聆聽大地的低語:地震背景噪聲科學(xué)全解析

引言

19 世紀(jì) 60 年代末至 70 年代初，意大利神父 Timoteo Bertelli（1826-1905）在他教授自然科學(xué)的大學(xué)中的墻上掛了一個擺錘。借助棱鏡，他觀察到了回溯到 1643 年就已經(jīng)被記錄到，但一直沒有得到確切解釋的現(xiàn)象—擺錘微小的自發(fā)運動。經(jīng)過對儀器的改進和數(shù)千次實驗，他排除掉了經(jīng)過的車輛、風(fēng)和溫度變化等可能的影響（Davison，1927）。他在1872 年得出結(jié)論：他的一些微小震動的觀測結(jié)果與遠(yuǎn)方發(fā)生的地震相吻合，但也與氣壓下降有關(guān)（Bertelli，1872）。此外，相比在夏天，震動似乎在冬天更為強烈。由此，Timoteo Bertelli 率先對地震背景噪聲場進行了一些可靠的觀測，而且首次指出可能存在的背景噪聲源。

作者：劉志坤 等 譯 責(zé)任編輯：焦健

內(nèi)容簡介

通過地震背景噪聲場可以研究大氣、海洋和固體地球之間的相互作用。近幾十年來，對地震背景噪聲理論的認(rèn)識有了極大提升，對相關(guān)應(yīng)用的研究也迅速增長。本書各章節(jié)均由這一領(lǐng)域的著名學(xué)者所編寫，涵蓋了一系列的主題，包括：背景噪聲觀測、物理成因模式、數(shù)值建模，以及數(shù)據(jù)處理方法。后面幾章聚焦于對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和成像，包括層析成像和時移成像相關(guān)的地震干涉技術(shù)。因此，本書為地球物理學(xué)專業(yè)的研究生提供了這一前沿學(xué)科的全面概述，對從事地震學(xué)和其他成像研究的科技工作者也有重要的參考價值。

本書可用作地球物理學(xué)專業(yè)高年級本科生和研究生學(xué)習(xí)背景噪聲地震學(xué)的教材，也可以作為與地震學(xué)相關(guān)的科研與工程技術(shù)人員的參考書。

譯者前言

為了忠實于原版英文書名，本書中文譯名為《地震背景噪聲》，但實際上這是一部系統(tǒng)性論述背景噪聲地震學(xué)的著作。作為當(dāng)代地震學(xué)最具活力的分支，背景噪聲地震學(xué)通過將傳統(tǒng)地震學(xué)中視為干擾的背景震動轉(zhuǎn)化為有效信號，突破了傳統(tǒng)地震學(xué)依賴天然或人工震源的局限，實現(xiàn)了對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動力學(xué)過程的革命性觀測范式轉(zhuǎn)變。從表征介質(zhì)本底震動特征到探討固體地球與大氣、海洋的能量耦合機制，從實現(xiàn)淺地表結(jié)構(gòu)的亞千米級精細(xì)成像到開展火山活動、斷裂帶演化的高分辨率時變監(jiān)測，背景噪聲地震學(xué)為地球科學(xué)提供了全新的研究視角與工具。

本書由背景噪聲地震學(xué)領(lǐng)域多位國際領(lǐng)軍學(xué)者共同撰寫，全書既保持了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R體系完整性，又呈現(xiàn)出多元的學(xué)術(shù)視角。全書構(gòu)建了背景噪聲地震學(xué)最完備的知識體系：地震背景噪聲的可視化方法、聚束和極化分析處理技術(shù)、海浪產(chǎn)生背景噪聲的物理原理、噪聲干涉法的理論框架、背景噪聲互相關(guān)的數(shù)據(jù)處理流程、背景噪聲面波和體波的提取與應(yīng)用、尾波干涉測量理論、基于背景噪聲的時變監(jiān)測、背景噪聲的淺地表工程應(yīng)用。然而，各章節(jié)作者知識背景與寫作風(fēng)格的差異也為本書的翻譯提出了挑戰(zhàn)，我們不敢奢求“信達(dá)雅”，但力求翻譯的準(zhǔn)確性，并盡可能使不同章節(jié)中的專業(yè)表述保持一致性與連貫性。我們希望本書中文版的出版可以降低初學(xué)者進入背景噪聲地震學(xué)領(lǐng)域的門檻，同時我們也建議有志于深入開展背景噪聲地震學(xué)研究的同學(xué)和科技工作者閱讀本書的原英文版和其他相關(guān)專業(yè)著作。

特別感謝我的研究生導(dǎo)師黃金莉教授二十余年來始終引領(lǐng)我探索地震學(xué)創(chuàng)新方向，其遠(yuǎn)見卓識使我得以在背景噪聲地震學(xué)興起之初便投身其中。也要感謝十年前在法國 ISTerre 短暫訪問期間 Campillo 教授及團隊給予我在背景噪聲地震學(xué)研究中的深刻啟發(fā)。還有非常多的領(lǐng)導(dǎo)、老師和同事給予了大量支持與指導(dǎo)，在此一并表示感謝。國家自然科學(xué)基金委員會、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）陸內(nèi)火山與地震教育部重點實驗室及中國地質(zhì)大學(xué)（北京）研究生院的資助，為本書中文版的出版提供了重要保障。

本人指導(dǎo)的多位研究生參與了本書中文版的出版工作。孟益（第 3 章和第 6 章）、張銳（第4 章和第 8 章）、熊榆涵（第 5 章和第 9 章）和齊娟娟（第 10 章）參與了相關(guān)章節(jié)的翻譯。何新陽、呂存遠(yuǎn)和吳濤承擔(dān)了大量的公式編輯、文字校對工作。在此，謹(jǐn)向所有參與者致以誠摯謝意！

由于譯者水平所限，錯誤在所難免，懇請批評指正。

劉志坤

2025 年 11 月

目錄一覽

本文摘自科學(xué)出版社2025年11月出版的《地震背景噪聲》一書，內(nèi)容有刪節(jié)，標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：焦健 jiaojian@cspm.com.cn）

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