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池顺良:行走在边缘的地震探索者

已有 3813 次阅读 2008-12-10 20:12 |个人分类:汶川地震科学反思|系统分类:人物纪事

这是一个在地震观测技术发展历史上曾经被忽略、但注定会写入历史的章节,一个长期行走在现行地震系统边缘的探索者,用三十年时间完成了一件世界顶级的应变观测仪,推动地震预测事业是他的毕生所托。

池顺良是上海人,至今乡音难改,上海话的腔调还在。他表情严肃,透出历经沧桑的坚毅。他的体格比一般南方人高大,多年摩挲仪器成就了粗大的双手,只是右手食指在一次操作机械设备时出了意外,几乎被齐根削去。
 
从北京出发一路向南,穿过深秋辽阔的华北平原,在河南省鹤壁市旧城区的一个家属院内,记者见到了这位已经退休的地震专家。他研制成功的四分量钻孔应变仪在汶川地震之前发现了前兆异常。
 
在汶川地震后的5月22日,原国家地震局分析预报中心主任梅世蓉获悉池顺良取得汶川大震的最新观测资料,心情激动。她致信池顺良,建议他向有关机构申请在南北地震带上加密应变前兆观测,并在华北地区迅速建网,以捕捉未来的强震,并表示将联合有关专家全力支持。
 
“如此重要而有意义的事情不能只靠你们池家人的努力。”梅世蓉在信中说。
 
从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。
 
经历唐山地震
 
上个世纪60年代,池顺良在北京市规划管理局工作,后来妻子所在的建工部北京给排水设计院在“文革”中解散,他随妻子来到鹤壁市,在当地中学当起了数学、物理老师。
 
这个同济大学工科毕业、数理基础不错的大学生在教书育人之余却富有Think Big的宏大情怀,对宇宙学和地学很有兴趣。他写的一篇宇宙学假说的文章甚至得到了当时著名的天体物理学家戴文赛的赏识。在地震系统工作25年后,他与河南省地震局研究员骆鸣津合著的《海陆的起源》一书,又得到著名地质学家刘东生院士、任纪舜院士等的称赞。
 
1975年海城地震后,池顺良加入到地震群测群防,在这场声势浩大的群众性科学实验中,他在家里自己动手做了一个简易地震仪,市里面知道后就把他抽调到新成立的鹤壁市地震办公室工作。
 
“那时候的工作就是下情上传、上情下达,大部分工作是等电话、看报纸和喝茶。”池顺良还记得那段单调的地震预报生涯的开始。
 
不过很快他开始忙了起来,虽然鹤壁是个小地方,但在市科技局的图书室内他却找到了苏联地震学家萨瓦连斯基编写的《地震学与测震学》专著,很少有人问津的情报室内甚至还有国外的杂志介绍最新的地震体应变监测仪。“如今这些反而没有了。”回想当年,池顺良有些感慨:“那时候氛围很好,有的地震专家把自己的仪器资料寄来,有的把自己的杂志送给你,无论你向谁求助都能得到热情的帮助。”
 
池顺良有很强的动手能力,不仅会机械加工、机械制图,还会开车床。1976年唐山大地震造成的巨大破坏激发了池顺良寻找地震预报有效方法的强烈愿望,阅读了大量地震学资料后,他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当时地震学家秦馨菱、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当时傅承义、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,鹤壁市很支持,池顺良用来做实验的钻孔甚至打到了市委的院子里。
 
钻孔应变仪问世
 
池顺良很快发现,群测群防运动中涌现出许多土法研制的监测仪器很成问题,什么都做,记录到什么东西都信,甚至有些仪器埋在土里的和吊在树上的观测记录一样,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”,着手整顿群测群防中出现的问题。与会代表大多是研究机构出身,池顺良也被邀参会,是为数不多的群测群防出身的代表。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。在鹤壁市召开的这次会议规格很高,全国30个单位的55位代表出席了会议。国家科委的专家鉴定委员会里有两位中科院学部委员,11位地震仪器、地球物理、力学、形变、地质等专业的高级研究员。池顺良的工作得到了高度肯定。专家们认为:压容式钻孔应变仪在地层剪切应变量的测量技术方面,在国内处于领先地位,具有世界水平。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。
 
如今回过头来看,这是极富有洞见的评价。2001年,中国地震局地壳应力研究所研究员邱泽华对全国装备有钻孔应变仪的41个地震前兆监测台站进行了调查,结果显示:认为钻孔应变仪监测预报地震有效的台站占受调查的61%,认为不确定的台站占22%,另有17%的台站(多数为新上仪器)没有表示意见。“没有台站认为这一手段无效。”
 
1984年,在池顺良看来有如一副愉悦的笑脸。鉴定会上池顺良戴着那个年代才有的黑框眼镜,王仁等专家挤在一起看他演示仪器操作,一种欢快的、洋溢着热情和兴奋的情绪,透过一张张当年的黑白老照片依然能够清晰地传递出来。
 
