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地震科技规划

  

  以习近平同志为核心的党中央高度重视科技创新。党的十八大提出实施创新驱动发展战略,指出“科技创新是提升社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置”。十八届五中全会把创新作为五大发展理念之首。20165月召开的全国科技创新大会吹响了建设世界科技强国的号角,对于加快推进我国科技创新发展、实现中华民族伟大复兴具有里程碑意义。

  “十三五”是我国全面建设创新型国家的关键时期,是实施《国家中长期科学技术发展纲要》的重要阶段。为贯彻落实中央关于科技创新的一系列战略部署,做好“十三五”时期地震科技工作,根据《中华人民共和国防震减灾法》、《中华人民共和国科学技术进步法》、《国家防震减灾规划(2006—2020年)》、《国家地震科学技术发展规划纲要(2007—2020年)》、《关于进一步加强防震减灾工作的意见》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《深化科技体制改革实施方案》、《关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》、《关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》、《关于实行以增加知识价值为导向分配政策的若干意见》、《防震减灾规划(2016-2020年)》和《“十三五”国家科技创新规划》等,制定本规划。

   

  第一章 现状分析

(一)国家发展战略需求

  地震灾害突发性强、破坏性大,具有瞬时毁灭性。我国平均每五年发生一次7.5级地震,每十年发生一次8级地震,三分之一的国土面积存在大震风险。20世纪以来我国因地震造成的人员死亡超过全球的50%,是世界上地震灾害最严重的国家之一。

  由于自然条件和资源分布的限制,伴随着新型城镇化和城市群的建设,人口和财富向大地震易发区域聚集。京津冀等大多数城市群处于强震高风险地区,“丝绸之路经济带”基本上沿着强震高发区域延伸。大量的超高、超大、超传统设计建筑和巨型生命线系统,以及以巨型大坝、核电、高速铁路为代表的一大批重大基础设施不可避免地受到地震的威胁。农村建筑基本不设防的状况尚未根本改变,城乡老旧建筑抗震能力低的状况尚未全面扭转。

  十八大以来,党中央提出“两个一百年”奋斗目标,要求全面统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局,明确提出了加强防灾减灾体系建设,提高气象、地质和地震灾害防御能力的具体任务要求。2016年7月28日,习近平总书记在河北唐山视察时,又对防灾减灾救灾工作做出重要指示。要进一步增强忧患意识、责任意识,坚持以防为主、防抗救相结合,坚持常态减灾和非常态救灾相统一,努力实现从注重灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,全面提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力。要着力从加强组织领导、健全体制、完善法律法规、推进重大防灾减灾工程建设、加强灾害监测预警和风险防范能力建设、提高城市建筑和基础设施抗灾能力、提高农村住房设防水平和抗灾能力、加大灾害管理培训力度、建立防灾减灾救灾宣传教育长效机制、引导社会力量有序参与等方面进行努力。

  “十三五”期间,国家将实施“一带一路”、京津冀协同发展、长江经济带三大战略,为了保障这些国家战略的顺利实施和伟大复兴中国梦的如期实现,必须有效防御和减轻重大地震灾害风险以及可能对经济社会带来的严重冲击。

(二)防震减灾工作需求

  防震减灾是一项科技型社会公益性事业,涵盖监测预报、震害防御和应急救援三大工作任务,所面对的是一系列世界性的科学技术难题。科技创新对防震减灾具有重要的支撑和引领作用。地震科技是民生科技的重要组成部分,涵盖基础研究、应用技术和高新技术研究及应用,涉及自然科学与社会科学的交叉融合,是一项综合性的系统工程。面对严峻的地震灾害风险和挑战,依靠科技进步提高全国防震减灾综合能力依然任重道远。建立和完善防震减灾国家科技支撑体系,需要针对我国防震减灾的迫切需求及各个科技支撑环节存在的问题,深刻认识地震灾害形成机理和演化规律,加强地震灾害预测预报、监测预警、风险评估、防御技术、灾情获取和应急救援等各个环节的技术研究及应用,有效提高地震科技对防震减灾的贡献率。

(三)地震科技工作需求

  地震科技工作服务于地震前的预报和防御、地震时的预警和处置、地震后的应急和救援整个链条,尚存许多科学技术难题需要研究和解决。受中国地震局和国家自然基金委委托,中国地震局科学技术委员会于2010年发表了《我国地震减灾中地震学面临的巨大挑战和重大工程》咨询报告,提出了我国地震减灾中面临的7个重大科学问题:为什么会发生地震以及地震怎么发生?地震产生的地表强地面运动是什么样?地震在我国是怎么分布?地震和地球表面的形变和应力分布的关系是什么?地震和印度欧亚板块碰撞之间的关系是什么?地震和近地表介质与应力随时间变化的关系是什么?产生地震的驱动力是什么?解决这些重大科学问题需要理解:地震断层破裂过程、近地表环境对地震灾害的影响、中国区域构造块体的相互作用和地震的关系、中国地表的应变和应力的分布和地震的关系、青藏高原的内部结构、形变和隆升对地震灾害的影响、地球近地表随时间的变化和地震的关系、地球内部结构和动力过程与地震的关系。

  为有效应对这些迫切需求,需要我们用全新的理念和视角,科学系统地规划地震科技创新发展。在时间域上,实现地震孕育——发生——孕育千年尺度全覆盖;在空间域上,涵盖从板块、区域到震源尺度全方位;在科学问题上,涉及应力积累、成核破裂、震后变形和趋势判断、风险评估、工程结构响应等;在工作领域上,包括地震监测预报、震害防御、应急救援三大业务工作;在创新链条上,既有基础理论前沿探索,又有行业亟需的核心关键技术研发;在“十三五”具体项目设计上,有活动地块运动与强震预测研究、空间对地形变观测技术研究等15个研发项目。具体见图1。

