美國科學家將地震波轉換為音頻來研究地震特征＊

美國科學家將地震波轉換為音頻來研究地震特征＊

對于一個地震學家而言，有一點非常重要，即能否將災難性地震的信息有效地傳達給那些可能不懂地震學術語和方法的人們。到目前為止，最常用的方法是以類似于“快照”的靜態圖來表達地震數據。單憑這些靜態圖像，難以區分地震所產生震波的基本特征，如縱波、橫波、表面波等。其他一些更為深奧的內容，如頻率、衰減、地震觸發現象等，則更加難以解釋。對于普通大眾，例如沒有提前接受過基礎地震學教育的高中生而言，更是如此。近來，動畫和可視化技術被越來越多地用于表達地震信息和地震波在地球中的傳播過程。但是，這些動畫并沒有利用人們在聽力方面的能力，比如依據聲音對振幅、頻率等的感知。現在，美國佐治亞理工學院的科學家們在這方面進行了嘗試。

2011年發生在日本的9.0級Tohoku－Oki地震是自1900年以來全球第四大的強震[1]。由于該地區部署了成千上萬的地震儀，所以Tohoku-Oki地震擁有目前為止最完好的地震記錄，而且日本愿意與世界各地分享他們的監測結果。

足夠多的信息能夠讓科學家們以獨特的方式分享他們的監測結果。如今，美國佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）地球與大氣科學領域的副教授Zhigang Peng已經將地震波轉換成了聲音文件[2]，如此一來，當地震波穿過地球并在世界各地傳播時，該研究成果能讓專家和普通大眾“聽到”地震的運動。

Peng等的研究[2]表明，通過整合地震的視覺信息與聽覺信息，能夠使地震數據變得有“生命”，并使其走進人們的生活。他的研究結果刊登在美國地震學會《地震研究通

訊》（Seismological Research Letters，SRL）3月／4月版。當人們看到地震頻率變化的同時，能夠聽到音調和振幅的變化，他們可以將其描述為與地震信號相關的自己所熟悉的聲音，如雷聲、爆米花的爆裂音及煙花爆竹的聲音等。

不同的聲音可以幫助人們理解地震序列的不同方面，包括主震及臨近的余震。例如，對于日本福島（核反應堆所在處）和東京之間的海岸線附近發生的地震，最初的爆炸聲來自9.0級地震的主震，當地球板塊滑動數十米到新的位置時，余震發生，所以緊隨主震的聲音之后余震發出“砰”的爆破聲。

地震波穿過地球時，也會觸發數千英里外的新地震。例如，來自美國加州的測量結果顯示，2011年的日本9.0級地震在圣安德烈斯斷層深處引發了細微的運動。最初的爆裂聲，其聽起來像遠處的雷聲，這與日本主震相對應。此后，連續高音調的聲音，類似于降雨時（下雨和雨停）的聲音，其表現為在斷層處引起的震顫活動。該震動場景不僅可以幫助科學家向公眾解釋遠程觸發的地震概念，而且還為研究人員提供了一個有用的工具，可以更好地識別和了解其他地區的此類地震信號。

人耳能夠聽到的地震信號（由地震儀記錄）的最大聲音頻率范圍在20～20 000 Hz之間。在音頻播放操作方面，Peng和Aiken（研究生）及美國和日本的合作者[2]播放了該數據，播放的速度比實際速度更快一些，這樣可以使頻率提高至人類的聽力范圍內。

圖1 2011年Tohoku－Oki MW 9.0地震的主震記錄。（a）北向分量加速度震動圖；（b）20 Hz高通濾波圖；（c）北向分量震動圖的聲譜圖（快于實際速度50倍播放）

該項研究得到了美國國家科學基金會（NSF）和美國地震學研究聯合會（IRIS）的資助。在美國地震學會（SSA）2011年年會上，研究人員展示了相關研究成果。地震數據轉換為音頻的具體實現過程借助MATLAB軟件實現，研究人員開發了一個MATLAB腳本，稱作“sac2wav.m”，通過它可以將SAC（Seismic Analysis Code，加州大學Lawrence Livermore國家實驗室開發的一款專門用于處理和研究時間序列信號，主要是地震信號的通用軟件）格式的地震數據轉換為波形格式。

（中國科學院國家科學圖書館蘭州分館／中國科學院資源環境科學信息中心 楊景寧 編譯；趙紀東 校）

（譯者電子信箱，楊景寧：zhaojd＠llas.ac.cn）

參考資料

[1]Maderer J.Listening to the 9.0－magnitude Japanese earthquake：Seismic waves converted to audio to study quake＇s traits.March 6，2012.http：∥www.cos.gatech.edu／news／Listening－to－the－9.0－Magnitude－Japanese－Earthquake

[2]Peng Z，Aiken C，Kilb D，et al.Listening to the 2011magnitude 9.0 Tohoku－Oki，Japan，earthquake.Edu Quakes，March／April，2012.http：∥www.seismosoc.org／publications／SRL／SRL＿83／srl＿83－2＿eq／

P315.63；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.09.003

2012-06-16。