谷歌发布利用海缆网络监测地震的研究和应用成果 - 海洋地震研究成果

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今天，谷歌在其官网发布了成功利用海底光缆网络进行地震监测的研究和应用成果。谷歌最新研究应用成果表明，可更广泛地利用海底光缆网络进行地震监测。如果能利用全球已铺设的超过110万公里海底光缆，有可能形成一个庞大的、经济的全球海底地震和海啸监测网，为现有专用地震传感和监测网络提供补充信息来源，完善对全球地震和海啸的预警。

能否拓展海底光缆网络的功能，利用海底光缆进行地震监测和海洋活动监测，一直是业界研究的一个方向。近两年来，陆续有研究论文发布。

年初，海缆网（SubmarineNetworks.com）曾跟踪法国科学家在这方面的研究成果。2019年12月，法国科学家在Nature《自然通讯》发表了利用海底光缆做地震传感器的研究和实验成果。法国科学家们使用了部署在法国南部土伦（Toulon）海岸附近的一条41公里长的海底光缆进行实验，将这41公里的海底光缆设置成地震传感器，成功监测了距离该海底光缆100多公里的1.9级地震，而且海底光缆地震传感器的灵敏度接近沿海地震台。这些海底光缆变成的传感器使人们首次观察到海底振动是如何产生的，这些振动不断与地球相互作用，从而使地球物理学家能够探测地球结构。研究人员认为，可以用同样的方式利用海底光缆监测船只和鲸类海洋动物（如鲸鱼和海豚等）产生的水下噪声。（参阅海带网事公众号文章：海底光缆网络或将变成数十亿个海底地震传感器）

而谷歌最新发布的研究和应用成果表明，可更广泛地利用海底光缆网络进行地震监测。相比上述法国科学家的研究成果，谷歌的技术前进了一大步。

在谷歌之前，利用海底光缆做地震监测的实验都局限于约100公里近海范围内，而且需要专用设备。谷歌的研究和实验首次表明，谷歌已经开发出一种可以在成千上万公里海域内有效使用的技术，可利用现有的海底光纤来监测海底地震产生的干扰，该技术可利用世界上绝大多数现有海底光缆系统中的设备，具有广泛的适用性。

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目前，谷歌已在全球投资建设共计15条国际海底光缆系统，海缆全长约12万公里，约占全球海缆网络110万公里总长度的10%。

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根据谷歌消息，谷歌利用光脉冲信号在海底光纤传输产生的光学偏振态（state of polarization ，SOP）变化来监测地震。地震造成的海床运动对海底光缆中的光纤产生机械干扰和物理变形，光纤的变形使其中传输的光脉冲信号产生光学偏振态变化。通过监测和跟踪这些光学偏振态变化，可监测地震活动。

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早在2013年，谷歌研究人员便开始利用陆缆系统进行研究，分析在陆缆上监测到的偏振态变化。但是由于陆缆周围环境因素造成了太多干扰，无法监测地震信号，而暂停了该项研究。到2018年，受到《科学（Science）》发表的一篇论文启发，谷歌研究人员开始重新研究如何利用海底光缆进行地震监测。

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2019年10月份，谷歌研究人员得到一个灵感：利用频谱特征来监测地震 —— 对斯托克斯参数（Stokes parameters）进行频谱分析，试图找到地震对应的典型频率。斯托克斯参数是描述偏振光特性的重要参数之一。

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在2019年末，谷歌研究人员开始监控其遍布全球的部分海底光缆的光学偏振态（SOP）。在最初的现场试验中，谷歌研究人员连续几个星期观察光信号经过一条长约10500公里的海底光缆系统传输后，光学偏振态（SOP）非常稳定。说明这段时间海床处于一种安静状态，即没有地震活动。

2020年1月28日，谷歌研究人员监测到在牙买加附近发生的7.7级地震，震源距离用来监测的海底光缆最近点也有约1500公里！

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在牙买加地震后的几个月中，谷歌研究人员还监测到多次中等强度地震，有些距离更近点，有些距离甚至更远。

2020年3月22日，谷歌研究人员监测到东太平洋海隆发生的6.1级地震，震源距离监测用海缆约2000公里。

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3月28日，谷歌研究人员监测到在智利港口城市瓦尔帕莱索海岸附近发生的4.5级地震，此次震源距离监测用海缆仅30公里。根据海缆网（SubmarineNetworks.com）信息，谷歌独资建设了一条从美国洛杉矶到智利瓦尔帕莱索的居里（Curie）海底光缆系统，全长约10500公里，在智利瓦尔帕莱索登陆。居里（Curie）海底光缆系统是谷歌独资建设的第一条私营国际海底光缆系统，没有任何传统电信运营商参与该海缆系统投资和建设。居里（Curie）海底光缆系统于2019年11月投产。根据谷歌披露的信息，可以判断谷歌正是利用了居里（Curie）海底光缆系统监测到此次地震。

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另外，谷歌和加州理工学院（ California Institute of Technology）进行了联合研究。该研究表明谷歌的技术不仅可以监测到地质构造板块引起的地震，而且还可以监测海洋本身的压力变化，这可以用来预测海啸。

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如今，大多数海啸监测设备要么在岸上，要么散布在海洋中。前者不能给沿海社区足够的时间撤离，后者则受到行波速度的限制 —— 深海波最高时速800公里，预警信号传到监测设备需要很长时间。相反地，当穿过地震震中附近铺设在海底海床上的海缆监测到海啸预警信号后，将以光速在几毫秒内将预警信号传达给监测中心。

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这样，谷歌的研究成果具有重大应用价值。

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尽管谷歌的研究应用仅仅在初期阶段，但如果能将全球已铺设的超过110万海底光缆利用起来，有可能形成一个庞大的、经济的全球海底地震和海啸监测网，为现有专用地震传感和监测网络提供补充信息来源，完善对全球地震和海啸的预警。

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