王仁先生与地震地质专业

2021-10-13

刘锡大、金凤英

  今年是王仁先生诞生100周年,又恰逢先生离开我们20周年的日子。王仁先生主持地震地质专业工作16年,先生对地震地质专业建设所做的贡献永远牢记在我们心中。

  上世纪60年代到70年代初,我国华北地区和西南地区接连发生了7级以上地震,特别是1966年邢台地震造成了重大人员伤亡,周总理亲赴灾区,在视察中明确提出要培养一批地震科技人员,搞好地震的预测预报。解决人才问题成了地震工作的关键。国家地震局成立后就布局在有关院校设地震专业,北京大学地质地理系(1978年后改为地质系)地震地质专业应运而生。刚开始为构造地质与地质力学专业(后简称为地质力学专业)的一个专门组,直到1975年国家地震局教育处下文才正式成立了地震地质专业。当时申请成立地震地质专业的还有四所院校,但国家地震局只批准北京大学设立了这个专业,这就与王仁先生和他带来的力学教师队伍密切有关,因为其他院校没有地质和力学相结合的一支教师队伍。

  刚组建地震地质教研室时只有地质方面的教师,在讨论给学生开哪些课,培养的学生能做哪些地震工作,方向不是很明确的。1972年招收第一批学生,恰好这一年王仁先生来到地质地理系,担任地质力学和地震地质两个教研室主任。初到教研室,大家对这位搞力学的先生有点陌生感,与大家座谈时先生面带微笑,很谦和地说,我是搞力学的,不懂地质,要向大家好好学习地质知识,要把力学和地质结合起来,把我们的学生培养好。相处一段时间后,大家看到的是一位没有架子,平易近人,和蔼可亲,很有智慧和才华的学者。随后,在王仁先生的指导下,地震地质专业培养学生的目标(方向)渐渐清晰了,确定为具有坚实地质和数力基础,能运用所学知识进行地震预测和预报的科研工作者。

  在王仁先生的引导和支持下,从1973年开始又有6位高素质的教师和实验技术人员从力学系和其他院校调到地震地质教研室,他们的到来不仅大大加强了教学工作,更为以后开展科研和创建新的学科储备了人才。

  招生以后教材建设是重中之重,地质、数学、化学等基础课尚可沿用原有教材,而专业教材无样本可参考,要从头开始编写。王仁先生从自己熟悉的学科跨到另一个完全不同的学科,要克服多少困难是常人难以想象的,但先生不负使命,努力探索。王仁先生首要的任务是编写一本更多地与地质结合的力学教材。他精读李四光先生的名著、阅读了大量地质文献,特别是还走访了许多单位和专家,如中科院地质所、地球物理所、武汉岩石力学所和地矿局地质力学所等,虚心向专家们请教。在编写过程中遇到问题就与地质教师认真讨论,还与带学生实习的教师一起到野外观察地质现象。经过一年多的努力,编写出了《固体力学基础》初稿。先生亲自向学生授课,每一轮教学后都要对教材进行修改和补充,直到1979年《固体力学基础》正式出版。这本教材深入浅出地介绍了从基础的静力学、材料力学到弹性力学,以至一些流变学的基本概念,不仅适用了本科生的教学,还满足了广大地质和地震工作者学习力学知识的迫切愿望,产生了深远的影响。王仁先生谦虚好学、严谨治学、精益求精、高度负责的教学态度给大家留下了深刻印象,成为大家学习的榜样。王仁先生是国家地震局教材编审委员会副主任,在先生的关心和支持下,1982年另一本专业教材《地震地质学》也出版了。

  王仁先生到地质地理系任教工作时正是国家地震局成立不久,地震工作人员的业务水平亟待提高。受地震局的委托,1973年王仁先生在河北三河县的地壳应力研究所举办“数学力学进修班”,由他主讲。采用的教材就是刚编写的《固体力学基础》初稿,先生谦逊地说,学员都是来自全国有实践经验的地震地质工作者,使用中可以征求他们对教材的意见。课程排得紧,先生相当劳累。这个学习班从七月的盛夏开始,一直到十二月的严冬结束,王仁先生以非常负责的精神完成了这期学习班的教学任务。参加学习班的学员也与王仁先生建立了深厚的友谊,他们中不少人后来成为地震战线的骨干力量。这些学员回去后又在本单位普及力学知识,这对整个地震地质队伍业务水平的提高有重要的意义。

