中国地震科学实验场的目标是在这些工作的基础上，全面推进地震预测的现代化。适应新时代国家地震安全的需要，地震预测的现代化不仅包括充分利用新技术所提供的发展机遇，使在精准测量、时间变化检测、野外半可控实验基础上的 “判定式科学假说检验” 成为可能，从而对地震预报这一世界性科学难题发起新一轮强有力的冲击，并以此全面提升对大国竞争具有重要战略价值的精准对地观测能力；而且还包括充分考虑新时代国家治理现代化的需求，通过从地震破裂到工程响应及链生灾害的 “全链条” 科学问题的研究，使各时空尺度的地震预测成为可能，为实现从减轻地震灾害损失到减轻地震灾害风险的转变发挥最大效能，促进我国对地震风险的理解和控制，达到与现代化国家总体目标相适应的能力和水平。

特别值得一提的是，汲取以往项目建设的经验，在中国地震科学实验场的工作中，更多地重视了系统工程思路和方法的应用。（中国地震局地球物理研究所 李 丽、丁志峰）

Q ：比照世界先进水平，中国地震科学实验场试图追求的目标是什么？

A：实验场面向地震科技的前沿问题，注重发挥中国地震科学的特色优势。

在地震中长期预测方面，沿川滇菱形地块东边界这一世界上最大规模的包括震源机制相近、处于地震孕育全周期不同阶段的断层段的断裂体系，通过 “空间换时间” 的策略，以 “源” 为研究重点，开展以活动断裂的 “闭锁段” 、大陆地区的 “慢地震” 、断层系统的演化等为直接研究目标的高时空分辨率多学科观测研究，其中连续测震手段的观测站点密度在一些地区超过美国南加州地区目前的水平，与已有川滇地区地震观测系统资源共享，可探测到的微震数量为现有川滇地区地震观测系统的3倍以上（这已超出监测预警业务的要求，而完全是面向地震预测目标的科学研究的要求）；连续GNSS观测站点密度在重点地区超过美国南加州地区目前的水平，并可为改善现有的GNSS观测系统分散、部署重复、以流动观测为主的局面发挥决定性作用。

在地震短临预测方面，围绕地震孕育发生过程的 “亚失稳” 模型，以 “源” 和 “场” 的关系为研究重点，在原滇西地震预报实验场及其周边地区、川滇交界地区、川滇菱形地块东边界与红河断裂带交汇地区，并兼顾整个川滇地区，开展面向科学假说检验的多学科、多尺度野外观测实验，其中受地表气象条件和环境影响较小的温泉流体地球化学观测站点规模超过意大利和日本现阶段的水平。

在地震强地面运动预测和工程震害预测方面，针对不同烈度的典型地区，围绕复杂场地响应和典型工程结构、重大及特殊工程结构、高密度群体建筑、城市地下空间的地震响应，开展高分辨、多类型、 “全天候” 的观测实验，其中井下—地表相结合的高分辨率强地面运动观测站点密度达到国际领先水平，地震灾害情景构建及其应用的能力达到国际先进水平。

在地震链生灾害防治方面，汲取地震预报实验场的经验，建成国际上第一个地震链生灾害综合防治科学实验场。

在新技术的野外实验方面，以显著提升精准动态感知能力为主要目标，以近断层观测为重点，与 “一带五区” 部署相结合，面向世界科技前沿，为光纤传感器、绿色主动震源、 “北斗” 应用、深井综合观测、人工智能、大数据等先进技术的应用提供野外科学实验和应用系统试验平台，推进其技术成熟度水平的提升；其中光纤传感器、绿色主动震源、 “北斗” 应用以自主技术为主，达到国际领先水平。（中国地震局地球物理研究所 丁志峰、李 丽）

Q：中国地震科学实验场预期可能取得重要成果的科研方向有哪些？

A：非常理解这个问题，因为对于刚刚从事科研工作的年轻同志，选择一个有希望的科研方向是至关重要的。但同时，坦率地说，这是一个难于回答的问题。因为基础科学研究总是有很多 “意外” 。

从中国地震科学实验场的观测实验条件来看，结合近期国际地震科技的重要进展，一些有可能取得重要科技成果的方向还是可以预期的。这些方向包括、但不限于下面的10个（其实 “十大方向” 之类，多少是有些 “形式主义” 的，大家倒不必认真对待）。

（1）现代意义上的、广义的预测（中长期地震预测、短临地震预测、地震强地面运动的预测、地震灾害及其链生灾害的预测）是实验场的核心科学问题。短临地震预测，即本来意义上的地震预测，既是历史上的实验场的核心科学问题，也是此次实验场受到高度重视的关键科学问题。实验场阶段性的目标是，以新的多学科观测为基础，实现地震预测从经验/统计性预测到物理预测的最初一公里。

