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沉痛缅怀马瑾院士|马瑾院士的科研工作经历和业绩
2018-08-13 11:24 来源: 编辑:矿材网

 我国著名构造物理与构造地质学家、中国科学院院士、中国地震局地质研究所研究员马瑾先生因病医治无效,于2018年8月12日7时50分在北京逝世,享年83岁。


马瑾院士千古!

今天我们怀着沉痛的心情回顾马瑾院士的科研工作经历和业绩,以及向大家介绍近几年马瑾院士进行的亚失稳应力状态的识别及演化趋势研究。这一研究,使在实验室模拟地震孕育发生过程成为可能。

马瑾院士的科研工作经历和业绩

◆1934 年出生。中学时代受“大陆漂移学说”和“沧海变桑田”等地质知识的影响,1952 年高考时她选择地质专业作为第一志愿,并如愿考入北京地质学院。

◆1956 年毕业后进入中国科学院地质研究所,在构造地质学家张文佑的指导下从事构造地质研究。

◆1958 年,前往苏联科学院大地物理研究所攻读研究生,师从构造物理学家格佐夫斯基,1962 年获得副博士学位并回中国科学院地质研究所工作。

◆1962—1966 年,她先后筹建相似材料和光弹实验室,把构造物理研究引入到传统构造地质学中。

◆1966 年邢台地震后,她把工作重点转移到地震研究方面,开展了地震构造与应力场的实验研究工作。

◆1978 年后,她领导建立了构造物理与高温高压岩石力学实验室,并全面开展了地震构造物理学研究。构造物理与高温高压岩石力学实验室的建设为 2003 年组建中国地震研究领域第一个国家级实验室———地震动力学国家重点实验室奠定了良好的基础。

◆◆◆

 60 年来,马瑾先生根据国家的需要和学科发展的需求,不断拓展研究领域和方向,先后结合矿田构造、油气开发、地震机理和预测等问题,研究构造变形过程和机制,发展构造物理理论和方法,在褶曲和断裂形成机制、地震孕育发生过程与构造变形、断层几何结构与物理场演化、断层相互作用与块体运动、断层物质与断层滑动失稳、热红外信息与断层活动、构造物理实验技术等多个方面取得了创新性的进展:

 马瑾先生在科研工作中忘我拼搏,在学术思路上开拓创新,取得了丰硕的研究成果,先后在国内外学术刊物上发表论文 200 多篇,并著有《构造物理学概论》等多部著作,获国家和部级科技奖励 10 项。

◆◆◆

在开展科学研究和建设实验室的过程中,马瑾先生非常重视青年人才的培养,1978 年以来培养博士后、博士和硕士研究生近 40 名,这些学生大都成为国内外相关研究领域的骨干力量。

在青年人才的培养中,她鼓励创新思维和学术争鸣,努力创建宽松和谐的学术氛围,并尽力为年轻人创造学习和交流的机会。对于一个涉及地质和地球物理研究、机械和电子技术应用的实验室,团结协作的集体是最重要的。因此,她强调团队精神的培养,并以身作则,努力建设一个人格上人人平等、工作上各尽所能、学术上鼓励争鸣、生活上相互关心的充满朝气与活力的研究集体。她正派的学风、诲人不倦的治学态度及甘当人梯的精神受到学生们的尊敬和爱戴。构造物理实验室在几十年的发展历程中始终后继有人,得益于她在青年人才培养方面的突出贡献。

马瑾院士始终崇尚脚踏实地、严谨求实、兴致勃勃的科研治学风格,极为重视第一手资料的获取,对于承担的每一项课题,始终坚持参加从原始数据获取、到资料计算处理、再到结果分析讨论的全过程。

“亚失稳”——地震预报新思路

 "时至今日,地震预测依然是一个久攻难克的课题。地震预测难的原因之一是没能找到与地震发生有唯一性关系的先兆。

 近年来,马瑾院士提出了地震亚失稳前兆物理模型,带领中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室亚失稳研究团队取得了关于亚失稳应力状态的研究成果,使在实验室模拟地震孕育发生过程成为可能,并尝试进行野外试验比对,探讨地震预测中的关键问题,为地震预报研究开启了一个新方向。"

何为亚失稳状态

 地震孕育和发生的过程是一个力学过程。识别断层所处的应力状态是判断断层发震危险性的关键。变形过程存在稳态,亚稳态,亚失稳态,失稳态四种状态。在强度极限之后,在失稳时刻之前,就叫做亚失稳阶段。

 地震是以突发形式表现的构造变形,它发生前有一个由慢变快的物理过程,应该是有先兆的。

 究竟什么样的先兆与地震发生有唯一性关系?事实上,之前的科学家研究了许多地震案例,发现地震前在物理、化学或生物等方面会出现一些异常现象,诸如应变率、地下水、温度、土壤和空气中氡浓度、近地表及其上方的电磁、动物行为、地震活动性图像等的变化。

 然而,以往从物理、化学以及生物角度寻找地震前兆的观测只是力学过程引起的结果,它们与力学过程之间的关系不是唯一的,而断层所处的应力状态才是本质。但我们不知道这些地区(或断层)当前处于什么应力阶段,哪些是必震信息,以及如何捕捉到它。


 可以说,

 亚失稳状态,

 就是压死“骆驼”的最后一根稻草。

 亚失稳阶段是与地震发生有唯一关系的变形过程,抓住亚失稳阶段的特点也就是找到了与地震发生有唯一关系的过程。亚失稳阶段是震兆最丰富,变化最激烈的阶段,抓住这个变形阶段可以达到事半功倍的效果。

◆◆◆

 实验室研究发现,当把研究重点由峰值强度前的应力积累阶段转向峰值后的应力释放阶段,把握应力释放的关键时刻,就可以在实验室成功预测断层失稳的发生。

 问题在于,在野外很难确定断层所处应力状态,也无法识别亚失稳阶段。为了寻找亚失稳阶段的特征,亚失稳研究团队借助实验室既能观测应力状态的演化,又能同步观测多种物理场时空演化的有利条件,针对亚失稳阶段,从位移场、应变场、声发射、热场等方面开展研究。他们用协同化来描述断层失稳过程,而不同物理量以不同的形式表达出断层加速协同化是亚失稳阶段的标志。

◆◆◆

 室内试验取得了成果,亚失稳研究团队开始为野外观测亚失稳应力阶段进行预研究。

 2015年团队开始尝试在新疆,四川、云南部分地区布点观测钻孔地温和高频微震变化,发现利用地温观测获取应力状态信息是一个新的探索;贴近断层布设高密度、高增益的高频微震台网,有可能捕捉到浅部断层的损伤过程。在广东河源、新疆呼图壁以及云南宾川程海断裂设点,观测到近距离微震中存在较多的高频成分,有望为判定亚失稳阶段提供证据。

应用效益和前景

通过震例分析,检验了在野外识别亚失稳阶段的可能性:

研究了老虎山、毛毛山走滑断裂带在2000年6月6日6.2级地震前小震活动的协同化过程。观测到与实验结果类似的加速协同化现象;

深入剖析紫坪铺水库蓄水后的地震扩展过程。分别计算了与四次水位抬升伴随的地震范围扩展系数。四次水位升高均伴随瞬时扩展、抛物线型扩展和收缩过程。随着水位升高,四次扩展系数逐次增大。由此推测,根据扩展系数的演化可以判断断层协同化程度。

以川滇地区的动力学背景的变化为例,从形变资料出发研究了断层协同化过程,分析了大震前后块体边界断层的协同化作用。

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