中国科学院大学:罗纲

被访人:罗纲(中国科学院大学 教授)

采访人:周锐

 

实验场工作人员:实验场作为国家级平台,应该承担怎样的责任和使命,能为科学家提供怎样帮助?

罗纲:中国地震科学实验场是一个针对地震的实验研究平台。它应该为地震科学研究者提供一个数据平台,比如提供及共享实验场的断层、地壳岩石圈速度及流变结构、地壳变形等等相关数据资料,为地震科学研究者使用各种不同方法手段研究地震提供一个基础。同时,地震科学家所做的研究及结果,又反馈给实验场,对数据进行修正完善,并且对地震研究提出新理论、新方向及新方法;形成实验场平台与地震科学研究者之间良好的相互帮助、相互促进的态势,最终将地震研究向前推进。地震研究任重道远,中国地震科学实验场平台在短期可能见不到很明显的效益,但请一定要长期坚持下去,对地震科学研究必将产生深远的影响。不积跬步,无以至千里。

 

实验场工作人员:您参与中国地震科学实验场的初衷是什么?是什么促使您要参与到这样一个项目、工程或科学研究中来的?

罗纲:我一直在研究大陆内部地震及我国南北地震带的地震活动规律、特点,及其动力学机制。这与中国地震科学实验场的研究目标、研究内容是十分一致的。大陆内部地震是全球地震研究的难点和焦点。我们并不清楚大陆内部断层系统地震活动的动力学机制。川滇地区地震活动频繁,是我们研究与探索地震活动动力学机制的天然实验室。另外,在石耀霖院士的推动下,基于物理的地震数值预报研究工作也在积极推进。我们课题组的研究主要是以数值模拟实验为手段,整合已有的各种观测观察数据资料到数值模型中,探索地震活动规律及动力学机制,研究断层系统各个断层段落各个位置不同震级地震的复发特征或其年发生率。期待我们课题组的研究能够为地震活动机制探索及地震数值预报工作提供帮助,并对区域抗震救灾与地震危险性评价提供重要理论基础及实际参考意义。

 

实验场工作人员:据您所知,当前国内外的科学研究与技术发展中,是否有其他类似工程或项目是与中国地震科学实验场相类似,那些经验教训可以借鉴的?

罗纲:有一些类似工程可以借鉴。比如,美国发展了“统一的加州地震破裂预测体系(UCERF)”。这个体系包含了断层模型、变形模型、地震速率模型与概率模型,是一种基于物理概念的统计预报模型;他不是一个简单的固定的模型,而是一个可以吸收不同研究者工作、贡献和观点的体系。又比如,意大利在拉奎拉地震后,大力发展的可操作的地震预测(Operational Earthquake Forecast,OEF)。这个模型发展了一套算法,主要利用地震活动性资料,能够按时更新,给出区域未来一段时间内发生不同震级地震的概率图。

 

实验场工作人员:您的学科领域内,哪些工作将在实验场平台开展,有望在哪些方面取得进展和突破?

罗纲:

我们将在实验场平台开展如下三方面的工作:

1、我们将开发一套数值模拟实验平台,探索中国地震科学实验场中北部地区地震活动的动力学机制,包括地震的时空迁移、地震丛集性、及断层之间的力学耦合作用。

2、模拟合成万年至几十万年时间尺度的地震活动目录(人工合成的长期地震目录),补充了现代仪器地震记录和历史地震资料的不足和缺乏。

3、基于符合研究区地球动力学背景的人工合成地震目录结果和观测数据,分析区域b值分布特征,计算地震在各个断层的迁移概率,做出各个断层各个段落不同震级地震的复发时间间隔和年发生率图。

期待的三方面的进展和突破:

1、完成一套三维黏-弹-塑性多断层系统的地震活动的并行有限元源程序及模拟平台。为地震数值预报工作提供实验平台基础。

2、帮助理解大陆内部及川滇地区地震活动的动力学机制。

3、完成基于模型结果(人工合成地震目录)和地震数据的区域断层系统的各个震级地震的复发时间间隔图和年发生率图。对区域地震活动性、地震复发规律与特征、及地震危险性评估与抗震减灾提供基础与参考。

 

实验场工作人员:您认为实验场应在哪些方面提供更好的条件和设施,将有助于加快以上目标的实现,比如观测资料共享、基础设施建设和学科交叉合作等方面?

罗纲:地球科学是一门依赖于观测数据、观测资料的学科。毫无疑问,各种观测数据及资料的收集、整合与共享,例如GPS、InSAR、水准测量等大地变形数据,长期地质观察数据,地震目录数据,断层几何与强度等数据资料,地震波层析成像、温度、电磁、重力勘探等研究得到的地壳岩石圈速度及流变结构,地震震源机制解,地应力等等这些数据的整合与共享,对于我们构建与约束动力学数值模型特别重要。

期待中国地震科学实验场平台在观测资料数据共享方面能够宽松和高效,例如提供网上下载链接,线下可提供移动存储邮寄,提供各学科的成果图片和资料。也期待以实验场为平台,让各个学科及各个研究方向能够充分交流、交叉。

 

实验场工作人员:您认为实验场科学设计的有哪些科学问题是您感兴趣的?

罗纲:研究区内的断层的空间三维几何分布;断层系统各分段的长期及短期滑动速率;各块体的流变、强度结构;地震活动目录,包括仪器记录的地震目录、历史地震目录及古地震数据。以上这些问题及数据的研究和确定对我们的数值模拟实验工作提供很好的帮助与约束。

具体到我们关心的科学问题,包括:全应力下,断层系统中各个断层相互力学耦合;地震丛集性;地震时空迁移特征及其概率;断层系统各个断层各个段落的不同震级地震的复发时间间隔及年发生率。

 

实验场工作人员:您参与实验场科学设计的最深感受是什么?是否愿意推荐更多的同行专家参与实验场工作?

罗纲:我及我的研究团队非常高兴和激动能够为地震事业尽到绵薄之力,能够参与到实验场的地震活动规律、断层地震复发特征及年发生率等关键科学难题的研究队伍之中。同时,我们也存在着些许忐忑。相对于其他国家对于地震预测方面的研究,大都基于经验预报或统计预报,而我们的研究是基于物理力学方程及机制的,通过多学科的观测数据作为约束进行数值模拟实验,并开展断层地震复发规律的研究、探索及数值预测。我们的研究尚处初级阶段,开发的数值模拟程序、平台及模型也还需进一步完善。

地震的研究是多学科的综合研究,因此需要系统地开展基础性、综合性的对地球内部及地震的观测、探测与研究计划。毫无疑问,期待更多的同行专家能够携手并进,利用不同的研究手段,从不同的技术角度参与到实验场的工作当中。

 

实验场工作人员:您对5年后实验场建设成果,有什么样的期待?

罗纲:期待中国地震科学实验场能够像美国加州的地震科学实验场一样,在全球的地震科学研究、地震灾害评价及抗震减灾方面,起到引领示范作用。经过实验场5-10年的建设和发展,期待我们能够深入认识和理解大陆内部地震,在大陆内部地震研究方面,达到世界先进水平。

 

实验场工作人员:您对中国地震科学实验场建设和发展有什么建议?

罗纲:目前我唯一的建议就是中国地震科学实验场能够长期坚持下去。地震研究任重道远,中国地震科学实验场平台在短期可能见不到很明显的效益,但在长期必将对地震科学研究产生深远的影响。不积跬步,无以至千里。