目录

一、引言

二、地震预测预报

三、地震学和地球内部物理学

四、地震地质与活动构造

五、地壳形变与现代大地测量

六、抗震结构与地震工程

七、地震观测技术

八、地震前兆观测技术

九、地震实验研究

　

一、引言

邢台地震30多年了，经过中国地震科技工作者不懈的努力，我国的地震预测研究在观测、实验、理论等方面开展了大量的工作，通过对大地震震例研究，提出了以前兆分析为基础的预报新思路，并对一些特定类型的地震，做出了若干成功的预测预报，在地震预测预报方面居国际领先地位。但是，近40年的实践无情地证明，科学进展与地震实现预报的科学目标之间还存在着巨大的差距。最严峻的现实是：80年代末以来的最近10多年中世界各地发生的一系列灾难性地震，几乎都是在毫无预报的情况下发生的。如1988年12月7日前苏联亚美尼亚7.1级地震，其死亡人数达2.5万人，1990年6月21日伊朗鲁德巴尔7.6级大震死亡人数高达4万人，1993年9月30日印度德干高原的拉土耳6.5级地震也造成上万人死亡。尤其是1994年1月17日美国洛杉矶的北岭6.6级和1995年1月17日日本阪神7.1级地震，发生在科学技术和经济水平都是一流的两个地震预报研究大国，不但震前未有预报，而且造成人员伤亡（其中阪神地震的死亡人数超过6000人）和巨额经济损失（分别达200亿美元和1000亿美元）令国际社会震惊。另外，在一些预测要有强震发生而进行强化乃至应急的监测预报研究的地区，如预计20世纪70年代末就有可能发震的日本东海8级大震危险区，以及认为在1988年前后（正负3年）具有百分之九十五发震概率的美国帕克菲尔德6级地震危险区等，科学家所预测的地震都迟迟没有发生。在德国和土耳其20世纪80年代联合举办的北安纳托利亚地震预报实验场，1999年8月17日也在震前没有预报的情况下，发生土耳其伊兹米特7.8级大地震，造成1万7千多人死亡和120亿美元的经济损失。

我国的情况与此类似，在早期，曾对1975年辽宁海城7.3级地震做出成功预报，并因此而取得了减少人员伤亡和经济损失的重大社会效益，但仅仅一年之后，在对20世纪全球灾情最重的1976年唐山7.8级大震灾的预报中遭受严重的挫折。

这些严峻的现实表明，大地震的预测预报是一个人类尚未解决的全球性科学难题，其主要原因是：地球是一个复杂的巨系统，人类对地球的了解还远远不够，目前对大陆地震孕育的构造背景、深部构造、震源区介质变形及震源物理化学过程、强震触发机理等因素，以及对地震发生前可以观测到的各种异常现象的内在机理还知之甚少或理解浅薄。

经过几十年的探索和实践，国内外地震学家逐步认识到，应该提高对地观测能力，运用高技术观测手段，获得更多的有效时空信息加深对地球全貌的认识；加强基础研究，深化对强震机理的研究，探索地震前兆机理和前兆观测中的基础性问题的研究。各国纷纷推出以观测为基础的科学计划，如日本建设全国地震、GPS、强震动、地电、地下流体观测网，并积极推进多个“地震预报计划”；美国科学家提出了“地球透镜计划”，最近美国NASA提出题为《生活在不安宁行星》的工作报告和对未来25年地球科学的展望并推荐发展战略。我国在“九五”期间建设全国数字化地震台网和地壳运动观测网络，实施国家重点基础研究发展规划项目《大陆强震机理与预测》项目；“十五”期间将实施耗资20多亿的科学工程——《中国地震数字化网络工程》项目。

一个引人注目的情况是，1994年美国加州北岭地震和1995年日本阪神地震，虽然地震发生在经济发达、人口稠密地区，造成的经济损失极大，但伤亡人数远远低于1999年土耳其伊兹米特地震、2001年印度古拉特邦地震；2003年阿尔及利亚地震，震级并不高却造成了比较大的人员伤亡和建筑物倒塌。这与发达国家高度重视结构抗震，采取措施设防有关，反映出，提高工程抗震能力，震后及时、有效的救助是减轻地震灾害的重要途径。

随着经济的持续高速发展，地震灾害造成的损失也越来越大。我国是一个地震灾害频繁发生的国家，如何有效地防御地震灾害，创造一个良好的生存和生活环境的问题，越来越受到党和国家的重视，社会各阶层的关注，从科学的角度有效防御地震灾害可能造成的影响和在地震来临时快速反应以及及时有效的救助也成为地震部门的重要职责，列入工作体系。解决其中的科学技术问题和社会科学问题也是整个防震减灾科技发展中的一个重要方面。

为了更好地依靠科技进步，推进防震减灾事业，促进地震科学的发展，从20世纪末开始。中国地震局科技委广泛听取专家意见，组织专家撰写当前地震科技以及相关领域的发展动态，并于2002年专门召开中国地震局科技委全体会议，研讨21世纪地震科技发展战略，与会专家提出许多报告和建议。在这一基础上科技委办公室对专家们的意见进行了梳理并约请部分单位和专家，分地震预报、地震学和地球内部物理学、地震地质与活动构造、地壳形变与现代大地测量、抗震结构与地震工程、观测技术、地震前兆观测技术、地震实验研究等9个方面撰写了反映这些领域前沿的最新动态和发展战略建议的书面材料，在一些主要方面反映了防震减灾科技发展的现状、社会需求和发展趋势。以此为基础整理形成了《我国地震科学技术发展现状与前景》，为领导和各部门当前正在制定“我国地震科技工作发展规划”和建设防震减灾三大体系的各项工作中提供参考。

二、地震预测预报

1地震预报：科学的挑战

世界上多震国前苏联、美国、日本和我国都于20世纪60年代开始地震预报探索。从总体上看，40年来的科学进展与实现地震预报的目标之间还存在很大的距离。一个最严峻的现实是，20世纪80年代末以来的最近10多年中世界各地发生的一系列灾难性地震，几乎都是在毫无预报的情况下发生的。反之，在一些预测要有强震发生而进行强化乃至应急的监测预报研究的地区，如预计20世纪70年代末就有可能发震的日本东海8级大震危险区，以及在1988年前后具有百分之九十五发震概率的美国帕克菲尔德6级地震危险区等，科学家所预测的地震都迟迟没有发生。我国曾对1975年海城7.3级地震做出成功预报，但在1976年唐山7.8级大震灾的预报中却遭到严重的挫折。

严峻的现实使人们认识到：地震预报是一个全球性科学难题。地震预报的进展比初期预料的缓慢得多，地震预报的科学难度要比原先预料的困难得多。

首先，地球是一个复杂的巨系统，其内的一切过程是非线性的。面对复杂的地震物理过程，人们还知之甚少。目前所提出的一些地震成因理论和地震孕育模式，都还只是在最简化条件下的物理抽象，尽管在不同程度上勾画了地震成因的图像，但离科学揭示地震孕育、发生规律还有很大的距离。因此，目前的地震预报是在对地震孕育、发展、发生规律尚不清楚的情况下进行的。这就从根本上制约了地震预报水平的提高。

其次，地震发生在地壳内部一、二十公里之下。地震科学家只能在地球表面及其地表浅层利用数量有限、分布相当稀疏的台网开展地震活动和前兆观测。利用这些在地表获取的很不完善、很不充足、有时还是很不精确的资料去探测和反演地壳深部的震源过程显然困难重重。在目前情况下，无论是资料、方法、技术还是理论都还极不成熟。

地震预报的第三大困难是地震发生的小概率性。要获取足够多的大震震例资料十分困难。因此，要在短期内积累足够多的震例资料并揭示其地震孕育发生的规律也是不现实的。

2地震预报：面临新的机遇

2.1强烈的社会需求是地震预报研究的巨大推动力

根据20世纪资料统计，我国的大陆强震约占全球大陆地震三分之一，地震死亡人数约占全球的一半。随着经济发展和社会进步，地震对人类造成的灾害愈来愈严重，当前我国正处于一个经济持续高速发展时期。我们将面临更加严峻的地震灾害和十分紧迫而艰巨的防震减灾形势。地震预报正面临着日益强烈的社会需求和进一步发展的宝贵机遇。

2.2高新技术运用为地震预报研究开拓新的领域

20世纪90年代以来，随着高新技术在地球科学中的应用，特别是空间对地观测技术和数字地震观测技术的发展，给地震预测研究带来了历史性的机遇。

近年来，一些国家已开展地震——卫星技术的研究，应用现有的卫星信息开展了包括GPS、热红外、电离层、InSAR、重力、电磁波等方面的研究并初步显示了其与地震活动有区域性和局域性的异常相关联的关系。从而也初步显示了新技术在地震预报研究中可能的前景。

“九五”期间建立的国家数字地震台网和中国地壳运动观测网络均于2001年投入正式运行。此外，“九五’期间建立了GPS观测网络、区域数字地震台网、数字地震前兆台网，并大力加强卫星遥感技术在地震监测中的应用研究。

2.3一系列全球性重大地球科学计划的实施为地震预报研究提供新的基础

20世纪后期以来，国际上一些以地球科学为主的大型研究计划逐步实施，这些重大地球科学计划的实施，为人类探索地球、了解地球内部结构提供了大量科学资料并取得了许多重要进展。

在地震学研究方面，继法国的“GEOSCOPE计划”和日本的“海神计划”之后，美国最近开展了直接围绕着与地震孕育发生相关联的一系列重要的科学问题的研究。勿庸置疑，这些基础性很强的研究计划，都将逐步为地震预报奠定重要的基础。

在最近十几年中，我国也开展一系列重要的研究工作。这些研究为探索我国大陆地震成因，如地震孕育的构造环境、构造变形、动力学条件、震源细结构和物性条件提供了许多重要科学资料，为进一步探索震源孕育过程提供了重要条件。正在实施中的国家重点基础研究发展规划项目（973项目）“大陆强震机理与预测”则进一步从中国大陆强震的特殊背景出发，探寻大陆强震预测理论，发展预测方法并应用于重要经济区的强震灾害评价。

2.4几十年来的研究与实践是地震预报未来新发展的宝贵财富

40年来全球开展有计划的地震预报的实践与科学积累包括：地震观测系统的建设与发展，震例资料的积累和典型前兆的遴选，孕震模式和预报理论的探索等。

在地震观测基础方面，建设了多学科的数字地震观测系统。在传统大地测量和地壳形变观测的基础上，GPS观测网在世界各地建成，钻孔应变的观测已在世界上十多个国家开展。世界各国的地震预报试验场，还建立了多学科的地震前兆观测台网，开展地震前兆的综合观测。这些多学科地震观测系统的建立和运行，对于检测地震物理过程、发展地震观测技术和推动地震预报研究均起到重要作用。

在地震及其前兆观测和震例资料积累方面，我国在1966年以来已积累了近200个5级以上地震震例和大量前兆观测资料，并在此基础上总结了一些经验性预报方法。尽管直到目前为止，科学家们对地震前兆的科学内涵，前兆与地震之间的关系、前兆的成因等都有着不同看法，因而对前兆判别也有不同的标准和认识。但无论如何，大量的观测资料和地震震例的积累是认识地震过程和探索地震预报的最基础性的科学积累。

在地震观测和探索的过程中，70年代以来，各国科学家围绕探索地震过程及其物理机制，给出了一些地震孕育模式，试图为地震预报寻找其物理途径。尽管这些理论研究尚未取得实质性进展，但其对地震物理预报探索是一种有力的冲击和极有意义的尝试。

目前，地震预报正酝酿着新的探索方向，并在以下问题上逐步达成共识：

①地震预报探索的重点——对地震过程的观测与模拟；

②大陆强震成因的动力学研究——由板块边界向大陆内部延伸；

③震源区的研究——由地球物理方法反演向震源实体勘测发展；

④经验性预报——向强化物理基础发展；

⑤地震观测——强化科学基础，注重科学质量。

3地震预报：持久探索，基础研究与预报实践相结合

40年来，我国地震工作者在地震预报方面取得过较为成功预报的喜悦，但更多的是虚报、错报、漏报的挫折与痛苦。目前的预报水平还很低，而且当前短临预报水平还要低于年度预报水平。围绕地震预报持久科学探索的长远发展战略，归纳为如下几点：

（l）加强基础理论研究与地震预报实践的结合。

地震预报的突破有赖于对地震规律的科学揭示。加强基础研究则是揭示地震规律的基本途径。而基础研究又必须抓住地震预报实践中提出的基础性的、原始的科学问题，下列问题是其中的一部分。

①大陆地震的成因问题。包括大陆强震与大陆构造格架、大陆构造活动和构造变形的关系；大陆地震孕育的深部构造环境；大陆构造活动和构造变形的动力机制以及地震发生与活动断层关系等。

②大陆地震的机理问题。包括强震震源孕育发生的物理过程；成组强震孕育的构造物理基础；地震临界破裂失稳的非线性理论问题；地震破裂失稳的物理力学成因与空隙流体的作用；地震破裂规模的决定因素等。

③地震前兆机理、包括地震前兆的科学内观地震与前兆的关系（因果关系还是伴生关系），地震前兆成因的微观物理力学机制，地震前兆复杂性的物理成因等。

④地震前兆观测中的基础性问题。包括地震前兆观测资料与地壳深部震源过程及其地震信息的内在联系；前兆观测点位的最佳构造条件与环境；前兆观测的条件、技术、方法及分辨率等。