   

   

   

   

  二、发展现状
(一)国际现状

  美国、日本和欧盟是世界上地震科技创新走在前列的国家和地区,近年来纷纷制定和修改新的防震减灾国家科技计划,加快了研发与应用步伐。美国国家基金委和地质调查局分别提出了未来十五年的发展战略规划;日本在2011年“3.11”特大地震海啸后,修改了国家灾害基本法,重构了防震减灾体系;欧盟则执行了全球地震模型计划,研发了新的地震风险评估软件平台。

  当前国际地震科技发展有四个显著的特点:一是建立符合本国或区域构造环境的地震孕育发生和成灾理论。如美国发展了板块边界转换断层和俯冲带理论的强震模型,指导美国西部的防震减灾工作。二是加大在理论指导下的强震监测和预警关键技术研发。如日本在2011年以后,针对发现的问题和不足,改善了现有立体观测网络,强化了海底观测。三是开展多尺度地震风险评估和灾害应对模型预测研究。如美国建立了不同深度地震的地震动预测模型,日本研发了东京市区建筑群的精细化模型并开展震害模拟。四是为社会公众提供更多优秀、便捷的减灾和应急服务产品。如美国政府要求所有国家支持的防震减灾项目都要将研究成果向社会公开,都要有公共宣传和教育的内容,并利用先进的IT技术在互联网上传播互动。美国还十分重视将科技成果转化为应急服务产品,为应急决策服务。

(二)国内现状

  近年来,中国地震局围绕地震科技创新推出了一系列全局性、前瞻性的战略举措。设立科学技术司,进一步强化对地震科技工作的统筹管理;通过制定相关政策、设立专项经费、优化科技布局、加强成果交流推广、引进开放竞争机制、完善科技创新机制等举措,推进地震科技工作的稳步发展;国家重点实验室龙头带动作用显著,产出一批具有国际影响的重要成果,并顺利通过科技部评估;建立了地震工程与工程振动等8个局属重点实验室及云南省宾川、新疆呼图壁主动源野外观测基地等一批技术研发基地。地震科技的国际、国内影响不断扩大,与美国、日本、欧盟等多个国家、地区、国际组织建立了良好的科技合作关系,双边合作关系的国家(地区)扩大到77个。与铁路总公司、中科院等相关部门、院所、大学在科学研究、人才培养方面签署了一系列合作协议,企业参与防震减灾科技研发的积极性也得到显著提高,初步形成了全社会积极参与地震科技工作的新局面。

  基础研究和科学探测进展显著。5年来,我局科技人员共发表SCI、EI论文1678篇,同比增长77.71%。在英国《自然》出版机构发布的2012年至2015年地球和环境科学领域研究机构排名中,中国地震局稳居国内行业部门前三。青藏高原构造演化和物质运移机理研究取得重要突破,提出的“青藏高原东向扩展模型”被列为2014年我国自然科学十大进展;发展绿色人工震源,探索地下结构微小变化,在长江开展气枪实验,突破内河流域主动源激发和数据接收技术;实施密集台阵探测(间距30—50公里,共计1474个台点),获取南北地震带约200万平方公里的地下精细结构,数据质量和处理结果达到国际先进水平;与蒙古联合开展远东地磁场、重力场及深部构造观测与模型研究,首次实现在国外开展大规模系统性野外科学观测研究。

     部分关键核心技术取得突破。高铁地震预警突破了P波预警、阈值报警等关键技术,实现高铁地震预警及紧急处置技术跨越式发展,关键技术指标达到国际先进水平,已在部分高铁线路开展示范应用,使我国成为世界少数几个拥有高铁地震预警技术的国家。首颗电磁监测试验卫星研发实现了卫星平台、应用系统、8个卫星载荷等关键科学装置和系统自主创新。建筑物抗震设计理论取得重要进展,在国际上首次突破基于性态抗震理论的核心关键技术难题,获得国家科技进步一等奖。攻克大型复杂结构在线混合试验技术,获得国家科技进步二等奖。减隔震技术取得显著应用实效,昆明长水国际机场成为目前全球最大的采用混合减隔震技术的单体建筑,形成了隔震设计分析、产品开发、检验、安装施工和监测维护的成套技术。截止到2015年,我国已有近6000幢各类建筑和近350座桥梁采用了减隔震装置,分别占世界的50%和15.5%,有力提升了建筑物抗震性能。震后灾情获取的时效性和快速评估精度大幅提升,为震后应急响应提供了有力的科技保障。

  总体上,我国防震减灾科技与国际先进水平相比,领跑约占5%、并跑约占30%、跟跑约占50%、差距较大和空白约占15%

(三)问题和不足

  地震科技与国际先进水平存在差距。在基础研究领域,模仿跟踪多、前沿原创少,经验总结多、理论模型少,碎片研究多、系统探索少。在应用研究领域,还不能满足防震减灾和经济社会发展需求。大多数核心关键技术尚未突破,技术装备标准化、产业化水平不高,科技创新成果不能及时转化为防震减灾能力。具体表现在:基础理论研究和物理模型还处于不完善的初级阶段,指导地震预测理论和实践不足;地震监测海量数据分析处理的关键技术模型化、标准化程度较低;仪器研制、空间及深井观测技术方法成熟度较低、仪器设备精度不高,部分关键核心技术仍被国外封锁垄断;大震危险性判定和巨灾风险评估技术不成熟;新型工程结构地震易损性、震害机理尚未完全掌握,城市群震害模拟精度、计算效率等亟待提高;震后灾情快速获取时效性、评估精度、可靠性和可视性等方面与美、日相比仍有差距;海域地震观测与研究、城市大震巨灾情景模拟方面基本处于空白。

