許紹燮：探究地球的脈動

　　許紹燮，1932年1月出生于浙江省紹興市。地震學專家。中國地震局地球物理研究所研究員；曾任研究所學術委員會主任、副所長，中國地震學會副理事長，國際地震災害與預報委員會副主席，國際地震與地球內部物理協會執行局委員等職。

　　從事核爆地震與天然地震監測工程技術研究。研究地震事件的監測、判別；創建標準鐘用鐵木銅補償擺，機械地震儀彈性鉸鏈連接器，581型電子微震儀；組建微震臺網，與他人合作創建北京電訊傳輸臺網，首次實現了地震準實時速報；提出地震相關、缺震、等間距性、地震發震時刻與日月星辰宇宙環境有關等震兆，創導地層屈曲變形模式以解釋地震的分布圖像；提出地震預報能力評分方法；主持編寫地震活動性地震預報方法程式，中國地震震級標準化；首先用非幾何相似定震相定測點測定我國（首次）核爆當量；成功組建偵察國外核試驗速報體系；創建多種測定核爆地震方法；代表我國參加禁核試地震核查的國際談判；提出的識別核爆篩選方案，被接受納入國際禁核試條約。

　　獲國家科學技術進步獎二等獎3項，1994年國家地震局授予其“有貢獻的地震預報專家”稱號。2002年當選為發展中國家科學院院士。1999年當選為中國工程院院士。

　　春暖北京前夕，原中國地震局局長宋瑞祥因沒能參加中國工程院院士許紹燮80華誕的慶祝活動而深感遺憾。為表達對許先生的敬意，在春天里特別舉行的一次地震預測預報科技研討會上，宋瑞祥終于得以揮毫潑墨，為許先生題寫了“學涯無止境，高峰永登攀”的賀詞，真誠地贈送了一份心意后，才略感安慰。

　　作為多年的老領導和老同事，宋瑞祥比任何人更了解許先生的成就及其對國家的貢獻。

　　然而，很多不了解許先生的人，都推測許先生應該是位海歸，至少畢業于中國某名牌大學。否則，怎能取得如此成就并當選中國工程院院士與發展中國家科學院院士？殊不知，許先生的學歷只有高中畢業，不曾接受過完全意義的大學常規教育。

　　對此，許先生自己的看法是“瞄準了方向，根據需求而學可能會成為成功的關鍵”。

　　他說：“人們都知道，比爾·蓋茨沒上完大學，創造了計算機的奇跡；喬布斯也中途輟學，開創了網絡新時代。他們退學但并不停學,他們知道自己需要什么知識就專攻什么知識。”

　　一生都與地震打交道的許先生，自始至終堅持著學習地震方面最有實際應用意義的知識。

　　提到不曾上大學，許先生講述了自己高中畢業參加高考的經歷。

　　那是1950年夏天，畢業于杭州高中的許紹燮，因天熱，接連不斷地吃了多根冰棍，導致大病。臨高考，他只能被家人攙扶著進入了設置在體育館的考場，寫考卷前后，都只能躺在體育館的墊子上，體質虛弱到了極點。就這樣交了答卷。成績公布后，他居然收到了廈門大學的錄取通知書。可在那個年代，他從浙江老家去福建廈門，需要坐車7天7夜。報到日期到了，但他身體尚未恢復，只得放棄了去廈門大學上學的機會。

　　但他十分幸運，就在當年，中國科學院培養科技人才練習生的第一次招生廣告發布了，高中生也能報考。于是，他參加了滬寧兩地約共有600余人報名的考試。中科院選拔了10名學生，他名列其中。

　　“自己從小志愿就想做科技工作,進了中科院能在研究所工作，也不用再操心就業了。”他說，“當時特別高興。”

　　進入中科院地球物理所后，研究所的任務就是觀察、分析、研究地球物理現象，因而學習目標非常明確。

　　那時的研究所領導都很重視學生，因為年輕人很少 。特別是趙九章所長，十分器重年輕人，除了在所內開課外，還親自領著他們去大學拜師。許紹燮因為在高中時期就自學了大學普通物理，在南京理工大學與南京大學、北大聽課時，自己感覺需要什么知識就聽什么課。學習，不是為了獲得學分、取得畢業證。如在南京理工大學，他選擇了陸鐘祚教授講授的“電子管線路應用基礎”課程。教授講課深入淺出，他聽課興趣極大，如饑似渴，很容易就弄明白了。

　　他說：“這樣的課程對后來創建電子微震儀起到了關鍵性作用。若沒有需求的牽引，遇到什么學什么，興趣動力不足，學習很不經濟。”

　　許紹燮的第一篇論文《機械地震儀彈性鉸鏈連接器》發表在1958年的《科學記錄》上。他那年24歲。文中報告為機械地震儀創建了一種放大杠桿連接器，可以大大提高耐受強震的可靠性。論文發表時，特別標注，此文由中科院院士傅承義推薦。其中，彈性力學部分約請中科院院士鄭哲敏把關。這種連接器，在后來的唐山地震中發揮了重要作用。我國唯有安裝了這一連接器的513中強儀，取得了唐山地震的完整記錄。

