作者:王静 来源:中国科学报 发布时间:2012-4-30 15:41:58
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许绍燮院士:探究地球的脉动

 
人物介绍:
 
许绍燮,1932年1月出生于浙江省绍兴市。地震学专家。中国地震局地球物理研究所研究员;曾任研究所学术委员会主任、副所长,中国地震学会副理事长,国际地震灾害与预报委员会副主席,国际地震与地球内部物理协会执行局委员等职。
 
从事核爆地震与天然地震监测工程技术研究。研究地震事件的监测、判别;创建标准钟用铁木铜补偿摆,机械地震仪弹性铰链连接器,581型电子微震仪;组建微震台网,与他人合作创建北京电讯传输台网,首次实现了地震准实时速报;提出地震相关、缺震、等间距性、地震发震时刻与日月星辰宇宙环境有关等震兆,创导地层屈曲变形模式以解释地震的分布图像;提出地震预报能力评分方法;主持编写地震活动性地震预报方法程式,中国地震震级标准化;首先用非几何相似定震相定测点测定我国(首次)核爆当量;成功组建侦察国外核试验速报体系;创建多种测定核爆地震方法;代表我国参加禁核试地震核查的国际谈判;提出的识别核爆筛选方案,被接受纳入国际禁核试条约。
 
获国家科学技术进步奖二等奖3项,1994年国家地震局授予其“有贡献的地震预报专家”称号。2002年当选为发展中国家科学院院士。1999年当选为中国工程院院士。
 
■本报记者 王静
 
春暖北京前夕,原中国地震局局长宋瑞祥因没能参加中国工程院院士许绍燮80华诞的庆祝活动而深感遗憾。为表达对许先生的敬意,在春天里特别举行的一次地震预测预报科技研讨会上,宋瑞祥终于得以挥毫泼墨,为许先生题写了“学涯无止境,高峰永登攀”的贺词,真诚地赠送了一份心意后,才略感安慰。
 
作为多年的老领导和老同事,宋瑞祥比任何人更了解许先生的成就及其对国家的贡献。
 
然而,很多不了解许先生的人,都推测许先生应该是位海归,至少毕业于中国某名牌大学。否则,怎能取得如此成就并当选中国工程院院士与发展中国家科学院院士?殊不知,许先生的学历只有高中毕业,不曾接受过完全意义的大学常规教育。
 
对此,许先生自己的看法是“瞄准了方向,根据需求而学可能会成为成功的关键”。
 
他说:“人们都知道,比尔·盖茨没上完大学,创造了计算机的奇迹;乔布斯也中途辍学,开创了网络新时代。他们退学但并不停学,他们知道自己需要什么知识就专攻什么知识。”
 
一生都与地震打交道的许先生,自始至终坚持着学习地震方面最有实际应用意义的知识。
 
按需求选课
 
提到不曾上大学,许先生讲述了自己高中毕业参加高考的经历。
 
那是1950年夏天,毕业于杭州高中的许绍燮,因天热,接连不断地吃了多根冰棍,导致大病。临高考,他只能被家人搀扶着进入了设置在体育馆的考场,写考卷前后,都只能躺在体育馆的垫子上,体质虚弱到了极点。就这样交了答卷。成绩公布后,他居然收到了厦门大学的录取通知书。可在那个年代,他从浙江老家去福建厦门,需要坐车7天7夜。报到日期到了,但他身体尚未恢复,只得放弃了去厦门大学上学的机会。
 
但他十分幸运,就在当年,中国科学院培养科技人才练习生的第一次招生广告发布了,高中生也能报考。于是,他参加了沪宁两地约共有600余人报名的考试。中科院选拔了10名学生,他名列其中。
 
“自己从小志愿就想做科技工作,进了中科院能在研究所工作,也不用再操心就业了。”他说,“当时特别高兴。”
 
