觀測地震如何“從點到線”

2022年11月02日20:00

參考消息網11月2日報導 日本《每日新聞》10月20日刊登題為《地震觀測“從點到線”,精確度提高》的報導。全文摘編如下:

世界上的陸地和海底已經遍佈光纖。人們正嚐試利用光纖來觀測地震和火山活動,而不是簡單地將它們用作通信網絡。關鍵詞是“從點到線”。這是一種什麼樣的技術呢?

東京大學地震研究所(海底地震學)教授篠原雅尚強調道:“光纖最大的優勢是,可以使用現有設備在任何地方進行觀測。相信可以進行比以往更精確的觀測。”

這被稱為“分佈式聲學傳感 (DAS)”觀測手段。其工作原理如下。

從連接到光纖一端的測量儀器發射激光,測量儀器會檢測到因光纖中的少量雜質而散射返回的光。當光纖因地震而變形、膨脹或收縮時,光的返回方式會發生變化,因此可以檢測到地震波。換句話說,光纖本身就成了傳感器。

據篠原介紹,DAS觀測手段最初用於工業目的,例如用於監測是否有外部人員進入的安全系統和石油管道監控系統。之後,其精度有所提高,2015年前後開始應用於地震、火山觀測領域。

傳統的地震和火山觀測系統,例如海底地震和海嘯觀測系統,通過光纖通信網絡連接每隔數十公里安裝的地震儀來傳輸數據,是以“點”的形式進行觀測。而通過將通信網絡用作傳感器,測量間距可以縮短至數米。實際上是以“線”的形式進行觀測。

由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,比較了現有地震儀收集的數據和利用光纖收集的DAS觀測數據。

結果顯示,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2300公裡外的6級地震。

可以進行DAS觀測的不僅是地震和火山專用觀測網。將常規通信網絡直接用作傳感器的可能性也將上升。

日本東北大學教授西村太誌等人組成研究團隊,利用沿著日本活火山吾妻山(位於福島縣和山形縣交界處)附近道路鋪設的普通光纖,對火山和地震進行了DAS觀測。先到的縱波(P波)和隨後而來的橫波(S波)被清晰地捕捉到。DAS觀測手段比現有的地震儀更準確地鎖定了震源。

DAS觀測手段尤其值得期待的是,可在據預測在較近的未來會發生大地震的地區強化觀測網。

在日本海溝和千島海溝沿線設有觀測網S-net,它用海底電纜連接了150處地點的觀測裝置。在位於南海海溝地震區的紀伊半島和四國海岸設有DONET。 如果將它們做成“線”式觀測網,則可能進行更準確的實時觀測,並可用於發佈緊急地震預警。

現有觀測網將地震儀與水壓計等組合起來,觀測多種數據。目前,DAS觀測手段僅限用於檢測地震波,但觀測海嘯和地殼運動等的研究也在取得進展。

不過,也存在問題。在光纖內,散射的光最多隻能返回約100公里。而且,要使用常規通信網絡,有必要獲得通信公司、國家、地方政府等的許可。還有一個問題是,如何在進行DAS觀測的同時兼顧常規通信。

傳統地震儀檢測地面運動和速度,而DAS手段觀測的是地面形變。因此,有必要開發新的解析方法。

篠原認為,通過將測量儀器放入耐壓容器並沉入海底,可以進一步擴大觀測網規模。至於兼顧常規通信的問題,可以通過按光的波長分配用途或使用備用光纖來解決。計劃是,在比5到10年更短的時間內將該技術投入實際應用。

地震預知聯絡會會長、名古屋大學教授山岡耕春不無期待地表示:“其主要優點是,不需要電子回路,不受高溫或雷電等的影響,且可以獲取空間上的連續數據。這項技術最近非常受關注,希望這一前所未有的研究成果能在世界範圍內得到有效利用。”

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