⑤其它有关问题。

（2）确定地震观测在地震预报研究中的基础地位。

作为地震科学分支的地震预报研究，与整个地震科学一样，地震观测是其整体性的科学基础。因此，为真正确立地震观测在地震预报研究中的基础地位，需要进一步发展和改善现有以地表和地表浅层观测为主的多学科的地震观测台网，同时要大力发展地震观测的新技术和新方法。与其同样重要的是从台站仪器检测、标定、维护、操作规范、观测条件和人员培训等方面采取有力措施，以保证观测质量的科学性、可靠性。

在新观测技术方面，需要进一步发展空间对地观测技术。包括GPS，VLBI，InSAR等技术，以大动态性、广覆盖区和高分辨率地开展地壳形变的动态监测。发展RS技术以开展地球磁场、重力场、地壳热状态（温度场）等的监测，从而进一步拓展地震观测的新领域、新方法和新技术。在向地壳深部发展的深井钻孔观测技术方面，进一步发展钻孔相对应力、应变和绝对应力测量、钻孔声波探测和深部流体、地热等观测，以检测避开地表干扰的精度更高的深部地震信息。此外，也需注重包括海底地震观测、海底倾斜观测、海洋潮位观测等内容的海洋观测技术，以进一步拓展地震观测的各领域。

（3）坚持地震预报试验场建设，发挥其地震预报研究的带动作用。

总结国内外地震预报试验场的经验教训，建议在有关试验场的建设方面关注以下一些问题：

地震预报试验场的建设，要有一定的空间尺度，因为地震从孕育到发生，就其力学过程来讲涉及的范围十分巨大，而与其相关的各种前兆的物理信息覆盖的区域可能更大。因此，在基本定点台网建设的基础上，试验场需要配备一支充分灵活机动的野外观测队，以便有效地扩大试验场的观测范围。同时，应该充分发挥空间观测技术优势，在实验区内形成一个覆盖面积较大的包括空间观测、地表及浅层观测和深钻观测等新技术的立体观测网，从而获得丰富的前兆时空信息。地震预报试验场的前兆台网建设应达到一定的密度，同类测项统一仪器型号，这样使得观测到的数据更具有可比性、可检验性和代表性。此外，试验场的科学思路、组织和管理也有待改进。

（4）在长、中、短、临阶段性地震预报中，充分注重中长期预报的先导作用。

多数专家认为在数年至一、二十年的中长期预报探索方面，是将基础研究理论研究成果，如板块构造学说、弹性回跳理论、断层和地震活动相互作用的应力隐区理论等应用于预报实践最富成果的范例。在这些理论研究成果基础上发展起来的特征地震、地震复发模型、影响概率、地震空区、应力触发、区域地震活动增强等中长期预测方法在地震危险性分析等领域得到广泛应用。因此，充分重视和进一步加强地震中长期预报的探索、研究，可以在一定程度上确立中长期预报在整个地震预报工作程序中的先导作用和基础地位。

（5）地震预报科研群体的培养和建设。

鉴于地震预报科学研究的长期性和艰巨性，需要持续不断地培养和建设一支优秀的地震预报科研队伍。并给予一定的特殊政策，鼓励他们长期坚持不懈地进行科学探索，不断地为揭示地震孕育发生的科学规律，突破地震预报的科学目标进行科学积累。

三、地震学和地球内部物理学

1地震观测

1.1地震观测技术的提高

国际上，现代数字地震仪诞生于70年代中期。数字地震仪的诞生大大提高了地震记录的质量与可用性。大动态范围减少了记录限幅的可能性，宽频带范围尽可能确保地震信号频率的完整性，高灵敏度大大减低了对地震的监测阈值。更重要的是，它允许科学家便捷地输入计算机进行科学运算。然而，我国的数字地震仪起步于90年代后期，虽然实现了从模拟记录到数字记录的跨越，但与国际上现有的数字地震仪相比还有许多不足，记录的数据还不能象国际标准地震数据那样被应用于地震学研究的各领域。所以，在今后的若干年里，应当致力于技术改进，提高数字地震仪的质量，尽快实现地震资料的国际标准化。

1.2地震观测的合理实施

为了推动地球动力学和地球内部物理学研究的发展，法国在全球范围内建立了GeoScope台网，美国在全球范围内建立了IRIS台网等。每个国家都在根据自己的目的与需要，已经建立或正在建立不同规模的地震台网或台阵。“九五”期间，我国建立了全国数字地震台网和省区域数字地震台网，大大改善了对地震的监测能力和监测水平。然而，我国无论在数量或质量上与发达国家相比都存在很大差距。在今后的若干年里，应当继续投资台网建设，加大地震观测密度，为地震学研究积累丰富资料。此外，启动一项象PASSCAL那样的计划用于特殊目的的观测研究是非常必要的。

1.3地震观测资料的管理

随着大量地震资料的产出，资料的管理工作显得越来越重要。研制地震仪的目的是为了得到可靠的数据，实施观测的目的是为了收集资料，收集资料的目的是为了用于科学研究。因此，地震观测资料的管理也是未来工作的重点。

2地震的地震学研究

2.1浅源地震震源物理

地球上绝大部分地震的震源位于地壳内部，属于浅源地震。地震学家对地震震源的认识也是从研究浅源地震开始。地震的三要素是传统地震学中描述地震震源不可或缺的参数。随着地震学的发展和对地震震源研究的不断深入，地震学家发现地震三要素远不足以描述地震震源。现代地震学赋予震源参数更丰富的内涵，如震源时间函数、地震矩张量、震源的时空破裂过程、破裂速度等等。对地震震源的描述是多元的，对地震震源的研究尚无止境。

2.2深源地震震源物理

对深源地震震源的研究是地震震源研究的重要组成部分，曾经有浅源地震和深源地震的产生机制不同之说，但是越来越多的研究发现，深源地震和浅源地震的震源机制并无不同。至少，很有一部分深源地震和浅源地震具有类似的产生机制。我国吉林有深源地震多发区，是天然的深源地震试验场。对深源地震震源物理的研究将大大推动对地震产生机制的理解与认识。2.3人为地震震源物理

跟天然地震相比，人为地震主要指核爆、化爆等人工地震。多年来，世界上没有停止过对核爆炸的研究。核爆炸的地震学研究一直是核爆炸研究的重要分支，为和平利用核能、维护世界和平发挥着重要作用。我国地震学家从事核爆炸地震学研究已有多年的历史，为我国的国防建设做出了积极的贡献。今后，对核爆炸的地震学研究依然是十分必要的。化学爆炸的地震学研究将会对国家的经济建设发挥积极作用。

2.4地震事件的精确定位

地震事件的定位问题是地震学的传统问题。理论上讲，地震事件的定位问题似乎很简单。但由于地震事件的复杂性影响以及对地震波传播介质的认识水平，地震事件的定位，尤其是地震震源的深度，一直是困扰地震学家的问题。近年来，尽管地震学家做出了不懈的努力，提出了许多定位方法，定位结果也有很大改进，但是，地震事件的定位问题仍是需要地震学家付出努力的问题。

2.5地震的起始与成核

地震的起始与成核是地震学问题，也是一个物理学问题。但因为它与地震预报休戚相关，所以变得尤其重要。已经有研究发现，地震发生时，地震断层要经历从闭锁状态到以几千米/秒的破裂速度破裂的过渡阶段。这个破裂速度比较小（几米/秒）的过渡阶段称为地震的起始阶段，也称为地震的“成核”阶段。似乎发现，地震愈大，起始时间越长。但是，地震的“成核”是否普遍存在？地震的起始时间与地震的大小究竟是什么关系？如何监测地震的成核过程？正是国际地震学界讨论的热点问题。

2.6典型地震带物理特征研究

根据断层的分布特征和地震活动性图像，我国已划分出多个地震带。然而，由于受地震学发展水平的限制，对这些地震带的研究仍是很粗浅的，对它们的物理特征的认识也非常片面。如今，数字地震学的发展使地震学家能够对特殊地带的地震进行特殊监测，通过地震记录的分析认识这些地震带的物理特征，进而推动地震预测工作。

2.7区域地震震源研究

全球数字地震台网的建设使地震学家利用地震波形资料研究全球范围内的大地震的震源成为可能。如：确定中强地震的地震矩张量或震源机制、提取大地震的震源时间函数、反演大地震的震源破裂过程等。小范围的台网使得用波形资料研究中小地震的震源成为可能。“九五”期间，我国建立了全国数字地震台网和省区域数字地震台网，我们应当充分利用这些台网的资料开展区域地震震源的研究，为地震预测提供科学依据。

2.8序列地震震源的三维成像

地震的发生，在时间上一般呈一个序列，如：前震—主震—余震，在空间上往往成一个簇或一个带。这样一个地震序列或地震簇中的地震事件之间必然存在着某种关系。这种关系可能是复杂的，对这种关系的认识也许是多方法、多途径的。但是至少有一种方法或途径是最直接的，即地震序列或地震簇的三维成像。成像的结果至少能够揭示地震序列或地震簇中地震事件在时间和空间上的相互关系。这种成像研究将无疑对认识地震的孕育与发生具有非常重要的意义。

2.9实时地震学研究

实时地震学要解决的问题即如何实时地从地震记录中提取尽可能多的地震参数，为地震应急决策提供科学依据。实时地震学研究是目前国际上地震学发展的一个重要方向。

3地球内部物理的地震学研究

3.1多种手段的综合观测

对地球内部结构的详细认识，必须建立在多种手段的综合观测基础之上。地壳和上地幔结构是地球内部结构研究的主要方面，根据研究对象和分辨尺度，派生出地壳和上地幔结构探测的两种重要手段：人工地震探测和天然地震观测。

人工地震探测可分为深地震折射/宽角反射和深地震反射（近垂直反射），主要用于探测地壳结构，前者主要用于获取地壳内部的速度分布、结晶基底和Moho等主要速度界面的构造形态，后者主要用于地壳内部介质结构的高分辨率的构造成像。地壳结构探测以深地震折射/宽角反射为主，深地震反射为辅，在深地震折射/宽角反射研究的基础上，就某些壳内异常的重点地区，开展一定的高分辨率的深地震反射探测，实现具有理论价值的重大突破。

天然地震观测可分为区域固定台网观测和局部流动地震密集台阵观测，主要用于壳幔过渡带特别是上地幔的结构研究，前者主要用于揭示台网覆盖区域的上地幔速度结构的横向变化，后者主要用于局部地区的上地幔细结构研究。上地幔结构探测以区域地震台网观测为主，辅之以地震密集合阵观测，在区域地震台网观测研究的基础上，就某些上地幔异常显著的重点地区，开展高分辨率的地震台阵观测，实现具有创新意义的重大突破。

3.2多种分辨尺度的综合研究

地球是一系列不同尺度的地学单元的拼合体，地震层析成像、地震波走时反演、地震波波形模拟、S波分裂、地震反射偏移叠加成像、天然地震的“拟地震反射成像”是地球内部结构研究的主要方法，分别从地震波速度的三维展布、地震波速度不连续面的起伏形态、地震波速度的各向异性等层面揭示了地球内部的结构与变形。对地球内部结构的深入了解，必须建立在不同尺度的研究对象的综合研究基础之上。

全球尺度低分辨率的面波和体波层析成像能够分辨板块的立体轮廓和所谓全球性的“巨型构造”，区域尺度中分辨率的面波和体波层析成像能够分辨块体结构的三维展布和区域性的“大型构造”，而局部尺度高分辨率的深地震折射/反射和地震密集台阵成像则能够分辨地球动力学研究意义上的、最小地学单元的精细结构和局部性的“小型构造”。

地球内部结构的基本原则是：全球性、区域性、局部性的地球内部结构和地球动力学研究构成一个互动的反馈系统，在全球性巨型构造的框架下，以区域性大型构造背景为支撑，剖析局部性小型构造的细结构，用大尺度的研究思想和理论引导小尺度的研究方向，并根据小尺度的研究成果对大尺度的研究理论加以进一步的修正。

因此，必须综合利用深地震折射/反射探测、区域性永久地震观测台网和局部性临时地震密集台阵观测等多种观测手段，采用不同的研究方法，开展不同分辨尺度和不同深度层次的地壳和上地幔结构研究。

3.3复杂介质的正问题研究

根据已知的地球内部介质的物理参数（速度和密度等），建立弹性、粘弹性、各向异性的动力学方程，模拟地震波在地球内部介质中的传播过程，是地球物理学基础的正问题。正问题的模拟结果和地表实际观测数据的对比，一方面可以促进地球内部介质物理性质的深入认识，另一方面又可以推动正问题向真实的地球内部介质描述逐步逼近。

当代的地震学观测研究已经表明，地球内部结构具有明显的三维非均一性和显著的各向异性。在地震观测技术显著提高和改善的条件下以及地球内部结构研究的基础上，传统的水平分层介质的弹性波传播理论已很难适应和满足现有的观测和研究要求，甚至将制约地球内部结构的深入研究。

因此，发展三维非均一性的弹性、粘弹性、和各向异性介质的地震波传播的数值模拟研究是地球内部结构研究的必由之路。

3.4复杂介质的反问题研究

地球内部介质的物性参数和几何构造是揭示地球动力学演化过程的基本信息。依据正问题的理论公式，由地表观测数据推演地球内部的物质性质构成地球物理学的反问题。以地震层析成像和地震反射偏移叠加成像为代表的地球物理反问题有力地推动了地球内部结构研究。

与地球物理正问题的发展相似，地球内部介质结构的复杂性的认识正促进地球物理反问题向复杂介质结构方向发展，需要综合利用多种观测信息。

目前，岩性与构造的联合反演、走时和振幅的联合反演、多震相的联合反演，非线性反演代表着地球内部结构研究方法的发展趋势，并将从根本上推动地球内部结构的研究。

3.5天然地震的“拟地震反射成像”研究

固定地震观测台网的不断发展和完善，特别是地震流动台阵密集观测技术的发展和三维“巨型”地震流动观测网络的行将问世，有力地将地球内部结构研究推向“拟地震反射成像”研究，将近垂直反射的研究方法延拓到地壳和上地幔的精细结构研究，其前所未有的空间高分辨率，将从根本上改变人们对地球内部结构及地球动力学的认识。

