地下勘探是一项不起眼的事业。了解我们脚下的事物对于从寻找矿产到预测地震的一切都至关重要。在寻找更好的地下探测方法的过程中，科学家们求助于一个独特的来源：火车。
运行中的火车将地震波送入地球，几乎就像连续的微型地震。当这些波冲刷地表下的地质构造时，它们会相应地改变形态。在过去十年中，科学家们发现他们可以利用这些波，从远处倾听它们的振动，并解开噪音以描绘出这些波经过的景象。
放置地震仪
为了倾听这些波，研究人员首先布置地震仪阵列。这些传感器不必紧靠轨道旁；它们可以远至几十英里。要成像一个区域，研究人员通常只需要一个阵列。如果他们有兴趣监测地下构造——例如一条断层线——那么研究人员会将两个阵列放置在该构造的任一侧。
“与那些尽力减少火车噪音的工程师不同，对我们地震学家来说，越响越好，”法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的博士后研究员 François Lavoué 说，这里是地震学家们正在玩弄火车的几个地方之一。
这就是为什么长途货运列车，例如横跨北美大陆的列车，是理想的选择。事实上，科学家们估计，一公里长（0.6 英里长）的货运列车在 10 公里（6.2 英里）的铁轨上轰鸣，相当于里氏震级 1.0 的地震。“这听起来可能很小，”Lavoué 说，“但它远高于背景地震噪声水平，并且可以被我们的高灵敏度地震仪轻松检测到。”
如果你只是将传感器埋在地下并倾听地球运动的环境噪声，你可能需要倾听数周或数月才能了解你脚下的情况。另一方面，如果你利用火车产生的噪音，你只需要少于十二列火车就能获得清晰的图像。
将火车噪音转化为图像
从火车噪音到可用成像的路径涉及几个步骤。货运列车比地震更频繁，但它们通常没有固定的时刻表。这意味着传感器需要持续运行，长达一个月。为了防止海量不必要的数据堆积，传感器需要自动识别火车何时到达，然后将数据传递出去。
一旦他们这样做了，研究人员并不关心一个地震仪上发生了什么；他们关心的是传感器之间发生了什么。因此，当研究人员收集来自多个传感器的数据时，他们会对其进行互相关联，以找出每个传感器听到的声音之间的差异。这会将数据转化为可用的信号。
然后是棘手的部分。研究人员必须将火车波与它们所经过的回声分离开来。“这究竟是如何完成的仍在进行中，而且很可能是因情况而异，”Lavoué 说。火车的地震特征会随着火车的速度、车轮之间的间距以及其轨道下地面的刚度而变化。为了滤除这种特征，科学家需要 深入了解 这些特性。
但一旦地震学家掌握了这一点，他们就可以利用在多个点收集到的数据来拼凑出地表下方的图像。
轰鸣前进
Lavoué 认为使用火车的最大优势在于它们是能够传播到地表深处并在接触到那里的构造时发生变化的地震波的极佳来源。通常，这些深度会被其他在地表传播的波所掩盖。火车产生如此巨大的噪音，以至于深层波可以穿透。
但这些地表波也带来了另一个缺点：火车产生它们的效率不高。因此，尽管像 Lavoué 的同事 Laura Pinzon-Rincon 这样的科学家 正在努力克服 这一障碍，通过更好地理解火车的信号，研究人员发现利用火车进行近地表成像更加困难。
西北大学的地震学家 Suzan van der Lee 表示，尽管利用火车在地震学界是一种相对较新的技术，但它正日益成为一种广为人知的方法。Lavoué 说，格勒诺布尔阿尔卑斯大学的科学家们已经在寻找将这项技术投入使用的方法：在安大略省和瑞典 搜索矿产，以及在加利福尼亚 监测断层。
过去，地震学家可能需要用炸药轰炸地球来帮助他们看到地下。现在，他们正在转向利用现有的噪声源，例如海浪和风的背景噪声，或者交通和钻井以及火车产生的噪音。由于已经有如此多的铁路线覆盖了整个大陆，它们可能成为解锁我们脚下世界全新部分的钥匙。
