美国科学家将地震波转换为音频来研究地震特征＊

对于一个地震学家而言，有一点非常重要，即能否将灾难性地震的信息有效地传达给那些可能不懂地震学术语和方法的人们。到目前为止，最常用的方法是以类似于“快照”的静态图来表达地震数据。单凭这些静态图像，难以区分地震所产生震波的基本特征，如纵波、横波、表面波等。其他一些更为深奥的内容，如频率、衰减、地震触发现象等，则更加难以解释。对于普通大众，例如没有提前接受过基础地震学教育的高中生而言，更是如此。近来，动画和可视化技术被越来越多地用于表达地震信息和地震波在地球中的传播过程。但是，这些动画并没有利用人们在听力方面的能力，比如依据声音对振幅、频率等的感知。现在，美国佐治亚理工学院的科学家们在这方面进行了尝试。

2011年发生在日本的9.0级Tohoku－Oki地震是自1900年以来全球第四大的强震[1]。由于该地区部署了成千上万的地震仪，所以Tohoku-Oki地震拥有目前为止最完好的地震记录，而且日本愿意与世界各地分享他们的监测结果。

足够多的信息能够让科学家们以独特的方式分享他们的监测结果。如今，美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）地球与大气科学领域的副教授Zhigang Peng已经将地震波转换成了声音文件[2]，如此一来，当地震波穿过地球并在世界各地传播时，该研究成果能让专家和普通大众“听到”地震的运动。

Peng等的研究[2]表明，通过整合地震的视觉信息与听觉信息，能够使地震数据变得有“生命”，并使其走进人们的生活。他的研究结果刊登在美国地震学会《地震研究通

讯》（Seismological Research Letters，SRL）3月／4月版。当人们看到地震频率变化的同时，能够听到音调和振幅的变化，他们可以将其描述为与地震信号相关的自己所熟悉的声音，如雷声、爆米花的爆裂音及烟花爆竹的声音等。

不同的声音可以帮助人们理解地震序列的不同方面，包括主震及临近的余震。例如，对于日本福岛（核反应堆所在处）和东京之间的海岸线附近发生的地震，最初的爆炸声来自9.0级地震的主震，当地球板块滑动数十米到新的位置时，余震发生，所以紧随主震的声音之后余震发出“砰”的爆破声。

地震波穿过地球时，也会触发数千英里外的新地震。例如，来自美国加州的测量结果显示，2011年的日本9.0级地震在圣安德烈斯断层深处引发了细微的运动。最初的爆裂声，其听起来像远处的雷声，这与日本主震相对应。此后，连续高音调的声音，类似于降雨时（下雨和雨停）的声音，其表现为在断层处引起的震颤活动。该震动场景不仅可以帮助科学家向公众解释远程触发的地震概念，而且还为研究人员提供了一个有用的工具，可以更好地识别和了解其他地区的此类地震信号。

人耳能够听到的地震信号（由地震仪记录）的最大声音频率范围在20～20 000 Hz之间。在音频播放操作方面，Peng和Aiken（研究生）及美国和日本的合作者[2]播放了该数据，播放的速度比实际速度更快一些，这样可以使频率提高至人类的听力范围内。

图1 2011年Tohoku－Oki MW 9.0地震的主震记录。（a）北向分量加速度震动图；（b）20 Hz高通滤波图；（c）北向分量震动图的声谱图（快于实际速度50倍播放）

该项研究得到了美国国家科学基金会（NSF）和美国地震学研究联合会（IRIS）的资助。在美国地震学会（SSA）2011年年会上，研究人员展示了相关研究成果。地震数据转换为音频的具体实现过程借助MATLAB软件实现，研究人员开发了一个MATLAB脚本，称作“sac2wav.m”，通过它可以将SAC（Seismic Analysis Code，加州大学Lawrence Livermore国家实验室开发的一款专门用于处理和研究时间序列信号，主要是地震信号的通用软件）格式的地震数据转换为波形格式。

（中国科学院国家科学图书馆兰州分馆／中国科学院资源环境科学信息中心 杨景宁 编译；赵纪东 校）

（译者电子信箱，杨景宁：zhaojd＠llas.ac.cn）

参考资料

[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。