通过对青藏高原地震波的无数次记录和分析，我们发现一些新的现象 | 白玲——科学讲坛
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地球的脉动，只送给它的知音。
The Earth has music for those who listen.
大家好，我是来自中科院青藏高原研究所的白玲。
不知道大家有没有经历过地震？我出生在辽宁，在我小时候的记忆里地震很多，很长一段时间我们都住在地震棚。记得有很多个夜晚，外面大雨瓢泼，我们却不能住进新盖的房子，只能待在简陋的地震棚里。
或许是这样的经历潜移默化地影响了我，让我选择了地震学。在过去的20年里，我和我的同事一直在做这样一件事情，那就是研究青藏高原的地震。
大家可能会好奇，为什么我们要关注青藏高原呢？在很多人的印象里，青藏高原的代名词可能是地广人稀，如果在这里发生地震会有很大的影响吗？下面让我们先来看这样一张图。
图中的红色区域表示的是人口密度，颜色越深说明人口密度越大。可以看到，青藏高原周边有很多人口密集区，比如喜马拉雅山南麓的尼泊尔、印度北部的恒河平原、我国的四川和云南。另外我们还会发现这样的现象：青藏高原附近是板块边界的主要活动区（蓝色曲线表示的是板块构造主要活动边界），大地震发生的频率比较高。图中圆圈表示地震的位置，圆圈越大级别越高。所以青藏高原是非常值得关注的。
正因为青藏高原有很多重要的特点，它的影响很大，所以在20年前，我们青藏高原研究所成立了大陆碰撞与高原隆升实验室，专门从事这方面的研究工作。
这张图中的蓝色曲线表示我们主要的野外路线，基本横跨了青藏高原南部大部分地区。我们每年至少都要去两次，每次要跑一两个月，这样才能保证我们的仪器在大部分时间里能够正常地工作。
▲ 左上：尼泊尔廓尔喀，右上：派墨公路汗密
左下：大峡谷加拉，右下：藏东南站鲁朗
这些图片展现的是我们在青藏高原开展野外工作的情况。
▲ 左图：地震仪
我们的任务就是把左图的地震仪放到青藏高原。右图显示的是我们的工作常态：为了减少地表的干扰，我们需要精心地选择安放地震仪的位置。通常我们会在地下挖一个一两米深的坑，把仪器放到地下，这样可以减少地表的干扰，记录到更多有用的地震波。
接下来让我们来看一个地震波，听一下它的声音。
这是2011年日本9.1级地震产生的地震波的声音。地震波主要在地下传播，但在地表也会发生折射传播到大气中。我们的耳朵可以听见一些信号，但如果频率很高或者很低，我们也听不到。所以需要对地震波进行压缩，经过时间上的压缩处理，就可以直观地听得到。
大家可能会感到好奇：为什么我们要想方设法地记录地震波，它们能给我们提供哪些有用的信息呢？实际上，很多人把地震比做照亮地下的一盏盏明灯。通过分析地震波，我们可以了解到地震是如何发生的，更可以知道我们看不见的地球的内部是什么样的。
不仅如此，这些仪器对信号非常敏感。很多微弱的信号，比如飞机在天上飞、人类在地上行走，这些信号都会产生地震波，地震仪器都能够记录到。所以如何准确收集地震波对我们来说非常重要。
作为地震学者，我是非常幸运的。我们在青藏高原架设的这些仪器记录到了大大小小无数次地震。有的地震发生在青藏高原，有的甚至发生在地球的另外一侧，由此可知，这些地震波可以穿透整个地球。
在我的记忆里，有三次事件让我的印象非常深刻。下面我就和大家分享这三次和地震有关的故事。
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2015年的时候，尼泊尔发生了7.8级地震，其中巴帕克（Barpak）小镇是受灾最严重的地区之一。
▲ 地震现场尼泊尔巴帕克小镇
这张图片是地震之后的巴帕克小镇，可以看到，很多房屋倒塌，被夷为平地。这里也是我们课题组留学生尚涛（Sanjev）的故乡。那时候我在特里布文大学第一次见到尚涛，他告诉我他要放弃物理学，攻读地球物理学研究生，专门研究地震。