  科技管理与创新要求存在差距。领军人才引不进、稳不住、留不下来的情况日趋突出,优秀创新团队数量偏少,青年人才储备不足。开放合作有待深化,统筹国内外科研院所、高校、企业等各方面资源能力不足,产学研用协同创新机制尚不完善。以知识价值为导向的激励分配政策尚未建立,科研人员分类评价尚未健全,成果推广转化、激励分配政策落实不到位,鼓励创新、宽容失败的创新氛围尚待营造,广大科研人员创新活力有待充分释放。自主科技投入不足,缺乏持续稳定的经费来解决基础性、前沿性和紧迫性的行业科技问题。

   

   

一、指导思想

  认真贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神。以习近平总书记在科技创新大会重要讲话为指导,落实“两个坚持、三个转变”,坚定不移把科技创新摆在防震减灾事业发展全局的核心位置,实施创新驱动发展和人才强国战略,深化科技体制改革,加强组织领导,重视顶层设计,优化科技布局,紧紧围绕服务国家重大发展战略,瞄准国际先进水平,聚焦地震科学基础前沿和防震减灾关键技术,强化重点地区的科技成果转化应用,提升地震科技创新能力和地震灾害风险防御能力,为实现两个一百年目标提供地震安全科技保障。

总体目标

  以大陆强震活动地块理论为指导,聚焦强震孕育发生机理研究和大震巨灾风险监控、评估、预警与应急处置技术研发,力争取得一批创新性理论成果,突破部分被国外垄断和封锁的关键核心技术。构建开放合作的国家地震科技创新体系,营造充满活力的科研氛围,培养一支充满竞争力的科研队伍,提升我国地震科技的综合实力。到2020年,形成体现我国地域特色、在国际上具有重要影响的优势领域,使我国地震科技达到发达国家同期水平。

  深化完善大陆强震活动地块理论推动地震孕育发生与成灾机理、地震灾害链演化机制的深入研究,对我国大陆区域防震减灾与城镇化战略形成重要理论支撑。

  重点突破防震减灾瓶颈性关键技术。研发特大地震成灾环境的精细化立体监测、探测、预测风险监测评估与应急救援关键技术,形成重大地震灾害预警能力和紧急处置能力。逐步形成标准化的防减灾关键技术系列。

  推动建设防减灾关键技术应用示范。提高城市群地震灾情演化动态模拟评估的时效性和地震预警与重大工程设施紧急处置的实效性。在2-3个大震频发和城市群高风险区域完成技术集成示范。

  显著增强防震减灾科技支撑能力。形成一支特色鲜明、结构合理、具有国际竞争力的科技人才队伍,建立一批特色明显、研究与应用学科并重的优秀科研团队,形成以地震动力学国家重点实验室为龙头系列化技术研发基地。

三、本原则

  进一步明确地震科技功能定位,完善地震科技创新基地和团队布局,开展地震科技前瞻性战略研究和关键科技问题攻关,梳理国内外解决防震减灾科技瓶颈问题的策略和方法;探索地震科技重点任务的突破路径,建立成果交流和信息共享平台,建立适合行业和单位特点的知识产权归属和利益分享机制。力争在地震预警与紧急处置技术、大城市及城市群地震危险性和风险分析关键技术、地震灾情快速获取和高精度评估技术、新型仪器研发、人工震源地下介质变化监测方法与技术、断层亚失稳的实验研究数值模拟和野外应用等方面取得突破性进展,并在防震减灾领域开展示范并取得应用实效。

(二)加强资源统筹,提升支撑能力

  统筹优化资金、平台、团队资源配置,提高资源使用效益。积极争取国家自然科学基金、国家重点研发计划等中央财政科技计划对地震科技创新投入,用好基本科研业务费、修购专项和结余资金等稳定投入。进一步完善重点实验室、技术创新中心和野外科学观测研究站等创新基地在地震科技领域的功能布局,打造从野外观测、基础研究、应用研究到成果转化和技术服务的全链条创新平台。加强组织和指导,结合地震科技创新基地建设,通过资金、项目、人事、评价等优惠政策支持,引导培养形成相对固定、结构合理的创新科研团队。

  落实国家科技管理体制改革要求,全面推进地震科技管理“放管服”。赋予科研机构更多创新自主权,落实基层单位选人用人和科技经费使用自主权,鼓励各单位用好地方科技创新政策,充分释放科技创新活力。进一步强化防震减灾事业发展需求的目标导向作用,提高服务于防震减灾事业发展和经济社会建设的能力。转变科技管理职能,把科技管理转变到抓战略、抓规划、抓政策、抓服务上来。建立健全以知识价值和成果产出为导向的科技评价机制,根据不同科技活动的特点完善评价的标准和方法。完善科技成果处置、收益分配制度,增强单位和科研人员从事科技成果转化的积极性。

