近日，國外《科學》雜誌（zhì）發文報道了一個（gè）利用海底光纖電纜和分布式聲傳感（DAS）技術，來監測海底地震的（de）項目。在該項（xiàng）目中，研究（jiū）人員使用分布式（shì）聲傳感技術，通（tōng）過幹涉測量法，可測量（liàng）每2米的反向（xiàng）散射，有效將20公裏長（zhǎng）的電纜變成（chéng）10000個（gè）單獨（dú）的移動傳感器（qì）。
地（dì）震（zhèn）學家很難監測那些波及（jí）海底並可能引發（fā）海嘯的地震 資料圖
概況
該項（xiàng）目實驗（yàn）由（yóu）美（měi）國加州大學伯克利分校勞倫斯·伯克利國家實驗室、蒙（méng）特利灣水族館研究所和萊斯大學等機構的聯合研究團隊完成。項目將美國蒙特利灣20公裏海（hǎi）底光纜，改造（zào）成相當於10000個海（hǎi）底地震（zhèn）台。在為期4天的實驗中，他們記錄了一次3.5級地震和水下斷裂帶的地（dì）震散射。
地球表麵大約70%的麵積被（bèi）水覆蓋，但幾乎所有的地震探測器都設置在（zài）陸（lù）地上，地震學家很難監測那些波及海（hǎi）底並可能引發海嘯的地震。不過，海（hǎi）底光纖電纜有望（wàng）填補這一空白。這些電纜承載了（le）全球互聯網（wǎng）和電信通信，而通過尋找光信號的微（wēi）小變化，科學家或可探測並定位地震。
該研究負（fù）責（zé）人、伯克利實驗室客座（zuò）教授Lindsey Ajo-Franklin說：“這是地震學前沿的一項研究，也是第一次（cì）有（yǒu）人使用離岸光纖電纜觀察這些類型的海洋信（xìn）號或成像斷層結構，有助於填（tián）補海洋這一全球地震學網絡（luò）的空（kōng）白點。而這種研究海底地震的方法——分布式聲波傳感（DAS），使發現（xiàn）之前未（wèi）被識（shí）別的蒙特利（lì）灣斷層成為可能。”
水下電信基礎設施和海（hǎi）底光纖地震探測實驗（yàn）裝置（zhì） 資料圖
一個意外的發現
地震主要是由大塊陸地（dì）板（bǎn）塊運動引（yǐn）起的，此外，斷層（céng）有時會輸送富含礦物質的流體、石油、天（tiān）然氣和熱水，從而為我們（men）貢獻了礦物（wù）和能源資源。不幸的是，科學家還不知道地球上所有的斷層都（dōu）位於何（hé）處，尤其是當它們位於城市或海底（dǐ）時，其運動可能會引發大地震和海嘯。
之前，就有研究人員將目光聚焦在這根小小的電纜上。
這是一個（gè）意外發現。英國特丁頓國家物理（lǐ）實驗室計量學家Giuseppe Marra主要負責歐洲（zhōu）實驗室原子鍾的連接。他依靠（kào）穩定的共振激光環路，測試了從特丁頓到雷丁79公裏地下電纜的連接情況。結果發（fā）現，電纜附（fù）近的震動，即（jí）使是（shì）路麵的（de）交通（tōng）噪聲，都可在不（bú）知不覺中彎曲線路。而這（zhè）能夠微弱地縮（suō）短或延長（zhǎng）光的行（háng）程距離，從而使共振（zhèn）光束略微偏離相位。
當Marra從2016年10月（yuè）回顧數據時，他看到的不隻是平均噪聲量。事實證明，造成這一情況的原因是10月下旬（xún）意大利（lì）中部發生（shēng）的5.9級和6.5級地震（zhèn）的局部影響。Marra意識到這種噪（zào）聲可能暗示了地震探測的新方法。
這種方法可（kě）以“照亮（liàng）”新的斷層結構，以及構造板塊碰（pèng）撞或（huò）斷裂的區域。Marra表示，如果光信號強度能顯示（shì）地震（zhèn）的規模，它還可以幫助建立海嘯預警係（xì）統。
光纖電纜作為傳感器陣列
各種技術的發展使科學家能夠從地球（qiú）看到（dào）深空，但我們星球地下的細（xì）節仍然難以捉摸。鑽探地殼是一種精確但昂貴的探索方法（fǎ），有（yǒu）時還會造成環境破壞。幸運的（de）是，科學家可利用地球物（wù）理方法從地球表麵探測地球內部。我們星球的主要內部結構是通過記錄地震波在震源（斷層）和傳感器之間（jiān）的傳播時間來繪製的。
加州（zhōu）大學（xué）伯克利分校地球和行星學教授Michael Manga表（biǎo）示：“我們對海底過程和（hé）海洋地殼（ké）結構存在巨大的知識空白，因為將地震儀等儀器（qì）置於海底是一（yī）項挑戰。這項研究顯示（shì）了利用現有的光纖電纜作為傳（chuán）感器陣列從而（ér）以新方式成像的前景。而且，研（yán）究組發現了以前沒有探（tàn）測到（dào）的假設波。”
海底地震事件定位示意圖 資料圖
分（fèn）布式聲傳感技術與光纖地震監測
據悉，分（fèn）布式聲傳感（DAS）技術利用一種光子裝置，能將激光短脈衝沿電纜發送，並檢測由拉伸引起的電纜應變產生的後向散射。研究人員表示，這些係統對每米長度（dù）上從納米到數百皮米的變化都非常敏感。這是10億分之（zhī）一的變化。
今年早些（xiē）時候（hòu），他們報告了（le）在美國城市薩克拉門托附近，用22公裏長的（de）電纜進行的為期6個月的（de）陸地（dì）實驗（yàn）結果。該電纜由美國能源部鋪設，是其1.3萬英裏（lǐ）的ESnet暗光纖實（shí）驗台的一（yī）部分。暗光纖指的是埋（mái）在地下，但未使用或租出去短期使用的光纜，與目（mù）前使用頻繁的“亮”互聯網形成對比。與傳統（tǒng）的傳感器（qì）網絡相比，研究人員能（néng）借此監測地震活動和環境噪聲，並（bìng）獲得（dé）分辨率更高、規模更大的（de）地下圖像。
“光纖地震學的美妙之處（chù）在於，你可以使用現有的（de）通信（xìn）電（diàn）纜，而不必安裝1萬個地震儀。”Lindsey說，“你隻要（yào）走到現場，把儀器和光纖的一端連接起來即（jí）可。”
而在水下測試期間，他們能（néng）測量在加州吉爾羅伊附近45公裏內陸發生的3.4級地（dì）震的地震波的廣泛頻率（lǜ）範圍，並繪製（zhì）出聖格雷戈裏奧斷層係統的（de）多個（gè）已知和以前未繪製的海底斷裂帶。研究人員還（hái）能夠探測到（dào）穩定狀態的海浪，即所謂的海洋微震，以及風暴波，所有這些都與浮標和陸（lù）地地震（zhèn）測量結果相匹配（pèi）。
Lindsey說，“通過使用（yòng）這（zhè）些沿海光纜，我們基本上可以看到這些海浪映射到海底的情況，以及這些海浪與地球結合產生地震波的方（fāng）式。”相信在未來，構成（chéng）全球海底通信網絡的光（guāng）纖電纜，會越來越（yuè）多地幫助科學家研究海底地震和隱藏在海（hǎi）洋深處的地質結構。
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