　　1958年，我國一度提出地震預報研究。雖因耗資巨大改為長期探索項目，但許紹燮從此與地震結下了不解之緣。

　　當許紹燮看到地震儀不得不采用昂貴的照相紙記錄地震波形圖時，就開始推敲：“為何不利用電子管器件放大記錄呢？”

　　當許紹燮把自己的想法與一些同行探討時，大家都說不可能。因為地震儀器是長期連續工作的定量設備，可靠性、精度要求很高，連美蘇先進國家都不敢用電子器件，中國怎能做成？

　　“初生牛犢不畏虎”。許紹燮憑借聽課學習的知識，聯系當時研究所器材優勢，竟自己干了起來。他的導師李善邦先生是一位注重實際的學者。他叮囑許紹燮，一定要做好與現有地震儀的長期連續觀測對比，以證明其可靠性。

　　1959年，許紹燮在《地球物理學報》發表了《581型微震儀》論文。文中如此表述：“我國幅員遼闊，地震活動區域面積很大，如何選擇有效的、經濟的微震儀是一個重要問題。為此，地球物理所在1957年底開始了此項研究工作，經兩年來試驗和實際觀測，證明采用電子地震儀大有前途。儀器現已初步定型，定名為581型微震儀，并著手初步推廣以便做更進一步的試驗。”

　　以此為標志，我國采用電子器件放大的常規地震儀研制取得了突破性進展。文章還公布了世界上首張以半導體器件放大記錄2.5級微震波形圖，效果遠遠超過了照相記錄地震儀。這種地震儀噪聲小、靈敏度高，且無須交流電，還節約了昂貴的大量照相紙。

　　許紹燮指著復印給記者的論文說，當年“4種不同類型的地震儀進行對比試驗，采用半導體放大器微震儀在齊家莊地震臺的記錄最為清晰”。

　　當加拿大專家威爾遜來中國考察看到這種地震記錄儀后，非常吃驚。因為這類設備他在美國和蘇聯都沒見過，而在中國出現了。

　　盡管事實已擺在人們面前，但研究所內仍一直有人質疑：“為什么美蘇不搞這類電子器件放大的常設地震儀呢？這裝置能行嗎？”

　　為了驗證這種設備的可靠性，研究所黨組織決定請蘇聯專家來華協助鑒定。他們把許紹燮研制的儀器與蘇聯最好的地震儀進行了對比觀測，發現許紹燮研制的設備表現出許多優勢。事后，蘇聯專家聶爾謝索夫和另一位專家要求與許紹燮合影，且一定讓他坐在他們中間。離開中國時，他們對研究所的書記說：“中國走在前面了。”

　　581型地震儀實現了地震的實時波形連續記錄。這種地震儀隨后在全國推廣使用，并于1966年4月據此建立了我國第一個電信傳輸遙測地震臺網，實現了地震的準實時速報。當年5月，日本著名地震學家河角廣訪華時，參觀了這個臺網。他感嘆說：“日本還做不到。”

　　上世紀60年代，中國進行第一次核試驗，組織上給許紹燮下達了一項任務：用地震方法測定核爆當量，要求“上不告父母，下不告妻兒”。

　　“這項技術在那個年代，只有美國掌握。”許紹燮介紹。

　　“我們怎么測？”許紹燮經過搜索，發現可以用化爆方式模擬。經過反復試驗摸索后，他發現書本上介紹的幾何相似法根本不能用。但不久，他就找到了一種新方法：采用固定振相、固定儀器和固定距離，即可簡便、有效地測定核爆當量。

　　核爆時，為了高質量完成任務，做好化爆模試驗，他們提前到達場區，最后撤出場區。

　　“那時，我與同事們經常身著防護服，全身濕透，膠靴中積存的汗水可倒出一杯。”許紹燮說。

　　1964年，在圓滿完成測定我國首次核爆當量的任務中，許紹燮榮立了中國人民解放軍科技二等功。

　　30多年來，這是他第一次向媒體披露自己曾經的工作。

　　在隨后的歲月里，他還參加了禁核試國際地震核查談判。他利用自己所掌握的地震知識，轉被動為主動，說服了參加核談的西方多國專家。

　　談判結束，中國駐日內瓦使館稱贊許紹燮“敢于斗爭、善于斗爭，表現出色,圓滿完成任務”。此后不久，他當選為中國工程院院士。

　　2008年“5·12”汶川地震，讓許紹燮重新審視和思考關于地震預報的研究工作。

　　“自地震預報研究至今，已40多年了，預報成功率約為30%。這樣的概率離人們的期望很遙遠，甚至難以接受。如今，地震學家們或許應該在研究思路和策略方面作些拓展，從更廣大的范圍研究地震，才有可能為地震預報找到一條新途徑。”許紹燮說。

