Winter-to-spring changes in borehole seismic noise beneath permafrost in the northeastern Tibetan Plateau
本研究分析了冬春转换期青藏高原东北部多年冻土下的钻孔地震噪声，揭示了由季节性变化而非融化驱动的噪声功率和谱熵的显著频率选择性增加，这强调了在表征台站记录背景时，需要同时评估绝对功率和频谱分布。
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在青藏高原冰封的冻土深处，大地在一年中的大部分时间里都锁在冰层之中，科学家们一直在倾听这颗星球持续不断的低频嗡鸣声。这种被称为“环境地震噪声”的嗡鸣声并非寂静，而是由风、海浪和人类活动引起的持续振动。在寒冷地区，地面本身会随着冻结和融化的过程而发生变化，从而改变这些振动的传播方式。通过将灵敏的仪器安置在地下深处，研究人员可以追踪这些细微的变化，就像医生通过听诊心跳来了解病人的健康状况一样。其目标是理解环境如何塑造这些仪器记录到的背景噪声，从而确保当真正的地震发生时，信号清晰且背景杂讯已被充分理解。
在高原东北部的一个特定矿区，一个研究小组将一台高灵敏度地震仪安装在近300米深的钻孔中，将其置于当地多年冻土层之下。他们旨在观察该地区从隆冬进入初春时，该深度的噪声是如何变化的。他们分析了2019年1月下旬至4月中旬期间的连续录音，寻找振动强度和“形状”的变化模式。团队使用了一种将噪声分解为不同频率（或音调）的方法，以观察是否某些音调变得更响，或者整体声音的组合是否随着季节更迭而发生了变化。
他们的发现表明，地球的背景噪声发生了显著且具有选择性的偏移。随着季节推进，特定高频（约3.4赫兹）处的振动明显增强，与1月下旬的安静状态相比，增大了多达21分贝。然而，这种增加并未发生在频谱的所有位置。在极低频率（约0.2赫兹）处的振动保持相对稳定，变化极小。这告诉研究人员，这种变化并非所有噪声的普遍增加，而是特定频率的特定放大。此外，噪声的“形状”也发生了变化。在最初的几周内，能量集中在他们监听范围的最低端。到了春天，能量变得更加分散，形成了一个以2到3赫兹为中心的更宽的活动峰值。
为了确定这种变化仅仅是地面整体变响的问题，研究人员还测量了噪声的“熵”，这是一种描述能量在不同频率间分布是趋于分散还是集中的方法。他们发现，随着季节推进，噪声变得更加分散，即不再那么集中。有趣的是，他们发现噪声的扩散程度与总响度并不总是同步变化的。在一次针对3月中旬与4月初的特定对比中，噪声的扩散程度几乎保持不变，但4月份的振动总功率却明显更高。这意味着，如果仅观察噪声的响度或仅观察其扩散程度，都会得到一个不完整的图景；必须将两者结合起来考虑，才能真正理解记录环境。
团队还检查了浅层地温，温度从深冬的严寒向冰点上升，但在整个研究期间始终保持在零摄氏度以下。虽然地面正在变暖，但数据并未显示多年冻土在传感器深度处已经开始融化。由于温度数据来自仅地表下方0.5米处，它无法确认300米深处的情况。因此，研究人员无法明确断定这种不断变化的噪声是否是由冻土融化引起的。这些变化可能是由风的变化、附近采矿活动的改变，或是岩层本身的细微变化所驱动的。该研究成功绘制了变化的背景噪声图谱，表明环境并非静态，但并未能精准定位变化的具体原因，这为未来调查深层地球如何响应季节更替留下了研究空间。
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