深部探测：入地解谜
深部探测：入地解谜
在汶川地震后，学界的总报告中，提到“逐步从经验预报向物理预报发展”
《望东方周刊》记者葛江涛 | 北京报道
2008年的汶川地震，震级达8.0级。当时中国已建设了超过1300个地震监测台，但用中国科学院院士石耀霖的话说，并没有发现任何“前兆”。
新中国成立以后50多年来地质工作的成果，似乎也被这场巨震摧毁。如同灾区重建，中国的地质科学以及地震预报，不得不在检讨的基础上重新起步。
作为一个典型，耗资数以亿元计的中国“深部探测技术与实验研究”专项(以下简称“深部探测专项”)在2008年后启动，成为中国地学史上最大的科学项目，也是新中国投资最大的基础科学项目之一。
科学家们希望，它能够“开启中国地学新时代”---其中自然包括对地震的研究和预测。
根据对龙门山断裂带南部的监测结果，“深部探测专项”早就对芦山一带进行了异常预警。四川境内建设的十余口深孔测量井显示，“从2009年以后，映秀以南的区域一直处于高应力状态。”已经赶到灾区的“深部探测专项”负责人、中国地质科学院副院长董树文告诉本刊记者。这代表着，深层地下的岩石受力持续加剧。
“此次地震不是意外。”承担“深部探测专项”相关子项目的石耀霖说，即使地震发生后，“似乎还没有释放出这100公里断裂带内积蓄的能量”。
汶川地震改变了人们对科学特别是地学的认识。
一直以来，中国人更愿意用板块运动理论来描述地震成因。然而，震后笼统的定性总结并不能预测下一次地震。石耀霖说，这需要更严谨的定量分析。
由于国家层面的支持---“深部探测专项”已在灾难多发的青藏高原东南缘建立了深孔井监测网络，石耀霖的设想正在强力推进。
抵达地下数百米、甚至上千米的深度，并非“深部探测专项”的最终目标。作为中国地壳探测工程的培育性启动项目，5年来，超过1500位科研人员在全中国推动这项计划。
对中国地下最深刻的认识，将对中国的资源战略、防灾减灾规划产生根本影响。“这次芦山地震以后，将会更有力地推动地球科学的基础研究。”董树文说。
依赖“异象”的地震预报
4月22日，中国地质科学院召开芦山地震研讨会。中国最权威的几位地学院士分析交流了龙门山地震构造带东南部、宝兴等地的应力监测数据。
应力是一个力学专业词汇，通常定义为“单位面积上所承受的附加内力”。其中，地应力指地球体内的应力，它一般由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素形成。
地应力施加于岩石将产生应变---作用在深层岩石上的地应力一旦超限，岩石就会破裂，发生地震。
几位院士会商的结果是，地应力动态变化与地震孕育发展存在密切关系。
“深部探测专项”目前在青藏高原东南缘和北京周边地区建立的观测站，是目前中国最好的地应力监测网络之一。它的子项目之一，就是“地应力测量与监测技术实验研究”。
据石耀霖介绍，过去5年间，“深部探测专项”在青藏高原东南缘共建立了28个应力应变检测台站，数据通过网络实时传输到北京的地应力监测数据中心，为地震预测研究提供了大量基础资料。
其主要科研设施，是位于四川境内的十余口深孔应力测量井，“最深的测量井有800米深，主要用来测量地球应力的调整规律。我们发现汶川震后，2009年开始，映秀以南区域一直处于高应力状态。”董树文说，位于宝兴县境内的测量站也很典型，“应力的微小变化都反应出来了。”
2011年，经过持续监测，科学家们将该区域应力较高的数据资料报送国家地震部门。