SS反射波、核幔边界的多次反射波、P-S转换波的“拟地震反射成像”已在上地幔间断面和核幔边界的地形起伏研究中得到了非常成功的应用。

天然地震的“拟地震反射成像”研究使地震学研究拥有了原来石油地震反射独家拥有的高分辨率成像的利器，使地震学能够直观地“透视”地壳上地幔的精细结构。可见，天然地震的“拟地震反射成像”研究将是天然地震研究一个潜在的发展方向。

3.6地球动力学研究

地球动力学研究是地震学的主攻方向之一。

20世纪60年代，在海洋地区大量地球物理观测研究基础上发展起来的板块构造理论，揭示了岩石圈板块全球性的水平运动主宰着地球表层的运动和变形，圆满地解释了洋底扩张、板块俯冲、岛弧火山活动，板间地震机制，地幔柱等地质现象，被视为20世纪地球科学最伟大的革命。

当人们试图将板块构造理论运用于大陆地区时，遇到了许多问题。从20世纪90年代，大陆岩石圈及大陆动力学的研究成为地球科学的主攻方向。大陆根、大陆变形和增生、大陆伸展和裂谷作用、板内地震等课题成为地球物理学最为活跃的研究领域。大陆动力学被认为是继板块构造理论之后地球科学最有希望的新的突破点。

在深入开展大陆动力学研究的同时，还应继续关注海洋动力学的研究。

四、地震地质与活动构造

断裂活动习性是指断裂运动的方式、速度、幅度、历史和活动周期等基本特征，它蕴含着断裂活动与地震发生过程之间的内在联系，是揭示地震在时间和空间上活动规律的一门科学。随着地质学、地貌学由定性向定量的发展以及新年代测试技术的不断提高，对断裂活动习性及其地震发生关系的研究也发生了由定性到定量的突飞猛进。活动断裂研究现在已经能够获得滑动速率、同震位移、复发间隔、离逝时间、断裂分段等定量数据，在这些资料基础上提出的地震复发的特征地震、时间可预报、滑动可预报、时空丛集等理论模型在指导地震危险性预测方面起到了重要作用。活动断裂研究所提供的断裂活动历史时间尺度不仅大于历史记录的时间长度还跨越几个地震重复周期，代表着断裂长期活动的平均水平和特有习性，可以弥补历史和仪器记录地震资料的不足，用来减小地震危险性评价中的不确定性。

1活动断裂的定量数据

当前活动断裂定量研究已经能够获得一条断裂带上古地震活动历史、大震复发间隔、最后一次地震的离逝时间、古地震事件的同震位移、断裂滑动速率、断裂分段模型等数据。这些信息可以以不同的方式直接或间接地应用于地震危险性评价。

我国活动断裂研究在经历了20世纪60～70年代对不同区域许多活动构造带的普查后，80年代，定量研究的新阶段开始了。通过对几条重要活动构造带的专门研究，其中特别是在海原活动断裂带上的实践，在吸收区域地质填图经验的基础上，发展了活动构造1:5万地质填图技术，并于90年代推广到全国近14条主要活动构造带。这些工作涉及各类活动构造的几何学和内部结构，运动学和滑动速率，古地震和大地震重复间隔，地震破裂带和同震位移，分段性和破裂过程，最后一次大地震事件和离逝时间，变形机制和动力学，地震危险性评价等。目前已在全国研究了十几条活动断裂带、活动褶皱带和活动盆地带，在这些活动构造带上获得了几千个几何学和运动学定量数据，并已完成新的1:400万中国活动构造图。

块体运动是地壳运动的一种基本型式。板块边界构造带是最强烈的现代构造活动带及地震和火山活动带，但在板块的内部也有多层次、不同级别的块体运动和相互作用。活动块体是指被各类晚第四纪活动构造带所分割和围限的地块。一般而言，同一块体的构造活动常具有相对统一的特征，块体内部相对稳定，而块体边缘活动构造带则活动强烈。大型的高级别的区域性块体是一种地壳或岩石圈尺度上的活动构造。某一级别的块体运动是在更高一级块体总体运动状态控制下的、有限制的运动。通过活动构造定量资料可以计算块体运动的特征参数，并可与通过空间大地测量，如全球定位系统（GPS）得到的区域性块体运动位移场数据对比。中国大陆的晚新生代构造变形以活动地块为特征，不同活动地块区和地块的运动方式及速度是不同的，地块间的差异运动在其边界最强烈。多个活动地块相互交汇、相互作用的地带往往是强震高发区，特别是几个活动地块区的交汇部位，更是强震集中发生的地区。强震是在区域构造作用下，应力在变形非连续地段的不断积累并达到极限状态后而突发失稳破裂的结果，活动地块边界带由于其差异运动强烈而构造变形非连续性最强，最有利于应力的高度积累而孕育强震。我国大陆和边界地区的几乎所有8级和80％～90％以上的7级强震发生在活动地块区和地块边界带上，这表明活动地块区和地块间的差异运动是大陆强震孕育和发生的直接控制因素。

2古地震研究

古地震研究是80年代开始形成的一门地球科学新的分支，被认为是研究最新活动构造和地震危险性预测中最有成就的领域，直到今天，它仍然是该研究领域的前缘。古地震研究是通过保存在第四纪地层中的位错及其它与地震有关的地质与地貌证据来识别发生在有历史记载之前（1000～10000）古地震的存在标志以及确定其发生年代、频率与强度，回答在地震危险性预测中的两个关键问题：史前地震是什么时候发生的和史前地震发生的周期是多长。发生在中国大陆内部的大地震往往具有数千年的原地复发间隔，而可靠的历史地震记录历史只有几十年到几百年。显然，几十年历史记录的时间窗口不可能准确地代表重复周期几千年的地震复发规律。对地震危险性预测而言，沿活动断裂带上古地震的研究成果在很大程度上弥补了历史地震记录的短暂性和局限性，使得我们能够在几个地震重复周期的时间段上认识断裂长期活动习性和估算未来地震可能发生时间，所以，作为地震科学的一个新的生长点，古地震研究既丰富了地震科学的研究内容又可直接为地震预测服务。

对断裂活动习性、古地震活动和大地震复发间隔的研究开始于70年代初期。最具有代表性的经典工作有：Sieh对San Andreas断裂滑动速率和古地震活动历史的研究，Schwartz and Copper Smith对Wasatch断裂活动习性的研究，Wallace对盆地山脉省断裂活动地震规律的研究。对这一领域不同阶段研究成果的总结被概括在Wallace，Crone，Schwartz and Sibson，Yeats and Prentice为不同的专著和论文集所写的前言和综述里面。特别是Kerry E. Sieh在圣安德烈斯断裂Pallett Creek的探槽中发现了14次古地震事件，获得了圣安德烈斯断裂过去几千年的活动历史，不仅使得古地震研究应用于地震危险性预测成为可能，并且开创了利用探槽技术研究活动断裂全新世史前古地震研究的新领域。这些研究不仅推动了地震地质学本身的发展，还带动了地球科学领域的发展，并开创了一些新的前缘领域，如古地震学、断裂分段等。也正是这些研究及其伴生的一系列理论奠定了美国地震预测试验研究的基础，构成了地震危险性评价的最基本的格架和输入参数，并为地震工程提供着基本依据。然而，由于研究精细程度和技术发展水平的限制，不论是对断裂活动习性还是对古地震的研究都还存在着许多问题，满足不了地震危险性预测和工程地震的要求。

上述研究成果都是在对走滑断裂和正断裂的研究而获得的，80年代中期到目前所发生的一系列逆断裂型的大地震为活动断裂研究提出了新的挑战，如1983年美国的Colinga地震，1980年阿尔及利亚的El Asnam地震，1990年中国的共和地震以及后来发生的美国Northridge地震等。这些地震均受到不出露地表的盲断裂所控制，地震变形以褶皱隆起为主要特征，地震过程中不伴随大规模的地表破裂，形成“褶皱地震”，由于盲断裂的隐伏性，地表很难获得它们的变形特征和活动历史的信息。如何对这些“褶皱地震”和伴随的逆断裂变形特征进行研究是当前活动断裂研究的前沿领域之一。

近年来，利用微地貌和探槽古地震研究方法对不同类型活动构造距今1～3万年以来的史前古地震历史进行研究，总结了认识古地震的构造、沉积、地貌和次生变化等多类标志。根据这些标志已在许多活动构造带上识别出了多次古地震，并得到其重复间隔，根据这些古地震资料可以编制古地震年表。研究表明，一条断层段的重复破裂和位移过程，即古地震的复发过程可能符合特征地震模式或准周期模式。一条活动断裂带或一个活动构造区的古地震复发过程则是一个不均匀的重复破裂过程，即丛集模型。

我国在过去的十多年内也在该领域开展了大量的研究工作。特别是“八五”期间开展的“中国活动断裂大比例尺填图及综合研究”的重点项目，对推动我国断裂活动习性、古地震活动及其大地震复发间隔等方面的研究起到了积极的作用，使得我国在这一领域的研究在若干方面进入国际先进水平。如海原断裂带活动习性和大地震复发间隔的研究，贺兰山山前断裂带正断裂活动与古地震的研究，北天山活动逆断裂-褶皱带的变形特征与“褶皱地震”的研究。特别是对海原断裂带古地震的研究更具特色。海原断裂是中国西部的一条重要活动走滑断裂带，1920年沿该带发生的8.5级强震形成了230km长的地表破裂带和10m的左旋走滑位移。为了揭示这条重要发震断裂的强震活动规律，沿断裂带的3个段落开挖了17个探槽，揭示了大量的古地震事件，并结合前人的研究结果，利用古地震分析的逐次限定方法研究了海原断裂带的强震复发规律。研究发现，海原断裂带的三个段落具有分段差异的古地震活动历史，古地震破裂有3种尺度，单段破裂、双段破裂和全段破裂。另外，整个海原断裂带的古地震丛集现象也十分明显，第一丛集期在距今4600年到6300年期间，第二丛集期发生在距今1000年到2800年期间。海原断裂带的古地震活动习性对于认识大陆走滑断裂的破裂特征和强震复发规律具有十分重要的意义。

目前世界范围内的研究焦点主要集中在下列几方面：

①断裂活动在时间和空间上的演化规律；

②断裂带古地震活动历史的完整性；

③区域古地震活动的图像与规律；

④古地震的强度估算；

⑤盲断裂和褶皱活动的识别和量化；

⑥基岩区活动断裂的识别和量化；

⑦利用高新技术提高古地震事件的测年精度；

⑧断裂带和区域的地震复发间隔的理论模型。

3新构造变形及其形成机制

新构造活动和新构造变形的复杂性越来越被人们所认识，无论是板块边界和板内新构造活动都是如此。首先，板块边界构造带确实是重要的新构造和现代构造活动带，因而形成新生代和现代造山带以及强烈活动的地震带和火山带，但板块边界并不总是狭窄的，它常可向大陆内部扩展，扩散的板块边界变形带可占地球面积的15％，如阿尔卑斯-喜马拉雅构造带的影响范围在较软的青藏高原可达数千公里，但喜马拉雅南缘边界断层上的速度跳跃仍然是存在的，其次，板块内部并不真是刚性的，存在板内次级块体的相对运动，这种运动是随不同地区的应力作用而发生的，或挤压，或剪切，或拉张，或它们的复合，而且，随着时间的推移，它们还可能发生转换和反转，随空间关系的不同还遵从空间运动的相互平衡。

关于大陆内部不同性质的新构造活动带的变形特征和形成机制及其转换平衡的研究近年来获得了发展。在我国，由于挤压作用形成的新生代造山带和再生造山带的构造活动和变形机制在天山、祁连山、喜马拉雅和台湾表现得十分典型，山前前展式多排逆断裂-褶皱带和反冲构造带及山间逆断裂控制的压陷盆地是挤压区最典型的新构造变形带。研究表明，逆断裂-褶皱带和反冲构造带的形成均与深部多层次水平滑脱面和多排前端高角度断坡的扩展相关，褶皱形成于水平滑脱面和前端边冲断坡的上盘，断裂扩展褶皱、断裂弯曲褶皱和滑脱褶皱是最主要的形成机制。

经受剪切作用的走滑构造既可以是一种大型构造，也可以只是一种小型走滑断层，并具有相似的几何学和运动学特征。走滑断层带常由次级羽列或雁列切断层组成，并在拉分阶区形成拉分盆地，它是与走滑断层相关的一种特有的张性盆地，小者如海原和小江断裂带上的第四纪拉分盆地，大者如渤海新生代盆地。走滑断裂的尾端既可以发生张性破裂扩展，也可以形成挤压构造变形，海原断裂带东端的马东山和六盘山逆断层和招皱变形就是最典型的实例。值得注意的是，走滑断裂的走滑位移量和位移速率与尾端挤压区的地壳缩短量和缩短速率是相互平衡的。走滑断裂的枢纽运动会形成断层两盘构造变形的四象限分布，并表现为主滑型和横断型两种不同的形式。在枢纽运动阶段，枢纽轴部表现出强烈的挤压状态，远离枢纽轴部，走滑断层会表现出正走滑和逆走滑等不同的运动性质，在走滑断裂破裂和位移阶段，枢纽轴部将发生最大的走滑位移。

