聆聽大地的低語:地震背景噪聲科學全解析

引言

19 世紀 60 年代末至 70 年代初，意大利神父 Timoteo Bertelli（1826-1905）在他教授自然科學的大學中的墻上掛了一個擺錘。借助棱鏡，他觀察到了回溯到 1643 年就已經被記錄到，但一直沒有得到確切解釋的現象—擺錘微小的自發運動。經過對儀器的改進和數千次實驗，他排除掉了經過的車輛、風和溫度變化等可能的影響（Davison，1927）。他在1872 年得出結論：他的一些微小震動的觀測結果與遠方發生的地震相吻合，但也與氣壓下降有關（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 責任編輯：焦健

內容簡介

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識有了極大提升，對相關應用的研究也迅速增長。本書各章節均由這一領域的著名學者所編寫，涵蓋了一系列的主題，包括：背景噪聲觀測、物理成因模式、數值建模，以及數據處理方法。后面幾章聚焦于對地球內部結構的監測和成像，包括層析成像和時移成像相關的地震干涉技術。因此，本書為地球物理學專業的研究生提供了這一前沿學科的全面概述，對從事地震學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專業高年級本科生和研究生學習背景噪聲地震學的教材，也可以作為與地震學相關的科研與工程技術人員的參考書。

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性論述背景噪聲地震學的著作。作為當代地震學最具活力的分支，背景噪聲地震學通過將傳統地震學中視為干擾的背景震動轉化為有效信號，突破了傳統地震學依賴天然或人工震源的局限，實現了對地球內部結構與動力學過程的革命性觀測范式轉變。從表征介質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，從實現淺地表結構的亞千米級精細成像到開展火山活動、斷裂帶演化的高分辨率時變監測，背景噪聲地震學為地球科學提供了全新的研究視角與工具。

本書由背景噪聲地震學領域多位國際領軍學者共同撰寫，全書既保持了嚴謹的知識體系完整性，又呈現出多元的學術視角。全書構建了背景噪聲地震學最完備的知識體系：地震背景噪聲的可視化方法、聚束和極化分析處理技術、海浪產生背景噪聲的物理原理、噪聲干涉法的理論框架、背景噪聲互相關的數據處理流程、背景噪聲面波和體波的提取與應用、尾波干涉測量理論、基于背景噪聲的時變監測、背景噪聲的淺地表工程應用。然而，各章節作者知識背景與寫作風格的差異也為本書的翻譯提出了挑戰，我們不敢奢求“信達雅”，但力求翻譯的準確性，并盡可能使不同章節中的專業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者進入背景噪聲地震學領域的門檻，同時我們也建議有志于深入開展背景噪聲地震學研究的同學和科技工作者閱讀本書的原英文版和其他相關專業著作。

特別感謝我的研究生導師黃金莉教授二十余年來始終引領我探索地震學創新方向，其遠見卓識使我得以在背景噪聲地震學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研究中的深刻啟發。還有非常多的領導、老師和同事給予了大量支持與指導，在此一并表示感謝。國家自然科學基金委員會、中國地質大學（北京）陸內火山與地震教育部重點實驗室及中國地質大學（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）參與了相關章節的翻譯。何新陽、呂存遠和吳濤承擔了大量的公式編輯、文字校對工作。在此，謹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

本文摘自科學出版社2025年11月出版的《地震背景噪聲》一書，內容有刪節，標題為編者所加。

（本文編輯：焦健 jiaojian@cspm.com.cn）

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