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激流勇进与“科学下沉”

中国矿业报 0评论 2021-09-14

  ——记成都理工大学地球物理学院副院长梁春涛及其团队

  ◎  曾灵   闾筱天

  2020年2月,地球科学领域一区期刊《Tectonics》(《构造地质》)刊登论文——《基于多方位角频散曲线反演方法获得青藏高原东缘三维地震方位各向异性和速度结构》(The 3D Seismic Azimuthal Anisotropies and Velocities in the Eastern Tibetan Plateau Extracted by an Azimuth-Dependent Dispersion Curve Inversion Method),打破了“华蓥山断裂带是一个浅地表断裂带”的传统认知。同年5月,“成理地震”公众号推出5集地震科普动画,被中国地震局、SEG中国、四川省地震局等多家单位推广转发,总观看量达30余万次,获得2020年应急管理部“应急科普优秀作品奖”。

  一边是带着严谨沉着与执著透视地球深处,探索其中奥秘,走在业界前沿的学术研究;一边是服务大众的科普活动,用一颗童心推动科学普及;激流勇进与“科学下沉”,都是成都理工大学地球物理学院副院长梁春涛团队的手笔。依托“珠峰科研计划”的新平台,梁春涛团队以“青藏高原东缘深部结构、动力学及地震活动性团队”项目进入了首批珠峰科学家优先资助团队,他一直有这样一个观念,“前沿研究和大众科普都必不可少,两手抓两手都要硬。”

  战野外,建立多参数高精度模型

  梁春涛团队的研究属于基础研究,要把青藏高原东缘变换成大大小小的数据参数。2020年起,团队开始从龙门山到龙泉山,在200多公里的距离,沿线布置了100多个地震仪,同时也沿相同测线开展了大地电磁和重力观测,获得了至关重要的第一手资料。2021年,团队把现有测线从龙泉山延长到华蓥山,形成一条从龙门山到华蓥山的包括重力、大地电磁和地震观测的完整的剖面。这样完整的多手段联合观测剖面在国内尚属首次。

  “原来我们一般认为华蓥山断裂带是一个只有几公里深的浅地表断裂带,目前我们的深部反演结果推翻了这个观点。”梁春涛坐在电脑前比划着华蓥山断裂带的方位,荧幕上红蓝相间的地球物理学模型映出他眼中难掩的兴奋。

  2020年2月, 地球物理行业的核心期刊《Tectonics》(《构造地质》)刊登了这一最新研究发现。这篇长达27页的论文,完整讨论了青藏高原东缘和扬子块体西缘的深部结构和动力学机制。其中一部分详细论述了“华蓥山断裂带深度达四五十公里”这一新发现。该结论不仅打破了一直以来“华蓥山断裂带是一个浅地表断裂带”的传统认知,更重要的是,这意味着华蓥山断裂带具有发生大型地震的潜在可能性。

  在长达25年的地震研究生涯中,梁春涛也成为了一个“野外爱好者”。对于地球物理学家而言,野外既是风光无限,同时也意味着各种挑战。“户外作业的难点就在于它的未知性。”他表示,当面对一个全新的对象时,将毫无前人的经验可取。在进行户外作业的初期,梁春涛坦言,他也曾因为不了解当地的气候条件而未做好充分准备,导致地震仪接收不到充足的太阳能进行供电,而发生了数据大面积缺失的情况。

  而人的问题就更棘手了。对于当地的居民来说,团队的作业过于“高端”。当地人曾把地震仪误认为爆炸装置,还打了报警电话进行拆除,导致两台仪器损坏。为解决这一问题,以后的野外作业中,团队就提前到村户去宣传,既达到防震减灾科普的效果,也为科研工作铺平了道路。太阳能供电不稳定?那就直接去居民家中牵电线。仪器被误认丢失?那就请求附近居民当“保安”。经过多年的摸索,野外地震仪布设已经达到驾轻就熟的程度。

