該發(fā)布指出，傳統(tǒng)區(qū)域和全球永久地震臺網(wǎng)的空間覆蓋不足以提供高分辨率的余震監(jiān)測，而現(xiàn)有傳統(tǒng)地震儀在觀測密度、響應(yīng)速度、實時傳輸等方面無法兼顧，在震后快速響應(yīng)上具有較大的局限。如何在震后快速布設(shè)密集的地震觀測網(wǎng)，是震后監(jiān)測和救災(zāi)的核心難題之一。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（下稱“中科大”）李澤峰特任研究員與合作者一道，利用分布式光纖陣列（DAS）與其他傳統(tǒng)的地震監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，極大地提高大地震后快速響應(yīng)系統(tǒng)的能力，為大震后救災(zāi)提供重要的技術(shù)支持。
2021年，中科大研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DAS系統(tǒng)，可利用現(xiàn)有通信光纜進行地震監(jiān)測和地下空間探測等工作。其技術(shù)原理是利用光時域反射技術(shù)進行定位。光的瑞利散射對光纖的折射率、長度等變化極其敏感。當(dāng)光纖受到擾動時，瑞利散射光的強度和相位會發(fā)生變化。因此，探測并解調(diào)瑞利散射光可獲得外界振動信息。
中科大地球和空間科學(xué)學(xué)院教授王寶善介紹，這套設(shè)備的三大關(guān)鍵點，是專用激光光源、高靈敏探測系統(tǒng)和高保真解調(diào)系統(tǒng)。DAS設(shè)備能夠?qū)?0km長的光纜變成數(shù)萬個地震傳感器，設(shè)備監(jiān)測頻率范圍為10毫赫茲至20千赫茲，定位精度為3.5m。“光纖與傳統(tǒng)地震儀的靈敏度相當(dāng)，能夠感知各種振動信號；但超高密度觀測使得光纖具有更高的監(jiān)測能力”，王寶善說。
2021年6月，DAS設(shè)備部署在合肥紫蓬山進行連續(xù)觀測，成功測到宣城2.7級地震、菲律賓6.6級地震、臺灣省宜蘭縣5.8級地震等。在地震局內(nèi)鋪設(shè)光纖后，DAS系統(tǒng)記錄到10月15日內(nèi)蒙古赤峰4.7級地震波形數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)短周期地震儀觀測一致性良好。
中科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心教授陳旸介紹，分布式光纖傳感系統(tǒng)可以監(jiān)測溫度、應(yīng)變和振動，拓展傳統(tǒng)方式無法或難以監(jiān)測的區(qū)域。
2017年，斯坦福大學(xué)發(fā)表研究報告，稱“廣泛的地震檢測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以存在于我們的腳下——承載高速互聯(lián)網(wǎng)的光纜”。
斯坦福大學(xué)按照數(shù)字8的形狀安裝了三英里（4.8km）光纖，配有激光詢問器用于記錄運動。據(jù)稱，斯坦福大學(xué)設(shè)置的該光纖地震觀測臺在其運行第一年能夠記錄800多個事件。這包括來自附近采石場的爆炸聲、小型地震，甚至是距離斯坦福大學(xué)約2000英里（3220km）的墨西哥中部8.2級地震事件。
同樣，地震觀測站也能夠分辨出橫波（S波）和縱波（P波）之間的差異，以不同速度記錄地震的沖擊波。P波通常比S波早得多，但力度較弱，因此檢測它們是有效預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵。
到了2020年，谷歌通過檢測沿一根海底光纜發(fā)送的光脈沖的畸變，成功接收了附近的地震信號。相關(guān)論文發(fā)表在《Science》期刊上，論文指出，除了在全球范圍內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)的主要工作之外，這些海纜有一天可能會在海嘯肆虐時向岸上的人們發(fā)送預(yù)警。
論文還稱，目前用于檢測地震的幾乎所有傳感器都在陸地上，因此這些海纜可能會填補科學(xué)家觀察地震活動能力的巨大空白。這種新穎的方法甚至不需要在橫穿海底的超過一百萬km的光纜的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上安裝任何新設(shè)備。
2022年10月20日，日本《每日新聞》刊登題為《地震觀測“從點到線”，精確度提高》的報道。報道稱，由東京大學(xué)地震研究所教授篠原等人組成的研究團隊使用日本三陸海岸附近的海底地震和海嘯觀測系統(tǒng)，比較了現(xiàn)有地震儀收集的數(shù)據(jù)和利用光纖收集的DAS觀測數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，DAS觀測手段能夠以高精度觀測到許多地震，包括1.8級的微地震和約2300km外的6級地震。
日本東北大學(xué)教授西村太志等人組成研究團隊，利用沿著日本活火山吾妻山（位于福島縣和山形縣交界處）附近道路鋪設(shè)的普通光纖，對火山和地震進行了DAS觀測。先到的縱波（P波）和隨后而來的橫波（S波）被清晰地捕捉到。DAS觀測手段比現(xiàn)有的地震儀更準(zhǔn)確地鎖定了震源。
報道同時提出，在光纖內(nèi)，散射的光最多只能返回約100km；還有，如何在進行DAS觀測的同時兼顧常規(guī)通信？
篠原認(rèn)為，通過將測量儀器放入耐壓容器并沉入海底，可以進一步擴大觀測網(wǎng)規(guī)模。至于兼顧常規(guī)通信的問題，可以通過按光的波長分配用途或使用備用光纖來解決。
來源 | 上纜所傳媒
引用 | 人民網(wǎng)、九派新聞、中國光學(xué)、科技日報、人民郵電報、科學(xué)通報
文字 | 周 炯 編輯 | 常 佳 審核 | 何曉芳 【免責(zé)聲明】本文所收集的部分資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載出于傳遞和分享更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或?qū)ζ鋬?nèi)容真實性負(fù)責(zé)，文章僅供參考。如本文轉(zhuǎn)載內(nèi)容涉及版權(quán)等問題，請速與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將及時修改或刪除。
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