正断层及其控制的地堑、半地堑是张性构造区地壳上部特有的构造型式，其中铲形正断层和旋转平面状正断层及其控制的半地堑更加突出。美国盆地-山脉省和中国华北平原即是最典型的张性伸展构造区，贝加尔和汾渭等裂谷带也是新生代活动强烈的张性构造带。研究表明，上述张性构造区的深部构造比较复杂，在地壳中部存在低速高导层，它是一个近水平的滑脱带，在这个滑脱带之下却发育有高角度的断层带，它被推测是高角度走滑断裂带，张性盆地区和裂谷带之下莫霍面和上地幔软流圈上隆。因此，一种意见认为在裂谷和伸展盆地区，由于软流圈上隆，岩石圈被减薄，地壳拉张、下沉形成裂谷和盆地，另一种意见则认为由于地壳遭受拉张，形成破裂和盆地，软流圈上隆和地幔热异常是裂谷形成过程中的一种反映。

4新构造年代学和构造热年代学

利用地质学方法、年代学方法和技术研究新构造变形的过程，确定与新构造运动相关的地质作用的速率和由新构造变形导致的重大地质事件的时间序列，是正确认识现今构造运动特征、预测其未来发展趋势的重要基础。近年来在此方面也取得了重要进展，特别是由于测年方法和技术的长足进展，其中包括加速器质谱14C测年、热表面电离质谱法铀系测年（TIMS）、暴露面的宇宙成因核素测年、U-Th/He测年技术、单测片/单颗粒光释光测年、激光微区Ar-Ar测年等方法的出现和原有测年方法和技术的革新，使得微量、微区、单颗粒样品的高精度测年成为可能，不仅为新构造变形及动力学研究提供了一维的时间信息，而且给出了地质过程中的二维（时间、温度）、三维（时间—温度—压力）乃至多维（时间—温度—压力—同位素示踪）的定量信息。高精度测年技术的应用，推动了古地震事件定年和活动断层滑动速率研究的深入开展，为地震危险性预测提供了依据。此外，在近来的大陆动力学研究中，特别是青藏高原演化、内陆造山过程等热点研究中，各种年代学方法以及以元素、同位素示踪等为主要手段的地球化学方法和技术已成为重建这一构造过程的重要手段。通过对同位素及元素变化的过程、变化的力学机制的研究，反演其可能代表的动力学机制、构造过程，并同时进行时间限定，为全面而深刻理解新构造变形过程奠定了坚实的基础。

目前，新年代学的应用工作主要集中于以下方面：①与新构造变动有关的新生代，第四纪地层和沉积物的年代与研究；②断层活动产物的测年和测年方法研究。但是，关于断层物质测年还有极强的探索性，存在一些有待解决的问题，目前尚在研究之中；③构造热年代学研究，这是近年来发展很快的一个新的研究领域，它可以有效地测定一定构造活动发生的时间，如高原的隆升过程，山脉的蚀顶作用和快速冷却事件，以及盆地沉积源区特征及热演化历史等，④火山年代学研究，目前对中国东西部新生代火山岩广泛进行了年代学研究，主要是K-Ar年代学研究，对长白山天池、五大连池、腾冲火山和火山群等的火山活动时序进行了研究。

Dodson热扩散模式的提出引起了同位素地质年代学的一次飞跃，它把时间和温度联系起来，导致了热年代学的诞生。选择恰当的热年代计可以有效地测定一定构造活动发生的时间。Lovera等通过研究Ar在钾长石中的扩散性质，提出了多重扩散域理论，简称MDD，并被广泛应用于解决构造地质和新构造问题，特别是关于青藏高原隆升研究，如Harrison据此认为青藏高原约8MaBP达到目前的高度，东昆仑于35～40MaB已发生区域性蚀顶作用，西昆仑于约1．5MaBP发生过一次快速冷却事件，阿尔金断裂带约7～９MaBP也发生过一次快速冷却事件，陈文寄等指出哀牢山—红河断裂约19－20MaBP发生快速冷却事件，它可能与高原南部走滑与地壳缩短、隆升的转换有关。前述了林等提出的青藏高原经历多阶段隆升过程也是根据裂变径迹年龄获得的。近年来又产生了碎屑颗粒热年代学，它以沉积地层中的碎屑颗粒为研究对象，分析沉积源区特征和热演化历史，它还可以用于制约地层年龄，进行地质对比，并研究源区的剥露状态。如Copeland用以研究青藏高原南部的多次隆升，Hendrix等据此认为天山于24MaBP发生了快速蚀顶事件，郑德文认为六盘山在7.7MaBP发生过一次快速蚀顶事件。

5青藏高原的新构造发展

青藏高原形成演化和新构造发展是我国和亚洲，乃至全球新生代最重要的地质事件。新生代以前，青藏高原地区经历了新特提斯海的扩展、收缩和不断向北加速消减的过程，至始新世中晚期45MaBP，新特提斯海完全消亡，印度次大陆与亚洲主大陆发生碰撞，形成了雅鲁藏布江以南的前陆褶冲带、雅鲁藏布江缝合线和冈底斯山两侧的红色磨拉石建造，此后，印度次大陆继续向北推挤，使青藏高原地区处于南北向强大的挤压应力状态，高原南界转移到喜马拉雅山南麓，高原内部发生强烈变形，包括大规模的冲断和剪切作用、断层的相互冲叠和大量的岩浆火山活动，在南北方向上发生地壳缩短，在垂直方向上发生地壳增厚和高原隆升。丁林等根据裂变径迹年龄测定结果推测，青藏高原的隆升是一个多阶段、非均匀、不等速过程和多机制联合作用的产物。

青藏高原隆起对周围的影响是巨大的。它导致我国西北和华北地区气候不断向干旱化发展，植被衰退，湖泊收缩、消亡。

从构造变形和运动学特征来看，青藏高原在鲜水河—玉树—风火山—玛尔盖茶卡断裂以北发育了东昆仑断裂、西秦岭—青海南山—柴达木盆地北缘断裂和祁连山北缘断裂，这四条左旋逆走滑断裂分割了巴颜喀拉、东昆仑—柴达木和祁连山断块，其中祁连山断块直接与鄂尔多斯断块接触，其东北缘的北西西向海原和香山—天景山等左旋边走滑断裂在东南端发育北北西向挤压构造（逆断层和褶皱）。青藏断块区即通过这些走滑-逆冲断裂直接作用和推挤在鄂尔多斯断块的西南缘，并在鄂尔多斯断块南缘至东缘和西北缘至北缘，由挤压边界近端向远端扩展，逐渐产生渭河和山西断陷盆地带及银川—吉兰秦和河套断陷带。田勤俭等用构造块体之间的似三联点来解释青藏、鄂尔多斯和阿拉善块体之间的关系，3条构造支的北西向祁连山—河西走廊断裂带为左旋道走滑断裂，北东向银川—吉兰秦—临河断陷盆地带为右旋剪切拉张带，近南北向六盘山构造带为挤压构造带，3条构造支的交接区为三角形复杂构造交接区，3条构造带之间的运动应该相互平衡。

五、地壳形变与现代大地测量

1美国NASA SESWG规划

1.1规划概要

固体地球科学的主要目标是理解、预测与减轻地震等自然灾害，社会经济越发达，灾害后果就越严重。为此，美国NASA（National Aeronautics and Space Administration，国家航空与航天局）于2002年提出了固体地球基础科学的6个最优先的主攻方向。

6个基础科学问题：

（l）板块边沿形变的自然本性是什么，对地震危险性有何意义？

（2）构造运动和气候怎样共同作用于地球表层并导致自然灾害？

（3）冰盖、海洋和固体地球之间的相互作用什么，对海平面的变化有何影响？

（4）岩浆系统怎样演变，在什么条件下火山会喷发？

（5）地幔与地壳的动力学是什么，地球表层又如何响应？

（6）地球磁场的动力学是什么，它怎样与地球系统相互作用？

为推进前述的固体地球科学的6个基础性问题，理解固体地球科学并且朝向具有预报能力的目标发展、需要一种新的宽广的观测战略，包括许多革命性的方法（卫星的和地面的测量），技术进步以及各种补充观测。推荐的7种观测战略为：

（1）地表形变

（2）高分辨率地形学

（3）地球磁场变化

（4）地球重力场变化

（5）地球表面变化的影像光谱学

（6）空间大地测量网络和国际地球参考框架

（7）前景看好的技术和观测

NASA固体地球科学的核心研究与分析的核心项目：

（l）地壳形变模型

（2）地貌演化模型

（3）随时间变化的地球表层重力模型

（4）地球磁场模型

1.2规划的启示

（l）地震科学与地震预报有所突破的机遇正在来临。地震预报在世界各主要国家已有近40年历史，科学界的看法曾有几次大的起落。近十几年美国的主流是谨慎和适度的悲观，科学家们很少轻言地震预报。但此规划却明确地以地震预报为目标，科学家们表现出了一种对地震预报满怀希望，在21世纪的前25年中就要有所作为的乐观态度。

（2）观测革命为突破地震预报带来新机遇。上世纪最后20年在测地技术上发生了一场伟大的革命，观测的革命必然会给科学的突破带来新的机遇。在过去10年，人造卫星激光测距、甚长基线干涉测量、GPS测量等空间大地测量技术成功地测定了构造板块间相对的水平运动，同时还测定了许多活动板块边界处的差异性的地壳运动。近十年，使用这些空间大地测量技术还测定了冰后回弹信号和几个大地震的同震和震后形变。

（3）观测与研究应聚焦于地球表面变化。地球表面不应简单理解为“地表”而应理解为“表层”，它还应包括地壳层和大气圈。新观测技术所获得地球表面时空连续变化信息是迎接挑战最新和最主要的依托，形变测量是理解地震和火山活动等自然灾害的必由之路，是理解地震和地球内部动力学的钥匙，但地球内部（地核、地幔）动力学和地球各圈层相互作用的研究都必不可少，一切观测与研究均应聚焦于地球表面，才能在理解地球表面基本科学问题上取得循序渐进的实质性进步从而逐步突破地震预报关。

（4）观测信息流必须与理论模型紧密结合，通过开放的整体研究逐步深化对基本科学问题的理解，进而突破地震预报。地球表层系统不仅是地球内部动力学的响应，且与地球各圈层存在着一整套相互作用，是一个复杂的非线性的系统。直接将观测数据作为预报手段不可能成功。只有实现多学科的相互渗透，整合积成多种观测方法（卫星观测的组合、地面观测的组合及两者之间的组合）、多种观测数据和多种定量模型，实现数据与建模之间的不断反馈，才能在认识某基本科学问题或某一地区上取得整体的扎实的进步，才有可能逐步突破地震预报。

（5）必须重视与空间测地互补和配套的地面观测，只有实现空、地、深动态监测一体化，才能达到预定目标。

（6）除极缘形变与地震外，板内形变与地震也必须研究。

（7）现代大地测量学对地震科学与地震预报的突破具有决定成败的关键作用。

2地震预报“瓶颈”

2.1地震预报的“瓶颈”

地震预报尽管已有近明年的奋斗但目前本质上仍处于经验性预报阶段。地震预报发展缓慢，主要受制于“时空信息不足”和“应用基础研究薄弱（理论模型不能与观测数据密切结合）”两个“瓶颈”。

尽管大震、强震发生在狭小的震源区，但搜寻、证实、跟踪和预测震源及其“生灭过程”有赖于足够的大时空尺度的基础信息。地震预报要求知晓空间尺度比震源区大l～3个数量级、时间过程由数十年至分秒的现今地壳运动全景全过程定量信息。现有零星分布的、不具统一参考系的且受局部环境影响的前兆台站和某些流动观测，难以提供足够的时空信息。

目前的地震研究与预报中，观测、数据分析、理论模型和预报总体上是脱节的。理论模型多半是从最简单最理想的力学假设出发，基本上不需要观测数据，也不能在预报中使用。预报是不完整观测数据加经验，也不需要理论模型。我们最薄弱的就是应用基础研究，即观测数据与理论模型密切结合。

“时空信息不足”和“应用基础研究薄弱”这两个“瓶颈”又是相关的。缺乏足够的能反映动力学系统属性的时空信息就难以建立与观测数据互补的理论模型。空间技术和现代大地测量学的革命性进展，为从根本上击碎制约地震预报的两个“瓶颈”提供了条件与机遇。

2.2 21世纪初地球科学中的大地测量学

大地测量学是一门古老而又年青的学科。由于学科的特性它对一切新观测技术的吸收与应用特别敏感。由于卫星、超导、传感等新技术的吸收与应用，使21世纪的大地测量学发生了革命性的变革，成为地球科学和地震、火山等灾害预测中最有开拓活力的支柱学科之一、它主要包括：

（1）空间大地测量学（卫星大地测量学）。

利用人造卫星进行空间测地，使空间大地测量学具有推进地球科学研究和自然灾害预测的惊人的强大能力。除了已为人们熟知的GPS（全球定位系统）、VLBI（甚长基线干涉测量）、SLR（激光测卫）外，还有与GPS互补的GLONASS（俄）及CNSS、CNSS-1（欧盟）等全球定位系统以及卫星测高（T/P等）等新技术。目前又有两种令人振奋的手段出现，一种是被称为影像大地测量学（Imageodesy）的InSAR（合成孔径雷达干涉测量）、D-InSAR（差分合成孔径雷达干涉测量），另一种是基于最先进的地球监测技术SST（卫星跟踪卫星）的低轨道人造卫星重力测量。

大地测量学还发展了一整套理论方法和支撑系统，如ITRF（国际地球参考框架）、IGS（国际GPS服务）等。它已具有从空中精确测定地球表层系统在空间和时间域内连续变化的能力，既包括地表的地形、形变（以每周、每日、每小时时间隔测定空间连续的变形，精度为毫米或亚毫米，已有可能精确测定地震成核过程）、也包括地壳层、电离层及对流层物理性质的变化。