(四)深化开放合作,助力国家战略

  引导全社会力量关注防震减灾事业发展,通过科技资源共享、创新基地共建、科技项目合作等形式,形成和完善开放合作的国家地震科技创新体系,统筹用好相关行业部门、地震科研机构、高等院校、企业和社会力量,协同开展地震科技创新,实现多元参与、功能互补、良性互动、合作共赢。进一步扩大国际合作交流,紧紧围绕国家“一带一路”建设,与沿线国家开展双边和多边合作,通过联合攻关,研究和解决“一带一路”沿线区域地震构造带相关的一些基础科学问题,提高地震和火山监测研究能力,提升工程结构的抗震能力,建立区域地震应急救援联合行动机制,为区域地震安全提供保障。

第三章 重点任务
一、基础理论研究和前沿技术探索

  基础理论研究:以京津冀城市群地区、川滇地区重点危险区、鄂尔多斯块体和南北地震带、郯庐断裂带为目标区,完善大陆活动地块理论框架,发展大陆强震孕育机理与预测理论。研究适用于板块内部的强震孕育和发生的动力学模型构建方法,发展和完善现有大陆活动地块理论框架;研究基于多种地球物理资料的三维精细壳幔结构成像理论和断裂带结构反演理论,探讨断层应力迁移、物性变化、深部活动行为特征;研究断层滑动失稳与亚失稳的机理以及微破裂成核机理,深化动力作用下地震孕育发生物理过程的认识。研究基于动力过程和多元前兆观测数据的不同时间尺度的地震预测理论,完善后续强震判定方法和水库地震预测方法。

  前沿技术探索:以京津冀城市群地区、珠三角城市群和大地震活动带为示范区,发展大震巨灾风险监控与应对技术。研究新型地震观测技术,开展地震立体监测技术集成示范;研究三维地质构造探测方法,发展四维震源模型构建技术;研究地震危险性多概率宽频带评价方法,发展中国海域及邻区地震区划关键技术并开展示范应用;研究基于多元数据的工程结构地震破坏监测方法,发展基于性态的城市工程大震灾害风险评估技术;研究重要工程和生命线网络地震灾害多尺度快速模拟方法,发展城市地震巨灾情景分析技术并开展示范应用;研究地震灾情应急获取和动态评估方法,发展基于中国大陆灾害情景的应急备灾能力评估技术;研究多种观测数据融合的地震预警处理方法,发展轨道交通和燃气管网的地震紧急处置技术并开展预警信息应用示范。

二、条件平台建设

  建设以地震动力学国家重点实验室为龙头、局属重点实验室为骨干、基层重点实验室为补充的实验创新平台,在现有1个国家重点实验室、8个局属重点实验室的基础上,力争再建3-5个局属重点实验室。推进技术创新中心建设,完善产学研用工作机制,强化工程技术创新和应用转化,融合地震系统内外科技资源,瞄准技术基础好、开发应用潜力大的重点方向,完成2-3个技术创新中心示范建设。进一步拓展和完善野外科学观测台站的建设,把野外科学观测台站作为开展重要野外观测实验、科学研究和示范的基地,成为提高地震科学认识的重要试验田。

三、科技成果推广与应用

  以科技示范和技术服务为核心,强化政府部门的主导作用,充分发挥企业、高校、社会组织等多元主体作用,采用市场化运作方式,大力推广先进实用的防震减灾新技术。加大地震科技供给侧改革,服务经济社会发展和广大人民群众。全面落实《促进科技成果转化法》等关于科技成果转化的有关法律、规定,研究制定相关制度,由单位自主决策科技成果使用、处置和收益管理。将成果转化情况纳入单位绩效考核评价、防震减灾工作评比及职称评定。

四、深化地震科技体制改革

  落实国家科技管理体制改革要求,地震科技行业主管部门的管理从研发管理向创新服务转变,强化需求凝练、行业科技关键任务部署、成果推广转化和促进科技资源在各类地震科技创新主体间高效优化配置等关键环节工作。赋予科研机构更多创新自主权,落实用人单位自主权、增加科研单位项目经费管理自主权,鼓励各单位用好地方科技创新政策,充分释放科技创新活力。

  重构地震科技创新评价,加大奖励力度。建立增加知识价值和成果产出为导向的地震科技创新评价机制,对基础研究人员、应用研究和技术开发人员、科研辅助和管理人员进行分类评价。坚持精神物质激励结合原则,加大对突出贡献科研人员和创新团队的奖励力度。

五、地震科技国际合作

  坚持以我为主、以外促内,围绕“两个服务”,构建大国、周边、发展中国家、国际舞台四位一体的地震科技国际合作新格局。加强与发达国家的地震科技合作。跟踪国际地震科技前沿领域,关注重大国际合作计划。鼓励和支持国内科技人员出国参加学术交流与合作,在国际学术组织任职发挥影响。积极引导和加强地震事业单位聘请国际一流专家进行短期研究。深化与“一带一路”相关国家的科技合作,促进我国防震减灾技术的境外推广和转化,提升相关国家应对地震监测和应急响应能力。重点开展与中亚、东南亚等周边国家的合作,开展地震海啸监测合作、应急救援能力培训等。

六、中国地震科学环境观测与探察计划

  强化防震减灾基础性工作。开展活动断层探测,对南北地震带北段、新疆天山地区、东北地震区、东南沿海地区等50余条主要活断层进行15万填图和关键构造部位深部地球物理探测,以京津冀和珠江三角洲两大城市群为工作区,协同开展20个地级城市的活断层探测。开展综合地球物理场观测、地壳应力观测、地壳垂直和水平运动观测,获取中国大陆及重点构造边界带的重力场变化图像、中国大陆基本地磁场图、中国大陆地壳应力背景场图像、重点构造边界带地壳运动速度场图像。开展地震科学台阵观测,在华北地区和东北地区布设约1500个站点组成的流动台阵,进行滚动观测,获取华北地区和东北地区高分辨的壳幔速度结构、密度结构、电性结构、介质各向异性分布等,研究壳幔结构和地震活动关系,深化对区域地震发生构造背景的认识。

