地震发生过程中可激发地震波和声波，其中的声波包括频率低于20Hz的次声波以及特殊情况下20Hz以上的可听声波。由此使得震声耦合信号（Seismoacoustic coupled signals）研究成为理解震源特征的重要途径，尤其是重建次声源区、估计震源区域的强地面运动特征等。此外，当监测对象为化学爆炸或核爆炸时，利用传统的地震波记录难于精准估计爆炸埋深，而次声波则提供了独立的观测手段和对埋深估算的额外约束。

2020年7月12日，唐山市古冶区发生Ms 5.1级地震，震中位于北纬39.78°，东经118.44°，震源深度10公里。此次地震是近20年以来我国京津冀地区发生的最大一次地震，引起了社会的广泛关注。除国家地震烈度速报与预警台网记录到了这次Ms 5.1地震的地震信号外，震中区域还激发了次声信号，并被部署在北京国家地球观象台的DQS次声阵列（图1）记录到。这使得研究此次地震的震声耦合过程和震源特征成为可能。

图1 DQS阵列和地震震中空间位置分布

中国地震局地球物理研究所杨星浩博士研究生、蒋长胜研究员、边银菊研究员和苏伟副研究员使用Infrapy进行阵列处理并获取了震中次声的波前参数（图2），利用射线追踪模拟了次声在大气中的传播过程（图3）。在此基础上，还利用反投影方法重建了次声源区并与利用峰值表面加速度记录模拟的结果进行了对比研究（图4）。

图2 唐山5.1级地震的震声信号波束形成和探测结果（探测结果以红色突出显示）

图3 大气剖面和次声传播模拟

图4（a）反投影获得的声压级（SPL）与（b）峰值表面压力（PSP）的比较

研究结果表明，此次唐山Ms 5.1地震的次声信号为平流层相，地震发生时附近地区的次声传播的平均速度与距离有很好的拟合关系、与方位角无关，本征射线的方位角偏差范围最大不超过1°。次声来源于一个长轴约57 km、短轴约28 km的东北向延伸的次声辐射区，长轴方向与断层破裂方向一致。次声波传播路径和震中周围的地形可能导致了次声信号与地震波信号之间的不一致性。该项研究揭示了中强地震的震源破裂特征对次声辐射区形态的影响，以及地形和大气状态造成的地震次声耦合状态的复杂性，丰富了对震声耦合现象的新认识，并为中强震的震声耦合机理研究提供了科学参考。

该项研究成果于2023年8月刊发在国际主流地学期刊《Bulletin of the Seismological Society of America》（Yang, X., Jiang, C.*, Bian, Y., Su, W., 2023. Seismoacoustic Coupled Signals from the 11 July 2020 Ms 5.1 Tangshan, China, Earthquake. Bull. Seismol. Soc. Amer., 113, 1513–1522, doi: 10.1785/0120220217）。该项研究由国家自然科学基金联合基金项目（U2039204）和科技基础资源调查计划项目（2018FY100504）共同资助。

【作者简介】

第一作者：杨星浩，男，博士，主要从事地震和次声监测技术研究。Email: yangxinghao18@mails.ucas.edu.cn

通讯作者：蒋长胜，博士生导师、研究员，主要从事地震监测技术和预测理论研究。Email: jiangcs@cea-igp.ac.cn