（2）物理大地测量学（地球重力测量学）。

除在20世纪已取得显著成效的各种重力测量：相对与绝对、区域流动与台网连续、地球潮汐与非潮汐、地面与航空及海洋测量继续完善外，卫星重力测量正经历着革命性的飞跃。SST最新技术的主要特点是利用现有的GPS星座连续追踪新发射的低轨道卫星，由后者对地球重力场作前所未有的高精度和高空间解析度的动态监测。它包括3种技术：①CHAMP（Challenging Mini-Satellite Payload for Geophysical Rearch and Application）采取高卫-低卫的追踪，②GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）采取高卫-低卫追踪和低卫-低卫的激光干涉，③GOCR（Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Expolorer）采用SST并实施梯度测量技术，使重力测量灵敏度提高100～1000倍。完全有能力测定地震与火山孕育过程中的重力场时空变化、由岩石圈加载和卸载产生的地表垂直运动、地球内部由于岩石圈应变地热流等导致的质量迁移。

（3）动力大地测量学。

动力大地测量学使经典大地测量学由静态走向动态、由几何学走向动力学、由状态描述走向未来预测。例如基于对固体潮汐信号的精密观测探测地球内部介质物性随时间的变化，基于对冰后回弹慢形变的测量研究固体地球力学性质等。

大地测量应用于地震预报近40年来，动力大地测量有了极大的发展，如通过精密水准网复测、精密重力网复测、GPS网复测、断层网络和断层带各测站时间序列观测、定点形变台站（倾斜、应变、断层蠕变、连续GPS等）和定点重力台站不间断的连续记录。从点、线、面、层、体等不同的空间视角，研究位移、速度：加速度、地球团体潮汐、介质密度、勒夫数等各种力学物理参量，水平形变场、垂直形变场、重力场、构造板块、构造块体、断层带及其分段、断层网络等的时空运动，地震之间、震前、同震、震后再至震间的地壳形变及重力变化过程及其动力学。

（4）地壳形变大地测量学（地壳形变测量学、大地形变测量学、地震大地测量学）。

地壳形变测量学是现代大地测量学（空间大地测量学、动力大地测量学、物理大地测量学）与地球物理学（地球动力学、地震学）、地质学（构造地质学、动力地质学）、力学以及系统信息科学相结合所形成的一门前沿交叉学科。地壳形变测量学集成和使用多种当代先进测地和探测技术，精确测定时间尺度由秒至百年、空间尺度由定点至数千公里的现今地壳运动及其时空动态过程，严谨处理数据，建立运动学和动力学模型并预测未来变化。直接服务于地震、火山等灾害预报并为地球动力学等地学研究提供有关阻抗力和体积力的基础信息，如运动、变形和介质物性及其时空变化。

（5）海洋大地测量学。

卫星技术用于海洋，如T/P卫星测高、GPS测高、SST中的TCR卫星精确监测重力场和海洋环流，再结合机载、船载、潜艇载多种测量，为人们认识海洋提供了空前强大的手段。对海洋环流、海平面变化、海面高和温度的谱分析、冰面变迁、厄尔尼诺和拉尼娜现象的监测，对防灾减灾均有重要作用。

3推进地震科学与地震预报的思路及应优先解决的科技问题

3.1基本思路

（l）从根本上击破“时空信息不足”的“瓶颈”：优先发展空间测地，整体强化空间、地面与深部相结合的，时间、空间、频域全城覆盖的地球表层变化监测与信息系统。

（2）从根本上加强应用基础研究：强化观测数据与理论模型密切结合的研究，以观测数据约束、检验、修正理论模型，而理论模型又能不断吸收、同化滚滚而来的观测数据流，反馈优化逐步逼近地震预测目标。

（4）加强决策与管理的民主化和科学性，从根本上优化地震系统的运行。

3.2应优先解决的主要科技问题

3.2.1地震科学中空间（卫星）测地新技术研究

3.2.1.l已有空间测地技术的整合、精化与拓展

通过上世纪最后十几年的努力我们对GPS技术己掌握较好，已开始应用于地震科学并初见成效，但GPS还有许多可以拓展的功能尚未被开发。应在扩展GPS功能的基础上促进这些新技术的整合与精化。

①GPS精化与功能扩展，如GPS垂直分量的精化与应用、GPS测高、连续GPS台阵技术；

②GPS与InSAR技术的集成互补研究；

③CHAMP、GRACE和GOCR应用于空间重力测量，获取高分辨力的动态重力场；

④多种空间测地技术整合、精化与扩展的理论方法及模型研究，如GPS与InSAR的双内插和双外推方法（DIDP）、非线性模型等。

3.2.1.2中国地壳表层系统变化及自然灾害空间（卫星）监测系统

以中国大陆、海域及邻近地区为目标，首次建立综合监测地壳表层系统变化，以预测、评估和减轻固体地球突变与缓变自然灾害（地震、火山、雪崩、岩崩、矿井塌陷、活断层运动、地裂、大型工程安全、大城市及沿海地区沉降等）为目标的空间监测系统。

①综合利用国外多种卫星测地资源与技术，积成互补为我所用。

②开展地震卫星平台仪器设备的研制和相关试验，论证并提出设计和发射“中国地壳表层系统变化及自然灾害监测卫星”的建议（如考虑STS技术支持下的低轨卫星或位于重点监视区上空的地球同步卫星）。编制国外与本国卫星整体互补利用的监测计划。

③逐步建成“中国地壳表层系统变化及自然灾害监测卫星系统”。

④相应的理论、方法、数据处理和信息系统研究。

3.2.2更新强化集成与空间测地互补的地面测地系统

此处所指的地面测地系统包括在地面进行作业的“区域流动测量网”和“时间序列连续观测台网”两大类。前者如精密水准、重力、GPS、物探等流动测量，后者如定点形变台网（地倾斜、洞体应变、钻孔应变、重力及相应自个固体潮、）、GPS连续观测、断层运动观测（位移、蠕变、重力）等。应在统一规划下，实施设备更新换代，能力强化、地一地和空一地互补集成，建成三维、动态、数字化、信息化测地系统。提供多种与地震力学过程直接有关的阻抗力和体积力信息，如地表形变力学（位移、速度、加速度、固体潮、暂态过程及其传播、应变及应力等）和重力场及深部介质物性（密度、勒夫数）等时空动态信息。

3.2.3中国地球表层变化监测信息系统的研究与建设

作为空间测地系统和地面测地系统的信息平台，研究与建设空间、地面与深部相结合的，时间、空间、频域全域覆盖的“地球表层变化监测信息系统”。它应包括地表变形动力学与重力场、地磁场信息、大气层和深部相关信息。时间尺度由数十年至分、空间范围由全球至定点，频率域填补地质学地貌学与地震学之间空白区。为各种研究和预测提供可靠精确的与时俱进的方便可得的信息流，并为空地深监测系统的改进提供新思路。

3.2.4中国及其邻区地球表层变化模型与数字信息系列产品

理论模型建立与观测数据密切结合，充分利用“中国地球表层变化监测系统”所产出的空、地、深信息，建立一系列中国及其邻区地球表层变化模型。在严谨研究的基础上，编制“中国及其邻区现今地球表层变化图集”，定期产出某些数字信息产品系列。出版相关图集并不断发布这些定量刻划地球表层动力学特性随时间变化的基础数字信息产品，必将有力地促进地震预报及其应用基础研究。

3.2.5时空动态图像与动力学模型预测地震的研究及试验

依据各种空、地、深时空动态图象，研究评估地震大形势，发现、鉴别和追踪震源演化过程的图像动力学理论方法。进而研究各种动力学理论模型、地震力学理论模型、非线性系统模型和观测数据的有机结合，以观测数据约束、检验、选择、修正理论模型，而理论模型又不断吸收、同化滚滚而来的观测数据流，反馈优化，逐步建立能实际用于某些类型、某些地域的地震预测模型，在试验中验证、选择、评价和改进。

3.3若干具体研究课题

在“十五”、“十一五”期间大地测量可开展以下几个方面的具体研究课题：

（1）新技术的消化吸收及处理软件的研制。

（2）区域变形及成因机制的研究。

（3）板内变形的研究。

（4）断层变形研究，包括：①对断层形变监测的现状再次进行全面的清理；②关于断层形变观测结果性质的研究；③断层形变对历次强震前兆反映能力及映震机理的研究；④点、线、面结合的研究；⑤着手并完成形变测量数据库的建设和相应管理、应用软件的研制。

六、抗震结构与地震工程

1地震工程发展战略的基本问题

地震工程学科创立以来的近百年间，已经历了3个发展阶段，即静力阶段、反应谱阶段和动力阶段。由于强震观测基础设施的缺乏，我们至今在地震动工程参数研究中，不得不大量使用国外数据。我们的研究成果，大多涉及理念、决策与数值方法，如关于“小震不坏、大震不倒”的建筑抗震设防原则、有关场地条件影响反应谱形状的认识，有关地震波场的数值模拟，以及对结构动力反应分析方法的改进等，但很少涉及基础理论方法和新的技术。应当承认，我国抗震科研长期以来是在跟踪、而不是引导国际的潮流。

最近20年间，国际上与地震工程相关的科学研究发展迅速，在传统理论技术的基础上，又开创了结构抗震控制、抗震性态设计和结构健康诊断这3个前沿领域。结构抗震控制是现代控制论和控制技术与土木工程的结合，是区别于传统抗震技术提高建筑结构抗震安全性的新的更灵活有效的途径。抗震性态设计是在总结近年破坏性地震灾害的基础上提出的。在以上诸因素综合作用下，基于检测数据的自动、快速、准确、高效的结构健康诊断技术系统的研究也引起了科学界和工程界的极大关注。上述3个与地震工程相关的前沿研究领域的发展，突破了传统地震工程研究的知识基础，控制论、信息技术、材料科学和机械工程的新成果被引入了土木工程，这突出体现了现代科技发展的特点。

在基底隔震被动控制技术的研究和应用方面，我国已可列于世界先进行列，耗能减振技术的开发也引起了很多研究者的兴趣。

2关于抗震设防

实践表明，抗震设防是减轻地震灾害最现实和有效的途径。抗震设防的实施和改善，有赖于多学科交叉的知识基础，其中既包括理论问题、也包含大量的技术问题。

涉及地震动工程参数的估计，我们面临众多困难，活动断层的确定就是其中典型的一例。目前活断层（尤其是板内活断层）的判断尚无成熟的理论，一些经验方法和探测手段都有很大的局限性和不确定性。囿于我国目前还极度缺乏覆盖各地震区的强震台网，在今后相当长的时期内，我们只能致力于强震观测台网的建设、数据的收集和经验的积累，同时跟踪国际研究动态，为理论和技术的突破进行科学积累，现有研究对地震危险性分析所作的枝节改善并不足以提高地震动工程参数估计的准确性。这段时期内，现行可操作的地震动估计方法不会有重大改善，但基于工程建设的需要，有必要在现有知识的基础上，提出估计多点、多维地震动场的可行方法。地面设计地震动的估计，往往涉及上层地震反应分析和场地条件。现有经验表明，现行根据场地分类确定地震反应谱的方法过于简单粗糙，在较复杂的地基条件下难以给出适当正确的结果，基于场地地震反应分析改进现有方法也是必要的。

性态抗震设计的关键科学问题是结构在非线性、大变形状态下的本构关系，这是结构抗震工程所要解决的、其他结构分析所不涉及的特殊问题，经典弹性力学和疲劳理论都不能提供解决这一问题的途径。换言之，这里面临着知识创新的任务。创新知识的源泉在于实验研究和理论概括，其中，实验研究是基本途径。目前，绝大多数实验研究是在简单受力条件下进行的（双向加载或三向比例加载），这并没有模拟抗震结构的复杂受力状态，再者，静力和伪静力的实验方法也不满足抗震结构动力反应的实际状况，材料实验的结果能否用于类似混凝土材料制成的不同构件和体系也有待解释。因此，在短时期内解决这一困难问题是不现实的，结构在非线性大变形下的建模问题、其中包含阻尼机制和阻尼模型的研究，必须从实验设备、实验技术的研究入手，进行必要的基础知识的积累和理论分析。与此相关的性态抗震设计所要解决的问题还包括抗震结构的可靠性分析。由于在结构建模和参数不确定性估计方面认识的不同，目前结构抗震可靠度估计的结果往往存在很大差异。即使在建模问题取得进展之后，复杂结构体系的可靠性估计仍然是有待理论突破的问题。估计到上述困难，性态抗震设计难以在短时期内实现。

鉴于国内外这种结构类型建筑的抗震经验不多，设计方法也不够完善成熟，配筋砌块建筑的抗震研究应是应用开发研究的重点之一。但国际上有关纤维混凝土及智能混凝土的研究应当引起重视，高阻尼建筑钢材的研究也有发展前景，因为这一发展是将建筑结构与检测和控制的有机结合，符合智能建筑发展的长远方向。

抗震控制是提高土木建筑抗震性能的新的、合理途径。部分基底隔震技术（如叠层橡胶支座隔震技术）已趋成熟，应在大力推广应用的同时继续完善其设计方法。此外，新的隔震技术的开发（如滑移隔震与其他技术的结合）也有很大的需求。阻尼耗能减振技术适用于高柔结构和设备，在这项技术的应用开发中，应着重阻尼减振元件的定型和减振体系的分析方法。由于前述结构准确建模问题尚未解决，主动控制结构的稳定性值得注意。从应用角度着眼，简单的、具鲁棒性的控制律（如模糊控制律）的开发似更有前景。主动控制的巨大能源需求、尤其是强震作用下能源保障问题是现实的技术问题，这一技术的实现即使不存在理论问题、但不可避免需要很大的经济投入。智能半主动控制装置只需要微小能源的支持，这在灾害环境下也是容易实现的。另外，智能半主动控制装置结构简单、具有接近主动控制的效能，也可结合被动控制使用。因此，智能材料的开发和半主动控制策略的研究应是结构控制研究的重点之一。