进入中科院地球物理所后,研究所的任务就是观察、分析、研究地球物理现象,因而学习目标非常明确。
 
那时的研究所领导都很重视学生,因为年轻人很少 。特别是赵九章所长,十分器重年轻人,除了在所内开课外,还亲自领着他们去大学拜师。许绍燮因为在高中时期就自学了大学普通物理,在南京理工大学与南京大学、北大听课时,自己感觉需要什么知识就听什么课。学习,不是为了获得学分、取得毕业证。如在南京理工大学,他选择了陆钟祚教授讲授的“电子管线路应用基础”课程。教授讲课深入浅出,他听课兴趣极大,如饥似渴,很容易就弄明白了。
 
他说:“这样的课程对后来创建电子微震仪起到了关键性作用。若没有需求的牵引,遇到什么学什么,兴趣动力不足,学习很不经济。”
 
“中国走在前面了”
 
许绍燮的第一篇论文《机械地震仪弹性铰链连接器》发表在1958年的《科学记录》上。他那年24岁。文中报告为机械地震仪创建了一种放大杠杆连接器,可以大大提高耐受强震的可靠性。论文发表时,特别标注,此文由中科院院士傅承义推荐。其中,弹性力学部分约请中科院院士郑哲敏把关。这种连接器,在后来的唐山地震中发挥了重要作用。我国唯有安装了这一连接器的513中强仪,取得了唐山地震的完整记录。
 
1958年,我国一度提出地震预报研究。虽因耗资巨大改为长期探索项目,但许绍燮从此与地震结下了不解之缘。
 
当许绍燮看到地震仪不得不采用昂贵的照相纸记录地震波形图时,就开始推敲:“为何不利用电子管器件放大记录呢?”
 
当许绍燮把自己的想法与一些同行探讨时,大家都说不可能。因为地震仪器是长期连续工作的定量设备,可靠性、精度要求很高,连美苏先进国家都不敢用电子器件,中国怎能做成?
 
“初生牛犊不畏虎”。许绍燮凭借听课学习的知识,联系当时研究所器材优势,竟自己干了起来。他的导师李善邦先生是一位注重实际的学者。他叮嘱许绍燮,一定要做好与现有地震仪的长期连续观测对比,以证明其可靠性。
 
1959年,许绍燮在《地球物理学报》发表了《581型微震仪》论文。文中如此表述:“我国幅员辽阔,地震活动区域面积很大,如何选择有效的、经济的微震仪是一个重要问题。为此,地球物理所在1957年底开始了此项研究工作,经两年来试验和实际观测,证明采用电子地震仪大有前途。仪器现已初步定型,定名为581型微震仪,并着手初步推广以便做更进一步的试验。”
 
以此为标志,我国采用电子器件放大的常规地震仪研制取得了突破性进展。文章还公布了世界上首张以半导体器件放大记录2.5级微震波形图,效果远远超过了照相记录地震仪。这种地震仪噪声小、灵敏度高,且无须交流电,还节约了昂贵的大量照相纸。
 
许绍燮指着复印给记者的论文说,当年“4种不同类型的地震仪进行对比试验,采用半导体放大器微震仪在齐家庄地震台的记录最为清晰”。
 
当加拿大专家威尔逊来中国考察看到这种地震记录仪后,非常吃惊。因为这类设备他在美国和苏联都没见过,而在中国出现了。
 
尽管事实已摆在人们面前,但研究所内仍一直有人质疑:“为什么美苏不搞这类电子器件放大的常设地震仪呢?这装置能行吗?”
 