两年后的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,“已达国际先进水平”。
 
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。”但是,当Agnew找到国家地震局提出想要与池合作时,一些专家认为这是“自己的宝贝”,不愿往外拿。
 
捱过艰难的日子
 
通过鉴定后,这个“自己的宝贝”也很快被人们淡忘了。上世纪70年代李四光去世后,地应力观测地震预报科学思路被冷落。与此同时,来自西方的测震台网的思路开始在中国地震界盛行,70年代后期,空间大地测量技术兴起,90年代GPS技术快速发展,中国地震界的注意力集中到了GPS上。钻孔应变等前兆监测手段一度在国家科研计划中被边缘化。
 
到了90年代,池顺良的工作基本上得不到支持,那是一段艰难的日子,但还留下一个研究的小摊子——此前在鹤壁市政府支持下他在建委院子里建起一座红砖砌成的二层小楼做实验室。在池顺良的影响下,全家人都被动员起来,两个儿子担任实验助手,妻子负责后勤兼打下手,组成家庭作坊式的研究小组,和地震“耗上了”。
 
正在仪器改进完善研究无以为继的时候,中国科学院的一个开放实验室项目拯救了池顺良。经过多位专家推荐,1993年池顺良得到了几万元的项目经费,3年后他提交的成果“高精度的应变测量系统”获得了中国科学院科技进步奖二等奖。
 
此后几年,池顺良的仪器研究工作可谓惨淡经营。在鹤壁市政府,上海、北京、杭州、泰安等地方地震局的支持下,研究组只能靠为这些地方台站安装仪器,继续进行项目的发展和改进。
 
直到2003年,远在大洋彼岸的一项科研计划意外地让池顺良的钻孔应变仪起死回生。这一年,美国“地球透镜计划”决定布设200台澳大利亚生产的“分量钻孔应变仪”,作为地震仪、GPS之外第三种对地观测的主要观测仪器。在日、美等国,测震和GPS观测网早已布设,应变网的布设则刚开始。一向紧跟西方科研思路的中国地震界立刻重新认识到这一手段的重要。在“十五”期间,中国数字地震观测网络工程采用了池顺良的40台仪器,数据采集器由中国地震局地震研究所提供,建起了一个稀疏的钻孔应变观测网络。为此池顺良和小儿子池毅两人开着塞满设备的工具车跑遍了大半个中国,行程十几万公里。
 
此时钻孔应变仪从“先进”变为“后进”,浪费了20年的宝贵时间。不过历经改进,在邱泽华研究员看来,池顺良的仪器“仍然是世界领先的”,其性能超过了美国采用的“分量钻孔应变仪”。美国在“板块边界监测”计划中采用的三分量钻孔应变仪,其三路径向位移传感器分别布置在探头上、中、下部位,而池顺良的YRY-4型四分量钻孔应变仪有四路径向测微传感器,而且同平面布置在探头中平面。因此美国人的仪器长达2.2米,重达45公斤,而池的仪器只有45厘米长,重量仅有8公斤,实现了许多人眼中不可思议的小型化。
 
不仅如此,在池顺良的设计中,四路传感器在几何和力学上等价,这种四分量结构可以对四路测量数据是否真实反映地层应变进行自检。同时,他的仪器观测频带宽度达到5000Hz-DC,而美国人的仪器仅有20Hz-DC。
 
在决定仪器观测成败的最关键的安装环节,探头与钻孔的无缝耦合至关重要。在这一问题上,经过长期摸索,池顺良放弃了传统做法,转而使用非膨胀水泥耦合的方式,解决了这一难题。因而,美国人的仪器安装后需要长达3年时间才能稳定下来,而池的仪器仅仅数天即可达到稳定观测的要求。
 
遭遇汶川强震
 
随着时间的推移,“十五”期间布的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2008年5月12日发生的汶川强震。
 
姑咱台的钻孔应变观测仪器在2006年10月28日安装完毕,数天后仪器即实现了稳定观测。2007年4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。2008年2月姑咱台附近先后发生两次4级以上地震,3月又经历了2~3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。
 
2007年10月,池顺良从已经安装的部分钻孔应变仪观测的数据得出判断:“中国大陆地块从今年上半年开始新的活动”,“活动区域仍以南-北带及其延伸地区为主。”他向有关部门提交的报告中的震情发展预测一节中指出:“姑咱、德令哈、小庙三个台,仪器的应变数据已记录到异常变化,应进一步重点加强这几个地区的监视工作。这三个地区只有单台分量应变仪,监视力量单薄,要在这三个台附近选择合适点位,尽快安装第二、第三套仪器,形成‘网络’或‘台阵’,强化监视能力。”但建议未获实施。时至今日这三个地域都发生了6级以上地震。
 
