- 地震學家將光纜的未來視為地震傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/10/16
埋入式光纜中的每根細細的玻璃纖維都包含微小的內部缺陷，這對尋找尋找從繁忙的市區(qū)到偏遠冰川的地方收集地震數(shù)據(jù)的新方法的科學家來說是一件好事。
加州理工學院地震學家詹忠文在《地震研究快報》中描述了對該方法（稱為分布式聲學傳感）及其潛在應用的興趣日益濃厚。他的論文是該雜志“新興主題”叢書的一部分，在該叢書中，SRL編輯邀請邀請作者探索正在影響地震學和地震科學各個領域的發(fā)展。
DAS工作原理是利用一個長的光纖的微小的內部缺陷如成千上萬的地震傳感器沿著幾十光纖的公里的電纜。一端的儀器沿電纜發(fā)送激光脈沖，并收集和測量每個脈沖在光纖內部缺陷反射下的“回波”。
當光纖受到溫度，應變或振動（例如地震波）引起的干擾時，散射回DAS儀器的激光的大小，頻率和相位都會發(fā)生變化。地震學家可以利用這些變化來確定可能使光纖微跳的地震波的類型，即使只有幾十納米。
詹說，在過去的五年中，DAS儀器的靈敏度已顯著提高，為它們的部署開辟了新的可能性�！办`敏度越來越好，以至幾年前，如果將光纖部分的波形與地震檢波器進行比較，它們看起來非常相似�！�
它們的性能使它們適合在各種環(huán)境中使用，尤其是在設置更敏感或更密集的地震網(wǎng)絡過于昂貴的地方。研究人員還可以利用電信公司和其他公司先前鋪設的大量未使用或“深色”光纖。詹說，將一根較大的電纜上的幾股線用于地震學家的目的。
詹說，石油和天然氣行業(yè)一直是新方法的最大推動力之一，因為他們使用井下電纜來監(jiān)控深水油田以及水力壓裂和廢水注入期間的流體變化。
DAS研究人員認為，該方法特別適合在南極洲或月球等惡劣環(huán)境中進行地震監(jiān)測。詹解釋說，有了常規(guī)的地震儀網(wǎng)絡，科學家“需要保護網(wǎng)絡中儀器的每個節(jié)點并為其供電”�！皩τ贒AS，您要鋪設一根很長的光纖，這很堅固，而且所有敏感的儀器都只在光纖的一端�！�
他補充說：“您可以想象在高輻射或高溫情況下的月球或其他行星上，電子設備可能無法在該環(huán)境中存活那么長時間。” “但是纖維可以。”
科學家已經在使用DAS探測多年凍土和冰川中的融化和凍結周期，以更好地表征其冰流和在基巖上滑動的動態(tài)運動，這可以幫助研究人員更多地了解氣候變化驅動的冰川融化如何促進海平面上升。
目前，大多數(shù)DAS系統(tǒng)的航程為10至20公里。詹說，研究人員希望在不久的將來將其延伸到100公里，這對于包括海底俯沖帶在內的海底環(huán)境的地震覆蓋可能是有用的。
DAS也非常適合地震后的快速響應，特別是在深色纖維較多且地震學家已事先安排使用該纖維的地區(qū)。例如，在2019年南加州的里奇克萊斯特地震之后，詹和他的同事們迅速采取行動，使用DAS監(jiān)測了該地區(qū)的余震序列。他說：“我們在三天內將大約50公里的電纜變成了6,000多個傳感器。”
詹說，如果地震學家在確定和要求使用光纖方面已經做好了自己的工作，那么地震發(fā)生后幾個小時內就可以部署DAS系統(tǒng)。
使用光纖的一項挑戰(zhàn)是確切了解光纖在地下的位置。使用DAS方法，研究人員可以知道特定傳感器沿著光纖的距離，但是如果光纜是盤繞的，彎曲的或下垂的，則計算可能會出錯。為了解決這個問題，地震學家有時會進行“抽頭測試”，即使用GPS在電纜上方的地面上繪制大錘打擊，因為打擊會在光纖上回蕩，從而形成一種曲折的聲納圖像。
與傳統(tǒng)的地震傳感器相比，DAS傳感器還包含更多的“自噪聲”（可能會干擾地震識別的背景地震信號），“但是坦率地說，我們并不清楚原因�！� 一些噪聲可能來自不穩(wěn)定的詢問激光脈沖，或者來自電纜本身。一些電纜在其隧道中散落，而另一些則具有多個光纖連接器，這可能會產生反射并丟失光信號。
詹總結道：“雖然DAS仍處于起步階段，但它已經顯示出自己是一種有價值的新型地震監(jiān)聽工具的工作心臟，或者也許是耳鼓。”
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