（2）中长期地震预测的核心科学问题，是从板块边界带到具体地震断层的应力传递的最后一公里问题，也是从经验/统计预测到物理/数值预测转换的最后一公里问题。其阶段性、地域性工作特点还在于，沿川滇菱形地块东边界这一世界上最大规模的包括了处于不同孕震阶段的相似的断层段的断裂体系，进行类似于天文学中的 “空间换时间” 的刻画。可以预期的是，这是实验场的第二个重要方向。

（3）实验室的物理实验、虚拟实验室的数值实验、野外实验室的现场实验的结合，是实验场的重要研究方式，但实验场首先要强调野外实验室的现场实验。诱发/触发地震的研究，构成了实验场预期成果的第三个重要方向。

（4）地震科学是观测科学，科学目标与观测目标组成一个矩阵，例如，形变观测既可以用来解决中长期预测问题，也可以用来解决短临预测问题。中长期地震预测既需要形变观测手段，也需要地震学手段、地球化学手段。这个矩阵本身就是实验场的价值所在，它同时决定了实验场（操作层面）的组织架构。实验场需要野外工作的支撑、数据汇集和初加工的支撑。从新技术应用（硬的方面）和数据科学应用（软的方面）开展研究，首先要从准可控实验的角度去认识。这是实验场的一个带有时代性、前沿性的方向。

（5）地震情景构建是地震预测现代化的重要探索，是体现实验场时代性的另一个重要方面。地震预测现代化的最重要标志，就是要在科技上落实 “两个坚持三个转变” 。这是实验场的一个有可能产出高水平成果的方向。

（6）国家重大科技基础设施主要是通过提供background，backbone，baseline，首先是backbone和baseline，构成一个新版的野外实验室（natural laboratory）。实验场的感知网是一个神经网络式的结构，这是与其他科技基础设施（如加速器）不同的，同时，它与当地的用于常规地震监测预报预警的观测系统，既有合作共享，又有清晰的边界。这一边界表现为实验场的技术标准体系—这将是实验场的一个重要方向。可以期望的是，实验场如试图成为世界性的地震科技创新基地，那么实验场的国际标准将是一个重要标志。

（7）在实验场的建设中，数据支撑、数值实验、数据科学，这三个部分需要、并且有条件统筹规划。我们既需要一个物理的实验场，也需要一个数字的实验场。数字的实验场一定意义上可能更重要。这个方向，可作为另一个重要的方向，产出不一定 “高产” ，但非常重要。

（8）实验场既是natural laboratory，也是test site，这是实验场的一个预期 “高产” 的方向。但如同航天器试验场的任务并不是自己研制航天器，实验场（国家重大科技基础设施）支持新技术的主要方式，不一定是自己去发展具体的新技术，而是为TRL7-9的新技术提供试验平台。观测技术如此，抗震技术和链生灾害防治技术也应如此。

（9）一方面，实验场中的科学研究通过国家重大科技基础设施之外的科技资源支撑实现，另一方面，国家重大科技基础设施对科技资源具有强劲的带动作用。也就是说，我们需要一个物理的实验场、一个数字的实验场，还需要一个 “财务的” 实验场。以这个机制产生的若干成果，（反而）有望达到国际领先水平，这恰是实验场的核心价值所在。

（10）实验场是一个科学工程，地震科学是观测/实践科学。实验场预期可取得的成果，首先是涉及地质学、地震学、大地测量、地球物理、地球化学、地震工程的面向中长期地震预测、短临地震预测、地震强地面运动预测、地震灾害预测的基础科学成果。这是相关数据优势的集中体现。实验场国家重大科技基础设施，首先要解决好工程技术问题，其次要解决好系统工程问题。实验场的系统工程作为一个重要方向，本身也可以产出重要的成果。

实验场是一个大科学工程，实验场预期可取得的成果，是这一系统工程的产出，这种产出是宽谱带的、多层次的。

国家重大科技基础设施是实验场的核心，但并不是实验场的全部。实验场是一个开放系统，它的生命力就在于它的开放性。

以上展望了实验场的一些可能是重要的科研方向。最后需要重申两件事： ① 科研突破往往超出我们的预想，因此，无论是从投资的重点方面，还是从科技力量的部署方面，上述展望都不应该、也不可能成为限制我们思路的 “条条框框” ； ② 科研工作不是 “想” 出来的，而是 “干” 出来的，需要 “不畏劳苦、沿着陡峭山路攀登” ，需要 “去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里” 的证伪，还需要我们的通力合作。（中国地震局地震预测研究所 吴忠良、中国地震局地球物理研究所 丁志峰）