高頻地震噪聲（>1 Hz）通常與人類活動有很大關(guān)聯(lián)。伴隨著2019年年底的新型冠狀病毒的暴發(fā)和傳播，中國大陸各個城市相繼啟動應(yīng)急響應(yīng)，人類正常的活動受到一定限制，為研究臺站高頻噪聲與人類活動的關(guān)系提供了一次機遇。

我們利用華北地區(qū)流動地震臺陣觀測到的連續(xù)地震波形數(shù)據(jù)，計算了各個臺站噪聲功率譜密度，并對華北地區(qū)地震環(huán)境噪聲隨時空變化的特征進行了分析。

在平常，以北京、天津等為中心較為發(fā)達且人口密集區(qū)域的噪聲水平較高，而在山區(qū)臺站的噪聲水平明顯較低，華北地區(qū)臺站噪聲能量水平與沉積層的厚度具有較高的相關(guān)性，與人口密度中度相關(guān)。華北地區(qū)噪聲能量水平的橫向變化與人類活動相關(guān)性相對較小，主要受地形特別是淺層沉積層厚度變化的影響。從臺址堪選角度看，在人口密度相當?shù)臈l件下，應(yīng)盡量選擇第四系沉積層較薄的區(qū)域進行臺站架設(shè)。

2019年和2020年春節(jié)期間噪聲能量下降的幅度均與沉積層的厚度和人口密度呈中等相關(guān)且相關(guān)系數(shù)接近，我們在2020年春節(jié)后的疫情期間也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，因此，評估一個地區(qū)疫情防控的好壞，不能僅僅根據(jù)噪聲能量下降的幅度，還需要考慮當?shù)爻练e層厚度和人口密度等因素的影響。

根據(jù)華北地區(qū)2020年春節(jié)后噪聲能量水平的恢復(fù)天數(shù)可知，以北京和天津為中心的中部地區(qū)所需天數(shù)最多，而北部山區(qū)在內(nèi)蒙古和河北、遼寧省界線附近區(qū)域附近臺站所需天數(shù)最少，其他區(qū)域的臺站則所需天數(shù)大多數(shù)為中等。這一過程與各省市發(fā)布的下調(diào)疫情防控等級時間相吻合，說明各地大都執(zhí)行了有效的減少人類活動等疫情防控措施。為防止疫情在大城市中擴散，在北京和天津等人口較為密集的區(qū)域執(zhí)行了更加嚴格且長期的疫情防控措施。

圖1  華北東部地區(qū)流動地震觀測臺陣地震臺站分布圖，其中三角形和正方形分別代表寬頻帶和甚寬帶地震臺站，站點的紅色和黑色分別表示連續(xù)度較高和數(shù)據(jù)量較少；15930、11138、12003、37356是四個臺站的編號。

圖2  4個典型臺站在兩個頻率范圍的環(huán)境噪聲隨時間變化的PSD曲線，各個臺站上圖、下圖頻帶范圍為1~10hz和10~20hz；紅色和藍色曲線代表2019年、2020年春節(jié)前后-90~90天圖像；虛線為按小時的PSD值，實線為48小時窗口的PSD滑動平均值。

圖3（a）沉積層厚度和接收函數(shù)首到波峰時間延遲的線性關(guān)系（羅艷等，2008）；（b）研究區(qū)域首峰波時間延遲分布;（c）研究區(qū)域內(nèi)沉積層厚度的分布;（d）春節(jié)前（-90~-5天）噪聲能量水平隨臺站下方沉積層厚度的分布情況，紅色三角形和藍色三角形分別代表2019年和2020年各個臺站噪聲能量水平，紅色虛線和紅色虛線分別為2019年和2020年臺站數(shù)據(jù)擬合的情況。

圖4 流動地震臺站2020年環(huán)境噪聲水平恢復(fù)至2019年同時期噪聲水平所需的天數(shù)。三角形為臺站位置，三角形顏色代表相對春節(jié)（疫情隔離開始時間）環(huán)境噪聲水平恢復(fù)正常所需的天數(shù)。

本研究給出了2020年疫情控制期間的華北臺陣噪聲水平分布特征，通過分析獲得認識：利用地震臺站噪聲水平評估一個地區(qū)疫情防控的好壞不能僅僅根據(jù)噪聲能量下降的幅度，還需要考慮當?shù)爻练e層厚度和人口密度等因素的影響；從臺址堪選角度看，在人口密度相當?shù)臈l件下，應(yīng)盡量選擇第四系沉積層較薄的區(qū)域進行臺站架設(shè)。相關(guān)成果在流動地震臺陣布設(shè)中獲得應(yīng)用。

研究成果發(fā)表于“SEISMOLOGICAL RESEARCH LETTERS”。研究受國家自然科學基金項目(41974058)和中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項項目(DQJB19A35和 DQJB17A01)。

【文獻引用】

Wang, Weilai, Cai Guangyao, Lai Guijuan, Chen Mingfei, and Zhang Long (2021). Ambient Noise Level in Eastern North China from ChinArray and Its Response to COVID-19, Seismol. Res. Lett. doi:10.1785/0220200261.

【作者簡介】

王未來，中國地震局地球物理研究所研究員，主要從事流動臺陣數(shù)據(jù)匯集與共享、深部速度結(jié)構(gòu)反演、地震定位和重復(fù)地震等研究，已發(fā)表SCI學術(shù)論文30 余篇，以第一作者和通訊作者發(fā)表SCI 收錄科技論文12 篇，包括EPSL、JGR、SRL、GJI等多篇論文，先后承擔國家自然科學基金、國家重點研發(fā)專項專題、地震行業(yè)科研專項、科技部數(shù)據(jù)共享項目任務(wù)等項目。