埋入式光纜中的每根細(xì)細(xì)的玻璃纖維都包含微小的內(nèi)部缺陷，這對(duì)尋找尋找從繁忙的市區(qū)到偏遠(yuǎn)冰川的地方收集地震數(shù)據(jù)的新方法的科學(xué)家來說是一件好事。

加州理工學(xué)院地震學(xué)家詹忠文在《地震研究快報(bào)》中描述了對(duì)該方法（稱為分布式聲學(xué)傳感）及其潛在應(yīng)用的興趣日益濃厚。他的論文是該雜志“新興主題”叢書的一部分，在該叢書中，SRL編輯邀請(qǐng)邀請(qǐng)作者探索正在影響地震學(xué)和地震科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。

DAS工作原理是利用一個(gè)長的光纖的微小的內(nèi)部缺陷如成千上萬的地震傳感器沿著幾十光纖的公里的電纜。一端的儀器沿電纜發(fā)送激光脈沖，并收集和測(cè)量每個(gè)脈沖在光纖內(nèi)部缺陷反射下的“回波”。

當(dāng)光纖受到溫度，應(yīng)變或振動(dòng)（例如地震波）引起的干擾時(shí)，散射回DAS儀器的激光的大小，頻率和相位都會(huì)發(fā)生變化。地震學(xué)家可以利用這些變化來確定可能使光纖微跳的地震波的類型，即使只有幾十納米。

詹說，在過去的五年中，DAS儀器的靈敏度已顯著提高，為它們的部署開辟了新的可能性。“靈敏度越來越好，以至幾年前，如果將光纖部分的波形與地震檢波器進(jìn)行比較，它們看起來非常相似。”

它們的性能使它們適合在各種環(huán)境中使用，尤其是在設(shè)置更敏感或更密集的地震網(wǎng)絡(luò)過于昂貴的地方。研究人員還可以利用電信公司和其他公司先前鋪設(shè)的大量未使用或“深色”光纖。詹說，將一根較大的電纜上的幾股線用于地震學(xué)家的目的。

詹說，石油和天然氣行業(yè)一直是新方法的最大推動(dòng)力之一，因?yàn)樗麄兪褂镁�下電纜來監(jiān)控深水油田以及水力壓裂和廢水注入期間的流體變化。

DAS研究人員認(rèn)為，該方法特別適合在南極洲或月球等惡劣環(huán)境中進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)。詹解釋說，有了常規(guī)的地震儀網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)家“需要保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中儀器的每個(gè)節(jié)點(diǎn)并為其供電”�！皩�(duì)于DAS，您要鋪設(shè)一根很長的光纖，這很堅(jiān)固，而且所有敏感的儀器都只在光纖的一端�！�

他補(bǔ)充說：“您可以想象在高輻射或高溫情況下的月球或其他行星上，電子設(shè)備可能無法在該環(huán)境中存活那么長時(shí)間�！� “但是纖維可以�！�

科學(xué)家已經(jīng)在使用DAS探測(cè)多年凍土和冰川中的融化和凍結(jié)周期，以更好地表征其冰流和在基巖上滑動(dòng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，這可以幫助研究人員更多地了解氣候變化驅(qū)動(dòng)的冰川融化如何促進(jìn)海平面上升。

目前，大多數(shù)DAS系統(tǒng)的航程為10至20公里。詹說，研究人員希望在不久的將來將其延伸到100公里，這對(duì)于包括海底俯沖帶在內(nèi)的海底環(huán)境的地震覆蓋可能是有用的。

DAS也非常適合地震后的快速響應(yīng)，特別是在深色纖維較多且地震學(xué)家已事先安排使用該纖維的地區(qū)。例如，在2019年南加州的里奇克萊斯特地震之后，詹和他的同事們迅速采取行動(dòng)，使用DAS監(jiān)測(cè)了該地區(qū)的余震序列。他說：“我們?cè)谌�天�?nèi)將大約50公里的電纜變成了6,000多個(gè)傳感器。”

詹說，如果地震學(xué)家在確定和要求使用光纖方面已經(jīng)做好了自己的工作，那么地震發(fā)生后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就可以部署DAS系統(tǒng)。

使用光纖的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是確切了解光纖在地下的位置。使用DAS方法，研究人員可以知道特定傳感器沿著光纖的距離，但是如果光纜是盤繞的，彎曲的或下垂的，則計(jì)算可能會(huì)出錯(cuò)。為了解決這個(gè)問題，地震學(xué)家有時(shí)會(huì)進(jìn)行“抽頭測(cè)試”，即使用GPS在電纜上方的地面上繪制大錘打擊，因?yàn)榇驌魰?huì)在光纖上回蕩，從而形成一種曲折的聲納圖像。

與傳統(tǒng)的地震傳感器相比，DAS傳感器還包含更多的“自噪聲”（可能會(huì)干擾地震識(shí)別的背景地震信號(hào)），“但是坦率地說，我們并不清楚原因。” 一些噪聲可能來自不穩(wěn)定的詢問激光脈沖，或者來自電纜本身。一些電纜在其隧道中散落，而另一些則具有多個(gè)光纖連接器，這可能會(huì)產(chǎn)生反射并丟失光信號(hào)。

詹總結(jié)道：“雖然DAS仍處于起步階段，但它已經(jīng)顯示出自己是一種有價(jià)值的新型地震監(jiān)聽工具的工作心臟，或者也許是耳鼓�！