随着材料科学和抗震控制的发展，碳纤维、玻璃纤维、高强聚合物纤维以及阻尼器在结构抗震加固中的应用已成为现实，展现了传统加固技术所不具备的重大优越性。应加强新加固技术的应用开发研究并推进其在我国的应用。

3地震予警和结构健康诊断

这里所谓地震予警是在地震发生之后，利用震源与防御地区间的距离和地震P波与S波间的到时差发布报警信号、并启动应急措施的行动。地震予警系统需要地震或强震观测网络、观测信号的快速实时处理、传输以及相应的应急作动机构。应急作动机构（如自动刹车装置、能源切断装置等）在接受予警信号后将自动作出反应。可以说，地震予警系统的建立没有重大的理论困难，但需在信号快速实时分析技术、地震信号的准确识别（以防对其他振动信号作出错误反应）、报警策略（启动应急机构的选择、可行性及利弊估计）以及自动作动装置等方面进行应用开发研究。

健康诊断系统也可设计为具有予警的功能。健康诊断技术系统与抗震防灾的关系，不止在于它可以进行结构物的抗震鉴定和应急的建筑物安全性评价，更重要的是，利用结构振动信号可以进行结构系统识别和模型更新，为结构物精确建模这一重大难题提供实测数据，从而推动结构抗震设防和抗震控制技术的发展。

健康诊断技术系统的研究是对传统经验检测方法和无损探测技术的重大发展，是当代高新技术的集成。这一技术系统的研究涉及不同类型传感器的研制开发、信号分析和传输技术的发展和应用，是土木工程实现智能化的基础，代表了建筑科技发展的未来方向。当前，健康诊断技术系统的研究是国际工程界的突出热点，其技术开发成果具有十分广泛的应用价值，具有潜在的庞大市场。有可能发展成为21世纪的新的经济增长点。目前国内外的研究工作都处于开发试验和经验积累阶段。

4强震动观测与研究

自1932年美国研制出世界上第一台强震仪并建设了第一个强震动观测台站以来，全球已有数十个国家开展强震动观测，台网规模与密度较大的国家和地区有美国、日本、中国台湾等，观测仪器总数量已达近2万台。

基于我国的地震活动背景与经济实力，我们提出了如下10年发展目标：在我国设防加速度峰值大于0.lg的区域特别是国家地震重点监视防御区内，布设密度为每万平方公里2台以上的固定台网和机动性强、捕获记录能力高的流动台网以及能满足工程抗震技术研究与抗震设计规范制定需要的专用台阵组成的国家与区域强震动观测台网（4500台），这些台网与原有的数字强震动观测台网以及有关科研机构和建设工程业主建设的结构台站（阵）相结合，构建由5000台以上数字强震动观测仪器组成、对布设区内5级以上地震的地面运动和典型工程结构地震反应有较强记录和速报能力的强震动观测系统，为震灾预防、地震应急反应以及工程抗震研究提供急需的实测数据。

布设固定观测台网的基本规划原则是：（l）尽量加大台网的覆盖面积，以提高捕获地震动数据的几率；（2）在局部加大台站密度，以提高单次地震的地震动数据获取量和给出较完整的地震动场为地震应急提供依据。

专用台阵包括研究震源机制、断层影响、场地影响和地震动衰减特征的台阵以及各类工程结构地震反应的台阵等，它在震灾预防与地震工程研究中有着极其重要且不可替代的作用。建议用于专用台阵的仪器数量为自由场台站的10％左右，即400台。

我们应继续加强强震动观测技术研究，尽快研制出地震动转动分量测量仪器以及海底强震动观测仪器，为地震工程研究与震灾预防提供更丰富的实测数据。强震观测技术研究与强震仪研制密切相关，应开展如下课题研究。

（l）系列强震仪的研制：①多维传感器的研究；②转动传感器的研究；③土动力参数传感器的研究；④多通道强震仪的研制（结构、地表、地下孔隙水压等的观测）；⑤简易强震仪的研制；⑥海底强震仪研制。

（2）新型振动检测设备研究：①扭转振动台，②传感器绝对相位校准台，③瞬态特性检测等。

（3）海底强地震观测技术研究：强震仪密封、定位及安装技术，信号的传输技术等。

通过地震震源破裂过程、地震波在真实地壳结构中的传播来预测近场强地面运动，这类研究目前在国际上，特别是美国和日本得到了非常多的应用。在这类研究中，需要回答的关键问题包括：地震的震源过程在多大程度上是可预测的？地壳的复杂三维结构如何更好地参数化？不同震源机制对近场地震动的影响有多大？盆地的存在对地震动的振幅和持续时间起什么作用？盆地结构的放大效应在多大程度上依赖于地震震源位置？小尺度的结构不均匀性和界面的不规则对高频地震动的传播起什么作用？如何更好地模拟近场地震动的高频特性？具有物理基础的设定地震比经验衰减关系更能准确预测地震动参数吗？近场地震动的特性究竟是怎样的？断层破裂如何产生长周期方向性脉冲？从小地震的地震动特性能否推断大地震的地震动特性？等等。这些问题需要地震学家通过今后的研究工作来努力回答。

5地震应急

地震应急是在破坏性地震发生后为减少灾害损失采取的系列应急行动。地震应急涉及的领域如医疗救护、灾民安置、生命线工程的应急恢复、次生灾害的防治，还包括地震损失评估和灾区现场的地震科考。

配备必要技术装备的专业应急救灾队伍的建设是重要的，各国经验都表明，这类专业队伍是应急救灾的有生力量。这里涉及的科研工作包括：专业队伍的管理体制、专业队伍的培训内容与方式、专业技术装备的引进、研究与开发。

迅速获取地震灾区灾情信息，是进行有效应急行动的前提。在此方面，震前通讯信息网络的建设、前面提及的地震予警系统和健康诊断系统的建设，都将在应急行动中发挥重要作用。然而，短时期内普遍建成这类系统是不现实的，在此情况下，以特定手段迅速获取灾情信息是必要的。这里，可利用的技术途径包括，使用直升机、小型飞行器或动力滑翔伞由专业人员对灾情进行观察，使用无人驾驶飞机进行航空摄影，以至利用卫星获取大范围的灾情信息。迅速对灾区房屋和基础设施在震后的安全性作出评价，也是地震应急中所要解决的现实问题，有效的技术方法的研究是必要的。

从科学研究的角度，将地震考察列入地震应急行动中是必要的。地震考察应包括地震地质、土木工程、社会经济与心理等各个方面，地震考察队伍的建设和相应技术装备的研究也是必要的。

震害评估是震后应急救援与抢险的前提和重要依据，建立基于密集强震观测台网的震害快速评估系统有助于提高地震应急和地震救灾的效率。目前，日本的横滨市已经建立了基于密集强震台网的实时地震灾害评估系统。

为了在地震发生时及时停止煤气供应，避免次生灾害的发生，日本、美国等国家的许多煤气公司都要求普通用户端安装能根据震动大小自动关闭的开关。同时，为了实现对大型企业煤气供应中断的综合决策与遥控实施，日本各大煤气公司还建设了基于强震动观测台网的地震应急控制系统。一般用户与小区低压煤气管线的煤气供应中断山智能煤气表与智能调节间根据地震动的大小自动实现。而中压、高压煤气管线，由于其服务区域很大和应急关闭后的后果严重，所以不能单纯地依据谱烈度阈值来判断是否关闭。为此，他们引进了煤气管线震害快速评估系统，并根据震害评估结果遥控实现中压、高压煤气管线的关闭。

6大中城市防震减灾工作及地震危险性评估

地震危险性评估水平从一个方面反映了地震科学研究的综合水平。目前，地震危险性评估主要以概率方法为主，但在国外，确定性方法正重新得到重视。

对于概率方法，需要在方法上有所创新，例如，考虑非泊松分布的概率危险性分析；考虑震源机制、断层方向注、近场效应的地震动参数衰减关系Z在什么情况下大地震在时间分布上是泊松分布，等等。

对于确定性方法，需要深入研究设定地震的确定原则与方法，从设定地震计算的地震动应用如何应用于城市规划和震灾应急管理等。

“九五”期间在乌鲁木齐、天津、合肥等大中城市开展的城市防震减灾工作主要是利用地理信息系统形成了包括地震危险性分析、地震地质灾害小区划、房屋及生命线系统震害预测、次生灾害预报、经济损失和人员伤亡估计、防震减灾对策等多项内容的计算机信息管理系统。这个系统存储了大量的城市基础资料，及各烈度下的震害情况，并能很快给出在给定地震作用下的灾害、人员伤亡、经济损失估计和应采取的救灾措施，为政府部门对地震灾害和抗震救灾进行科学管理提供了依据。

“九五”期间所做的城市防震减灾工作较好地做到了平震结合，地方政府的积极性也很高。但是目前这项工作也有不尽人意之处，主要是存入计算机管理系统的数据、图纸及其它资料难以更新。要研究一套比较简便的方法，地方政府能容易地掌握，资料更新方便。如果能做到这一点，地方政府防震减灾的积极性会更高，防震减灾工作的前景也是很广阔的。

7地震科技为国民经济建设服务的前景

（l）通过“九五”和“十五”的建设，我国由上千台数字强震仪构成的国家数字强震台网也将投入运行。这些集地震监测、远程通讯、震情分析于一身的地震（强震）台网是中国地震局的最大资源优势，除了为地震监测预报服务外，这些台网至少在地震预警、地震烈度速报、震害快速评估、应急反应等几个方面为国民经济建设服务。

（2）建议中国地震局与有关保险公司合作，开展地震保险研究，争取在较短时间内把我国的地震风险管理提高到一个崭新的水平。

（3）强震仪在建设、水利、铁道、交通等部门都有广阔的应用前景。我国地震工作者应进行强强联合和结构重组，大力研制、开发、生产一系列以大动态、高精度、宽频带、智能化为标志的新一代地震仪和强震仪以及相关的监控软件。

（4）大力推广隔震减振这一有效的防震减灾技术。

七、地震观测技术

1地震学、地球物理学都是建立在观测技术基础上的科学

地震学、地球物理学是建立在观测技术基础上的科学。应该说，先有地震观测技术的发展，才有地震学理论的发展。观测技术的前沿，最敏感的问题是地震传感器，按照通常的分类包含测震传感器和地震前兆传感器，从事这些传感器的研发是地震系统内部义不容辞的工作，其它行业无法取代，因为传感器发展的每一个环节都和地震学的需求密切相关，两者长期互相渗透，互相促进。

观测技术建立在传感器技术基础上，传感器的发展过程是从简单到复杂，从检测单一频率信息向宽频带方向发展。我们许许多多的传感器（物理的、化学的等等）仅仅检测到地球这个庞大体系中发生的事件的一个单一侧面，因而往往是管中窥豹，失之偏颇。这就是为什么一种传感器获得的资料不能完全解释、预报地震的发生。好在我们的认识在深化，对许多现象的认识也从个别到一般，例如传统地震计检测到高频地震波，重力仪检测到地球在月亮等天体影响下加速度场的变化，好象相互是独立的，但是用宽频带观测的眼光看，它们均是检测同一地点的加速度变化，如果有全频带覆盖的仪器，就将这两个观测频带联系起来，这种想法就促进了新型传感器的诞生。

2测震观测技术回顾，现状与思考

在上个世纪，测震传感器获得了很大的发展。上世纪初，电磁感应定律在测震仪器上成功运用，诞生了电磁式地震仪，从而人们可以进行具有实际价值的地震观测。基于这一基本原理的地震计后来花样翻新，但从根本上来说是开环的（不含反馈技术）模拟记录，我们称之为模拟地震仪。

在测震传感器的发展过程中，始终必须面对两个问题：一个是观测频带，一个是观测动态范围。地震激发的地震波本身是宽频谱的，从高频地震波（高于1Hz）直至上百秒、上千秒甚至数小时的地震波，低频端几乎延伸到固体潮汐，并不存在某个频段上的空白，但是传统地震计无法实现宽频带观测，因为它的观测频带取决于它的机械周期。大地震激发的地表运动具有大的动态范围，从地脉动到大地震动态范围可能达到200dB以上，而传统地震计动态范围只可能达到40dB，造成大量的地震信息遗漏了。

上世纪70年代诞生了STS-1地震计（我们常称为瑞士摆）。它首先成功地在德国格拉芬堡台阵运行，它采用了力平衡负反馈技术，频带为5Hz－20Sec，动态范围120dB，系统运行稳定，采用模数转换技术，计算机处理存储、显示。从而诞生了最具代表性的数字地震仪，当然同时代的还有SRO井下观测系统。

1987年中国地震局开始规划数字地震观测技术的发展，战略性地提出要在90年代建设我国自己的数字地震台网，而地震传感器应在世界现有地震计水平的基础上做到频带更宽，并下达了研制计划。

在“八五”中国数字地震试验台网和中国数字地震前兆试验台网成功技术的支撑下，“九五”期间建设了国家数字地震台网和区域、流动数字地震台网、强震仪台网、数字地震前兆台网。国家数字地震台网采用了自行研制的JCZ-l超宽频带地震计和CTS-l甚宽频带地震计。JCZ-l超宽频带地震计频带为50Hz－360Sec，360Sec－DC，实现了全频带观测，解决了地震超宽频带观测难题。CTS-1互甚宽频带地震计价格便宜，使用方便，它的频带也非常宽，50Hz-120sec，因此目前中国数字地震台网是世界上频带最宽的台网，利用记录资料已经画出了我国第一张地噪声图。由于超宽频带观测的实现，使传统固体潮观测与传统地震仪观测频带衔接起来，从而提供了更加丰富的数据。