  围绕国家防震减灾重要战略需求,以增加国际领先与国际先进地震科技成果的比重,突破部分被国外垄断和封锁的关键核心技术,填补一批关键技术空白为主要目标。

  在科学思路上,以《重大自然灾害监测预警与风险防范》国家重点研发专项计划为基础,开展大陆强震活动地块理论、活动地块边界带强震孕育的探测技术、地震孕育发生的监测和预测关键技术、地震风险识别评估技术、灾情获取和应急处理关键技术研究与示范、防震减灾技术推广与应用服务系统等六方面的研究(见图2),形成地域特色鲜明、在国际上具有重要影响的优势领域,在地震监测预测技术、地震成灾机理与减灾技术等关键科技问题上取得突破性成果。

  在总体设计上,实现从基础前沿、重大共性关键技术到应用示范全链条创新设计(见图3),一体化组织实施。实现了基础研究、应用研发、示范应用的紧密结合、推动验证,努力提升基础理论的引领指导水平,提高关键技术业务支撑能力,确保项目实施实际效果。

一、大陆强震活动地块理论的完善与深化

  围绕发展和完善大陆强震发生的活动地块理论框架为目标,重点建立适用于板块内部的强震孕育和发生的动力学模型,强化判定大震巨灾高风险源的理论基础,占领全球板内强震发生机理研究制高点,从科学理论上指导我国地震监测布局、预测理论与实践、大震预警、巨灾风险评估及应急准备等工作重点布局。

  (一)活动地块运动与强震预测。重点开展鄂尔多斯块体及周边动力学环境、地震构造特征和地震孕育发生过程研究,完善活动地块的理论框架,深入理解活动地块对强震的控制作用,建立区域特色活动地块边界带强震孕育和发生的动力学模型。

  (二)京津冀城市群及周边巨震震源区三维精细壳幔结构成像。利用高密度宽频带流动地震台阵观测,开展华北地区城市群大震震源区三维精细结构成像、控制性壳幔结构、沉积盆地“长周期”地震地面运动的特征研究,开展地下三维精细结构模型、断层应力迁移、物性变化、深部活动行为研究。

  (三)川滇活动地块的结构、变形与地震活动图像。针对川滇重点危险区和重要活动断裂带,开展多学科实验观测及深部构造探测,检验地震监测预测相关理论和技术方法,发展强震地点预测理论。

   

   

   

   

二、活动地块边界带强震孕育的探测技术

  围绕强震精细构造发震结构和运动特征,着重开发块体边界带的形变、地下结构、活动断层探测相关技术,以研发自主知识产权新技术为主要目标,通过发展和研发相关探测技术,认识典型活动地块运动和变形对强震的控制作用机制,构建具有物理意义和预测功能的我国大陆活动地块边界带强震孕育和发生的动力学模型。

  (四)基于断层带行为监测的地球物理成像与地震物理过程研究。利用密集地震台阵、深井综合观测、主动源探测和室内岩石实验等技术,重点开展南北地震带重点区段高分辨率三维介质结构和重要断裂带结构探测,研究多尺度物理模式下微破裂成核和动力作用的地震孕育发生物理过程。

  (五)空间对地形变观测技术研究。深入开展GNSSInSAR等形变观测技术研究,发展和研制多源数据处理技术,研究地块边界带变形特征,研究介质粘滞系数对应力不确定性判定技术,确定强震之间相互触发机制。

  (六)构建三维活动断裂模型关键技术。研究大型活动构造带断层精细结构探测技术,构建不同构造类型三维活动断层的模型,开展郯庐断裂带三维地震构造分段模型与强地震发生地点预测研究,构建技术示范系统。

三、地震孕育发生的监测和预测关键技术研究

  围绕提高地震立体监测的科学性与可靠性,重点发展基于物理过程的地震预测技术和新设备。重点是研制高精度高可靠性低功耗的深井、空间对地和海域新型地震传感器,推动仪器设备的国产化和产业化,突破一批三维立体地震观测技术瓶颈,建立一批技术标准,研发一批自主知识产权的新装备,突破一批地震观测关键技术,大幅度缩短与国外先进水平的差距。

  (七)新型地震观测技术研究。重点研发光纤、激光等新型传感仪器,开展超导重力、海域地磁等观测技术研究,以及深井测震、形变、流体和地磁等传感器技术。

  (八)地震立体监测技术集成示范。建立空间对地、地表形变流动、深井综合观测实验基地,分析多层次地球物理场特征和规律,实现地震立体监测技术集成示范和强震短临监测技术。

  (九)强震危险程度判定关键技术。研究我国大陆大地震十年尺度危险性综合判定技术和基于动力过程的1-3年地震大形势预测技术、基于数字地震与前兆观测的地震短临预测技术、基于岩石力学实验的亚失稳机理与野外验证以及震后趋势综合判定技术。

  (十)典型构造区强震动力学预测模型关键技术。构建多种观测资料约束的多时间、多空间尺度的区域强震动力学综合模型,探讨区域内前兆演化模式及机理,探索典型构造区断层段孕震阶段判定的技术方法。

