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探索地震预测的未来——地震预测观测技术专家池顺良研究员

2011-03-18

 

 池顺良,男,我国资深地震监测预报专家,河南省鹤壁市科委副主任、市七届政协副主席、鹤壁市地震局高级工程师(教授级),主要从事钻孔应变仪器研制、地壳应变与应变固体潮观测、大地构造与地球动力学研究,是中国地震学会地震观测技术专业委员会委员、中国科学院测量与地球物理研究所开放实验室客座研究员、中国科学院计算地球动力学重点实验室客座研究员、《地震学报》编委。

发明钻孔应变仪

上个世纪60年代,池顺良在北京市规划管理局工作,1975年海城地震后,池顺良加入到地震群测群防工作,后来被抽调到新成立的鹤壁市地震办公室工作。1976年唐山大地震造成了巨大破坏。这激发了池顺良寻找地震预报有效方法的强烈愿望。他阅读了大量地震学资料,认识到地震是门观测科学,预报地震必须从仪器做起。他接受了李四光对地震孕育过程最直接相关的应力应变进行观测的观点,提出应力应变地震仪的研究设想。

弹性力学基础不错的池顺良不久就把仪器做得有点样子了,其间他曾不断地请教地震学家秦馨菱、现代力学专家王仁、地球物理学家许厚泽等,并得到了热情指导。1978年经过河南省地震局专家推荐,池顺良的仪器得到了傅承义、顾功叙和王仁等大家的认可,顺利在国家科委立项,获得了25万元的研究经费。这在当时不是一笔小数目。

池顺良很快发现,群测群防工作中出现的土法研制的监测仪器很成问题,有些仪器埋在土里时和吊在树上时的观测记录一样,依然被视为客观异常,令人哭笑不得。

1979年,国家地震局召开芜湖会议,池顺良也被邀参会。会上他提出,地震监测仪器必须要满足两个标准,一个要记录到地球的脉搏”——固体潮,一个要记录到地震波。这个意见得到了主持会议的陈鑫连等地震专家的肯定,并作为下一步仪器研制的要求写入会议决定。

1984年,池顺良的仪器几经改进,先后经过上海佘山、北京香山和河南清丰地震台站4年的测试,迎来了项目结题评审。最终,池顺良的工作得到了高度肯定。他研制的压容式钻孔应变仪在地层剪切应变量的测量技术方面有独到之处。这种仪器用同一个探头就可以开展应变固体潮、应变地震波和地球自由震荡诸方面的研究,对于地球科学的研究具有重要意义和较广泛的应用价值。可以在地震重点监视区开展密集化观测,并可获得较为可靠的地震前兆信息。

1986年是邢台地震20周年,在时任国家地震局局长安启元所作的《我国地震工作20年》的总结中,池顺良的压容应变仪被列为优秀地震科技成果之一。池顺良的仪器还引起了国外学者的注意。美国地球物理学家Agnew博士在给池顺良的信中称赞道:您的仪器在高频端比我们PFO台上工作的任何仪器都好得多。

从汶川大地震应变前兆时空特点看大地震预测审慎乐观的前景

随着时间的推移,十五期间布设的40台仪器开始在日趋活跃的地震活动中迅速得到检验。其中就有2008512日发生的汶川强震。

姑咱台的钻孔应变观测仪器在20061028日安装完毕,数天后仪器即实现了稳定观测。20074月中旬,仪器出现应变异常,此后持续不断,10月曾短暂消失了几天。20082月姑咱台附近先后发生两次4级以上地震,3月又经历了23级地震多次,观测到异常特别频繁、越来越大,并一直持续到汶川8级地震发生,异常持续时间长达1年零1个月。

根据池顺良的研究分析,在100多台钻孔应变仪中,只有离汶川震中最近的姑咱台记录到了明显的应变前兆异常,表明大地震应变前兆确实有近距性或定域性——明显的强震前兆异常只发生在震中及其附近地区,稍远处的仪器就记录不到应变异常;反之,只要在强震震源或临近地区布设有观测仪器,就能观测到强震孕育的应变变化过程。