  教师队伍的建设也是王仁先生考虑的重点,在他心中有一个长远规划,就是请进来走出去。请进来就是邀请国际上知名的地球科学家来讲学。从1973年开始经王仁先生请来的先后有美国加州大学伯克利分校的王其允教授、纽约大学石溪分校的黄庭芳教授、西德的Rummel教授,奥地利的夏德格、瑞士的兰姆塞、澳大利亚的帕特森和霍布斯和Hobbs、日本的安艺敬一(K.Aki)和松田时彦等外籍学者。他们要讲的内容很多,如何把把系统的知识分成多个专题,前后呼应,将独立性与系统性结合起来?把多个专题讲座办成像短期培训班一样,王仁先生的这种安排取得了很好的教学效果,每次讲完就要求大家提问,针对地球科学中的一些前沿问题展开讨论。通过与外籍学者的交流,教师增长了知识,找到了差距,了解了国际上地球科学前沿研究动态,对促进教学和科研都十分有益。在地壳应力所举办的培训班结束后,国家地震局希望王仁先生对地震工作给予更多的支持,所以外籍学者来讲学时王仁先生都提前告知地震局教育处,国家地震局所属各研究所和省地震局都派人来参加,这对地震队伍的建设是非常有益的。

  1978年国家恢复研究生招生,王仁先生开始在留校的中青年教师和毕业生中招研究生,毕业后又派他们出国深造,派出去的教师都能按时回来,他们逐渐成为教学和科研的中坚力量。王仁先生为人师表,对教师要求也很严格,不定期组织学术交流、汇报科研成果,针对地震地质、地球构造动力学中的问题开展讨论。王仁先生主持教研室工作期间是学术活动最活跃和出科研成果最多的时期。在王仁先生倡导和积极参与下,岩石力学和模拟实验室的建设也到很快发展,具备了为教学和科研服务的条件。

  王仁先生研究地质构造时,首先遇到的是由地壳运动形成的各种褶皱和断裂组成的地质体。而造成这些地质体的动力来源来自哪里就成了他最关心的地质问题。李四光先生曾提出地球自转速率变化是引起地壳运动主因的假说。为验证李四光先生的这一观点,王仁先生亲自拟定地球模型,分快慢两种,分别定量计算产生的应力大小。虽然计算结果表明地球自转速率变化累计的应力很小,不足以产生地壳运动,但这项研究是前人没有做过的,是具有创新性的基础研究,由此也使王仁先生意识到要到地球内部和深部寻找地壳运动的力源。

  引潮力能否触发地震,在地震预测预报中是常被提到的问题,但都没有人去深入研究。王仁先生在上述研究的基础上,又建立了新的地球模型,对固体潮应力做了多种模拟计算,研究表明,不同性质的断层和所处的应力状态差异,可能引起的触发作用是不一样的。

  丁中一老师是以上两项地质力学基础理论研究的主要参加者,他还参与了《国体力学基础》的编写和教学工作。由于他在地质力学教学和科研中的重要贡献,1989年获得了第一届“李四光地质教师奖”。

