中国大陆最早地震台迎150岁，将加强全国首创技术落地，上海能高枕无忧了？
转自：戚颖璞
今年，中国大陆第一座观震台——佘山观震台迎来150岁，“从今年开始，我们将继续加强深井观测、海洋观测两大技术的迭代和落地。”上海市地震局副局长陈乃其说。两项技术都不简单，一个要在海洋里建台站，一个要在地表以下接近一栋摩天大楼高度的深处建台站，而这两项技术均为上海在全国首创。佘山地震台在全球颇有声誉，在这个有一百多年历史的地震台里，地震观测水平长期跻身世界一流。
但是，和它在国际上赫赫有名的地位不同，在上海这座大城市里，佘山地震台并不“显山露水”，由于上海与西部多震区相比，频次少、震级低，市民对地震的感知度和关注度不高。为什么会形成如此强烈的反差？更现实的问题是：地震观测能给这座超大型城市带来什么？上海很少受到地震影响，是否可以“高枕无忧”？
从“国内第一座”到世界一流
在社交媒体上搜索“佘山地震台”，经常能看到“冷门宝藏”这样的标签。一个普通工作日，几名来自田林三中的学生在佘山进行社会实践时，临时起意探访了佘山地震台内的上海地震科普馆，成了当天为数不多的访客。
在一处互动装置前，八年级学生方同学和他的朋友们迅速被吸引，簇拥在一起琢磨“如何建一座震不倒的房子”。“这是我第一次如此近距离地学习和了解地震知识，留下了非常深刻的印象。”他说。在国际上的专业人士眼中，佘山地震台更是一处不可多得的宝藏：它最早起源于1872年建立的徐家汇观象台，自1874年起，上海便在此地开展地磁观测，1904年增设地震观测，并在150年中从未间断过观测记录，留下2万多张原始地震图纸，曾观测到1906年美国旧金山7.8级大地震、1920年中国海原8.5大地震、1923年日本关东7.9级大地震等，在业界确立了举足轻重的地位。
“佘山地震台是世界上屈指可数的、具有百年以上历史的古老地震台站，不仅为我国和全球地磁、地震观测研究提供了丰富资料，而且至今依然是我国为数不多进行国际资料交换的地震台站之一。”原佘山地震台台长、高级工程师寿海涛表示。
佘山地震台坐落在西佘山的南麓，步入这座静谧的院落，一眼就能看到建筑群标志性的红色屋顶，透出一种历史的沧桑感。“佘山地震台收藏有许多稀世珍品，仅百年以上的地磁、地震观测仪器和记录，就高达几十种，大多在国内乃至全球都是孤品，是我国保存种类最齐全的地方。”寿海涛说。这里浓缩了中国整个近代地震观测发展史，见证地震观测技术和设备的更新迭代，从依赖国外经验转向自主研发。在实物陈列室，可以看到我国1909年引进的维歇尔测震仪，它是世界级地震监测瑰宝；还能看到新中国成立之后使用的仪器设备，比如64型短周期三分向熏烟纸记录地震仪、DD-1型短周期三分向墨水记录地震仪、DK-1型三分向墨水记录地震仪。
“由于起步早，上海地震观测技术具有先发优势，一直位居世界前列。”上海地震台副台长袁媛说，随着我国地震观测体系逐步完善成熟，上海也没有放弃科研投入，继续擦亮佘山地震台这块金字招牌。2001年，佘山地震台建成中国第一个自行设计和建设的三分向、宽频带、大动态、永久性的数字化地震测台阵，让上海“洞察”微弱地震信号的能力提高10倍以上，大大提高了对上海及周边地区的地震监测和快速定位能力，使我国成为继美、日、德等国之后第四个拥有地震台阵监测系统的国家。
目前，佘山地震台已发展为拥有测震、地磁、重力、钻孔应变等十多种观测手段的综合性台站,承担着对全球地震活动的监测任务。为了传承好中国地震观测文化，持续提升国际影响力，经中国地震局批准，佘山地震台今年重新启用150年前的“观象台”一名，正式设立上海佘山地球观象台，并以此名称参与国际资料交换。
超大型城市带来的新考验
长期以来，佘山地震台的工程师要给大地震动画“心电图”，不得不靠记录仪在滚筒上机械性地划三条波状黑线。如今，这一过程已被数字化技术所取代：在佘山地震台数据中心，只要6台电脑，就能实时记录、分析来自上海区域197个台站的数据。
作为全国地震预警一张网中的一个节点，上海地震预警站网的平均台站间距约为14公里，这样的台站观测密度，可使得预警系统在10秒内产出地震预警信息。上海少有地震，加上高科技辅助、监测点密度高，是否可以“高枕无忧”？陈乃其坦言，上海是一座超大型城市，人口密集、财富集中，给地震观测预报带来的是全新考验。“上海受邻近地区和周边海域地震影响比较大，市民关注度比较高”。