为了验证这种设备的可靠性,研究所党组织决定请苏联专家来华协助鉴定。他们把许绍燮研制的仪器与苏联最好的地震仪进行了对比观测,发现许绍燮研制的设备表现出许多优势。事后,苏联专家聂尔谢索夫和另一位专家要求与许绍燮合影,且一定让他坐在他们中间。离开中国时,他们对研究所的书记说:“中国走在前面了。”
 
581型地震仪实现了地震的实时波形连续记录。这种地震仪随后在全国推广使用,并于1966年4月据此建立了我国第一个电信传输遥测地震台网,实现了地震的准实时速报。当年5月,日本著名地震学家河角广访华时,参观了这个台网。他感叹说:“日本还做不到。”
 
用地震测核爆当量
 
上世纪60年代,中国进行第一次核试验,组织上给许绍燮下达了一项任务:用地震方法测定核爆当量,要求“上不告父母,下不告妻儿”。
 
“这项技术在那个年代,只有美国掌握。”许绍燮介绍。
 
“我们怎么测?”许绍燮经过搜索,发现可以用化爆方式模拟。经过反复试验摸索后,他发现书本上介绍的几何相似法根本不能用。但不久,他就找到了一种新方法:采用固定振相、固定仪器和固定距离,即可简便、有效地测定核爆当量。
 
核爆时,为了高质量完成任务,做好化爆模试验,他们提前到达场区,最后撤出场区。
 
“那时,我与同事们经常身着防护服,全身湿透,胶靴中积存的汗水可倒出一杯。”许绍燮说。
 
1964年,在圆满完成测定我国首次核爆当量的任务中,许绍燮荣立了中国人民解放军科技二等功。
 
30多年来,这是他第一次向媒体披露自己曾经的工作。
 
在随后的岁月里,他还参加了禁核试国际地震核查谈判。他利用自己所掌握的地震知识,转被动为主动,说服了参加核谈的西方多国专家。
 
谈判结束,中国驻日内瓦使馆称赞许绍燮“敢于斗争、善于斗争,表现出色,圆满完成任务”。此后不久,他当选为中国工程院院士。
 
预报研究应调整策略
 
2008年“5·12”汶川地震,让许绍燮重新审视和思考关于地震预报的研究工作。
 
“自地震预报研究至今,已40多年了,预报成功率约为30%。这样的概率离人们的期望很遥远,甚至难以接受。如今,地震学家们或许应该在研究思路和策略方面作些拓展,从更广大的范围研究地震,才有可能为地震预报找到一条新途径。”许绍燮说。
 
他发现,千公里尺度的地层,也就是全中国地层甚至整个亚洲地层,可在瞬间发生整体浮动,这种现象没有任何一位地震学家曾料想到。
 
许绍燮讲解道,地震学界很早就注意到,在油田,人们经常能看到井管被错断的现象。这表明,地层内的分层间是可以产生相对运动的,其运动规模一般在层深百米级左右,面积跨度为公里级,运动的时间以年计算,地震学家称之为准静态规模。但在最近几年中,他领导的研究小组发现,在地层层深达10公里级处,相当于浅源地震震源的深度,展布面积为数千公里的洲际尺度上,地层运动显示出瞬变时间,可以时、分、秒计算。如此巨大的层块、如此快速的运动,其所涉及的能量相当惊人,值得地震预报研究给予关注。
 
2001年11月14日,昆仑山发生了8.1级地震。许绍燮高度关注,调出了全国各地地震台网监测的历史记录,并进行了仔细深入的分析。
 
他指着地震波说,2001年11月5日18时,中国各地地震仪呈现出很有价值的记录。“在1小时之内,地脉动造成的地面运动,格尔木与高台的记录是它们的垂直方向波呈现反向波动,而呼和浩特与黑河的记录是垂直方向波呈现同向波动。这种波动的出现,必须是这两个地方的地层既能同时向一个方向运动也能向反方向运动。也就是说,格尔木与高台的地层,呼和浩特与黑河的地层可同时浮动。”许绍燮说。
 
许绍燮推断,整体的大尺度地层运动时产生大地震可能性极大。“自然界瞬间就能在广阔的地域中启动如此快速运动的动力,有可能为认识地震发生过程提供新的思路,它也应对地球构造动力的认识提供新的启迪。”
 
许绍燮认为:磁电参与了地层的运动。“大脉冲波,在以往地震仪器记录的历史资料中不曾有人注意。我也是花了多年时间才在地震资料中发现这一现象。”许绍燮说。
 
“科学不怕批评”
 
