關(guān)于地震的成因，地震學(xué)界眾說紛紜。主流的板塊構(gòu)造學(xué)說、傳統(tǒng)的大陸漂移學(xué)說、新興的核裂變說等理論側(cè)重不同、各有擁躉，學(xué)界尚無一套可以支撐地震短臨預(yù)測的理論體系。

　　來自北京大學(xué)深圳地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究中心的創(chuàng)客和研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，歷時(shí)5年研制出一種新型“地球聽診器”——AETA多分量地震監(jiān)測系統(tǒng)，將其布設(shè)在地下或山洞內(nèi)，可記錄地震活動(dòng)的前中后全過程，通過獲取與分析“地聲”與“電磁擾動(dòng)”等地震前兆信息，可望發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測地震。

　　AETA多分量地震監(jiān)測系統(tǒng)有個(gè)形象的別稱：“地耳”。這只地下的“耳朵”，能幫助人們探聽來自地下的哪些音符與旋律？

　　繞開地震成因研究，直接聚焦地震前兆信號(hào)

　　關(guān)于地震的成因，地震學(xué)界眾說紛紜。主流的板塊構(gòu)造學(xué)說、傳統(tǒng)的大陸漂移學(xué)說、新興的核裂變說等理論側(cè)重不同、各有擁躉，學(xué)界尚無一套可以支撐地震短臨預(yù)測的理論體系。

　　神秘的地球內(nèi)部有著千變?nèi)f化的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和難以考證的能量場，地震預(yù)測成為舉世公認(rèn)的世界難題，它的復(fù)雜性令人望而生畏，有專家甚至斷言“地震無法預(yù)報(bào)”。因此，通過研究地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地殼形變、板塊運(yùn)動(dòng)、地下流體等發(fā)現(xiàn)地震成因與機(jī)理，進(jìn)而建立地震監(jiān)測與預(yù)報(bào)體系的傳統(tǒng)攻關(guān)模式，如天下雄關(guān)般殊難逾越。

　　深圳“AETA”團(tuán)隊(duì)反彈琵琶，選了一條截然不同的路?！拔覀兝@開了對(duì)地震成因的研究，直接聚焦地震前兆信號(hào)。”“AETA”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、北京大學(xué)深圳地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究中心主任王新安教授發(fā)現(xiàn)，不少專業(yè)文獻(xiàn)都提到，幾乎每一次地震發(fā)生全過程都有種種異常征兆：有人類感官能覺察到的“宏觀前兆”，如“雞飛狗跳”、轟鳴的地聲、五彩的地光等；也有儀器和長期監(jiān)測才能察覺到的“微觀前兆”，如電磁波、地應(yīng)力、地面傾斜等變化。

　　“地震的孕育和發(fā)生是地下巨大的能量活動(dòng)過程，這個(gè)活動(dòng)過程應(yīng)該會(huì)伴隨發(fā)生各種物理變化和化學(xué)變化。比如電磁異常，通常是地下巖石受力變形至突然破裂釋放的大量電磁擾動(dòng)信號(hào)。在震中區(qū)及其附近更大區(qū)域，這類前兆信號(hào)都可能是非常明顯的?！薄癆ETA”團(tuán)隊(duì)成員、北京大學(xué)深圳地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究中心雍珊珊說。

　　“AETA”團(tuán)隊(duì)成員、高級(jí)工程師徐伯星認(rèn)為，地震的過程有些像“掰筷子”?！拔兆】曜映掷m(xù)緩慢發(fā)力，筷子在最后‘咔嚓’一聲折斷前，會(huì)不斷發(fā)出響聲。折斷的一剎那，類似地震發(fā)生之時(shí)?！毙觳钦f，“我們就是監(jiān)測‘折斷’之前的‘持續(xù)破裂’過程，試著從中找出、收集和分析與地震有關(guān)的前兆信號(hào)”。

　　理論上講，“宏觀前兆”和“微觀前兆”都可以作為監(jiān)測分量。但監(jiān)測分量的選定和技術(shù)指標(biāo)的制定，是基于對(duì)映震效果、系統(tǒng)成本、環(huán)境要求等多因素的綜合考量?！癆ETA”團(tuán)隊(duì)最終選定了多頻段電磁擾動(dòng)和地聲作為監(jiān)測的兩大分量，其他一些有研究意義的監(jiān)測分量，比如地應(yīng)力、氡氣等惰性氣體的觀測，基于成本、布設(shè)等問題，暫時(shí)未作考慮。

