智能手机变身地震监测工具，助力高精度震动图绘制
2024年6月8日，在意大利弗莱格雷火山口（Campi Flegrei）划定的红色警戒区，29个地震观测站与8151部市民智能手机共同参与了“地震网络”（Earthquake Network, EQN）公民科学项目。EQN凭借其高密度的手机网络覆盖，填补了传统观测站未布设区域的数据空白，从而实现了对红色警戒区地面震动变化的高空间分辨率捕捉。该研究成果发表于《自然通讯》（Nature Communications），依据CC BY-NC-ND 4.0许可协议，由菲纳齐等人于2025年发布（DOI: 10.1038/s41467-025-64543-3）。
地震带来的影响不仅取决于震级和震源深度等基本地震参数，还与当地地质条件密切相关。土壤和地层结构会引发所谓的“场地效应”，影响地震波的传播路径与幅度。在城市环境中，高空间分辨率的场地效应图对于识别潜在地震高风险区域、评估建筑受损可能性至关重要。
贝加莫大学的弗朗西斯科·菲纳齐教授、德国亥姆霍兹地球科学研究中心（GFZ）的法布里斯·科顿教授以及法国欧洲-地中海地震中心的雷米·博苏博士联合开展了一项突破性研究。他们利用市民智能手机内置的加速度传感器，成功绘制出高分辨率的场地震动放大效应图。这些传感器通常用于支持移动设备的交互式游戏，但其同样具备捕捉微小地震震动的能力。
创新方法助力绘制高细节场地效应图
研究团队将数千部智能手机采集的震动数据与统计模型相结合，构建出一套能够揭示地质结构对地震波放大作用的图谱。这种方法在空间细节上超越了传统地震观测站单独获取的数据，为地震风险评估和应急响应提供了坚实的数据支持。
“地震网络”公民科学项目的发展与应用
此次研究依托的“地震网络”项目，由菲纳齐于2013年发起，截至目前已吸引全球超过2000万用户参与，是利用智能手机进行实时地震监测和预警的代表性公民科学项目。当地震发生时，参与的手机能够检测到震动并将信号传回中央服务器。服务器在数秒内处理数据，并向周围区域用户发布预警，为人们争取数秒乃至数十秒的避险时间。
尽管智能手机在地震监测方面已展现出潜力，但其是否能够用于绘制地面震动分布图，仍是一个挑战。智能手机加速度传感器的测量方式与专业地震仪器存在差异，其读数会受到设备所在建筑结构、摆放位置等因素的影响。
为解决这一问题，研究人员采用了一种基于空间统计模型的方法。该模型能够过滤设备和建筑带来的噪声干扰，揭示出底层震动模式。通过将数千部手机的测量数据整合，并与传统地震学数据结合，研究人员最终生成了具有高空间分辨率的震动放大效应图。
首幅高分辨率震动放大图揭示地质差异
弗莱格雷火山口区域位于那不勒斯附近，居住人口约50万，同时也是地震与火山活动的高风险地区，是验证新方法的理想场所。2024年4月至6月，该区域地震活动频繁，促使居民积极参与EQN项目。在约130平方公里的红色警戒区内，7000至9000名市民贡献了数据，而该区域仅设有29个传统地震观测站。
菲纳齐教授指出：“EQN网络的高密度覆盖，使我们能够捕捉到红色警戒区内未布设观测站区域的震动变化情况，从而实现比传统方法更高的空间分辨率。”
绘制出的震动放大图显示，在仅10公里的距离内，由表层地质结构引发的地震波放大效应存在显著差异。在警戒区东部，放大系数介于0.25至0.5之间（表示震动衰减），而在西南部，放大系数则达到2至3（表示震动增强）。
高分辨率震动图在应急响应中的关键作用
一旦再次发生地震，这些基于历史数据生成的震动放大效应图，可与震后实时收集的手机加速度数据结合，生成高分辨率的“ShakeMap”地图。这类地图能够直观展示不同区域的震动强度，是评估地震影响、模拟未来地震场景的重要工具，对于协调救援工作、评估灾害损失和部署应急资源具有重要意义。
GFZ地球科学研究中心“地震灾害与风险动力学”部门负责人法布里斯·科顿教授表示，随着全球城市化进程加快，对高分辨率震动图的需求日益增长。本研究证明，结合市民智能手机的加速度传感器数据与传统地震观测网络数据，可以在人口密集的城市环境中生成高精度的场地震动图，从而更准确地描述地面运动特征，为地震风险评估提供关键依据。
更多信息：Francesco Finazzi et al. “Citizen smartphones reveal seismic site effects in urban areas.” Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-64543-3
期刊信息：Nature Communications