“5·12”全国防灾减灾日临近，与地震打了大半辈子交道的中国科学院院士、地球物理学家陈运泰最近正忙着给他即将出版的一本科普新书取名。他告诉记者，人们对地震的认识经历了一个由浅入深的过程。“要区分地震和地震灾害。地震不等于地震灾害。地震是自然现象，大地的震动恰恰证明，我们生活的地球是一颗生机勃勃的星球。所以，地震灾害则与人类的行为或者说活动有关，是人类对地震缺乏认识或认识不足、对地震灾害风险应对不力、处置不当造成的。我希望人们能够正确看待地震，更多地了解地震，做好预防与减轻地震灾害工作，学会防范地震灾害风险。”陈运泰说。
唐山地震带来的惨痛教训
地震是否能预报，一直是人们关心的话题，也是至今未解的世界难题。仰之弥高，钻之弥坚。伴随着对该题答案的求索，我国对地震灾害的认识不断深入，地震研究的思路在实践中经历了几次变化。1966年邢台地震发生后，我国开始了大规模的地震预测预报工作。“这些工作是否有效呢？1975年，辽宁发生的海城地震确实是地震学家地震预报的一个成功案例，至少10万人因此幸免于难。虽然这是一次‘成功的地震预报’，但是并不意味着‘地震预报已经成功’，或者说已经过关，如今回头来看，我们并没有真正掌握地震发生的内在规律。”陈运泰强调。唐山地震带来的教训极其惨痛，数据显示，地震造成24.2万人死亡、16.4万人重伤。在陈运泰看来，这次地震让地震学家的脑子“清醒”了。地震没有想像的那么简单，因为地球内部看不见、摸不着，人类无法抵达震源深处，无法直观地观测、研究它。陈运泰解释，我们观测地震主要靠地震波，它源于地震释放的巨大能量，能够到达地球内部深处。地震如果发生在人口稠密的地方，如果建筑物抗震性能差，就可能造成人员伤亡或财产损失，那就是地震灾害。但如果地震发生在杳无人烟的地方，这种巨大能量产生的信号，就可以帮助我们探测和研究地球内部结构，从而有助于增进我们对地震的认识。
努力探寻地球内部的情况
新中国成立后，我国地球物理学家利用天然地震、人工地震等手段，由浅入深、由粗到细地开展相关探测工作。“为服务国防建设，地球物理学家参与了地下核爆炸的观测与研究工作。”陈运泰解释，地下核爆炸是一个巨大的能源，利用它不仅可以研究地球内部结构，还可以利用对其特性的研究，来侦测其他的地下核爆炸，这对国家安全而言格外重要。从我国第一次核试验开始，地球物理学家就参与到地下核爆炸的侦测工作中来，其中的危险非常人所能想象。陈运泰讲述了他参与的一次现场核爆炸试验。“我们的工作流程是在爆炸之前埋设地震仪器，爆炸刚完成时，在放射性灰尘没有抵达仪器埋设地之前将其取走。”陈运泰回忆说，“我和我的学生穿着防护服，在离爆心只有数千米的地方埋设地震仪器。‘轰’的一声，爆炸成功了，虽然地下核爆炸没有蘑菇云，但现场从地面掀起的尘土像蘑菇云一样滚滚散开，同样十分壮观，当然也非常危险。我们迅速冲上去挖出仪器，然后‘望风而跑’。”讲述中，陈运泰语速明显加快，“惊险”的经历让他感到很有意义。这些“冒死”换来的数据被陈运泰和他的学生撰写成了报告，服务于国家安全。“中国地震学家利用地震仪器记录国内外的核爆炸，对它们进行分析研究，使得中国在国际上就核爆炸的地震监测工作，能够挺起腰杆坐下来与他国谈判。”陈运泰评论道。
中国数字地震台网的建设发展
还有一个比肩国际的地震观测成就是中国数字地震台网建设。“我国数字地震台网建设与国际合拍。”曾任国际数字地震台网联合会副主席的陈运泰介绍，1975年，德国和美国分别建设了2个全球第一批的数字地震台网。
