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在云南省宾川县,中国科技大学的研讨者运用中国移动铺设的一条通讯光缆,记载到了多种轰动信号,这些信号来自城市交通、地震背景噪声、人工震源等。在近期发表于《科学通报》的文章中,王宝善教授等介绍了这项研讨工作,并探讨了运用城市通讯光缆进行地震观测研讨的远景。
地震监测、地下结构勘探的惯例办法是在地表密布布设地震观测仪器。然而在城市区域,建筑物密布、人类活动频频,这样的安置十分困难。
是否有其他的地震观测办法呢?有的,比方根据光纤的散布式声波传感(distributed acoustic sensing,DAS)技能,它沉痛丈量光纤中后向散射光的相位改变,然后记载地震波场。而城市中遍及的通讯光缆,为在城市区域展开低成本地震观测和结构勘探供给了或许。
为了验证这一想象的可行性,中国科技大学王宝善研讨团队运用中国移动宾川县分公司供给的铺设于宾川县城金牛路和太和路旁边的一条通讯光缆中的一根备用光纤展开试验。这条光缆全长约5.2千米,穿过预埋于地下(~30厘米)的穿线管,并每隔一段间隔(~200米)裁决一个检修口。
(a) 通讯光缆散布(赤色和蓝色粗线),黄色数字表明道号。插图显现了震源(赤色五角星)和光缆(DAS array)的相对方位。白色三角形为短周期地震仪。(b) 通讯光缆布设示意图。光缆(赤色)松散地穿过穿线管(灰色),穿线管埋于土中,在检修口处穿线管由混凝土浇筑。
(ⅰ) 交通讯号。在随机选取的记载中,沉痛清楚识别出以~42和38 km/h移动的两组信号,这或许对应着太和路上北向移动的车辆。移动源还激发了速度~300 m/s的地震波(相似行船激起的波涛,下图绿色和蓝色虚线)。这表明了运用通讯光缆进行交通监测的或许性。
2018年12月30日下午15时12分通讯光缆(道号100~550,首要坐落太和路)观测到两组强振荡信号(赤色虚线表明),别离对应了以约42和38 km/h速度向北移动的信号(赤色箭头所示)。一起移动源也激发了以~300 m/s(绿色及蓝色虚线)向两边传达的信号,信号的传达速度与地表的面波速度挨近。
(ⅱ) 地震背景噪声。经过光纤记载的背景噪声互相关函数,沉痛反演得到地下200米的横波速度。成果显现,宾川盆地近地表横波速度在280~430 m/s,归于典型的堆积盆地横波速度。
(ⅲ) 人工震源信号。在间隔光纤约8千米处,研讨者运用震源制作人工轰动,然后查验了光纤对小地震的记载才能。震源重复性高,因而能将波形记载进行叠加剖析。如下图所示,在叠加记载中可以正常的看到明晰的S波信号,在某些通道上光纤观测信号与共点的短周期地震仪记载具有极高的相似性。
赤色和黑色曲线别离为DAS和短周期地震仪记载的震源信号(2~8 Hz)。拾取的届时与由区域速度结构模型核算的上地壳折射Pg(赤色竖线)和Sg(蓝色竖线)的届时符合
与传统地震仪比较,通讯光缆记载的信噪依然偏低,可是单散布式光纤观测具有密度高、稳定性很高、使用灵敏等长处,沉痛为杂乱(如城市、矿区)和极点条件(如海底、深井)下的地震观测,以及地下水位和城市交通监控供给新的挑选。跟着高速互联网和城市化的继续不断的开展,通讯光缆的掩盖规模和密度都将大幅度提高,这为DAS技能供给了更宽广的使用空间。