近日，國（guó）外（wài）《科學》雜誌發文報道了一個利用海底光纖電纜和分布式聲傳（chuán）感（DAS）技術，來（lái）監（jiān）測海底（dǐ）地震的項（xiàng）目。在該項目中，研究（jiū）人員使用分布式聲傳感技術，通過幹涉測（cè）量法，可測量每2米的反向（xiàng）散射，有效將20公裏長的電纜變成10000個單獨的（de）移動傳感器。
地（dì）震學家很難監測那些波及海底並可能引發海嘯（xiào）的地震 資（zī）料圖
概況
該項目實驗由美國加州大學（xué）伯克利分校勞（láo）倫斯·伯克（kè）利國（guó）家實驗室、蒙特利灣水族館研究所和萊斯大學等機構的聯合研究團（tuán）隊完成。項目將美國蒙（méng）特利灣（wān）20公裏海底光纜，改造成相當於10000個海（hǎi）底地震台。在為期4天的實驗中，他們記錄了一次3.5級地（dì）震和水下斷裂帶的地震散射。
地球表麵大約70%的麵（miàn）積被水覆蓋，但幾乎所有的地震（zhèn）探測器都設（shè）置在陸地上，地震學家很難監（jiān）測那些波及海底並可能引發海嘯的地震（zhèn）。不過，海底光纖電纜有望（wàng）填補這一空白。這些電纜承載（zǎi）了全球互聯網和電信通（tōng）信，而通過尋（xún）找光（guāng）信號的微小變化，科學家或可探（tàn）測並定位地震。
該（gāi）研究負（fù）責人、伯克（kè）利實驗室客座教授Lindsey Ajo-Franklin說：“這是地（dì）震學前沿的一項（xiàng）研究，也是第一次有（yǒu）人使用離岸（àn）光纖電纜觀察這些類型的海洋信（xìn）號或（huò）成像斷層結構，有助於填補海洋這一全球地震學網絡的（de）空白點。而這種研究海底地震的方法——分布式聲波傳感（DAS），使發現之前未被（bèi）識別（bié）的蒙特利灣斷層成為可能（néng）。”
水下電（diàn）信基礎設施（shī）和海底光纖地震探測實驗裝置 資料圖
一個意外（wài）的發現
地震主要是（shì）由大塊陸地板塊運（yùn）動引（yǐn）起的，此外，斷層有時會（huì）輸送（sòng）富含礦物質的（de）流體、石油、天然氣和熱水，從而（ér）為我們貢獻（xiàn）了礦物和能源資源。不幸的是，科學家還不知道地（dì）球上所有的斷層都位於何處，尤其是當它們位於（yú）城（chéng）市或海底時，其運動可能（néng）會引發大地（dì）震和海嘯。
之前，就有研究人員將目光聚焦在（zài）這根（gēn）小小的（de）電纜上。
這是一個意外發現。英國特丁頓國家物理實（shí）驗室計量學家Giuseppe Marra主要負責歐（ōu）洲實驗室原子鍾的連接。他依靠穩定的共振激光環路，測試了從特丁（dīng）頓到雷丁79公裏地下電纜的連接情況。結果發現，電纜附近（jìn）的（de）震動，即使（shǐ）是路麵的交通噪聲，都可在（zài）不（bú）知不覺（jiào）中（zhōng）彎曲線路。而這能夠微弱地縮短或延長光的行程距離，從而使共振光（guāng）束（shù）略微偏離（lí）相位。
當（dāng）Marra從2016年10月回顧數據（jù）時，他看到的（de）不隻是（shì）平均噪聲量。事實（shí）證明，造成這（zhè）一情況的原因是10月下旬意大利中部發生的5.9級和6.5級（jí）地震的局部影響。Marra意識到這種噪聲（shēng）可能暗示了地震探測的新方法。
這種方（fāng）法可以“照亮”新的斷層結構，以及構造（zào）板塊（kuài）碰撞或斷裂的區域。Marra表示，如果光信號強度能顯示（shì）地震的規模，它還可以幫助建立海嘯預警係統。
光纖電纜作為傳感器（qì）陣列
各種技術的發展使科（kē）學家能夠從地球看（kàn）到深空，但我們星球地下的細節仍然難以捉摸。鑽探地殼是一種精（jīng）確但昂（áng）貴的探索方法，有時還會造成環境破壞。幸運的是，科（kē）學（xué）家可利（lì）用地球物理方法從（cóng）地（dì）球表麵探測地球內部。我們（men）星球的主要內部結（jié）構是通過記錄地震波在震（zhèn）源（斷層）和傳感器之（zhī）間的傳播時間來繪製的（de）。
加州（zhōu）大學伯克利（lì）分校地球和行星學教授Michael Manga表示：“我們對海底過程和海洋地殼結構存在巨大的知（zhī）識空白，因為將地震儀等儀器置於海底是（shì）一項挑戰。這項研究顯示了利用現有的光（guāng）纖電纜作為傳感（gǎn）器陣列從而以新方式成像的前景。而且，研究（jiū）組發現了以前沒有探測到（dào）的假設波。”
海底地震事（shì）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，分布式（shì）聲（shēng）傳感（DAS）技術（shù）利用一種光子（zǐ）裝置，能將激光短脈衝（chōng）沿電（diàn）纜發送（sòng），並檢測由拉伸引起的電纜應變產生的後（hòu）向（xiàng）散射。研究人員表示，這些係統（tǒng）對每米長度上從納米到數百皮米的變化都非常敏感。這是10億分之一的變化。
今（jīn）年早些時候，他們報告了在美國城市薩（sà）克（kè）拉門托附近，用22公裏（lǐ）長（zhǎng）的（de）電纜進行的為期6個月的陸地（dì）實驗結果。該電纜由美（měi）國能源（yuán）部（bù）鋪設，是其（qí）1.3萬（wàn）英裏的ESnet暗（àn）光纖（xiān）實驗台的一部分（fèn）。暗光纖指（zhǐ）的是埋在地（dì）下（xià），但未（wèi）使（shǐ）用或（huò）租（zū）出去（qù）短期（qī）使用的光纜，與目前使用頻繁的“亮”互聯網形成對比。與傳統的傳感器網絡相比，研究人（rén）員能借此監測地震活動和環境噪聲，並獲得分（fèn）辨率更高、規模更大的地下（xià）圖像。
“光纖地震學的美妙之處在於，你可以使用現有的通（tōng）信電纜，而不必安裝1萬個地震儀。”Lindsey說，“你隻要走到現場，把儀器和光纖的一端連接起來即可。”
而（ér）在水下測試期間，他們能（néng）測量在加州（zhōu）吉爾羅伊附近45公裏內陸發生（shēng）的3.4級地震的地震波（bō）的廣（guǎng）泛頻率範圍，並繪（huì）製出聖格雷戈裏奧斷層係統的（de）多個（gè）已知和以前（qián）未（wèi）繪製的（de）海底斷裂帶。研究人（rén）員還能夠探測到穩定狀（zhuàng）態的海浪，即所（suǒ）謂的海洋微震，以（yǐ）及風暴波，所有這些都（dōu）與浮標和陸地地震測量結果相（xiàng）匹配。
Lindsey說，“通過使用（yòng）這些沿海光纜，我們基本上可以看到這些海浪映射到海（hǎi）底的情況，以及這些海浪與地球結合產生地震波的方式。”相信在未來，構成全球海底通信網絡的光纖電纜（lǎn），會越來越多地幫助科學家研（yán）究海底地震（zhèn）和（hé）隱藏在海洋深處的地質結構。
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