跟蹤前沿科技，提高地震監測預測水平
——記中國地震局地震預測研究所研究員周連慶

譚 凱

我國位于環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍，這些年頻頻發生地震災害。如今每年的5月12日，人們總會想起讓人痛心的“汶川大地震”，進而想起更早之前的“唐山大地震”。災難無情，生命脆弱，對那些逝去生命的緬懷總鞭策著很多有志之士不斷研究如何減輕地震災害造成的影響。

“地震學研究是了解地震發生成因，減輕地震災害的重要手段。相比于20世紀，地震學已經發生了翻天覆地的進步。”中國地震局地震預測研究所研究員、地震預測新技術研究室副主任周連慶說。而他所在的地震預測新技術研究室的主要職責就是跟蹤地震學前沿科技，引進、消化和吸收地震監測預測新技術。

周連慶多年來扎根地震成像、誘發地震和人工智能地震學研究，開展了一系列探索。

體會科技創新的艱辛

與許多科學家不同，周連慶一開始并不是從事學術研究的。由于喜歡理科，他考入了安慶師范學院的物理教育專業，畢業后在浙江的一所高中任物理老師。

“兩年的教學經歷讓我成長了很多。”周連慶說，雖然和學生的相處非常愉快，但是也讓他明白一個道理：人生是一個不斷學習的過程，應該不斷提升自己，學習前沿科技才能更好地發揮自己的價值，為社會作出更大的貢獻。因此，周連慶選擇考研，各種機緣巧合和努力之下，他被中國地震局地震預測研究所錄取。碩士畢業后，周連慶又順利考上了中國地震局地球物理研究所讀博，成為陳運泰院士和陳章立研究員的學生。

周連慶在攻讀碩士和博士學位期間，大多數時間是在陳章立的指導下進行科研學習，因此受他的影響很深。陳章立在數字地震學領域有很深的造詣，周連慶就將數字地震學作為自己的主攻方向。

“陳老師除了和我探討論文的研究方向外，還對我的畢業論文和大部分文章都進行了仔細修改，對我要參加的各種答辯試講都進行了把關與指導。”周連慶說，每次看到陳章立密密麻麻修改過的論文，心里滿是敬佩與羞愧。

正是在老師們的悉心指導下，周連慶的科研能力得到了大幅提升，為日后解決科研中的難題奠定了堅實的基礎。

周連慶參加“2022年深時數字地球”（DDE）國際大科學計劃第七次工作推進會

2011年，周連慶赴美國伊利諾伊大學香檳分校進行了一年的博士聯培學習。當時地震學中最前沿的領域之一當屬利用地震背景噪聲進行面波成像研究。周連慶在美國的這一年，主要研究的就是背景噪聲面波衰減成像的難題。

面波衰減研究的難點在于地震背景噪聲源的復雜性。研究早期，周連慶和導師宋曉東教授在方法和應用上解決了其中存在的難點，然而，研究結果和預期結果卻存在一定的差異。周連慶到處尋找原因，不斷測試代碼和程序，大概花了幾個月的時間，才終于找到問題所在：原來是在寫程序時搞錯了一個符號。

在這項研究中，周連慶提出了一種從背景噪聲中提取地震波衰減的新方法，可以推動背景噪聲技術的進一步發展。此外，他還第一個利用密集分布的現代化寬頻帶地震臺網數據反演了中國大陸瑞利面波衰減結構，這是目前已發表的中國大陸最高分辨率的面波衰減結構模型。但直到今天，這項研究的最重要結果——基于背景噪聲的中國大陸衰減結構圖像依然沒有發表。

“其中的艱辛只有自己才能明白。”周連慶說，通過這項探索研究，他深刻體會到科技創新一定要耐得住寂寞，十年磨一劍，終有守得云開見月明的時刻。

研究成果發揮重要作用

考研可以說是周連慶從教書到做科研的轉折點。也是從那時開始，周連慶就一直在進行地震波衰減成像的研究，到現已經有16年了。“一開始是研究Lg波衰減成像，然后是體波衰減成像，后來就是噪聲面波衰減成像。從地方震尺度到區域尺度再到中國大陸這樣的大尺度結構都進行了研究。”周連慶說，地震波衰減是了解地球介質非彈性的重要參數，可以通過衰減結構圖像推斷地下介質的溫度，也可以了解地下流體的分布，通過衰減結構的不均勻性還可以勾畫斷層結構。