时间回到2008年5月，汶川地震发生后，媒体对地震原因的解释几乎相同：印度板块与欧亚板块碰撞，造成青藏高原快速隆升和物质向东缓慢流动，在龙门山向东挤压，遇到四川盆地刚性地块阻挡，造成构造应力能量长期积累，最终发生地震。
“这种说法对不对？应该说没有错误，但很不够。为什么汶川地震发生在龙门山之下，而不是更东或更西？为什么发生在十余公里深的上地壳底部，而不是更深或更浅？为什么西南段以逆冲为主、而东北段为右旋走滑？定性的说法是远远不够的，需要定量的数值模拟。”石耀霖说。
中国地质学家一直希望对地震进行有效预报。1953年中科院成立“地震工作委员会”，由李四光、竺可桢分任正、副主任。
而在石耀霖看来，之前的地震预报基本属于“前兆”预报。一些被公认的可能前兆包括地磁要素、地下水位、地电、生物、气象等方面的变化。
它的理论前提是：有某种异常后就会有地震，没有异常就没有地震。
而在汶川地震发生后，很多宣称曾成功预测这一地震的依据，就是提前观测到某种前兆。而后来，所谓“鱼鳞云”还在很多地方引起恐慌。
但是，早在1997年，西方科学家就宣布，在经过100多年研究后，仍然未能确认可靠的地震前兆。理论工作表明，导致地震的断层运动是一个非线性过程，庞大地球内部任何不可测量的微小因素，都可能引爆一场强烈地震。
直到2008年，中国仍希望建造更多的观测站，通过及时发现“前兆”来预报地震。
不同的地震预报方法，其实质就是依据不同的“前兆”。而“最权威”的是综合预报：将各种“异常”的时间变化综合分析，找出与地震的关联。
这些方法虽然成功预测了海城地震，但对于汶川地震，无论中长期预报还是短期预报，都没有发现任何“前兆”。
从“前兆预报”到“物理预报”
在通过经验统计预报地震的同时，在地震发生后，也缺乏对其原因、过程的数字描述。
芦山地震发生后，中国工程院院士、地震学家许绍燮表示：“主流的观点都认为是板块碰撞。南边的欧亚板块、东边的太平洋板块等相碰撞导致此次地震，但这样解释还有很多不足。”
2008年后，龙门山断裂带区域成为地质科学研究的焦点，“下地壳隧道流一度成为一个主流观点。这个观点认为青藏高原板块不断向东方向扩散时，下地壳是软的，由于温度高，流动速度快，下地壳的物质涌上来，在龙门山地区就能看到很多下地壳的岩石。”董树文说。
随着研究的深入，一些新的理论陆续被提出。“深度观测系统并不太支持这个观点。有的研究人员提出，龙门山一带不是以挤压为主，而是以侧向滑动为主，挤压是局部的，侧向滑动是主体，这就挑战了原来主流的下地壳隧道流理论。”
在这些宏观描述之外，当时的一个现实问题是：几乎整个龙门山断裂带都发生了破裂，但是西南段的约100公里没有破裂。
这一段落会破裂吗？破裂规模会有多大？什么时候破裂？
这已不是观测“前兆”能够解决的问题，它关系着这个地区可能发生的下一次强烈地震。
石耀霖举例说：掰断一根筷子的过程，其实可以用筷子的强度和弯曲的速率来解释，也就是计算应力超过筷子强度的情况。这两个要素是破裂的关键。
同样，了解深层地应力和岩石的物理情况，也就可以计算后者破裂的时机。
据石耀霖介绍，在汶川地震后，学界的总报告中，就提到“逐步从经验预报向物理预报发展”。
这就好像天气预报，它以物理学为手段，运用高速计算机，通过对大气流体力学、热力学的一系列模型计算，了解未来大气的变化和大气要素的分布。
但是，如何了解地应力和岩石的基本情况？在某个时刻，地应力是多少，是否已经临近岩石的强度？
只有进行深部探测，抵达地下数百米、上千米乃至更深处，才可能回答这些问题。