  梁春涛(左一)指导学生安装地震台

  合众力,向“珠峰”发起攻势

  2019年11月25日,成都理工大学正式启动“珠峰科学研究计划”(以下简称“珠峰科研”),这让梁春涛兴奋不已,“珠峰科研真正给了一些团队机会,让我们可以把研究方向有联系的青年才俊集合起来,真正地形成一个团队,针对具体的科学问题集中攻关。”运用不同但又相互联系学科的力量,从不同视角集中攻关同一科学问题,梁春涛开始了新的探索。

  他所主导的“珠峰科研计划”项目——青藏高原东缘深部结构、动力学及地震活动性团队,是国内少有的青藏高原东缘与扬子块体西缘区域五位一体的多学科联合研究团队,将为这一区域的矿产资源分析、断裂带孕育研究等提供更为精准的基础科学数据。

  利用重力学分析地下介质密度,通过电磁学计算地下介质电阻率,使用地震学观测地震波在地下的传播速率,结合构造地质分析动力学背景,基于大地测量分析断裂带的活动性,“重磁电震”+构造地质+大地测量,各学科通力合作,多参数构建高精度的区域模型,就是梁春涛参加珠峰科研的第一个目标。“通过构建这样一个模型,在得到对于一个区域更加综合性认识的同时,也可以对该区域内断裂带的地震风险进行更准确的评估。而这需要来自团队与校内外各个学科力量的合作。”梁春涛说。

  为了加强跨学科交叉,团队内也有包括构造地质、岩石物理等方面的专家。成都理工大学地球科学学院从事构造地质学研究的付于真老师就是团队成员之一,她认为:“通过跨学科合作,在传统地质学中不能充分解决的科学问题,可以借助地球物理手段找到解决方法和思路。例如,青藏高原岩石圈变形特征、动力学过程及其资源环境效应一直是地球科学的研究前沿。地球物理观测获得的波速结构、电性结构、密度分布以及地震各项异性图像等,对于理解青藏高原碰撞效应、物质运移等过程以及块体的相互作用,进而探索青藏高原的隆升及扩张机制具有重要科学意义。”

  目前,梁春涛团队已完成沿龙泉山-龙门山一带地震仪,大地电磁和重力仪器的布置工作。而这,也是梁春涛关于珠峰研究课题的第一阶段研究方向。除了野外数据采集和收集外,结合构造地质的综合分析将逐步展开。

  新的一轮探索,已然开始。

  谈科普,转化科研学术进生活

  “天下分久必合,合久必分。有板块的地方,就有江湖,有江湖就有恩怨。在板块江湖的碰撞和倾轧中,地震发生了……”

  乍一看,还以为是哪个武侠片的开场,这段趣味横生的开场语,正来自去年成都理工大学地球物理学院正式推出的系列地震科普动画。

  这是理工大学第一次推出的地震科普动画,在这系列科普动画中,讲解人“地震博士”酷似梁春涛,他和动画片里的熊猫圆圆、动画人物幺妹一起,深入浅出地讲解地震的方方面面。

  这种深入浅出,正来自梁春涛多年的专业积累和实战经验。作为“走进”地球深处探索其中奥秘的探险者,梁春涛的科学研究既追求知识和真理,也服务于广大人民群众。他的团队不仅把论文写在祖国的大地上,还让科技成果及知识渗透到群众中去。

  举办科普展览、科普讲座,参与广播电台应急访谈节目,开通科普公众号“成理地震”,录制地震科普视频……梁春涛团队为了做好科普宣传,拿出了“十八般武艺”。

  科研和科普,就是梁春涛团队的“左右互搏”。接下来,他们还将有更多的动作。

  “就科研来说,再下一步就是由线到面。线就是我们目前所做的龙门山-龙泉山-华蓥山一线;从面上来讲,今年我们会在国家台阵数据的基础上添加更多的辅助台阵,以获取更精准的数据。”梁春涛想让一个个小小的观测点,连接两大断裂带的数据线,最终汇聚为总计约为150万平方公里的立体观测面。

  而就科普而言,团队正在策划推出5集新的科普视频,用浅显易懂的方式向公众介绍望穿地球的火眼金睛:地球物理学。科普系列暂定名为“地球探测之谜”。

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