我国很快也认识到数字技术对于地震观测的重要性。所以从20世纪80年代初开始，我国便通过国际合作的方式建设了中国数字地震台网，后来台网增加至12个。时至今日，中国的数字地震台网已经遍布全国。“台网建设初期，国际上一些著名的地震学家都到中国来考察，这对我们的地震观测技术而言是一种肯定，也是一种鞭策。”在陈运泰看来，数字化的地震观测仪器，核心不仅仅是记录手段的变革。他解释，感知地震的仪器叫地震传感器或地震计，它的任务是捕捉地震信号，而数字化是后半截儿的事。所以，国际上的地震观测技术进步是两方面的：一方面是地震仪本身水平提高，比如记录的频率范围非常宽，动态范围非常大；另一方面是用数字化技术进行信息存储、传输和处理。“我国通过国际合作，很快就赶上了国际先进水平，其中一个体现在地震仪器的制作水平方面。”陈运泰告诉记者，最初，中国数字地震台网使用的地震仪器，是德国科学家提出原理，由瑞士厂家负责生产，美国拿来应用的。中国很快就掌握了这些技术，生产的数字化地震仪器能在很长时间里维持正常的运行状态。“如今，我们有些数字地震仪器已经达到了出口的水平。”不过，陈运泰也强调，中国在地震仪器方面与国际最高水平还有一定距离，仍需继续努力。
破解震中区与极震区的奥秘
“通过地震波，我们能像拍X光片一样透视地球内部构造。”陈运泰解释，地震发生后，地震波一路上过五关斩六将，经过地壳、地幔、地核、地心，再传回地面。这个过程中，地震波不断与周围的介质发生“互动”，从而携带所经过区域介质的信息。这些信息就像“密码”，破解它便可以帮助我们搞清地球内部是什么样子。不过，这不是研究地震波的最终目的。认知地震更重要的是研究震源，所以，我们必须要像庖丁解牛一样，将跟震源有关的信息与跟震源无关的信息分离开来。“这一点与拍X光片不同。”陈运泰说，医院用来探查人体疾病的“震源”是人造的，它的性能如何我们十分清楚。而地震这种探查地球内部结构的“震源”是天然的，它为何发生？有何性质？我们都需要搞清楚。这些问题的答案恰恰也是研究地震如何致灾的重要内容。那么，地震震源究竟是什么？陈运泰告诉记者，地球内部岩层破裂引起振动的地方被称为震源。它是有一定大小的区域，又称震源区或震源体，是地震能量积聚和释放的地方。“地震发生后，如果我们能够及时分析出震源破裂的地点、大小、方向，就能帮助救援人员在到达现场前，便知晓地震破坏最严重的地区。”陈运泰进一步解释，震源是地震开始发生的地方，因为处于地下，震源的位置有深浅之分，而在震源的正上方(地面)就是震中。需要特别强调的是，震中区并不一定是地震破坏最严重的地区。地震破坏最严重的地区叫极震区，一般而言，较小地震的震中区与极震区大体相符，但较大地震尤其是大地震的极震区与震中区位置常不在一起。“早在上个世纪90年代，我们就意识到这个问题，并想方设法在大地震之后，尽快找到极震区的位置，然而，需花费一年半载分析研究才能得到结果。”在陈运泰看来，此时的结果在科学上虽然也是很有意义的，但不能直接用于救灾。于是，他开始带着自己的学生研究怎样把极震区找得又准又快，这项工作又叫地震破裂过程反演。虽然是理论研究，但因对地震应急救援具有明显的应用价值，陈运泰和他的学生们数十年如一日，坚守在科研一线。从我国数字地震台网建成，到1990年该成果的论文开始发表，再到今天，他们足足花了30年，其间的不易可想而知。“现在，我们已经能在地震还未结束的情况下，将地震台网记录的信息通过卫星传到数据中心。由计算机自动计算结果，得出震中区和极震区的位置。”陈运泰说。
