声波测震的理论推理和试验方法

                              杨学祥，杨冬红

声源体发生振动会引起四周空气振荡，那种振荡方式就是声波。声以波的形式传播着，声波借助各种介质向四面八方传播。空气，水、金属、木头等是声波的传播介质，都能够传递声波，声波在真空状态中不能传播。声波的基本常识我们可以在教科书和网页中看到。

                    声波的基本常识和公式

扬声器、各种乐器以及人和动物的发音器官等都是声源体。地震震中、闪电源、雨滴、刮风、随风飘动的树叶、昆虫的翅膀等各种可以活动的物体都可能是声源体。地震产生多种复杂的波动，其中包括声波，实际上那种声波本身是人耳听不着的，它的频率太低了(例如1Hz)。人对声音的感觉有一定频率范围，大约每秒钟振动20次到20000次范围内，即频率范围是20Hz--20000Hz，如果物体振动频率低于20Hz或高于20000Hz人耳就听不到了，高于20000Hz的频率就叫做超声波，而低于20Hz的频率就叫做次声波。所以说不是所有物体的振动所发出的声音我们都能听到的。空气粒子振动的方式跟声源体振动的方式一致，当声波到达人的耳鼓的时候就引起耳鼓同样方式的振动。驱动耳鼓振动的能量来自声源体，它就是普通的机械能。不同的声音就是不同的振动方式，它们能够起区别不同信息的作用。

声音频率的高低叫做音调。声音的三个主要的主观属性 即音量（也称响度）、音调、音色(也称音品）之一。表示人的听觉分辨一个声音的调子高低的程度。音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升。

振动传播的过程，是能量传递的一种形式。波动是一种常见的物质运动形式，最普通的是机械波(如水波、声波)和电磁波。

物质在1秒内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。频率的单位是赫兹（Hz）。频率f是周期T的倒数，即f =1/T。波在一个振动周期内传播的距离称为波长，它可以用相邻两个波峰或波谷之间的距离来表达，波长用λ表示。单位时间内波形传播的距离，称波速。波速v与波长λ、波源振动频率f之间的关系为：v=λf。机械波的波速由介质的弹性模量和密度所决定。

                    声波测震的基本原理和方法

声音频率的高低叫做音调，弦乐的音调是用弦绷紧的强度来调节的，这就是说，受力不同的弦，发出的音调也不同。我在中学时，听到音乐老师的拉锯乐声表演，通过控制钢锯的弯曲受力程度，用弓弦也能拉出美妙的音乐。这表明，固体在受力条件下其振动频率会发生很大的改变，所以受力大小不同会发出不同音调的声音。这是声波测量固体受力强度的基础。

实验室可通过对岩石加压或拉伸，测量其敲击后发出的音调和音色，从而得到临近岩石破裂时声音特征。由于地球受周期性的潮汐形变作用，地壳应力变化应该具有明显的潮汐周期。

事实上，地震发生在地下几公里到几百公里，在地表敲击地壳使其振动发声，可用打夯、爆破等方法。为了降低试验成本，最方便的方法是，在重载汽车和机车上配备专用的录音机，记录不同地段、不同时间的声音，通过声波特征的变化，寻找反映深部地壳受力状况的信息。

                   需要有设备条件的部门联合参与

这是一项重要的而庞大的试验工程，需要有设备条件的部门联合参与来完成。任何异常都需要长期的监测和对比来实现，希望它能成为掌握地震变化规律和预测地震的有效手段。欢迎参与，欢迎讨论，让我们为攻破地震预测难题而努力奋斗。