功夫不負有心人，周連慶多年的研究最終也得到了實際的應用。2009年，廣西龍灘水庫開始蓄水，蓄水之后發生了很多地震，包括多次4級以上地震。為什么會這樣？“我們知道，水庫誘發地震的一個重要成因是流體的滲透和擴散，可是怎樣確定流體的滲透與擴散范圍？”周連慶為研究相關問題將地震波衰減成像研究應用在水庫區來推斷庫水的滲透和擴散。事實證明，這一創新性研究是成功的。

周連慶利用地震波衰減對于流體的分布非常敏感的特性，在國際上首次通過對水庫區三維體波衰減成像，發現流體的滲透深度與擴散范圍。通過龍灘庫區三維衰減成像，推斷龍灘庫水滲透到地下7km左右，橫向擴散范圍10k m左右。這一研究成為判定水庫誘發地震的重要依據。因為這一貢獻，周連慶的研究獲得了2013年國際埃尼獎（ENI）的提名。

2017年的時候，有一件事讓周連慶非常興奮。那是中國科技大學的張捷教授來到地震預測研究所作報告，內容是關于機器學習在地震學中的應用。這正和周連慶預想的一樣：人工智能技術的應用正在給地震學帶來革命性影響。

由于觀點不謀而合，周連慶很快就和張捷合作開展了人工智能實時地震監測研究與應用。周連慶作為地震預測現代化試點專項“人工智能地震監測分析系統完善與應用”的核心骨干，主持了中國地震局“人工智能監測系統完善與業務化應用評估”項目，他和課題組的研究員趙翠萍聯合張捷開發了世界上首個人工智能實時地震監測系統——“中國地震科學實驗場基于人工智能的地震監測分析系統”，即“智能地動”系統。這一系統可實現秒級地震定位，震后2分鐘內快速產出震源機制解。震源機制解是地震學的重要參數，傳統的震源機制解計算需要在震后20分鐘才能產出，而且通常只能產出4級以上的地震震源機制解。“智能地動”系統可以在平均2分鐘左右得到3級以上地震的震源機制，在2021年漾濞6.4級地震、瀘縣6.0地震等多次震情研判中都發揮了重要作用。成果于2020年3月被《人民日報》等50多家媒體報道，被評為中國地震科學實驗場亮點成果。

“目前，‘智能地動’系統正在四川和云南省進行示范應用，未來隨著系統功能的優化完善，我們可能在更多省局進行測試。”周連慶說。

帶領團隊繼續攻堅克難

工作多年后，周連慶也有了一支屬于自己的科研團隊。與自己的課題相結合，周連慶今后的一個目標是帶領團隊推動人工智能在地震監測預測中的應用。作為國家重點研發計劃“基于大數據和人工智能的地震監測預測技術研究”項目技術負責人和課題負責人，周連慶目前正在開展大數據和人工智能地震監測預測新技術、新方法的研究和應用，致力于在創新實踐中推動我國地震監測預測領域的人工智能技術研發和應用，依托人工智能先進技術提升我國地震預測預報效果，推動我國人工智能在地震方面的實用化應用處于國際前沿地位，支撐我國地震科技創新高地建設。

近年來，周連慶還參與了中國地震科學實驗場國家重大科技基礎設施建設項目，負責水庫地震監測子系統的建設，將在白鶴灘庫區建設水庫地震密集觀測系統。未來，周連慶的另一個目標就是帶領團隊綜合利用基于人工智能技術實現白鶴灘水庫誘發地震智能監測，建成智能地震監測系統和水庫地震震情研判與演示系統，實現水庫地震數據智能處理、震情快速研判，降低水庫誘發地震風險，深入理解水庫誘發地震機理，開發水庫誘發地震智能預測技術，進而探索水庫誘發地震的控制，服務我國水電能源安全開發。

“雖然團隊規模還不大，但團隊成員每人都有自己的特長，團結協作、配合默契。”周連慶說，他相信自己的團隊，將來一定能攻克一些更為困難的科研任務。