一次临时改变的论文答辩
地震破裂过程分析成果第一次得到应用，是在2008年的汶川地震。说到这里，陈运泰为记者讲述了一个“小插曲”。汶川地震发生前5年，陈运泰在北京大学地球与空间科学学院担任院长。“直到今天，我在北大只培养了一位博士研究生。”他回忆说，“当时我给学生的毕业论文题目是：假定现在发生了一场大地震，需要立刻做地震破裂过程反演，相关资料已经摆到你桌上了，请你用最快的速度做出来。”结果，那位学生在汶川地震前的一个多星期就把论文写好了。按照要求，这篇论文被送给专家评审，专家们都说做得很好！“因为5月份就要论文答辩，我的学生已经开始准备PPt。不料，汶川地震发生了，我马上跟他说，你的论文不就是做这个的吗，现在汶川地震发生了，你不要去准备什么论文答辩了，你就拿着地震台收集到的汶川地震的记录赶快做反演，能有多快就多快！”陈运泰说。汶川地震是下午2点30分左右发生的，那名学生立马发动师兄师弟帮他下载数据。 “因为汶川地震是相当大的地震，它激发的地面运动时间特别长，下载数据要花很长时间。拿到数据后，他就开始做反演。当天深夜，结果就做出来了，一共用了10多个小时。这个结果马上就被公布在网上，国内外专家都是非常赞许。”陈运泰说。与此同时，这个结果也被上报给了汶川地震救灾指挥部。根据反演结果，汶川地震是一个非常复杂的地震，它有两个极震区，一个在都江堰，另一个在北川。这意味着救援人员不仅要重视都江堰，还要重视北川。果然，由于道路中断，数天之后救援人员到达北川后发现，当地的损失很严重。按照惯例，地震发生后，地震部门会派出大量从事野外考察工作的专家，他们跑遍灾区，绘制表示地震影响的地震烈度图。汶川地震3个多月后，数十位专家不畏艰险，翻山越岭，经过3个多月考察得到的汶川地震烈度图显示的结果，与陈运泰和他的学生们从地震观测资料反演得出的结果完全一致。在此之前，陈运泰曾幽默地跟他的学生说：“若能把汶川地震的破裂过程在尽可能短的时间内做出来，即使博士论文答辩受影响，我也会让你通过；但是如果做不出来，或者做出来的结果日后发现与实际相去甚远，专家评审意见再好，我也不好意思让你过关。”最终，该学生的论文很顺利地通过。
玉树地震再次验证研究成果
从那以后，反演地震破裂过程的方法在国内多次大地震中都得到印证。令陈运泰印象深刻的是玉树地震。“因为玉树地震发生在高原地区，我们对它的研究，再次改变了人们对震中区和极震区的认识。”陈运泰说，反演结果显示，此次地震的极震区位于震中东南方向25千米处。 “25千米，在平原地区开车一会儿就到了，但高原地区原本就交通不便，遭遇地震后，路更不好走，很容易延误救援的最好时机。”陈运泰介绍，这次他们的研究结果为救援工作提供了很有价值的信息。震后，救援队伍到了震中区，发现当地只有个别房屋的玻璃震碎了。除此之外没有任何大的破坏迹象。恰好是在该地东南方向的25千米处，破坏最为严重。陈运泰认为，这次地震不仅说明反演结果对应急救援有帮助，还说明这项研究工作关乎人命。“如今，我们进行地震破裂过程反演花费的时间，从汶川地震时的10多个小时，缩短到2个小时到3个小时，而且这些时间主要用在资料的传输和下载上。”陈运泰解释，一次反演需要的数据量太大了，虽然地震波传到地震台的时间是无法压缩的，但目前地震信息通过卫星传到数据中心，再到我们下载资料所用的时间仍然有压缩的余地。“我相信，随着5G时代的到来，一定可以再度创造时间奇迹。”陈运泰坚定地说。
——访中国科学院院士、地球物理学家陈运泰