“如果有问题,请随时质疑。科学不怕批评。”走进2012年,研究地震半个多世纪的许绍燮,在一次地震预测预报研讨会上这样开场。
 
许绍燮在不同场合表示:研究人员更多地对地震预测预报的科学问题开展更深入的剖析。
 
他说,长期以来,关于地震预测预报,国际上一直存在着分歧和争论。尤其在日本大地震后,学术界对于地震预测预报的可能性再次表现出动摇。尽管中国地震学家孜孜以求,但一些消极思潮正在影响人们的思想,尤其影响年轻一代。
 
步入80周岁这一年,许绍燮收集整理了40年来他自己分析研究的关于地震预测预报的论文资料,编撰成册,出版了《地震应可预测》专著。他特别希望人们认真讨论专著中的观点和涉及的问题。
 
许绍燮认为:“地球不同分层控制着不同的地震震级事件。”自古至今,中国大陆内部高震级地震大多集中在距离地面10~25公里深度范围内,强烈地震在浅于10~15公里层很少发生,在深于25或30公里层面,也很少发生。同时,与地震在垂直方向非常局限相对应的是,强烈地震在水平方向的扩展却极为广阔,经常千百公里连绵不绝。强烈地震在分布范围极广而深度并不厚的薄壳中发生。这种薄壳结构受力后很容易屈曲变形,其屈曲变形波控制着地震分布地点与地震震级。
 
“沙堆理论”的误导
 
动摇地震预报研究者信心的“最有力”说辞来自美国。
 
美国物理学家Per Bak和Kan Chen作过一项研究,让沙子一粒一粒落在桌上,逐渐增高到一小堆。初始阶段,落下的沙粒对沙堆整体影响很小,当沙堆增高到一定程度,落下一粒沙却可能导致整个沙堆发生坍塌。由此,他们提出一种“自组织临界”(self-organized criticality)理论,即沙堆达到“临界”状态,每粒沙与其他沙粒就处于“一体性”接触, 那时每粒新落下的沙都会产生一种 “力波”。沙堆的结构将随每粒新沙落下而变得脆弱,最终发生结构性失衡——坍塌。
 
日本2011年3月11日大地震后,有美国科学家在《自然》发表文章,劝说日本抛弃东海地震预测系统,同时废除《大地震对策特别措施法》,其依据就来自“沙堆”。
 
劝解者认为,地震的发生犹如一个沙堆在堆积过程中的不断的坍塌。各次坍塌可大可小。因为沙堆中没有结构,坍塌是一种临界自组织,即使第一粒沙子已经开始滑动坍塌,仍不能预测坍塌结束时会有多大规模。
 
地壳运动真的如同“沙堆”?许绍燮不以为然。
 
他对我国2003~2005年的地震进行仔细分析后发现,2级地震可清晰地刻画出活断层的情况;3级地震则常常发生在河流的左岸(面对河流流水去向的左手侧);4级地震呈现出似火星盆地间的搬运格局;5级地震表现出在经纬线方向上的某种对应。这些现象向人们暗示,地层是分层的,不同的分层产生不同的震级档,不同震级档可以反映不同的地层所影响的地貌形态。因之地震有其某种内在结构。
 
在《地震应可预测》中,他提供了论证地震应可预测的诸多材料。主要论据是:大地震不是任何地方都能发生的,大地震不是任何时间都能发生的,大地震有其特定的时空结构。认识、改善、精确时空窗口,地震是应该能够预测的。
 
许绍燮认为:条环交会、差异活动和深震与天外来客事件等,是制约发震时空窗口的主要因素。不断研究、缩小地震发生的时空窗口,地震预报就有可能实现。尽管目前人类对地震的认识还很肤浅,不够深入透彻,但人类终究会找到通向地震预报的途径。
 
《中国科学报》 (2012-04-30 B2 人物)
 
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