此前，石耀霖等科学家仅通过2003、2008 和2010 年在宝兴、康定等地区的4个钻孔数据就得到结论：龙门山断裂西南段，尤其是康定地区，汶川地震后仍然积累有较高的地应力。
同时，龙门山断裂带西南段的最大应力，已经达到断层活动应力临界值，断裂活动进入临界状态，已经具有发生地震的可能性。
“结合地应力测量结果、地震地质等资料认为，龙门山断裂带西南段具有潜在大震危险，值得重点关注和研究。”当时他们在报告中说。
石耀霖表示，当时由于只有少量不深的钻孔应力测量资料，在数值预报探讨中还无法在芦山地震前作出确切预报。“雅安接近7级地震的发生，对于我们并不意外。但是，在没有地壳深部基于观测的应力实测资料、断层强度资料的情况下，我们仍然没有充分的定量的力学根据，判断地震发生的时间。”
他说，就这两天见到的余震目录资料，目前芦山地震似乎还没有释放出这100公里断裂带内积蓄的能量，但是否有下一次接近7级的地震以及发生在何时，还缺乏资料作出评估。
也就是说，虽然监测已经实施5年，但由于缺乏长期积累，数据还无法支撑对地震进行更为详细的计算。
因地震启动的“大计划”
时间再向前推，早在2002年，地质学家曾提出预算30亿元人民币的“地壳探测工程”。但它立刻引来强烈反对，未能成功申报。
2007年，基于中国资源紧张的背景，中国地质科学院曾再次申报地壳探测工程，仍然未果。
第二年5月，汶川大地震发生，中国人对于脚下大地的认识需求大大增加。当时财政部一位官员在与董树文通电话时偶然提到，领导们很关心为何“落地”的科学研究还没有结果。
董树文连忙告诉对方，自己这里就有个“大计划”。
于是，“地壳探测工程”的培育性启动项目---“深部探测专项”得以实施。
作为一个“大科学”项目，“深部探测专项”要为“地壳探测工程”做好关键技术准备，包括研制深部探测关键仪器装备，解决关键探测技术难点与核心技术集成，形成对固体地球深部层圈立体探测的技术体系；在不同景观、复杂矿集区、含油气盆地深层、重大地质灾害区等关键地带进行实验、示范，形成若干深部探测实验基地，等等。
地应力监测网络只是“大计划”的一部分。在“深部探测专项”2012年年报中输入“龙门山”进行搜索，可以找到分散在数个子项目中的49条结果。
中国地质科学院研究员陈宣华告诉本刊，过去5年中“深部探测专项”完成了6000千米的深反射地震剖面，大幅度提升了中国深部探测技术能力，在资源发现、环境监测、灾害预报、地球认识等领域取得诸多成果。
深反射地震剖面是通过人造地震波，通过计算获得深层地下的剖面数据。
在2008年之前的50年间，中国一共只获得了5000千米的深反射地震剖面。虽然目前1.1万千米的数字与美国的2.46万、英国的2万千米尚有差距，但是已经与意大利、德国、加拿大、澳大利亚等超过1万千米的国家看齐，“由此，我国也跻身世界深部探测的大国行列”。
此外，易于被大众理解的，还包括覆盖整个中国大陆的电磁探测阵列网。
总之，“深部探测专项”希望让中国人真正了解自己脚下的大地，并据此制定防灾减灾、资源开发等国家战略。
董树文告诉本刊，目前中国做的应力监测从200米到1000米甚至更深，“跟国际上基本处于相同水平”。
院士们对芦山地震的研讨中也谈到，地应力监测数据资料还需与其他地震监测手段密切结合，才能更好地发挥作用。
然而无论何种方法，都需要以数据为基础。石耀霖认为，目前地应力研究的瓶颈就是缺乏初始数值，虽然可以计算变化值，但很难了解绝对值。