这主要有两个原因，一是在经济高度发达的东部地区，“谈震色变”的心理普遍存在。上海属于中国地震活动分区中的地震活动强度相对较弱、频度较低的地区。自有记录以来的500多年来，除1624年发生的4¾级地震以外，在上海市地域范围内，没有发生过更大的地震。受客观环境影响，市民对地震知识和防御措施的认知普遍不充分、不成熟，一旦发生地震，就会引起广泛关注。如1996年11月9日，长江口以东海域发生6.1级地震，当时上海全市普遍有感。地震过后，广大市民集中使用电话互报平安，向有关部门了解震情，以致市内电话通讯量饱和，部分线路曾有短暂中断。2023年，上海浦东新区海域发生的0.8级地震，就一度成为社交平台上的热搜话题。二是，上海高楼林立，高层震感明显。上海属于松软土层，这种地质条件会对地震动产生显著的放大效应，使得高层建筑在地震中更容易发生共振和摇摆。记者了解到，根据上海地震观测系统在环球金融中心安装的46台监测设备数据，当地震发生时，近500米高处震感是底楼的16倍之高，足见地震对高层建筑的影响之大。以地震较频繁的台湾地区为例，虽然上海距离台湾最少也有700多公里，但是每当台湾发生6.5级以上地震时，身处上海高楼的市民都会有明显震感。今年台湾花莲海域发生7.3级地震时，就有不少市民从梦中“惊醒”。当时，一位身在松江大学城的市民表示，“晃得很厉害，一开始以为做梦，后来发现不对劲，人直接被吓醒”。2008年汶川地震、2011年东日本大地震发生时，上海高楼也都会闻震而动。更重要的是，上海人口密集，交通、供电、供水等生命线工程错综复杂，虽然发生破坏性地震是极小概率事件，但是一旦发生，财产损失和社会影响会远远超过其他地区。因此，上海仍需不断加强地震观测和预警工作，以应对可能面临的地震风险。“佘山地震台主动融入地方应急管理体系建设，和属地应急部门密切合作，参与修订防震减灾应急预案、开展应急演练，为超大型城市的防震减灾提供专业技术支撑。”佘山地震台副台长任烨介绍说。2023年，上海青浦发生3.1级地震，全市普遍有震感。得益于上海地区较高的预警站点密度，震后中国地震预警网6.9秒产出地震预警信息。地震发生之后，佘山地震台现场工作队第一时间赶往青浦，查看现场情况。这次地震的震中5公里范围内的人口密度约860人/平方公里，人口约6.8万人。震中10公里范围内的人口密度约1500人/平方公里，人口约48万人。震中20公里范围内的人口密度约1700人/平方公里，人口约220万人。尽管影响程度不大，然而波及范围和涵盖人群非常广泛。“人们也不必太过担心。”任烨表示，在上海，严格按照设防标准建设的工程，可以抵御中强地震带来的灾害。上海的地震设防烈度是7度，重大和可能发生严重次生灾害的建设工程还要按照法律规定进行地震安全性评价。超高层建筑一般也会配置防震设备，比如上海中心大厦引入的调谐质量阻尼器，在震动到来时，它的质量块由于惯性会产生反作用力，发生反响摆动，从而起到减震作用。
新技术为大地深度“把脉”
从全国来看，地震观测都在走“深”走“远”，其源头探索几乎都是上海。“上海城市发展速度和面临的潜在地震危险，在某种程度上倒逼我们持续探索、创新技术。”陈乃其说。今年9月，佘山地震台工程师叶青趁着台风间歇“下山入海”，把海洋观测仪器搬到了距离陆地300多公里的东海海域某石油平台上。这里是我国在东海海域最远的一个固定观测点位，叶青几经辗转才顺利抵达目的地，把监测仪器成功装好。海洋观测的概念，是由上海20多年前在全国率先提出并探索。根据历史资料，上海虽然本土发生的地震震级小，但受海域地震影响比较大，而海域地震通常会带来较为严重的自然灾害。比如1984年南黄海发生的6.2级地震，1996年长江口以东海域发生的6.1级地震，2011年日本以东海域发生的9.0级地震，2019年台湾花莲海域发生的6.7级地震，2021年盐城大丰海域发生的5.0级地震，都给上海全市带来明显震感。2007年，上海率先在东海建成两处地震综合观测平台系统，这些平台就像是大海里的“听诊器”，时刻监听着海洋地震的“心跳”。由此，填补了中国对海域地震等综合观测研究的空白，更精准地描绘上海的数字海域地图，提高华东沿海地区对海洋地震活动及其诱发海啸的监测能力。由于海洋观测的难度极高，直至今日，它在全球范围内仍是一块硬骨头。专家告诉记者，海洋观测经费投入大、后期运维难，而且海洋环境复杂，设备极易受损，导致观测条件差。叶青此次替换掉的老设备，也是被海水破坏的。随着海洋经济的迅速发展，减轻海域地震灾害需求日益迫切。佘山地震台不断在更新迭代海洋观测技术，相继采用了沉浮式海底地震仪（OBS）、海洋活节桩地震观测平台、海洋深井地震台等方式探索海洋地震观测。佘山地震台透露，正在联合科研院所进行科研攻关，采用分布式光纤传感技术把“地震台阵”建在海底光缆上，利用光的散射来收集海底振动信息，以新的技术突破海洋地震观测。
另一项新技术深井观测，有望在上海扩大应用范围。在崇明长江农场，有一口深度近400米堪比大楼高度的深井，井底直达地球基岩层，上面放置着一组地震观测设备。它就像是地下的一双“眼睛”，能够捕捉到地震波的微弱信号，为地震预测提供宝贵的数据。这口深井观测系统建成于2012年，是我国首个地球物理综合深井观测系统，由此佘山地震台建成打破了国际上的技术垄断，使我国成为国际上第二个掌握该技术并实际研制建设成功的国家。
上海的发展速度倒逼深井观测技术不断提质增效。专家表示，地震观测需要比较安静的环境，然而上海建城时间早，城市化率比较高，所以地震台站需要不断向地下空间延伸，深井观测的好处在于，它能够避开城市里的噪音干扰，获取更纯净的地震波信号。这能提高地震观测数据的准确性和及时性，确保为大地精准“把脉”。