2008年5月12日14時(shí)28分，里氏8.0級的汶川地震爆發(fā)，山崩地裂，滿(mǎn)目瘡痍，69227人的生命因此被迫畫(huà)下休止符。經(jīng)國務(wù)院批準，自2009年起，每年5月12日為全國“防災減災日”。

　　川之上，國有殤。逝者長(cháng)眠，生者常思。悲劇提醒我們，科學(xué)認識地震、科學(xué)防震減災，對國家、社會(huì )和個(gè)人都至關(guān)重要。

　　多次自然災害事件的記錄以及研究表明，次聲波與許多自然災害存在著(zhù)密切的關(guān)聯(lián)性。“次聲波存在于地震孕育早期、爆發(fā)、余震的全過(guò)程，是與地震直接關(guān)聯(lián)的物理波，可建立次聲波和地震的某種相關(guān)關(guān)系，怎么建立這種關(guān)系就值得我們研究了。”基于多年的次聲波探測分析，中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗室楊亦春研究員認為，次聲波有望為人們科學(xué)認識地震提供一份晴雨表。

　　中國科學(xué)院聲學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中科院聲學(xué)所”）對于自然事件關(guān)聯(lián)次聲波的研究有著(zhù)50多年的歷史。中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗室的次聲學(xué)研究課題組成功研制了ISA2016型低頻寬帶次聲傳感器，并基于該傳感器在新疆、遼寧、云南、北京、吉林五地共設置23個(gè)監測點(diǎn)，建立了廣域次聲監測網(wǎng)，可有效、不間斷地監測地震等自然事件關(guān)聯(lián)次聲波。

　　一、什么是次聲波？

　　頻率低于20 Hz、不可被人耳聽(tīng)到的聲波叫做次聲波。

　　人和一些動(dòng)物發(fā)聲和聽(tīng)覺(jué)的頻率范圍（圖/人教網(wǎng)）

　　次聲波主要來(lái)源于大自然，許多地球物理現象以及天文現象都是次聲波源，如地震、火山爆發(fā)、海嘯、流星雨、隕石墜落、極光、日食、核爆炸及偶發(fā)的大型化學(xué)爆炸等，都曾記錄到相伴隨的次聲波。次聲波的頻率低、波長(cháng)長(cháng)，容易與建筑物、人體等產(chǎn)生共振，還能輕易繞過(guò)障礙物，可謂是“無(wú)孔不入”。

　　二、次聲波與地震有什么特殊關(guān)系？

　　“地震是一個(gè)爆發(fā)巨大能量的力學(xué)過(guò)程，地震的活動(dòng)全過(guò)程必然會(huì )產(chǎn)生聲波，且主要為次聲波。”楊亦春研究員指出，通過(guò)觀(guān)測地震活動(dòng)伴生的次聲波的發(fā)生過(guò)程，研究次聲波的信號特征，有利于科研人員掌握地震活動(dòng)的狀態(tài)，研究地震的發(fā)生發(fā)展規律及產(chǎn)生次聲波的機理。

　　次聲在大氣中的傳播路徑（圖/中科院聲學(xué)所）

　　地震聲波主要是由巖石破裂和地表起伏所激發(fā)，既有次聲也有可聽(tīng)聲。因此震中的人們在地震爆發(fā)時(shí)刻能夠聽(tīng)到地底下隆隆的轟鳴聲，震耳欲聾，像千軍萬(wàn)馬在怒吼，而夾雜其中的強次聲波會(huì )使人頭暈、惡心、心慌，失去逃跑能力。

　　不同類(lèi)型的地質(zhì)活動(dòng)會(huì )產(chǎn)生不同頻率范圍的次聲波。地下巖石相互擠壓、破裂，產(chǎn)生的次聲波頻率偏高，大于0.1Hz。地表起伏釋放出的次聲波頻率偏低，為0.001—0.1Hz。