  1976年7月28日唐山大地震的研究工作为力学和地质学相结合的发展提供了新机遇,也为地球动力学的研究提供了新思路。大地震造成了人民生命和财产的巨大损失,人们生活在惊恐之中,大家最关心的是强震还会不会再发生,要有的话会在哪里发生?在抗震棚中坚持工作的地质教师和王仁先生在讨论一个问题:能不能运用我们掌握的地质学和力学的理论和方法来探讨唐山地震后根据华北地区应力场的变化揭示地震活动的趋势和规律。王仁先生经过周密思考,认为是可以实现的,他提出了运用有限元方法进行数值模拟应力场的设想,经大家讨论后,一个完整的研究思想和方法就形成了。参与这一研究的教师们都有一种使命感,要为惊恐不安的群众做点有益的事,所以积极性特别高。地质力学和地震地质两个专业的地质教师很快就拿出了反应华北地区断裂系统特征的地质模型,王仁先生和力学教师也很快用有限元方法建立了模拟华北构造应力场的数学力学模型。王仁先生带领力学组教师争分夺秒充分利用排队申请得到的上机时间连夜进行运算,经过几天的奋战,得到了初步模拟计算结果。结果表明,唐山地震后,在河北和山西的几个地点有新产生的强度不大的应力集中区,而广大的华北地区包括北京在内却比较平静。这个研究结果出来正赶上由国家地震局召开的华北地区震情会商会,王仁先生在会上就实验方法和结果做了全面介绍,引起与会者的重视。不久,研究组参加了由北京市科协组织的京津唐地区地震会战项目,项目研究组将地质模型和数学力学模型都做了修正和补充,使他们更接近实际,最终得到的华北地区构造应力场分布特征也更加合理。该研究项目获得会战成果一等奖。

  国家地震局非常重视有限元方法在研究地震中的应用,与王仁先生协商后,在北京大学连续举办了三期规模较大的学习班,使该方法在一段时间里在地震局系统得到了推广和应用。

  岩石力学实验室配合唐山地震后的应力场研究开展了相关的岩石破裂实验研究。在此期间,正在我国访问的苏联地质学家访问团参观了实验室,访问团由何国琦教授带领,实验室主任周仁德老师接待了他们,在现场进行了学术交流。访问团对地质系能建立这样一个先进的大型实验室感到鼓舞和新奇。

  黄杰藩老师利用光弹等多种模拟方法研究有裂纹试件的破裂过程,观察应力的积累和释放模拟地震发生的全过程。这一方法也得到了国家地震局有关研究所的关注,派人来学习并建立了自己的实验室。

  王仁先生认为上述这些研究进展和成果,为更深入地开展地球动力学的研究工作奠定了基础和条件,1981年在地质系组建了地球动力学研究组。

  王仁先生对区域构造应力场的研究在不断创新。华北地区有悠久的历史地震记载,七百多年来,曾发生7级以上强震14次。王仁先生提出了地震序列的数值模拟方法,模拟华北七百多年来14个7级以上强震的迁移规律,从早到晚依次逐渐推演,最后得到唐山地震后华北地区的应力分布。这个课题比先前的模拟演算要复杂得多,难度大,耗时长,但可信度明显提高。这一研究成果为华北地震危险区的划分提供了重要依据。研究组的孙荀英和蔡永恩两位老师在研究中付出了辛勤的劳动。

  在王仁先生的指导下,梁海华老师用叠加法反演了东亚地区现代应力场。

  上述列举了王仁先生和老师们在地球构造动力学方面研究的部分成果。此外,在与外单位合作研究和解决一些工程实际问题方面,王仁先生也做了不少工作。

  王仁先生非常重视学术交流,上述这些研究成果在国内和国际相关学术会议上都做了报告并写成论文,在“中国科学”、“地震学报”、“力学学报”等知名刊物上发表。王仁先生和地球动力学研究组的知名度不断提高,在国际上也赢得了很高的声誉,北京大学成了名副其实的全国地球动力学研究中心。

  1983年王仁先生调回力学系担任系主任,但仍兼任地震地质专业主任。随着先生声誉的提高,国内外的兼职越来越多,参加国内外的学术活动十分频繁,还要处理力学系的许多事务性工作,在这种情况下,1988年以后王仁先生不再兼任地震地质专业主任。从1972年到1988年,王仁先生主持了16年地震地质专业的工作,为地震地质专业的教学、科研、教师队伍、实验室等建设以及为国家地震局普及力学知识和培训科技人才,呕心沥血,辛勤劳作,同时实现了先生追求的力学和地质的结合,创建了地球动力学这一地球科学新的研究方向,在改进地球动力学模型,探讨地球构造运动力的来源和解决地震地质和工程等实际问题方面,做出了大量开创性和奠基性的工作。

  王仁先生平易近人,谦和待人,严谨治学,言传身教,勇于探索,开拓创新。先生高尚的情怀和无私奉献的高贵品质,会永远指引和激励后人向前。

 

2021年2月1日  于燕园