这对于定量计算来说是巨大缺憾，还须经过长期监测才能获知结果。而“应力观测系统的改进必须有国家级的部署”，他认为。
在《国家地震科学技术发展纲要(2007～2020年)》中，国家地震减灾科学计划即包括地壳变形观测与活动构造调查，深部结构和孕震环境探测，地震数值预测的试验研究，地震成灾机理与减灾技术等，“规划已经过去了一半时间，希望在2020年完成地震数字预测的试验研究。”石耀霖说。
他希望，“深部探测专项”在数据积累中承担重要角色。当然，还有正在筹备中的“地壳探测工程”，它也许将有助于解答中国人对大地运动的终极疑问。
新技术助力地震救援
美国加州大学伯克利分校两位计算机专业的中国留学生利嘉豪和龚渠成，熬了一个通宵，在4月21日写出了一项用来收集和整合目前各个寻人平台数据的程序
《望东方周刊》特约撰稿叶雨岑 | 北京报道
网友“meaningless_批话多”在4月20日早上8点08分发布微博称，“我以为我要死了！震中肯定在芦山县！我家房子已垮”，同时上传了房屋受损、居民在屋外聚集的照片。这条微博是来自震区最早的消息。
随后，中国地震台网正式测定：4月20日8时02分在四川雅安市芦山县发生7.0级地震。
4月20日上午10点前，上述网友通过微博发布了8条信息报告自己家附近情况，这些微博的文字及图片信息成为雅安地震发生两小时后外界获得的为数不多的信息之一。
2008年汶川地震时，社交媒体在中国尚未兴起，人们更多地依靠电视、广播和门户网站获取信息。从汶川到芦山地震的5年间，基于微博和微信等社交平台的救助力量正在快速成长，并成为救灾的新生力量。
2011年日本大地震发生时，在通信网络陷入拥堵时，以微博为代表的SNS、以微信为代表的即时通讯软件等都被充分用于寻人救灾。此次芦山地震中，社交媒体成为外界了解地震消息的重要渠道，也成为民众和社会团体传递灾情讯息、自发维护救灾秩序和舆论监督救灾工作的途径。
中国留学生写程序整合寻人平台
地震发生后，社交网络信息量激增，网友纷纷通过社交平台及搜索引擎发布、查询信息，传递灾区寻人的需求。新浪微博、百度、腾讯、搜狐、360、搜狗等相继开通寻人专区。
最早开通这种寻人平台的是谷歌公司。从美国大海啸到美国飓风，再到海地大地震以及前不久的波士顿爆炸案，“谷歌寻人”都曾发挥作用。4月20日下午，“谷歌寻人四川地震版”页面上线。
从平台界面来看，以百度为例，是将百度贴吧上特定寻人帖的留言整合到发布平台上，可以选择“我要寻人”或者是“我要报平安”的选项，搜索姓名和电话可以快速搜索到自己所关心的人。
但整个平台上寥寥数百条难辨真伪的寻人信息相互杂糅，加之多家平台各自运营，数据没有协同，很难方便快捷地定位信息，使得寻人效率大大降低。根据百度4月21日的统计，截止到4月21日10点30分，仅确认有6人与亲友取得了联系。
基于寻人平台的现实状况，美国加州大学伯克利分校两位计算机专业的中国留学生利嘉豪和龚渠成，熬了一个通宵，在4月21日写出了一项用来收集和整合目前各个寻人平台数据的程序。
来自广州的利嘉豪是计算器工程专业本科三年级学生，来自无锡的龚渠成是计算器工程和工程统计数学双专业三年级学生。利嘉豪在接受美国媒体采访时说：“我们并不是想要做一个垄断的寻人平台，只是想让国内互联网大公司意识到平台数据不通这个问题。”
中国的互联网公司确实因此意识到了平台整合、数据互通的重要性。4月22日，新浪微博宣布开放震灾寻人数据，与百度、搜狗、360等合作方实现打通，这是国内大型互联网公司首次在灾难救援方面实现数据互通。而百度则上线“百度全网寻人平台”，不仅整合了多家门户网站、微博平台的寻人信息，还整合了谷歌的寻人数据，只要在搜索框里输入“雅安”，首先看到的就是这一平台。