四、地震风险识别评估技术研究与示范

  围绕提高大震巨灾危险性分析、风险评估的科学水平,重点发展城市群和海域地震区划、风险动态评估、地震灾害情景模拟等关键技术与示范。以突破大震巨灾风险评价技术瓶颈,形成风险评估与监控技术系列为主要目标,突破一批大震巨灾风险源识别、评估、实时监控和情景分析等关键技术,形成相关技术标准和规范,提高城市群及国家重大基础设施的地震灾害风险判别能力,为科学防灾备灾提供依据,达到美国、日本等同期水平。

  (十一)地震危险性多概率宽频带评价关键技术。重点发展时间相依的极低概率地震危险性分析技术,研究多尺度地下结构模型的宽频带地震动预测技术,探索城市地区高精度地震区划技术。

  (十二)中国海域及邻区地震区划关键技术。研究海域板块俯冲带地震活动及地震动传播模型、大洋岛礁填土及软土场地地震动评价技术,发展中国海域及邻区地震区划技术,编制典型海域和滨海地区多概率宽频带地震动参数区划图。

  (十三)基于性态的城市工程大震灾害风险监测与评估技术。发展基于多元数据的工程结构地震破坏监测方法,研究基于性态的城市重要工程及基础设施系统大震风险动态评估方法。

  (十四)城市地震巨灾情景构建技术研究及示范应用。研究基于四维精细震源模型的大范围地震动数值模拟技术、重要工程和生命线网络地震灾害多尺度快速模拟方法、城市建筑群地震破坏过程高效能情景模拟技术,开展京津冀和珠三角城市群应用示范。

五、灾情获取和应急处理关键技术研究与示范

  围绕提高地震灾情获取和评估的时效性和动态性,重点发展应急处置技术和示范。以提升大震灾情快速动态获取和紧急处置技术能力为主要目标,形成震后30分钟至24小时动态获取地震巨灾灾情的技术能力,建成地震巨灾情景和高密度预评估数据库,形成地震预警和工程紧急自动处置技术,明显缩短灾情获取时间,大幅提高灾情评估精度,显著提升灾情应对和救灾决策的科技支撑能力。

  (十五)地震灾情应急获取和动态评估技术。重点研究基于遥感、互联网、通信、电力设施震后异常信息的震害程度快速评估技术,研发基于单兵通信系统的现场灾情获取与共享系统,研究地震次生地质灾害人员伤亡动态评估模型、重要目标灾情快速动态评估模型、高效能地震灾害评估与指挥处置系统。

  (十六)基于中国大陆灾害情景的应急备灾能力评估与示范。研究分区域建筑物易损性模型修正技术、地震应急备灾能力评价技术指标和分析方法,研发地震应急备灾能力评价及灾害情景集成系统,构建重点地区三维灾害场景,建立基于情景的应急备灾能力优化对策。

六、防震减灾技术推广与应用服务系统

  注重产学研用相结合,重点开展地震预警、紧急处置技术的推广应用,开展以公众服务、应急演练为主要目的应用示范研究。以研发和推广应用地震预警、紧急处置技术及发布系统和地震社会服务及行为指导技术支持系统为主要目的,大幅提高示范区大震巨灾防范和应对能力,实现关键技术成果的标准化和产品化,面向社会提供防灾减灾成果与信息服务,为全国推广应用起到示范带动效应。

  (十七)地震预警、紧急处置技术及发布系统。重点研究多种观测数据融合的地震预警处理技术和信息快速发布技术,研发轨道交通和燃气管网的地震紧急处置技术和装置、首都圈地震预警数据处理与信息发布系统软件;

  (十八)聚焦重点地区,开展技术集成应用示范。研发地震灾害监测手机和智能家居应用技术和地震大数据云处理技术;研发地震科技应急、防灾减灾微信公众服务平台,研发面向基层政府、单位、公众等多元主体的地震灾情感知、地震应对及行为指导技术及服务系统,开展应用示范。

第五章突破计划

  实施地震科技“突破计划”,即在全面推进基础研究、应用研究、基础性工作协调发展的同时,围绕国家和防震减灾工作重大需求,利用科技项目、国际合作交流、创新团队、条件平台建设等措施对重点方向予以优先支持,力争在短期内取得关键突破,为防震减灾工作提供更直接、更有力的支撑。

  “突破计划”包括以下方面:

一、地震预警与紧急处置技术

  研究融合断裂带附近GPS近场观测数据在地震预警中的综合应用技术;发展地震预警信息快速发布技术,研制面向政府部门、公众和不同类型企业的地震预警信息接收装置与软件系统;研制高可靠性的地震预警系统软件。研究提出面向重大工程特点的地震预警系统的台网布设方案与台站建设技术;研究工程场地附近台站地震记录的干扰剔除与降噪技术;发展高精度的单台地震参数快速确定技术;研究提出不同类型重大工程在强震时的紧急处置范围与措施。结合高速铁路地震预警系统建设,深化现有的高速铁路等行业的报警与紧急处置技术,进而研发基于稀疏台网或者单台的具有预警参数计算的重大工程地震预警与紧急处置系统,实现成套的重大工程地震预警与紧急处置技术和系统。

二、大城市及城市群地震危险性和风险分析关键技术

  研究特定构造背景和动力学环境下的最可能震源过程预测技术,以及主要大型活动构造带深部精细结构模型和综合探测方法。研究巨厚沉积层介质中的地震动传播特性,以及巨厚沉积层深浅部精细结构及不同尺度盆地结构综合探测技术。发展综合考虑四维震源模型和复杂三维介质结构的地震动数值模拟技术。研究多概率全频段地震动的地震危险性分析和地震区划技术。建立各类复杂工程结构的地震易损性模型。建立科学实用的生命线系统主要单体元件地震破坏评估模型及生命线系统地震功能失效状态及影响评估模型。发展基于GPU或其他先进计算技术的区域性大规模建构筑物群建构筑物结构动力反应过程及破坏数值模拟技术。建立基于先进理论研究成果与现代IT技术的地震风险评估地震灾害风险评估系统。