▲ 恢复重建的巴帕克小镇
5年以后，我们再次去到现场，拍摄到巴帕克小镇恢复重建的样子。可以看到，这里已经慢慢恢复了往日的平静。但是，这场地震的发生有哪些深层次的原因？这么大的地震，难道没有任何信号吗？没有任何前兆信息吗？这些问题一直困扰着我们地震学工作者。
为了解决这些问题，我们就需要对地震进行观测。非常幸运的是，地震发生之前，我们在中国和尼泊尔边界架设了很多地震台站。5年以来，这些台站记录到1000多次3.5级以上的地震。正是因为这样的观测，有附近台站的数据，真相离我们越来越近了。
通过这些地震波，我们重新确定了地震的位置，大大提高了地震定位的精度，将误差缩小了一个数量级。我们进一步发现，这些地震发生的位置可能与印度板块向欧亚板块底部俯冲的角度有很大的关系，而且这些俯冲角度的变化可能影响着青藏高原的隆升。因此，我们对这些问题有了一些新的认识。
但是对于大地震的发生，我们仍然有很多问题没有解决。我们的留学生尚涛现在已经从硕士变成了博士，在继续开展这方面的工作。
尼泊尔地震很大，但意外的是，它的地表活动断裂并不是非常明显。我们去到巴帕克小镇的时候，并没有发现明显的地表活动迹象。实际上，很多地震的震级并不算大，但是地表有很多明显的活动断裂，比如2021年发生的玛多地震、2022年发生的门源地震。
左边是玛多地震的图片，可以看到一条长长的地表断裂带，它的长度达到160公里，相当于北京到天津的距离。右边这张图片是门源地震，断裂带正好穿过了兰新高铁，所以部分路段受到了严重的损害。
这些地震断层为什么这么大呢？它的地下结构是什么样子的？这些问题引起了我们极大的兴趣。通过地震波，我们对玛多地震的断层地下的结构进行了进一步的分析。
红色表示的是断层面滑动的距离，它的颜色越深，代表滑动的距离越大。举一个例子，如果我们将两个木块放在一起，且木块的表面是粗糙不平的。在这种情况下我们要用很大的力量才能把它们相互错开，一旦错开，滑动的距离也会更大，也就是图片中红颜色表示的位置。
对一个已知的断层，如果能找到哪些地区的粗糙程度比较大，未来我们就可以粗略估算在那里最有可能发生大规模的滑动。为了进行长期的观测，我们架设地震台站，希望有一天能够检验这些结论。
除了常规的地震波以外，我们的仪器还能记录到很多不一样的信号，比如冰崩堵江泥石流等。
实际上，青藏高原地区有很多地方常年被冰雪覆盖，如果这些地方发生冰塌，会引起一系列的问题。特别是雅鲁藏布江下游，一旦发生堵江，雅鲁藏布江的水位会快速地上涨。
上边这张图就是我们在现场拍摄到的。2018年的时候发生了多次堵江事件，所以可以看到一条清晰的水位线。
于是我们对冰崩事件地震波的波形做了进一步分析。从振幅上看，整个波形分为几个不同的阶段，这些阶段分别对应着这些事件何时发生、如何发生等连续的过程。所以这些信号非常重要，它所记录的信息是其他仪器观测不到的。
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通过上面的三个例子可以知道，我们对地震波的分析能够发现一些新的现象。但不可否认的是，我们觉得有些结果还是来得太迟了。在我们的工作中，如何把这些科学上的发现及时地应用到防震减灾等领域，这将是我们未来一直需要面对的课题。
通过地震波的分析，可以对地震进行定位，可以了解地球内部的结构。所以对于我们研究地震的人来说，地震波就是地球的脉动。我相信这些脉动可以告诉我们地震发生的原因，可以帮助我们找到防震减灾的办法。最后，让我们来聆听一下这些地震波。
这是2015年尼泊尔地震。
这是2021年的玛多地震。
最后是2018年冰崩堵江。
这就是我的分享。谢谢大家！
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