整合后的效果也很明显，上线一天时间，百度全网寻人平台已经聚合了各大网站近30000条寻人信息，搜狗则聚合了近15000条信息。截至22日下午3点，仅在百度贴吧寻人平台中，已有57人成功找到失散亲友，总点击量超过2451万人次。腾讯微博寻人平台则累计收集整理有效寻人信息共14700余条，369人被亲友找到。
高分辨率地理信息与手机定位
4月21日中午，四川省发布了地震地理信息发布平台，公众特别是对前往灾区的志愿者可以及时了解灾区地理信息，提前熟悉地理环境。点击该平台网页可查看灾区高分辨率影像、各类地质灾害点、滑坡点、道路阻塞点情况。
这些地理数据全都是地震后获取的最新数据。国家基础地理信息中心第一时间赶制了雅安地震灾区震后无人机航拍影像图，四川省测绘地理信息局、中国测绘科学研究院连夜对20日获取的宝盛、太平、龙门3乡镇低空无人机影像进行解译，并初步判定出宝盛乡、太平镇、龙门乡附近滑坡203处、公路被堵57处。
在放大版的电子地图上，可以清楚查看次生地质灾害点的标记以及堰塞湖的风险提示。地图内容显示为静态，却在不断更新中。4月23日第二版页面上线，平台影像及受灾点、测绘局救灾专题图更新发布。
智能手机的发展和普及也为地震救援带来便利。灾区电话通信瘫痪，使得网络通信在这时候起到了至关重要的作用。微信成为信息流动的主要媒介，全国首个地震救助微信平台“芦山地震救助”的公众号上线，用户可通过手机将自己的地理位置、救助内容、现场照片等发出。然后，由腾讯公司将该账号收到的求助信息对外发布。截至21日中午12时，近10万人关注“芦山地震救助”，实时发送消息量达15万条。
特别是手机的地理位置定位功能在本次救援中发挥了特殊作用。“广州网警”官方微博20日发布讯息：“受四川雅安地震灾害被困的朋友，如你手中有带有GPS功能的手机并可上网，可通过微博、微信等应用告诉你的朋友或救援队伍，你的联系方式、大概情况及加载定位信息，让救援人员第一时间通过定位信息寻找你的被困位置实施救援！”
数据平台有待再聚合
芦山地震后的救援工作引发的争议问题之一，就是一些个人、团体前往灾区参与救灾，由于道路狭窄、大量车辆聚集，以及信息不对称，使生命通道阻塞。
国务院办公厅21日下发关于有序做好支援四川芦山地震灾区抗震救灾工作的通知，要求非紧急救援人员、志愿者、游客等各界群众在现阶段尽量不要自行前往灾区，以支持灾区的抗震救灾工作。
救灾需要高度整合化的管理，需要整体性的安排和协作。从汶川到芦山，地震后各类信息碎片扑面而来，整合工作未能高效跟进，交通、医疗、御寒、饮食、能源等资源都无法迅速达到最优化配置。灾区救援通道拥堵，中心震区以外很多地方的居民还缺乏帐篷、食物等基本物资，这些物资本身并不稀缺，但苦于供求没有及时对接。微博等平台上发布的众多信息，又让救援人员难以及时确认真实性。
基于定位数据信息的救援目前也存在信息零散的问题。网络上大量传输的附带地理信息的灾区照片，如果能形成有效聚集，将某一区域的多张照片呈现在一个页面中，形成类似街景的场景，其现场感和时效性甚至高于电视新闻报道，将给救灾指挥提供更大的帮助。
另外，如果能够及时提取大量信息中出现频次较高的关键词，并进行数据分析，也能够为赈灾救援提供更有目标性的帮助。这些待用的社会资源都有待掌握新技术的政府部门和企业机构给予整合。