可以说，“九五”期间，我国数字化地震观测技术实现了第一次飞跃，使我国地震观测技术路身于世界先进行列。

从纯技术的角度看，以测震传感器为例，传感器发展历程可归结为：

机械，机械—电子；机械—电子—计算机；机械—电子—计算机—网络（现代通讯手段）。

地震传感器的发展历程反映了现代科技进步的轨迹，地震传感器技术始终把当代最先进的机械、电子、自动控制技术、现代通讯技术熔于一炉，是多学科，多种高新技术的综合产物。

然而更深层次的思考是：我们怎样依赖观测技术水平的进步来提高地震预报水平。即使“九五”期间已经成熟的技术，在新技术的冲击下也面临挑战而必须改进设计，提高产品的技术品质。我们在测震方面面临的问题有：

（l）环境噪声。随着“九五”、“十五”台站密度提高，可用的低噪声台址越来越少，特别是仪器频带展宽后，长周期噪声干扰突出。应通过适当技术压低环境噪声，提高信噪比，获取更多的地震相关信息。

（2）台站自动化。从功耗、仪器可靠性、自动化程度人手提高设备的总体品质、综合考虑成本投入，使全国台站都实现无人值守。

（3）获取临震信息。拓宽仪器频带，打破地震仪与前兆仪器之间的壁垒，如何利用在全国广为分布的地震台站获得的丰富的地震波记录来获取临震信息。

（4）更多的台网信息产出。同样的原始数据产出更多的台网信息。

（5）通讯。更低廉的价格，更可靠的数据传输。

3面对21世纪的地震传感器

预计未来20～30年的需求走向为：

（l）基本需求——宽频带，大动态范围测震传感器。超宽频带、甚宽频带、宽频带地震计今后若干年内仍然是数字地震台网的基本、骨干仪器（注意到台网建设趋势是尽可能建设宽频带地震台网，一个很简单的理由之一是台同频带扩宽，仅增加一些地震计投资，其它投入不变，因而花少量代价即可获得明显性能提高）。

（2）低噪声、宽频带信息一井下宽频带地震计。井下技术可以解决我国许多地区无恰当地震台台址问题，井孔可以直接打到基岩上，例如对于土层覆盖较厚的华北平原特别有用，这样我们可以自由选择台址，不受是否有暴露基岩的限制，使台网布局更加合理。

我们知道在大地震之前，往往有称为“慢地震”“宁静地震”的长周期地震波出现，反映地震应力积累和相关变化。地震计在地表观测时往往会受到大气压槽的干扰，井下100m以下进行观测就可大大削弱长周期噪声影响，大大提高信噪比，清晰观测到与地震相关的低频段前兆信息。因而井下宽频带观测成为很有希望的提供地震前兆信息来源。

（3）井下综合观测系统研制。将宽频带地震计，倾斜仪，地温仪甚至应变仪制作成一个综合仪器下井，可以在同一地点获取不同物理量观测信息，既降低了成本，又可以了解这些物理量临震前的相关信息。尽管这一想法多年前已经提出，有些国家有短周期地震计和其它仪器例如倾斜仪的复合产品，但我国还未就此展开正式的研究。我们有可能把我们“九五”、“十五”期间获得的技术积累用在这方面的研究上，从而在短的时间内获得大的进展。

（4）海底地震计（井孔式）。该项目“十五”期间已开始实施，但仍须投入较大精力才能获得进展。我国海域辽阔利用海底地震仪获取海底结构信息对于取得海洋资源具有战略意义。

（5）人工震源及相关接收机的研究。人工震源及其接收机（地震计）构成一整套灵活可移动的地下构造探测系统，井有可能用于地震预报。人工震源采用偏心机械结构产生可控振荡，为了不扰民、易于移动，要求振荡功率小，接收机具有极高从地背景噪声中提取信号能力。

（6）小型化，智能化，无线收发信息低成本地震计。为了完成在地震活动区或震后现场的监测，以及探测活动断层，需要临时组成大密度台网，小型、智能化、无线通讯的地震仪提供了非常便捷、灵活的方式组成临时台网，完成某种特殊任务，甚至可用于军事目的。

（7）IP化的地震仪。在地震仪上采用IP技术则可利用公用通讯网直接传输地震数据，形成十分灵活的虚拟台网，为充分利用数据，降低通讯成本提供极大方便。已在“十五”建设中提出了对IP化的地震仪以及前兆仪器的要求。

（8）高密度的台网建设。“十五”台网建设目标实现以后，我国台网密度大大增加。高密度的台网利于以更高的信噪比近距离获取地震信息，因此，增加台网密度是必要的，实际上目前只要有技术保证和足够的资金就可以继续增加一些地区的台网密度。从技术上看，要求地震传感器具有低功耗、智能化、无人值守功能、成本降低，对于台网来说，不仅仅是增加硬件，而是随密度增加而增加新的功能，加快响应时间。

（9）地震警报系统。利用高灵敏度数字地震台网及强震台网的检测能力，可以在大地震发生时，对稍远离震中处发出预警，避免次生灾害。该系统的正常运行依赖于检测、通讯、执行机构并牵涉到评判标准，心理承受力，社会组织能力等诸多社会因素，因而须花大力气组织，在一定范围内内部实验，一旦成功，它可成为台网日常产出的一部分，可产生巨大的经济和社会效益。

（10）新技术的尝试。例如数字器件参与反馈的全数字地震仪，集传感器、二次仪表、模数转换器于一体的微刻工艺制造的集成化微型加速度计。

（11）选择不同类型多震区作为重点监测试验场，按照传感器的有效响应范围高密度布网，并将该网信息与地震台网信息联系起来处理，试图作出前兆信息与地震关系的理论解释。

（12）目前的研究和发展方向可归结为：①缩短基线，降低对观测环境的要求（例如水管倾斜仪）；②充分运用下井技术，提高信噪比（例如井下倾斜仪）；③小型化；④自动化、智能化，⑤标定技术为绝对标定及相对标定（每种仪器都应至少具有相对标定功能并自动完成）；⑥与时俱进的通讯技术。

（13）研究宽频带地震记录中的非固体潮长周期周期信息与地震的相关性。

八、地震前兆观测技术

1回顾

国际上很重视地球物理场观测，并十分关注与地震关系的研究。比较知名的观测台网有INTERMAGNET地磁台网、澳大利亚地磁台网、日本形变观测台网、GPS观测网、美国圣安德列斯试验场台网、希腊的地电台网（VAN）、土耳其（欧洲）地震预报实验场、前苏联加尔姆地震预报实验场、冰岛火山与地震预报实验场等。从技术上看，这些台网都使用了数字化观测仪器，使用电话拨号、卫星或超短波无线通信方式收集数据，这些数据一般都集中在相关研究机构进行管理，并在科研人员中进行交换。有些数据可以从因特网上得到。总之国际上这些台网都有很强的学科研究方向，兼顾地震预报研究，并且都不称为地震前兆台网。

地震监测预报是中国地震局的一项任务，也是重要的研究内容。这项研究需要大量的地球物理观测资料。中国地震局将这些观测资料用于地震预报研究，统称这些观测叫地震前兆观测。由这些观测仪器组成的台网称为地震前兆台网。中国原有的地震前兆观测台网使用模拟记录，人工观测方式，技术比较落后，获得的数据量、信息量较少。

“九五”计划期间研制了一套数字化地震前兆观测系统。该系统在实现多种测量方法的综合观测、数字化自动化观测方面取得了成功。中国地震局在每个省建立一个台网中心和若干个数字化观测台站。这些观测台站由各省地震局台网中心管理。各省的地震前兆数据库都接入因特网，实现了各省的观测数据向中国地震局汇集，并将全国各台站的观测数据都存入全国地震前兆台网中心的数据库，研究人员每天都能从数据库中得到最新的观测数据，也实现了台网之间观测数据的交换与共享。目前已在全国改造观测台站220个，其中无人职守的观测台站有1/3，每天可获得观测数据300多万个。中国地震局将在未来3年内再改造或新建300个数字化地震前兆观测台站，地震前兆观测数据还将大幅度增加。这样，中国地震局就有了记录地震波的数字化地震台网和观测地球物理场变化的数字化地震前兆台网。

数字化地震前兆观测台网的台站投入运行以来，在中国大陆及周边地区先后发生数次强烈地震，特别是2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震，台网记录到震前、同震和震后调整的很多信息。中国地震专家一直致力于根据地震观测数据和地球物理观测数据研究地震预报的方法，中国数字化地震前兆观测台网的建设，为研究强震发生前后各种地球物理场的变化规律提供了更多、更好的观测数据。

在地震前兆观测技术蓬勃发展的同时，也发现存在着一些问题：如加强地震前兆观测的技术基础研究问题，前兆仪器的关键技术指标检测和控制问题，前兆仪器研制、生产、台网设计集成、台网建设的整合问题等。

2地震前兆观测的技术基础研究问题

2.1国内外现状

国外：科学家提出地震预报研究思路，技术人员或公司设计仪器并安装。由研究人员对数据分析处理、解释。缺少观测环节。从方法到技术还存在研究不够的问题。

国内：科学家提出思路，或借鉴其它方法，甚至先上仪器设备，然后预报专家进行分析预报。同样缺少一个环节，观测技术、方法的深入研究不够。

因此类似下述问题经常有人提出：

（1）电磁波方法。一些人认为是很有效的方法，一些人则认为，仪器不可靠，无法分辨地震电磁波与其它电磁波，一些“地震地磁波前兆异常”违背电磁波的基本特性（如电磁波速度为300000km/s），仪器粗糙，方法简陋等。

（2）临震预报或几个月尺度的短临预报，在时间尺度上与连续观测仪器的稳定性一般来说是匹配的，但若长达1年或1年以上的异常，与连续观测仪器的稳定性漂移是什么关系？能否或怎样扣除仪器长期稳定性或长期漂移的影响，得到真正的异常信息？

（3）地下流体中的气体观测：从氡、汞开始，相继开发了氢、氦、二氧化碳，还不断有新的观测气体的建议出台，这些气体的异常是独立的？还是相关的？究竟应怎样发展气体观测技术？

（4）观测方法是否能更有作为？例如能否通过电磁波定位的方法判断异常性质？能否通过类似台阵的技术或利用信息论的思想更有效地观测和提取前兆信息？能否通过气体总量的观测取代不同目标气体的观测？等等。

（5）试验场在地震预报研究中，特别是在地震前兆观测技术上能解决什么问题？能否解决前兆异常的象限分布问题？能否解决异常产生的时间顺序问题？能否解决异常差异性问题等等。

（6）台网怎样布局才是合理的、科学的？

类似这种问题还会有不少。这些问题在以往的研究项目中，一般地说，既不能划到仪器研制项目中，也不能划到预报研究项目中。或者有涉猎，但也都无法深入。

这些问题不解决，要么观测系统中隐含的技术问题长期不能发现。要么观测技术无法进步，在预报实践中出现观测数据异常时，说不清是仪器系统的问题还是观测对象的变化，这是许多人认为前兆方法不可靠的重要原因，台网发展中的一些仪器、方法选择缺少科学依据，台网布局缺少理论指导，有一定的盲目性。

2.2研究内容

2.2.1深入研究观测资料，从观测技术的角度将仪器系统的问题提出并加以改进

（1）磁波方法研究。电磁波异常的物理、技术分析，电磁波仪器的对比研究，电磁波观测方法研究等。

（2）地震前兆仪器的稳定性分析。各种地震前兆仪器的稳定性分析方法，稳定性指标与前兆异常指标的关系，仪器漂移的判定及消除减小零漂和提高稳定性的技术。在中期预报中，持续半年以上的异常与仪器稳定性指标的关系等。

（3）地下流体观测方法中气体观测方法的研究。气体观测技术研究（气体的提取分离技术，传感器技术，观测条件要求等），气体总量观测技术的研究等。

（4）前兆观测方法研究。信息论在观测技术中的应用、新的前兆观测方法、前兆信息提取方法、抗干扰方法等。

（5）试验场中的观测技术研究。观测台网布局的研究。观测台网环境的研究等。

这类课题与前兆机理研究共同立项可能更有利。是对以往前兆机理研究的深入和发展。这类课题应由仪器技术人员与预报研究人员共同完成。

2.2.2新仪器新方法研究的立项，要重点论证科学原理、科学思路

避免出现仪器放到台站观测后才发现观测的量不是预期观测的量。

在以前兆观测数据为基础预报地震的大思路下，新前兆观测技术的发展应能推动经验预报向有物理基础的预报过度作出贡献，即新一代地震前兆观测技术应努力提供可以进行以有物理基础的预报的方法和数据。例如，在形变观测方面，应发展应变（力）场及其随时间变化的方法和仪器，断层活动观测的方法和仪器。这些方法产出的数据有可能勾画出应力、应变状态与地震孕育、发生的关系。这是一个非常困难的攻关课题，短时间在方法上不一定能取得突破性进展。

应加强方法研究，应强调方法可靠性，这是提高地震预报科学性的基础。例如卫星远红外、电磁波方法的技术基础研究。一些相对较新的方法，例如地热方法在“九五”期间没有新的进展，影响了台网效益，也应加强研究。

强地震的短期前兆应幅度较大，有必要发展一批中等灵敏度、稳定性好、便于推广的前兆仪器。同时也应注意：什么是中等灵敏度，需进行预研究和论证。

空间技术在地震观测中的应用预研究，例如小卫星技术用于地磁波观测的可能性。

观测技术的基本理论研究，防止技术工作中的随意性，提高技术工作的科学性。

应提高仪器的稳定性，与灵敏度相比稳定性更重要。

测项成网是取得可靠前兆信息的保证。

2.3建立科学的仪器入网论证体制

新仪器研制完成要在实验场进行观测方法实验才能用于台网建设；对已投入观测的仪器中，反映问题比较多的，要完成观测方法实验、观测技术基础研究并论证后再推广；建立科学的仪器入网论证体制等。

