美科学家利用暗光纤DAS技术测绘海底断层

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2019年11月29日，发表在Science上的一篇文章称，来自美国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室、蒙特利湾水族馆研究所（MBARI）和莱斯大学（Rice University）的研究人员将20 km的海底光缆“变成”了海底的10 000个地震台站。在蒙特利湾进行的为期4天的实验中，他们记录下了3.5级地震和水下断裂带的地震传播。

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这种技术被称作分布式声学传感（DAS），其采用了一种光子学设备，该设备将短脉冲激光沿电缆发送出去，并检测由拉伸引起的电缆应变所产生的反向散射。借助干涉测量技术，可以每2 m（6英尺）测量一次反向散射，从而有效地将一条20km的电缆变成10 000个单独的运动传感器。该系统对每米长度范围内从纳米到数百皮米的变化非常敏感，敏感度相当于十亿分之一。

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该项技术以前曾在陆地上用光缆进行过测试，可以提供急需的海底地震数据。目前，海底地震台站数量很少，而地球表面的70％没有地震检测器。该项研究的首要完成人、加州大学伯克利分校的研究生Nate Lindsey表示，海底地震学需求巨大，即使只是在距离海岸50 km的范围内，任何进入海洋的仪器都将会非常有用。

在水下暗光纤（铺设在地下、未使用或出租以供短期使用的光缆）测试期间，研究人员测量到了来自加州内陆45 km处吉尔罗伊（Gilroy）所发生3.4级地震的大范围地震波频率，并绘制出多个已知且先前未测绘的海底断层带——属于圣格雷戈里奥（San Gregorio）断层系统的一部分。同时，研究人员还证明，可检测稳态海浪（所谓的海洋微地震）以及风暴波，所有这些都与浮标和陆地地震测量结果相匹配。

光纤地震学的优点在于，其可以使用现有的通讯电缆而不必安装10 000台地震仪。人们只需走到现场，然后将仪器连接到光纤末端即可。莱斯大学的地球物理学教授Ajo-Franklin表示，这真的是关于地震学前沿的研究，全球地震网络的空白之一在海洋，这是第一次有人使用海上光缆来查看这些类型的海洋信号或对断层结构进行成像。

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为了利用全球的光纤，研究者需要证明，他们可以将激光脉冲传输到一个通道上，而不干扰光纤中的其他通道（传输独立数据包）。现在，他们正在用发光光纤进行实验，同时，还计划在布劳利地震带（Brawley Seismic Zone）南加利福尼亚索尔顿海以南的一个地热区用光纤监测地震活动。

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转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2020年第01期，赵纪东 编译。

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