2008年3月16日,池顺良等驱车赶抵姑咱现场落实异常,确认仪器工作正常,但当时仅凭一台仪器的观测资料无法判断地震活动中心。随后,他立即赶至成都,与四川省地震部门商议尽快安装第二套仪器并选择安装点位。但最终打钻的费用无法落实,此事遂搁置。
 
“汶川地震前在姑咱台记录到应变异常,这个观测本身是不错的,应变观测还是可以期待的一种手段。”梅世蓉对池顺良的应变前兆观测十分赞赏,“我非常支持池顺良的钻孔应变观测,这个仪器的物理基础非常清楚,观测技术也过得了关,但仅有全国40个应变观测台肯定是远远不够的。”
 
早在梅世蓉担任中国地震局分析预报中心负责人的时候,她就了解池顺良的工作,“那时候我不掌握人、财、物,只能替他去科技司喊,既然他的仪器不错,给他支持吧!”陆续地,池顺良也获得了一些支持,“但力度很不够”。此次观测到震前异常的姑咱台在40台仪器中距离汶川震中有150公里,剩下的基本都在四五百公里以外。梅世蓉强调,应变前兆观测必须在区域上有一定的密度,每一个点要有一定的精度,而且要集中处理,得有网,如此才能判断哪个地方的能量在积累。要不然台之间距离远了,地下情况不一样,不好对比。
 
有意义的前兆观测
 
位于南京市南郊的江宁应变观测台在2006年12月23日安装完成。池顺良对这个台站很满意,仪器安装后一直运行稳定,环境干扰很小。
 
这里还是一个地震活动相对平静的地区。然而,汶川8级地震后,全国应力场调整,江宁台也有所反映。6月14日,江宁台观测到应力转折现象,这在仪器安装后的1年半中从未发生过。6月23日,此前从未联系过江苏地震部门的池顺良发出短信,将江宁台的应变异常通知对方以提请注意。7月6日18时43分,在江宁台北东约50公里处的句容发生3.6级地震,南京有感。
 
池顺良感到“幸运”。在地震不多发的地区竟然用布置没多久的仪器“捕捉”到了一个地震,对观测者来说这样的说法并不为过。
 
但幸运的并不止这一次。6月18日经历石棉4.2级地震后,位于南北地震带南端的攀枝花和西昌并不平静。8月初,位于西昌附近的小庙台、金河台的应变异常仍在发展,应变转折一个接一个。当地地震部门根据应变观测异常以及其他仪器的同步异常,预测8月中旬至9月初西昌东南将发生6.0~6.4级地震,并填报了地震预报卡。8月30日,会理发生6.1级地震。
 
让池顺良感到欣慰的是,在西昌附近的小庙台、金河台、仁和台相互间平均距离约100公里,形成了一个三角形的小台阵。会理6.1级地震的成功预测显然与西昌附近较高的仪器密度有关。但同时姑咱台留下的遗憾又让他忧虑重重。毕竟全国只有西昌才有一个三台仪器密集布设形成的应变观测台阵。“下一次的地震活动能否再次有所察觉,就很难说了”。
 
宁夏海原。2007年9月14日,池顺良在距离1920年海原8.5级特大地震震中不超过10公里的地方安装了一台四分量钻孔应变仪。2008年9月21日,应变曲线一改一年多来平滑的趋势,突然发生转折,池顺良10月1日给宁夏地震监测部门发去短信提请注意。10月3日,海原台东南88公里的固原发生3.8级和3.1级地震。
 
经过多次检验后,池顺良对应变转折的前兆意义有了一定认识。所谓“应变转折”,实际上就是仪器所在地块受到相邻地块活动、挤压的附加应力作用所致。应变转折和岩层受力之间有直接联系。
 
会理地震由于缺乏观测临震信息的有效手段,地震预报还是未能正式发布。池顺良因此认识到,寻找有效的临震信息和观测仪器已刻不容缓。在把仪器采样率从1次/分钟提高至1万次/秒之后,他又在马不停蹄地改进自己的仪器,拓宽观测频带,希望能够观测到对临震判定极为宝贵的地声信息和极微震。
 
建设应变观测网迫在眉睫
 
盼望了20多年,池顺良的仪器终于有了用武之地。为此他感到欣慰,“还算幸运,总算做成了一件事”。
 
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。研究钻孔应变仪并不是他的职业,但却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。
 
“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:全国需要布设数千个应变测站。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。
 
“或许这是中国人解决地震预测这一世界科学难题的机会。”他憧憬着。
 
然而,在接到梅世蓉的来信后,池顺良谋求在震区加密布设钻孔应变仪进行观测至今已经过去半年多了,仍然没有丝毫进展。他观测到的青藏高原向东加载的应力并未因汶川强地震的发生而卸载,只有地震人才有的敏锐让他陷入焦虑。
 


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