相信解决这问题是提高前兆方法预报地震可信度的重要途径。

3前兆仪器的关键技术指标检测和控制问题

3.1前兆观测与地震观测在精度指标上的差异

地震观测是记录不失真的地震波形，是动态观测，地震仪的关键技术指标是大动态、高线性度的采集器、尽量理想的传输特性等，静态精度不是主要问题（震级与幅度是对数关系），甚至漂移不甚大时也不会影响波形的记录。

大多数地震前兆观测基本上是静态观测，真实记录叠加在前兆仪器输出信号中的地震波形，至少在目前还不是主要目标。因此前兆仪器的静态精度、温度系数、漂移指标就成了前兆仪器的关键技术指标。这些指标引起的数据变化与待观测的被测量的变化叠加在一起，形成观测的系统误差或干扰，使前兆数据的分析变得复杂和困难起来。前兆仪器的静态精度、温度系数、漂移指标成了前兆仪器的关键技术，既表现在前兆传感器的设计中，也表现在测量变换装置和前兆数据采集器中。解决这些问题一般需要和计量测试相结合，使用高精度的计量仪器作标准，还要有温度、电磁干扰等实验环境。没有这些基本条件，作出好的前兆仪器几乎是不可能的。

精度指标控制方法。目前，前兆仪器精度、温度系数、漂移（稳定性）指标的检测还没有标准，制定适合所有前兆仪器关键技术指标标准及其检测方法，是前兆仪器质量控制的关键环节。

前兆仪器关键技术指标的控制管理在仪器研制设计阶段开始，在设计上就不能保证达到指标的仪器，不能指望在生产中会达到指标，在生产环节，必须在生产工艺、测试条件和标准完备的条件下才能达到设计指标，在台站运行使用环节，应建立定期的指标检验制度和检验程序，保证在运行中始终能达到规定的技术指标。

3.2统一检测的必要性

目前不是所有的前兆仪器都没有经过测试或检定，相反几乎所有的仪器都经过验收测试、鉴定测试，有的还在地方计量部门进行了测试。问题是这些测试不规范、不全面、标准不统一、测试结果不好比较。因此，在建立统一的技术指标的前提下，统一检测前兆仪器的方法，是避免不合格仪器进入观测台网的重要把关方法。

3.3仪器检定实验室

鉴于地震前兆仪器的专业性强，因此必须有地震局自己的专业仪器检定实验室，对所有前兆仪器的设计阶段、生产阶段的仪器关键指标进行把关。专业仪器检定实验室不能测试的指标，实验室负责指定相关部门进行测试。专业仪器检定实验室出具的检测结果是技术上的权威结果。

4前兆仪器研制、生产、台网设计集成、“十五”台网建设的整合问题

4.1“十五”前兆占网建设需要一批十几种专业地震前兆仪器

“十五”前兆台网建设需要十几种近千台套专业地震前兆仪器。“九五”科技攻关和前兆台网改造对常用前兆仪器进行了改进，基本可以满足台网运行需要。但是，这些仪器中还有的在关键技术指标（例如稳定性和温度系数）或标定调零等重要功能上需要作改进，另外为实现“十五”台网集成，前兆仪器在通信功能上的改造工作量也是很大的。这些工作都还没有有计划地开展准备工作，待工程启动可能面临无米下锅。而这些改进、改造又需要总体设计的指导。所以尽快完成设计并启动专业观测仪器的改进、改造工作非常重要。

4.2台网设计集成决定了台网的水平、运行方式和运行成本

前兆台网的设计集成可以有很多种方案。选择方案的依据包括任务要求、设计成本、技术力量、现有基础、建成的台网的运行方式、运行成本、运行率、与原台网的集成能力等因素决定。因此认真作好前兆台同需求分析、不同方案运行方式的可行性及运行成本对比是非常重要的。没有分析对比将不好判断方案的优劣。

4.3设计集成、生产、建设的关系

设计集成、生产、建设是“十五”前兆台网建设任务中3个不同的阶段，也是3个具体的任务内容，有不同的要求和不同的管理办法，但又需要在统一的思路下完成。

设计集成根据任务要求完成，决定了最终前兆台网的建设水平，是否达到任务目标，是前兆台网建设的最关键环节，后续生产、台站（网）建设的主要技术依据是设计，是否通过验收的主要依据也是设计。设计必须是高水平的、达到任务目标的、各环节技术指标先进可操作性强、集成思路清晰的、界面清楚要求明确的，所设计的系统将来是可以运行的、运行效益是好的、管理是方便的，抓好设计是完成“十五”前兆台网建设的重要前提。设计要对项目的总体要求负责，设计应由设计部门或专门的设计班子完成。

地震局应有仪器测试实验室，按统一的标准对台网所需专业仪器进行测试，仪器测试实验室不能测试的内容应统一委托权威部门按统一要求测试。达不到设计要求的部分可以改进再测，直到合格才能在台网使用。测试应公平、公正、公开，测试是技术指标合格与否的唯一依据。

生产仪器设备必须严格按设计要求。生产单位可以通过招标、委托招标、协议招标等方式决定，但其投标的仪器、设备、软件等样机在投标前必须经过测试，合格后才能取得投标资格。生产的仪器、设备、软件等交货前需逐台测试，合格后才能发货，以保证质量。

建设管理部门和建设单位应严格按照建设管理程序，组织任务分割、招投标、工程实施方案设计和审批、进度管理、经费管理、监理、检查、验收等工作。

4.4专业力量、社会力量的合理使用

地震局专业力量的强项在前兆仪器，特别是前兆传感器的研制、改进、安装等方面，这几乎是社会力量所无法取代的。所以充分发挥专业队伍作用，主要是要专业队伍把精力用在前兆仪器关键技术指标的改进上，前兆仪器中的公用技术最好是在总体设计中提出明确具体要求，组织力量作模块化设计，避免分散力量，也有利于集成联调。

社会力量中那些热心地震事业者，可以通过招投标公平竞争取得生产资格。

4.5迫切需要解决的问题

首先抓好设计，避免出现边设计边招标边生产边建设的局面。也要尽量避免边建设边修改设计的情况出现。设计不出来，难以抓生产和建设。

技术准备要作在设计期间，在设计期间要把所有重要技术问题都解决，要用一部分经费解决这些问题，使台网建设顺利进行（当然，应该有一部分用于前兆观测技术的基础研究和新仪器的实验）。

质量保证是台网建设的核心。而质量保证的关键一是设计时提出的准确的技术指标，二是测试条件的准备，三是出台统一的测试方法。一个都不能少。

生产条件一直是薄弱环节，该支持的要支持改进，结合体制改革重点支持几个单位改善研制生产条件，这也是很重要的。

九、地震实验研究

地震预报的突破取决于物理预报的实现，而对地震孕育和发生物理过程的了解是进行物理预报的必要条件。地震是地球内部构造变形失稳的表现形式，其孕育和发生涉及构造变形物理机制、地球内部结构、物质组成和物理性质等问题。在现有技术条件下，利用实验技术模拟岩石圈的环境条件、研究构造变形的物理机制，是研究上述问题不可缺少的手段，它不仅可以揭示岩石圈不同深度层次的变形机制，还可为野外观测资料的解释提供约束和检验。另一方面，大地震是一种小概率事件，在同一地点强震的重复周期一般在千年以上，可供研究的地震事件是有限的，而在实验室模拟地震的发生，可丰富人们对地震物理过程的了解。为此，国内外学者围绕地震物理过程与动力学问题开展过大量的实验研究，在地震研究中发挥了重要作用。

1实验研究的进展和动态

围绕地震物理过程的实验研究主要集中在两个方面，一个是地震机制和前兆机理问题，另一个是地震孕育的动力学问题。关于前者，主要是基于不同条件下岩石破裂、断层摩擦及断层相互作用等脆性变形的实验结果，探讨构造变形失稳的条件、失稳机制、失稳标志（前兆）和触发因素等，关于后者，主要是通过对岩石圈乃至更深处温压条件下岩石和矿物脆—塑性转换、塑性变形特征和机制、物理性质（弹性和电性）等的实验研究，探讨岩石圈及更深部的结构和物质组成、强度和流动性质以及与此相关的地震成因机制、应力传递与地震迁移等地震动力学问题。近年来，包括美国、日本、德国、加拿大、俄罗斯以及中国等许多国家的学者在上述两方面开展了大量研究，取得了重要进展。主要体现在：

（1）大量实验结果丰富了对岩石脆性破裂过程、特别是结构和介质非均匀条件下破裂过程的认识，并提出了一些新的本构关系和破裂模型，为深入研究地震机制和地震前兆机理提供了物理基础。

（2）对均匀和非均匀断层摩擦性状的实验研究及以此为基础的理论和模拟研究，推动了断层滑动理论的发展，并提出了一些地震孕育和成核模型，针对断层的应力状态和地震机制问题开展了实验和理论研究，并提出了一些新的断层强度和地震机制模型。

（3）在岩石脆—塑性转换和塑性流变方面取得了一些新结果，特别是在下地壳和上地幔物质的流变性质方面取得了新的实验结果，在更深部的岩石和矿物的变形性质的研究方面进行了有益的尝试，并已应用于地震成因和地球动力学的研究中。

（4）在高温高压岩石物理方面取得了一批新的实验结果，其中包括多种岩石的弹性波速及各向异性、电性等，为深入研究地球内部物质的组成和状态、结构和动力学提供了约束条件。

在涉及地震物理过程的实验研究方面，一是将更加重视构造和介质非均匀以及流体对变形破坏过程的影响，二是结合实际断层或孕震构造开展实验和模拟研究将成为趋势之一，三是断层相互作用与块体运动有可能成为新的生长点。在涉及地震动力学背景的实验研究方面，系统研究岩石圈乃至整个上地幔不同深度岩石和矿物的流变性质、并考虑化学环境和流体的影响是主要的方向，针对地球内部物理和地震动力学研究中存在的问题、以及重点地区研究中提出的具体问题，开展岩石圈物质组成、物理性质和流变性质的综合实验研究将成为趋势之一。

2实验设备建设的动态

实验设备和技术的更新和改造是保持实验室的活力、促进实验研究不断深入的关键。涉及地震物理过程和动力学研究的实验设备主要包括以研究中上地壳脆性变形及其物理响应为主的构造变形及物理场实验观测系统、以研究深部延性变形为主的高温高压岩石力学实验系统、以及以研究深部物质及物理性质为主的高温高压岩石物理实验系统。近年来国内外对相关实验设备的建设和改造极为重视。国外重视实验室新建研制和大型双轴和三轴岩石变形实验装置、发展新的数字化观测系统研制气体介质高温高压岩石流变装置、固体介质高温高压岩石流变装置、高温高压岩石物性测量装置、高压高温岩石变形装置。“八五”和“九五”期间，中国地震局投入专项经费对相关的实验室进行了较系统的技术改造，研制或改造了几套重要的实验设备，并实现了主要加载设备从手动操作到自动控制，测试系统从模拟记录到数字化记录、从少数观测点或单项目观测到多点场或多参数观测的根本性转变，不仅使实验室拥有了几套具有一流水平的实验设备，并使实验室测控技术在整体水平上达到了国际同类实验室的先进水平。

目前国际上在构造变形及物理场实验观测系统方面的主要发展趋势是，发展标本尺寸较大（即可布设足够多的物理场探测传感器）、能够对标本施加不同方向与大小的载荷并具有良好控制能力的加载装置，建立具有足够的采样通道与动态响应能力、覆盖从零频到兆赫兹的频带范围、可进行多参量综合观测的数字化物理场观测系统，并配置相应的数据存储系统与后处理软件，在高温高压岩石力学和岩石物理方面，目前的发展趋势是，采用新材料和新技术，提高原有实验设备的技术指标，同时发展超高压高温岩石变形装置及相应的物理测量（波速、电导率等）系统。

3对近期工作的建议

（l）关于实验研究方向。

①在地震物理过程的实验研究方面，把非均匀性对构造变形的影响（包括断层相互作用和块体运动）作为主要研究方向。

②在地震动力学的实验研究方面，把系统研究地壳和上地幔不同深度岩石（和矿物）的摩擦性质和流变性质及其影响因素作为主要方向之一。这是我们有可能跻身国际先进行列的一个方向。

③针对地球内部物理和地震动力学研究中存在的问题、结合重点地区开展岩石圈物质组成、物性质和流变性质的综合研究也是主要研究方向之一。

（2）关于实验设备建设。为满足上述实验研究工作的需求，需要对相关的实验设备和技术进行进一步的改造和建设。其目标是，在构造变形与物理场研究方面形成独具特色的实验系统，在高温高压岩石力学和岩石物理学方面拥有先进的实验装置。建议的具体内容包括：对构造变形及物理场实验观测系统进行改造和完善，以便在接近实际震源压力的条件下开展构造变形物理场的实验研究，对高压高温岩石变形实验和观测系统进行改造和完善，以便更有效地研究岩石圈物质的流变性质和变形机制；对高温高压岩石物理实验系统进行改造，以便更有效地研究岩石圈的物质组成和物理性质。

　

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这一材料是在部分科技委委员及专家撰写相关背景材料的基础上，由科技委主任丁国瑜先生及科技委办公室戎绍昌、吴荣辉、卢桢等同志整理、编撰而成的，相关背景材料已在《科技委论坛》第23期全部刊登。