三、地震灾情快速获取和高精度评估技术

  开展震后地震台站信息、无线移动基站信号、手机入网人数、供电网络信号等多源信息的综合研究,建立基于多源台站信息的地震影响场快速判断技术平台。研究提出我国不同区域的应急处置方案模板,包括灾区交通管制范围判断模型、救援队伍数分析模型、重点目标处置模型、救援目标分析模型、救灾物资需求模型、交通线畅通度分析模型、救援态势图模型、救援指引图模型等,建立处置方案自动生成技术平台。利用快速评估结果、学校医院等重点目标震害分析结果、人口分布与流动规律研究、次生灾害分析等,在震后24小时内,给出地震灾区最需要救援和紧急处置的目标,结合道路可通达性分析,生成救援指引图。研制现场灾情数据采集与汇交平台,包括前方调查队员数据采集终端、现场指挥部烈度调查与灾情评估数据接受终端。

四、新型仪器研发

  高精度地震测量仪器:高精度绝对重力仪,测量精度达到5×10-8ms-2;超导重力仪,测量精度达到0.1×10-8ms-2;海洋/航空重力仪,静态测量精度达到0.2×10-5ms-2,动态测量精度达到1×10-5ms-2;全频带地震动观测系统,0.02s-1000s频带速度响应平坦,1000s-DC频带加速度响应平坦;静电反馈倾斜仪,观测频带为DC-10Hz,分辨力为0.0002″;隔震平台,等效固有周期60s;光泵磁力仪,测量精度达到0.1nT;超导磁力仪,测量精度达到0.01nT;高精度磁通门磁力仪,测量精度达到0.01nT

  低功耗便携式测量仪器:地埋式地磁、压力、温度、电磁扰等测量仪器,技术性能与传统相应测量仪器相当。低功耗测氢仪、测汞仪、多组分气体监测仪和水质分析仪等,技术性能达到国际同类仪器水平。

  新型地震传感器:基于光纤的振动、加速度、温度、压力传感器,基于非晶丝磁阻抗效应的微型化地磁测量仪,交流地电阻率仪、自然电场仪,氡、汞、氢、二氧化碳等直接测量连续观测仪,化学离子组分连续测量仪,微流量气体流量测量仪,温度梯度测量仪等,技术性能与传统相应测量仪器相当。

  深井综合观测仪器及技术:开展以测震、形变、地温等为主要测项的井下综合观测仪器的技术研发和观测试验;研发深井应力、孔隙压力、跨断层温度梯度等物理量的连续观测技术,以及深部地球化学组分测量技术等,形成井下综合观测成套仪器和技术。

五、人工震源地下介质变化监测方法与技术

  发展气枪震源流动激发技术,着力发展井中、移动激发技术,实现区域密集覆盖的多点气枪激发,将主动震源探测技术向真正四维地震推进。进一步发展信号处理技术,主要包括:主动源探测数据低信噪比信号的处理方法;利用台阵技术实现高精度介质变化成像;不同激发条件下震源特征以及如何消除激发环境变化引起的震源变化,以提高测量精度;利用大容量气枪震源激发出的多种震相,提取更多信息,进一步得到介质变化的时空分布。研究地下介质变化的动力学机制,进一步研究长期构造加载对介质性质的影响;采用波形模拟等正演方法并结合区域内重力等其他地球物理资料探讨引起介质变化的动力学机制,为解释主动源探测的结果提供依据。

六、断层亚失稳的实验研究、数值模拟和野外应用

  必震标志及震源位置的实验室研究。在实验室条件下,对多种形式的断层失稳过程进行多物理场观测,研究断层型式、加载速率、侧压大小、样品大小等对亚失稳阶段各物理场演化的影响;深入分析亚失稳阶段的必震标志,特别关注加速协同化到失稳过程中出现的关键现象;分析未来震源区及其相关物理场特征,并研究其影响因素。

  断层亚失稳阶段野外识别的初步应用。在野外集中对实验结果进行验证,并在具有良好观测条件的野外进行对比研究。主要包括:选择特定区域作为研究对象,分析其现今构造变形模型、动力学背景和现今应力状态,识别其是否处于亚失稳阶段并判断失稳地点,归纳亚失稳阶段的识别标志及演化过程的特征;对已发生地震的地区作回溯性研究,如汶川、玉树、芦山、于田地震等,分析发震区域台站形变数据,GPS数据,遥感热红外数据等,判断震前是否出现亚失稳阶段及其特征表现。

   

  第六章 “一带一路”地震科技国际合作

  从地震安全角度确保 “一带一路”顺利实施是重大国家需求,也是地震科技服务国家经济社会发展的新领域。“十三五”期间,我们围绕为国家总体外交服务需求,针对减轻地震灾害,做好开展中亚、东南亚地区地震构造环境探察和不同尺度的震害预测研究等三个项目建议的实施准备。考虑到国际合作的不确定性,该三个项目不作为强制性任务安排,将根据国家外交需求和“一带一路”推进部署,择机启动。

一、中亚及东南亚地区地震构造环境探察和震害预测

  合作编制不同地区的区域地震构造图和地震动参数区划图。在区域地震活动性分析的基础上,通过流动地震台阵观测和区域地震目录整理,研究西天山至帕米尔高原接合地带深部构造;收集整理中亚、东南亚等国家已有活动构造、深部构造、地震等资料,按《活动断层探测》标准(DB/T 15-2009)编制不同国家的地震构造图。

