让智能手机变身地震传感器

2024 年 6 月 8 日，在弗莱格雷火山口（Campi Flegrei）红色警戒区内，有 29 个地震观测站及 8151 部市民智能手机参与 “地震网络”（EQN）公民科学项目。EQN 智能手机网络密度高，覆盖了红色警戒区内未安装观测站的区域，能够以更高的空间分辨率捕捉整个红色警戒区内地面震动的变化情况。来源：CC BY-NC-ND 4.0 许可协议，菲纳齐等人（2025）；https://doi.org/10.1038/s41467-025-64543-3

地震对人员与财产的影响，不仅取决于地震的震级、震源深度等固有特征，还与当地的土壤条件相关 —— 土壤条件会引发所谓的 “场地效应”。在城市环境中，以高空间分辨率绘制场地效应分布图，对于了解后续地震发生时哪些区域和建筑面临更高风险、承受更大压力至关重要。

意大利贝加莫大学的弗朗西斯科菲纳齐（Francesco Finazzi）教授、德国亥姆霍兹地球科学研究中心（GFZ）的法布里斯科顿（Fabrice Cotton）教授以及法国欧洲 - 地中海地震中心的雷米博苏（Rémy Bossu）博士合作开展的一项研究，在该领域取得了突破性进展。该研究发表于《自然通讯》期刊，证实市民的智能手机可用于绘制高细节度的场地放大效应图。智能手机内置的加速度传感器（与支持互动游戏的传感器为同一类型）能够探测地震震动。

研究人员将意大利弗莱格雷火山口区域数千部智能手机的测量数据与统计模型相结合，成功绘制出当地地质结构对震动的放大情况分布图，其细节丰富度远超仅依靠地震观测站所能获取的信息。这些数据为地震灾害评估提供了关键依据，并对地震应急响应工作具有支撑作用。

基于 “地震网络”（EQN）公民科学项目的新方法

这种创新方法以 “地震网络”（EQN）公民科学项目为基础，该项目由菲纳齐于 2013 年发起。截至目前，EQN 已吸引超过 2000 万市民参与，是全球范围内利用智能手机进行实时地震监测与预警的持续努力之一。地震发生时，参与项目的手机会探测到震动并向中央服务器发送信号，服务器可在数秒内向周边区域用户发布预警，为用户争取宝贵的避险时间（有时可达半分钟以上），帮助他们在强震动来临前做好防护。

尽管智能手机已被证实可用于地震监测，但能否借助其绘制地面震动分布图仍是一个待解问题。事实上，智能手机加速度传感器的运动测量方式与专业地震仪器不同 —— 其读数会受到建筑特征、设备位置及摆放方式的影响。

为充分利用智能手机数据与观测站记录之间的关联结构，研究团队采用了空间统计模型。该方法能够抵消设备本身及建筑特异性带来的影响，从而呈现出底层的震动放大模式。虽然单部智能手机的记录存在噪声干扰，但将数千部手机的测量数据汇总，并与传统地震学数据融合后，可生成可靠的高分辨率震动放大效应图。

意大利弗莱格雷火山口红色警戒区首幅高分辨率震动放大效应图

意大利那不勒斯附近的弗莱格雷火山口区域居住着约 50 万居民，同时属于高风险火山与地震带，成为测试这种新方法的理想场所。2024 年 4 月至 6 月期间，该区域地震活动加剧，给当地居民和管理者带来了压力。在面积 130 平方公里的 “红色警戒区” 内，有 7000 至 9000 名居民通过 EQN 积极贡献数据，而该区域内的传统地震观测站仅有 29 个。通过对这些数据的分析，研究人员绘制出了红色警戒区的首幅高分辨率震动放大效应图。

该研究的第一作者菲纳齐解释道：“EQN 智能手机网络密度高，覆盖了红色警戒区内未安装观测站的区域，这使得我们能够以更高的空间分辨率捕捉整个红色警戒区内地面震动的变化情况。”

绘制出的震动放大效应图显示，在仅 10 公里的距离范围内，表层地质结构引发的地震波放大效应存在显著差异：警戒区东部的放大系数介于 0.25 至 0.5 之间（实际相当于震动衰减），而西南部的放大系数则介于 2 至 3 之间（实际相当于震动放大）。

对应急响应团队至关重要

若再次发生地震，基于历史智能手机数据生成的震动放大效应图，可与震后特定事件的智能手机加速度测量数据相结合，生成该次地震的高分辨率 “震动图”（ShakeMap）—— 这类地图能直观展示不同区域的震动强度。震动图已成为评估近期地震影响、模拟未来地震情景的核心工具，对于指导救援团队行动、评估灾害损失及统筹应急响应工作至关重要。

该研究的合著者、GFZ 地球科学研究中心 “2.6 地震灾害与风险动力学” 部门负责人科顿教授总结道：“全球城市人口持续增长，对高分辨率震动图的需求日益迫切。本研究表明，将市民智能手机的加速度传感器数据与地震观测网络数据相结合，能够在人口密集的城市区域生成针对特定场地的高分辨率震动图。这有助于更好地描述建筑环境中的地面运动特征 —— 而地震风险恰恰集中在这些区域。”

更多信息：弗朗西斯科菲纳齐等人，《市民智能手机揭示城市区域地震震动规律》，《自然通讯》（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-64543-3

期刊信息：《自然通讯》（Nature Communications）

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