　　隱伏于地下的“AETA”系統(tǒng)能充分適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境，靈敏度高

　　“AETA”由一組設(shè)計(jì)精密的半導(dǎo)體傳感器——電磁傳感探頭、地聲傳感探頭和數(shù)據(jù)處理終端、云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析系統(tǒng)組成。

　　電磁傳感探頭長48厘米、直徑6厘米、呈長筒狀，地聲傳感探頭形似圓盤，兩者均布設(shè)在震區(qū)山洞內(nèi)或地表2米以下。數(shù)據(jù)處理終端放置在室內(nèi)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理分析。隱伏于地下的“AETA”，恰似地球的“聽診器”。

　　電磁和地聲傳感器與前端信號(hào)處理，是“AETA”前端探頭的核心。2015年，“AETA”原型機(jī)生產(chǎn)出來后的第一次現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了AETA系統(tǒng)的靈敏度等系統(tǒng)可行性，但團(tuán)隊(duì)非常清晰地認(rèn)識(shí)到，必須研制出高品質(zhì)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。王新安說，“如果不能很好地解決品質(zhì)與量產(chǎn)問題，我們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)就會(huì)糾纏于錯(cuò)亂的數(shù)據(jù)之中，無法進(jìn)行下去”。

　　“AETA”團(tuán)隊(duì)與學(xué)術(shù)研發(fā)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化平臺(tái)“深創(chuàng)谷”合作，用了半年時(shí)間反復(fù)改進(jìn)、測試、再優(yōu)化，大幅提升設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性與一致性，確?！癆ETA”系統(tǒng)能充分適應(yīng)地下和野外的嚴(yán)酷環(huán)境，高成本、低品質(zhì)的原型機(jī)由此完成向低成本、高品質(zhì)產(chǎn)品的升級(jí)；由于可靠性和一致性得到保障，產(chǎn)品很快實(shí)現(xiàn)了批量制造。

　　后端的數(shù)據(jù)分析也是研發(fā)重點(diǎn)，“AETA”團(tuán)隊(duì)主要通過數(shù)據(jù)處理算法，將實(shí)時(shí)采集的多種微觀前兆信號(hào)轉(zhuǎn)化成可視的圖表與文字，監(jiān)測人員可輕松實(shí)現(xiàn)“看圖說話”。通過對(duì)地震前兆信號(hào)數(shù)據(jù)的采集與分析，輔助預(yù)測人員進(jìn)行地震預(yù)測。

　　在位于龍門山斷裂帶北川—映秀斷裂北段的四川廣元—陜西寧強(qiáng)一帶，北京大學(xué)深圳地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究中心通過四川省地震局與當(dāng)?shù)胤勒饻p災(zāi)局合作，目前已在百公里范圍內(nèi)布設(shè)了8臺(tái)“AETA”。

　　四川省廣元市朝天區(qū)防震減災(zāi)局檢測員林強(qiáng)起初并不看好“AETA”，但“AETA”在今年9月、10月青川的多次臨震監(jiān)測效果讓他“眼前一亮”：“在地震發(fā)生前的十多天內(nèi)，‘AETA’對(duì)電磁擾動(dòng)的捕捉很靈敏。我們正在把‘AETA’與觀測地殼形變的傾斜儀結(jié)合起來使用，測試映震效果、做好信息記錄?！?br />
　　林強(qiáng)認(rèn)為，“AETA”在布設(shè)選址和多分量數(shù)據(jù)的積累與應(yīng)用等方面，仍有待改進(jìn)?！坝捎诓煌悗r石對(duì)入射電磁波具有不同反射、吸收性能，選址時(shí)應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離高反射率、高吸收率的千糜巖，減小信號(hào)損耗；人類活動(dòng)對(duì)分量數(shù)據(jù)采集也可能有影響，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離噪音源和馬路?！彼f，“每個(gè)片區(qū)還可以成立AETA地震預(yù)測分中心，用于數(shù)據(jù)交流和共享”。

　　從2015年開始小批量研制至今，“AETA”經(jīng)歷了從1.0版本向3.0版本的升級(jí)?！疤嵘O(shè)備的靈敏度、可靠性與一致性，降低設(shè)備成本，降低設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求是升級(jí)的主方向?！蓖跣掳步榻B說。