　　當地表起伏的幅度較小，或持續時(shí)間較長(cháng)時(shí)，非爆裂的斷層滑動(dòng)事件會(huì )逐漸釋放掉地殼活動(dòng)的能量，就不會(huì )出現地表撕裂現象。因此，有時(shí)測量到次聲波并不一定會(huì )發(fā)生大地震。

　　三、怎么檢測地震產(chǎn)生的次聲波？

　　由于地震波傳播衰減小，因此次聲波傳感器能夠在數千公里以外探測到來(lái)自震中的地震次聲波信號。

　　從震中到遠方的監測點(diǎn)，次聲波有三種傳播途徑。最先到達的是通過(guò)地殼傳播到監測點(diǎn)后激發(fā)出的同振次聲波（圖中黑線(xiàn)），其次到達的是地震動(dòng)引起途中山體晃動(dòng)產(chǎn)生的次聲波（圖中紅線(xiàn)），最后到達的是從震中位置通過(guò)大氣傳過(guò)來(lái)的次聲波（圖中黃線(xiàn)）。

　　地震關(guān)聯(lián)次聲波的3種傳播途徑（圖/中科院聲學(xué)所）

　　四、大地震前的異常次聲波

　　與地震爆發(fā)后產(chǎn)生的次聲波相比,大地震前數天出現的一種次聲波幅值更大, 頻率更低，持續時(shí)間更長(cháng)。

　　在汶川地震前的2008年5月2日，中科院聲學(xué)所曾檢測到聲壓（傳播介質(zhì)受到聲波擾動(dòng)后產(chǎn)生的壓強變化量）峰值達100Pa的異常次聲波，持續時(shí)間20000秒。

　　汶川地震前后的次聲波能量流曲線(xiàn)（圖/中科院聲學(xué)所）

　　2010年4月14日玉樹(shù)7.1級地震、2011年3月11日日本9級地震、2013年4月20日蘆山7級地震、2013年9月25日巴基斯坦7.7級地震等四次地震前兩周內，均出現了異常次聲波，頻率范圍在0.001Hz至0.01Hz之間，幅值范圍為50Pa至200Pa，持續時(shí)間約半小時(shí)至4小時(shí)，傳播速度為10m/s至30m/s。震級越高，震前異常次聲波的幅值越大。

　　多年連續觀(guān)測數據表明，在無(wú)地震時(shí)段，很難出現大幅值長(cháng)周期次聲波。

　　大地震前出現的這種異常次聲波，是說(shuō)來(lái)就來(lái)的嗎？并不是，只有同時(shí)具備兩個(gè)條件才會(huì )產(chǎn)生。

　　首先，必須有一個(gè)巨大的能量來(lái)源，才能產(chǎn)生覆蓋數千平方公里范圍的100Pa聲波；其次，必須有超大面積的輻射面，才能在空氣中產(chǎn)生周期10—10000秒的聲波。

　　多次大地震發(fā)生前會(huì )出現異常次聲波，是科研人員長(cháng)期觀(guān)察發(fā)現的一種客觀(guān)存在現象。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，關(guān)于次聲波的研究將對地震預測預警做出貢獻。

　　未來(lái)研究中，科研人員將擴大廣域次聲監測網(wǎng)的布設范圍，爭取在每一個(gè)中國地震臺網(wǎng)所屬地震臺站的周?chē)荚O次聲監測臺站，增加監測范圍，加強監測力度；同時(shí)繼續深入研究這類(lèi)次聲波的產(chǎn)生機理與傳播機理，探索異常次聲信號與地震的關(guān)聯(lián)性，配合中國地震局等相關(guān)單位，為有效獲取地震監測和預警信息提供技術(shù)支持。

　　國家地震臺站分布圖（圖/中國地震臺網(wǎng)中心）

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　　[5]郭泉,楊亦春,呂君,滕鵬曉.基于廣域次聲傳感器網(wǎng)絡(luò )的地震本地次聲波監測[J].地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報),2014,39(12):1807-1817.　　

中科院噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗室呂君副研究員對本文亦有貢獻

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