  依据我国重大工程地震安全性评价标准和区划图相关标准,对建成或拟建的国际长输管线、地方重要水利、交通等重大工程相对集中的地区,合作开展典型地区地震动参数区划和地震灾害预测,完成地震动参数区划和地震灾害预测,并建立技术分析与管理平台,开发与合作国技术接轨、适用于强震区的地震安全性评价方法和工程结构抗震能力评估软件。

  开展覆盖中亚地区不同尺度、精度的工程结构抗震能力评估与提升工程,为保障“一带一路”区域经济合作提供工程结构基础抗震能力分析数据,实现中亚地区工程结构易损性和震害数据互通共享的分析与管理平台,并通过大数据分析处理技术,形成有效的防震减灾工作决策支持建议。

二、“一带一路”区域地震火山灾害快速响应示范系统

  选取中亚、东南亚地区,开展有针对性的“一带一路”区域震灾快速响应示范技术的系统研发与技术转移。

  (一)示范系统建设。包括在“一带一路”区域中震灾高风险地区,开展大陆地震灾害快速响应示范系统、地震海啸灾害快速响应示范系统和火山灾害快速响应示范系统建设,形成有区域特色的台站建设模式并研发地震速报方法和速报软件、预警应用软件及移动信息发布软件。

  (二)示范标准的制定与推广。制定 “一带一路”区域大陆地震灾害示范技术系统、地震海啸灾害快速响应示范系统建设技术标准与运维标准,开展我国先进防震减灾观测技术的境外转化与本土化。通过联合建设示范台站、构建区域地震速报与预警方法、制定区域速报与预警技术系统标准,促进我国先进的地震台网技术向相关国家转移。

  (三)技术培训与合作交流。开展我国先进防震减灾技术的传播,开展“一带一路”地震灾害高风险国家的防震减灾相关人员培训与交流互访。

三、区域内地震应急救援国际合作联动

  (一)对“一带一路”区域中震灾高风险地区,基于建筑物易损性评估结果,进行地震灾害风险评估和地震应急救援能力评估。构建区域地震巨灾情景和大范围倒塌建筑物搜索与营救国际联合行动模式。研究国际联合救援行动工作机制,确定区域内多国救援联合行动的原则、步骤和行动规范,编制区域地震灾害国际救援联动技术标准。

  (二)构建国际救援虚拟现场行动协调技术系统。研发面向资源协同的国际地震应急救援数据共享云服务技术,研发面向国际地震应急救援的移动对象信息综合管理与智能分析系统关键技术,实现区域国际救援合作的信息共享和网上协调指挥,并为区域各国救援专家、队伍及管理人员经验共享提供技术平台。

  (三)区域联动救援能力建设。研究多元化、多主体的地震废墟紧急救援培训模式、技术方法及联合救援演练模式。研发通过基于互联网、云技术、多媒体、计算机仿真模拟以及培训基地废墟实操等方式,针对救援指挥人员、管理人员以及专业搜救人员的专业地震救援培训课程,开展示范培训。研发基于地震巨灾场景构建和国际救援联合行动模式下的区域国际联合救援桌面演练及综合演练模式和方案;组织区域内地震救援联合行动示范演练,形成“一带一路”框架下有效的联合救援能力。

   

  全局各单位、各部门要高度重视科技规划的落实工作,加强协调配合,主动围绕科技规划确定的目标和任务认真谋划工作格局、安排工作内容、确定工作重点、优化资源配置,形成规划落实合力。要把科技创新纳入各单位各部门重点工作,加大对规划落实的监督和考评力度,抓细抓小抓实。

二、加强资源统筹

  积极适应中央财政科技计划体制改革,积极争取公共财政对科技创新的投入,紧密结合地震工作三大体系,进一步合理配置地震科技的相关资源,对于基础研究和科学前沿探索科学问题鼓励科研人员申请国家自然科学基金;对于防震减灾发展面临的瓶颈和突出问题,积极争取国家重点研发计划;统筹星火计划、基本科研业务费稳定持续支持业务工作迫切科技需求;努力解决防震减灾事业发展中的基础理论、关键和共性技术问题。

三、加强人才支撑

  充分认识人才是科技创新的第一资源,围绕规划落实,组织优化人才队伍,提供人才保障。制定特殊政策,吸引和稳住一批地震科技领军人才,加大对做出突出成绩的科研人员奖励力度,让有贡献的科研人员名利双收。聚焦全局性、战略性、紧迫性的重大科技问题组建科技创新团队。吸引地震系统外高校、科研院所、企业等多方力量参与地震科技创新。国家和局属重点实验室在开展创新研究的同时,还要为科技创新提供实验专业技术人才队伍保障。培养和储备一批具有发展潜力的年青科技才俊,为他们从事科技创新活动提供良好条件和宽松氛围。

  深化地震科技开放合作。深化与中科院、相关行业研究院所和高校的合作,推进协同创新中心、联合科学中心等建设,围绕基础前沿和核心技术开展协同攻关;在地震科技工程化产业化领域充分发挥市场为导向、企业为主体的作用,实化产学研用机制建设。围绕地震科学基础理论与核心技术,深化双边、多边国际合作,积极参与地震科学领域国际合作研究。依托地震预报试验场等,积极发起和主持国际重大科学计划、科学工程,吸引国外专家与国内团队建立合作机制,开展地震科技攻关,实现人才柔性引进与智力共享。

  



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