　　大范圍、高密度布設(shè)設(shè)備，有著更加不可替代的重要性?！罢鹬袇^(qū)域與地震觀測點(diǎn)之間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以理解為一個(gè)‘濾波器’，會(huì)直接影響監(jiān)測分量的強(qiáng)度、頻率，這也是不同地點(diǎn)發(fā)生地震的異常征兆可能不同的主要原因，因此，開展多點(diǎn)合圍觀測至關(guān)重要。多點(diǎn)合圍觀測，就意味著大范圍、高密度布設(shè)和大量的基礎(chǔ)建設(shè)投入?！蓖跣掳舱f，“同時(shí)，因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境差異，地震來臨前，不同臺(tái)站顯示的信號(hào)會(huì)有或大或小的差別。因此在實(shí)際地震監(jiān)測預(yù)報(bào)中，既要橫向看周邊臺(tái)站，又要縱向看歷史數(shù)據(jù)，長時(shí)間積累的歷史數(shù)據(jù)具有很高參考價(jià)值。我們的研究步驟與階段分為：均勻布設(shè)、獨(dú)立分析；重點(diǎn)布設(shè)、融合分析；建立模型、提升分析?？梢?，要做好臨震監(jiān)測預(yù)報(bào)，必是久久為功，不可急于一時(shí)”。

　　過去3年，在中國地震局、各省區(qū)市地震局與防震減災(zāi)局的幫助下，北京大學(xué)深圳地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究中心已在全國各地臺(tái)站布設(shè)“AETA”186臺(tái)，其中四川累計(jì)布設(shè)99臺(tái)，云南28臺(tái)，西藏7臺(tái)，京津唐37臺(tái)，廣東10臺(tái)等。龍門山斷裂帶等重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)的布設(shè)已初具規(guī)模。

　　“AETA”被看作“多學(xué)科交叉融合的實(shí)驗(yàn)性成果”

　　“AETA”團(tuán)隊(duì)大多數(shù)研發(fā)人員來自于北京大學(xué)深圳研究生院信息工程學(xué)院微電子專業(yè)。團(tuán)隊(duì)專業(yè)的傳感器件及集成技術(shù)與地學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)間的深度交叉與融合，借以深圳對(duì)創(chuàng)新硬件的快速整合與實(shí)現(xiàn)能力，共同澆灌出“AETA”這朵“雙創(chuàng)之花”。

　　深圳市政府總值班室主任潘龍斌把“AETA”看作“多學(xué)科交叉融合的實(shí)驗(yàn)性成果”?！翱鐚W(xué)科、跨行業(yè)沒有權(quán)威。既然是實(shí)驗(yàn)性的新事物，就應(yīng)當(dāng)持鼓勵(lì)和包容態(tài)度，幫助它建立理論、允許它試錯(cuò)，讓它在實(shí)踐中自我修正、不斷完善。”潘龍斌說。

　　“在新經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域，信息科學(xué)與其他科學(xué)領(lǐng)域的交叉融合既有必然性，也有必要性，深圳有著得天獨(dú)厚的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境、制造業(yè)基礎(chǔ)與金融支撐，這為學(xué)科與行業(yè)的交叉融合提供了肥沃的土壤。”潘龍斌提到，深圳的新興產(chǎn)業(yè)無論是生物產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，還是智能裝備產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)等未來產(chǎn)業(yè)中，都有大量勇于探索不同領(lǐng)域交叉融合的企業(yè)，這些企業(yè)中或許就有未來的“華大基因”“光啟”“大疆”。如今，融合業(yè)態(tài)云集的新興產(chǎn)業(yè)對(duì)深圳地區(qū)生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)率已超五成，是名副其實(shí)的經(jīng)濟(jì)“新引擎”。

　　更多的跨界交叉融合，正在為深圳這座創(chuàng)新之城帶來無限的活力與可能性?！吧钲诓⒉晃挥谌魏蔚卣饚?，深圳團(tuán)隊(duì)巧思妙想，研發(fā)用于臨震監(jiān)測預(yù)測的‘AETA’，著實(shí)令人鼓舞、給人啟發(fā)。”潘龍斌透露，深圳市應(yīng)急管理辦公室正在嘗試將“AETA”用于監(jiān)測城市填海區(qū)、地鐵沿線地質(zhì)演變，服務(wù)城市公共安全，“地球聽診器”未來或?qū)⒂懈嗟摹坝梦渲亍薄?br />