近（jìn）日，國外《科學》雜誌發文報道了一個利用海底光纖電纜和分布式聲傳（chuán）感（DAS）技術（shù），來（lái）監測海底地（dì）震的項目（mù）。在該項目中，研究人員使（shǐ）用分布式聲傳感技術，通過幹涉測量法，可測量每2米的反向散射，有效將20公裏（lǐ）長的電纜變成10000個單獨（dú）的移動傳感器。
地震學家很難監測那些波及海底並可能引發海嘯（xiào）的地震 資（zī）料圖
概況
該項目實驗由美國加州大學伯（bó）克利分校勞倫斯·伯克（kè）利國家實驗室、蒙特（tè）利灣水族館（guǎn）研究所（suǒ）和萊斯大學等機構的聯合研究團隊完成。項（xiàng）目將美國蒙特利灣20公裏海底光纜，改造成相當於10000個海底地震台。在為期4天的實驗中，他們記錄了一（yī）次3.5級地震和水下（xià）斷裂（liè）帶的地震散射。
地（dì）球表（biǎo）麵大約70%的麵積被水覆（fù）蓋，但幾乎所有的（de）地震探測器都設置在陸地上，地震學家很難監測那些波及海底（dǐ）並可能（néng）引發海嘯的地震。不過，海底光纖電纜有望填補（bǔ）這一（yī）空（kōng）白。這些電纜承載了全球互聯網和電信通信，而通過尋找光信號的微小（xiǎo）變化，科學家或可探測並定位地震。
該研究（jiū）負責人、伯克利實驗室客座教授Lindsey Ajo-Franklin說：“這是地震學前沿的一項研究，也是第一次有人使（shǐ）用離（lí）岸光纖電纜觀察這些類型的（de）海洋信號或成像斷層結（jié）構，有助於填補海洋這一全球地震學網絡的空白點（diǎn）。而這種研究海底地震的方法——分布式聲波傳感（DAS），使發現之前未被識別的蒙特利（lì）灣斷層成（chéng）為可能。”
水下電信基（jī）礎設施和海底光纖地震探測實驗（yàn）裝置 資料圖
一（yī）個意外的發現
地震主要（yào）是由大塊（kuài）陸地板（bǎn）塊運動（dòng）引起的，此外（wài），斷層有時會輸送富（fù）含礦物質的流體、石油、天然氣和熱（rè）水，從而為我們貢獻了礦（kuàng）物和能源資源。不（bú）幸的是（shì），科學家還不知道地球上所有（yǒu）的斷層都位於何處，尤其（qí）是當它們位於城市或海底時（shí），其運動可能會引發大（dà）地震和海嘯。
之前，就有研究人員將目光聚焦在這根小小的電（diàn）纜（lǎn）上。
這是一個意外發現。英國（guó）特丁頓國家物理實驗室計量學家（jiā）Giuseppe Marra主要負責歐洲實驗室原子（zǐ）鍾的連接。他依靠穩定的共振激光（guāng）環路，測試了從特丁頓到雷丁79公裏地下電纜的連（lián）接情況。結果發現，電纜（lǎn）附近的（de）震動，即使是路麵的交（jiāo）通噪聲，都可在不知不（bú）覺中彎曲線路。而這能夠（gòu）微弱地縮短或延長光的行程距離，從而使（shǐ）共振光束略微偏離相位。
當Marra從2016年10月回顧數據時，他看到的不隻是平均噪聲量。事實證明（míng），造成這一情況的原因是10月下旬意大利中部發生的5.9級和6.5級地震的局部影（yǐng）響（xiǎng）。Marra意識到這種噪聲可能暗示了（le）地震探測（cè）的新方（fāng）法。
這種方法可以“照亮”新的斷層結構，以及構造板塊碰撞或斷裂的區域。Marra表示，如果光信號強度能顯示地震的規模，它還可以幫助建立海嘯預警係統。
光纖電纜作為傳感器陣列
各種（zhǒng）技術的發展使科學家能夠從地球看（kàn）到深空，但我們（men）星球地下的細節仍然難以捉摸。鑽探（tàn）地殼是一種精確（què）但昂貴的探（tàn）索方法，有時還（hái）會造成環境破壞。幸運的是，科學家可利用地球物理方法從地球表麵探測地（dì）球內部。我們星（xīng）球的主要內部結構是通過記錄地震波在（zài）震源（斷層）和傳（chuán）感器之間的傳播時間來繪製的。
加州（zhōu）大學伯克利分校地球和行星（xīng）學教授Michael Manga表示：“我們對海底過程和海洋地殼結構存在巨大的（de）知識空白（bái），因為將地震儀等儀器置於海底是（shì）一項挑戰。這項研究顯示了利用現有的光纖（xiān）電纜作為傳感器陣列從而以（yǐ）新方式成像的前景。而且，研究組發現了以前沒有探測到的假設波。”
海底地震事件定位示意圖 資料圖
分布式聲傳感技術與光纖地震監測（cè）
據悉，分（fèn）布（bù）式聲傳（chuán）感（DAS）技術利用（yòng）一種光子（zǐ）裝置，能將激光短脈（mò）衝沿電纜發送（sòng），並檢測由拉（lā）伸引起的電（diàn）纜應變產生的（de）後向散射。研（yán）究（jiū）人員表示，這些係統對（duì）每米長度（dù）上從納米到數百皮米的變化都（dōu）非常敏感。這是10億分之（zhī）一的變化。
今年早些時候，他們報告了在美國城市薩克拉門托附近，用（yòng）22公裏長的電纜進行的為期6個月的陸地實驗結（jié）果。該電纜由美國能源部鋪設，是其1.3萬英裏的ESnet暗光纖實驗台的一部分。暗光纖指的是埋在（zài）地下，但未使用或租出去短期使用的（de）光纜（lǎn），與目前使用頻繁的“亮”互聯網形成（chéng）對（duì）比（bǐ）。與傳統的傳感器網絡相比，研究人員能（néng）借此監測地震活動和環境噪（zào）聲，並獲得（dé）分辨率更高、規模更大的地下圖像。
“光纖地震學的美妙之處在於（yú），你可以使用現有的通信電（diàn）纜，而不（bú）必安裝1萬個地震儀。”Lindsey說，“你（nǐ）隻（zhī）要走（zǒu）到現場，把儀器和光纖的一端連接（jiē）起來即可。”
而在水（shuǐ）下測試期間，他們能（néng）測量在（zài）加州吉爾羅伊（yī）附（fù）近45公裏內陸發生的3.4級地震的地震波的（de）廣泛頻率範圍，並繪製出聖格雷戈裏奧斷層係統的多個已知和（hé）以前（qián）未（wèi）繪製的海底斷裂帶。研究人員還能夠探測到（dào）穩（wěn）定狀態的海浪，即所謂（wèi）的海洋微震，以及風暴（bào）波，所有這（zhè）些都與浮標和陸地地震測量結果相匹配。
Lindsey說，“通過使（shǐ）用這些沿海（hǎi）光纜，我們基本上可（kě）以看到這些海浪映射到海底（dǐ）的（de）情況，以及這些海浪與地球結合產（chǎn）生地震波的方式。”相信在未來（lái），構成全球海底通信網絡的光纖（xiān）電纜，會越來越多地幫助科學家研究海底地震和隱藏在海洋（yáng）深處的地質結構。
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