池顺良还在研究过程中发现,姑咱台记录到的汶川地震应变前兆在震前13个月就出现,表明大地震应变前兆具有相当长时间提前量,相应地就会有较长的应急处理时间。 现有应变观测网密度很稀,汶川大地震只有姑咱台一个台接收到应变前兆信号。在一个密度较高的台网中,就会有多套仪器同时接收到同步的应变变化,就能圈出震源区以确定地点和震级。非常可惜的是,计划要布设的更接近震中的松潘台因地层岩性太软,仪器未能装成。 姑咱台探测到了汶川大地震清晰的、长时间的应变前兆,为大地震的预测提供了新思路和新方法。

努力建设应变观测网,实现科学的地震预报

在池顺良长年不计得失的努力中蕴含着一种别样的气质——那个时代过来的人身上透出来的使命感,研究钻孔应变仪包含了他对于实现地震预测预报突破的勇敢追求。

他依然记得当年周总理在邢台地震现场留下的一句话:希望在你们这一代能解决地震预报问题。在池顺良看来,这不是周总理个人对科学家提出的要求,他代表了民族和国家,中华民族要在这块土地上生存就必须要解决这个问题。

在池顺良研究员看来,要实现科学的地震预报,一是必须建立起能把握地震孕育、发展、发生全过程的观测技术系统;二是要逐步搞清地震的成因和机制。观测与理论两者缺一不可,观测系统的建设必须先行。

我国第一个测震台网是在邢台地震发生后架设起来的“北京八条线”,即北京遥测地震台网前身。到“十五”期间,大陆地区测震网已经形成,测震定位、速报等基本功能均得到大幅提升。现在的地震学方法,从地震波记录中除了可确定震级、震中位置外,还可以提取断层破裂、地层应力降、环境剪应力等诸多参数。用中科院力学研究所研究员尹祥础提出的加卸载响应比方法,甚至可以判断地层是否已进入大破裂前的临界状态。但地震学方法只记录不连续事件,对了解地震的孕育、发展、发生全过程仍嫌不足。在测震方法之外寻找有效的前兆观测手段成为突破地震预报的关键。

用钻孔应变仪连续观测记录地层的应力应变变化是了解地震孕育、发展、发生全过程的有效观测手段。从2003年美国提出“地球透镜”计划以来,美国已在西海岸地区布设了一百多套分量钻孔应变仪,观测到了以前不认识的“慢地震”等地壳运动事件,地震科学家对地震活动机制有了进一步认识。

地震对中国人民造成的伤害实在太大了。近百年来我国发生死亡人数3000人以上的强地震13次,平均7年一次。池顺良的紧迫感在汶川地震之后更加强烈。他认为,随着中国大陆地震活动进入新活跃期,加速建设全国应变观测网已经迫在眉睫。建设密集的应变观测网络并结合其他手段,我国地震预报的成功率将会向前迈进一大步。

在汶川地震后写成的一篇文章中,池顺良描绘了他的理想——在全国布设数千个应变观测站。有了高密度的应变观测网,地震预报急切需要的天气图”——全国应力、应变变化图就可绘出。这将是世界上第一个密集应变台网,我们也希望它能在地球科学的基本问题,即地震与地壳运动的成因及地壳运动力源探索上取得进展。因为构造地震说到底是大地构造运动的产物,只有更深刻地认识山脉的成因、海陆的起源这些地球科学的基本问题,我们才能更深入地了解地震的孕育和发生。或许这是解决地震预测这一世界科学难题的机会。

后记:

1975年算起,池顺良在钻孔应变仪上已经耗费了30多个春秋。现年68岁的他与这套地震前兆监测仪器紧密合为一体,其间既有仪器研制成功时的喜悦,也有研究遇冷时的默默追求,充满了戏剧性的跌宕,但他从未放弃过希望。从唐山到汶川,地震预测虽然又一次遭遇挫折,但这30多年来,地震预测观测技术取得了巨大进展。正是在观测技术巨大进展的基础上,发现了汶川地震的应变前兆。 加紧在全国布设钻孔应变密集观测网络,并结合其他手段,处于困境中的大地震预测难题将逐渐得以破解,我国地震预报的成功率将会向前迈进一大步。