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海底光纤监控地震活动和海浪

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-14 16:18

广泛的海底光纤通信电缆全球网络可用于测量近海地震并揭示海底的地质结构。这是美国研究人员的说法,他们通过使用加利福尼亚蒙特雷湾的一段电缆来探测小地震来证明这一概念。他们还能够绘制出以前未知的地质断层,并检测海浪产生的地震信号。 地球大约70%的表面被海洋覆盖,水下地震信号可以

  广泛的海底光纤通信电缆全球网络可用于测量近海地震并揭示海底的地质结构。这是美国研究人员的说法,他们通过使用加利福尼亚蒙特雷湾的一段电缆来探测小地震来证明这一概念。他们还能够绘制出以前未知的地质断层,并检测海浪产生的地震信号。

  地球大约70%的表面被海洋覆盖,水下地震信号可以提供有关近海地震灾害,水下火山,海洋运动和海洋生物的信息。但是,今天,我们测量这些信号的能力非常有限,并且主要依赖于海底昂贵且难以放置的监测站,这些监测站形成了一个非常零散的网络。

海底光纤监控地震活动和海浪
地震阵列:研究人员使用了海底电缆的前20公里(粉红色),该电缆从Moss Landing延伸到Monterey Accelerated Research System(MARS)。还显示了吉尔罗伊(Gilroy)的地震震中和以前未知的断层带(黄色圆圈)。
 

  “海底地震学非常需要。即使您只是在离海岸的前50公里处,任何进入海洋的仪器都会非常有用。” 加州大学伯克利分校的团队成员Nate Lindsay说。

  在他们的新研究中,Lindsay及其同事与蒙特利湾水族馆研究所的Craig Dawe合作,后者拥有一条51公里的水下光缆,该光缆于2009年被放置在海床上,以连接到海洋传感器网络的中心节点。在研究时,去年3月,该电缆处于离线状态以进行年度维护,从而为该团队的地震实验腾出了空间。

  分布式声音感应

  为了将电缆转换成地震测量工具,该团队使用了一种称为分布式声学传感的技术。这涉及通过电缆发送短脉冲激光。如果电缆被拉伸和变形(甚至很小),则光会反向散射到电缆上,并被检测器拾取。

  使用干涉测量技术,研究人员可以测量2 m电缆截面中的反向散射。通过这种方式,团队使用了电缆的前20公里,创建了10,000个独立运动传感器的序列,这些传感器可以以前所未有的分辨率和规模监视海洋中的地震活动和环境噪声。

  劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究团队成员乔纳森·阿霍-弗兰克林(Jonathan Ajo-Franklin)说:“这些系统对每米长度上的纳米变化至数百皮升很敏感。” 他补充说:“那是十亿分之一。”

  使用电缆,研究人员在蒙特利湾地区记录了四天的广泛地震活动,包括内陆45 km震中的3.4级地震。海洋和风暴波的测量结果与浮标和陆基地震仪的记录相匹配。该团队甚至能够使用地震散射来绘制局部San Gregorio断层图,并检测其中先前未知的断层。

  “地震学前沿”

  Ajo-Franklin说:“这确实是对地震学前沿的研究,这是任何人第一次使用海上光纤电缆来观察这类海洋信号或对断层结构成像。”

  伯克利地球物理学家迈克尔·曼加说:“这项研究显示了使用现有的光缆作为传感器阵列以新方式成像的前景。” “在这里,他们已经确定了以前从未发现过的假设假波。”

  亥姆霍兹中心波茨坦地球学家菲利普·乔塞特(Philippe Jousset)指出,这种方法也将对火山学家产生极大的兴趣。他解释说:“ 80%的火山活动发生在海洋中。” “由于交通不便,人们对火山结构的特征及其散发的东西知之甚少。”

  根据阿霍·弗兰克林(Ajo-Franklin)的说法,最终目标是利用数百万公里的光纤电缆在陆地和水下编织遍及世界各地,以形成全球地震跟踪网络。这将是一种低成本的方法,不仅可以将我们的地球物理监视能力扩展到海洋,而且可以扩展到陆地上那些与地震多发的加利福尼亚不同的地区,这些地区没有自己的昂贵的地震地面站。

  但是,团队必须首先证明他们的方法可以部署在使用中的电缆上,而不是像蒙特雷电缆那样黑暗地坐着。他们将必须证明激光脉冲可以通过电缆传播而不会干扰正常的数据传输。研究人员还对他们的蒙特利湾数据进行了进一步分析,并计划在加利福尼亚州索尔顿海以南的地热活跃地区对该方法进行另一项测试。

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