　　他發現，千公里尺度的地層，也就是全中國地層甚至整個亞洲地層，可在瞬間發生整體浮動，這種現象沒有任何一位地震學家曾料想到。

　　許紹燮講解道，地震學界很早就注意到，在油田，人們經常能看到井管被錯斷的現象。這表明，地層內的分層間是可以產生相對運動的，其運動規模一般在層深百米級左右，面積跨度為公里級，運動的時間以年計算，地震學家稱之為準靜態規模。但在最近幾年中，他領導的研究小組發現，在地層層深達10公里級處，相當于淺源地震震源的深度，展布面積為數千公里的洲際尺度上，地層運動顯示出瞬變時間，可以時、分、秒計算。如此巨大的層塊、如此快速的運動，其所涉及的能量相當驚人，值得地震預報研究給予關注。

　　2001年11月14日，昆侖山發生了8.1級地震。許紹燮高度關注，調出了全國各地地震臺網監測的歷史記錄，并進行了仔細深入的分析。

　　他指著地震波說，2001年11月5日18時，中國各地地震儀呈現出很有價值的記錄。“在1小時之內，地脈動造成的地面運動，格爾木與高臺的記錄是它們的垂直方向波呈現反向波動，而呼和浩特與黑河的記錄是垂直方向波呈現同向波動。這種波動的出現，必須是這兩個地方的地層既能同時向一個方向運動也能向反方向運動。也就是說，格爾木與高臺的地層，呼和浩特與黑河的地層可同時浮動。”許紹燮說。

　　許紹燮推斷，整體的大尺度地層運動時產生大地震可能性極大。“自然界瞬間就能在廣闊的地域中啟動如此快速運動的動力，有可能為認識地震發生過程提供新的思路，它也應對地球構造動力的認識提供新的啟迪。”

　　許紹燮認為：磁電參與了地層的運動。“大脈沖波，在以往地震儀器記錄的歷史資料中不曾有人注意。我也是花了多年時間才在地震資料中發現這一現象。”許紹燮說。

　　“如果有問題，請隨時質疑。科學不怕批評。”走進2012年，研究地震半個多世紀的許紹燮，在一次地震預測預報研討會上這樣開場。

　　許紹燮在不同場合表示：研究人員更多地對地震預測預報的科學問題開展更深入的剖析。

　　他說，長期以來，關于地震預測預報，國際上一直存在著分歧和爭論。尤其在日本大地震后，學術界對于地震預測預報的可能性再次表現出動搖。盡管中國地震學家孜孜以求，但一些消極思潮正在影響人們的思想，尤其影響年輕一代。

　　步入80周歲這一年，許紹燮收集整理了40年來他自己分析研究的關于地震預測預報的論文資料，編撰成冊，出版了《地震應可預測》專著。他特別希望人們認真討論專著中的觀點和涉及的問題。

　　許紹燮認為：“地球不同分層控制著不同的地震震級事件。”自古至今，中國大陸內部高震級地震大多集中在距離地面10～25公里深度范圍內，強烈地震在淺于10～15公里層很少發生，在深于25或30公里層面，也很少發生。同時，與地震在垂直方向非常局限相對應的是，強烈地震在水平方向的擴展卻極為廣闊，經常千百公里連綿不絕。強烈地震在分布范圍極廣而深度并不厚的薄殼中發生。這種薄殼結構受力后很容易屈曲變形，其屈曲變形波控制著地震分布地點與地震震級。

　　動搖地震預報研究者信心的“最有力”說辭來自美國。

　　美國物理學家Per Bak和Kan Chen作過一項研究，讓沙子一粒一粒落在桌上，逐漸增高到一小堆。初始階段，落下的沙粒對沙堆整體影響很小，當沙堆增高到一定程度，落下一粒沙卻可能導致整個沙堆發生坍塌。由此，他們提出一種“自組織臨界”（self-organized criticality）理論，即沙堆達到“臨界”狀態，每粒沙與其他沙粒就處于“一體性”接觸， 那時每粒新落下的沙都會產生一種 “力波”。沙堆的結構將隨每粒新沙落下而變得脆弱，最終發生結構性失衡——坍塌。

　　日本2011年3月11日大地震后，有美國科學家在《自然》發表文章，勸說日本拋棄東海地震預測系統，同時廢除《大地震對策特別措施法》，其依據就來自“沙堆”。

　　勸解者認為，地震的發生猶如一個沙堆在堆積過程中的不斷的坍塌。各次坍塌可大可小。因為沙堆中沒有結構，坍塌是一種臨界自組織，即使第一粒沙子已經開始滑動坍塌，仍不能預測坍塌結束時會有多大規模。

　　地殼運動真的如同“沙堆”？許紹燮不以為然。

　　他對我國2003~2005年的地震進行仔細分析后發現，2級地震可清晰地刻畫出活斷層的情況；3級地震則常常發生在河流的左岸（面對河流流水去向的左手側）；4級地震呈現出似火星盆地間的搬運格局；5級地震表現出在經緯線方向上的某種對應。這些現象向人們暗示，地層是分層的,不同的分層產生不同的震級檔，不同震級檔可以反映不同的地層所影響的地貌形態。因之地震有其某種內在結構。

　　在《地震應可預測》中，他提供了論證地震應可預測的諸多材料。主要論據是：大地震不是任何地方都能發生的，大地震不是任何時間都能發生的，大地震有其特定的時空結構。認識、改善、精確時空窗口，地震是應該能夠預測的。