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我國學(xué)者成功研發(fā)地震快速響應(yīng)系統(tǒng) 通訊光纖力顯神通
2021年07月15日 15:35:38
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：8067
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院李澤峰特任研究員和加州理工學(xué)院詹中文教授課題組合作，利用分布式光纖陣列(簡稱DAS)與其他傳統(tǒng)的地震監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，極大地提高大地震后快速響應(yīng)系統(tǒng)的能力。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】2008年汶川地震的巨大人、財(cái)損失讓地震預(yù)測、震后響應(yīng)重回大眾視野。2021年7月15日，汶川再次發(fā)生4.8級(jí)地震，成都等多個(gè)城市震感強(qiáng)烈。然而相比十三年前，地震預(yù)測和震后防范手段已然不同。其中，光纖技術(shù)是預(yù)測、快速響應(yīng)地震的有力“神器”。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院李澤峰特任研究員和加州理工學(xué)院詹中文教授課題組合作，利用分布式光纖陣列(簡稱DAS)與其他傳統(tǒng)的地震監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，極大地提高大地震后快速響應(yīng)系統(tǒng)的能力。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《AGU進(jìn)展》上。
光纖不僅具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，還能探測周邊發(fā)生的事件，包括地震最初期的底層聲音。其長距離遙測、耐惡劣環(huán)境、靈敏度高、易于聯(lián)網(wǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)被看作地震檢測的有力手段。光纖地震監(jiān)測系統(tǒng)是利用光纖內(nèi)固有的雜質(zhì)來充當(dāng)虛擬傳感器，安裝在光纖一端的“應(yīng)答器”，向光纖內(nèi)部發(fā)射激光脈沖，同時(shí)監(jiān)測反射回來的光線——反向散射。當(dāng)?shù)卣鹨鸬孛孢\(yùn)動(dòng)時(shí)，光纖會(huì)產(chǎn)生伸長和縮短，于是反向散射的時(shí)間會(huì)發(fā)生變化。
李澤峰及其他研究人員利用分布式光纖(DAS)對(duì)2019年7月6日發(fā)生在加利福尼亞州的7.1級(jí)Ridgecrest地震的余震序列進(jìn)行了監(jiān)測。在地震發(fā)生后的幾天里，利用震源區(qū)域周圍的多條預(yù)先存在的通訊光纖電纜，迅速部署了四個(gè)DAS陣列，將總共55公里的普通城市通訊電纜轉(zhuǎn)換成一個(gè)擁有6000多個(gè)地震傳感器的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
科研人員將地震學(xué)中模板匹配方法應(yīng)用于光纖數(shù)據(jù)，以恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)目錄中缺失的微小地震。從增強(qiáng)的目錄中，可以觀察眾多余震活動(dòng)的規(guī)律，DAS在這些斷層上恢復(fù)了更多事件，表明這些異?；钴S的小斷層可能在總體余震群中占很高比例。
作為利用城市光纖進(jìn)行地震快速響應(yīng)的標(biāo)志案例，其建立的Ridgecrest DAS陣列，憑借在響應(yīng)速度、傳感器密度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢(shì)，極大地提高快速響應(yīng)系統(tǒng)的能力，為后續(xù)大震后救災(zāi)提供重要的技術(shù)支持。
大地震會(huì)伴隨大量余震，往往會(huì)對(duì)建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施造成二次危害，阻礙開展震后救災(zāi)工作。研究表明，一個(gè)大于6級(jí)的地震發(fā)生后，存在約5%概率會(huì)跟隨一個(gè)更大的地震，從而加重災(zāi)害程度。因此，對(duì)余震序列的密切監(jiān)測對(duì)于跟蹤后續(xù)地震災(zāi)害、提高對(duì)余震規(guī)律認(rèn)識(shí)至關(guān)重要。
雖然全球地震臺(tái)網(wǎng)在大地震監(jiān)測中取得了很大的成功，但它的空間覆蓋不足以提供高分辨率的余震監(jiān)測，而現(xiàn)有傳統(tǒng)地震儀在觀測密度、響應(yīng)速度、實(shí)時(shí)傳輸無法兼顧，在震后快速響應(yīng)上具有較大的局限。如何在震后快速布設(shè)密集的地震觀測網(wǎng)，是震后監(jiān)測和救災(zāi)的核心難題之一。
李澤峰的這一研究恰好解決震后的核心難題，在預(yù)防和減輕地震損失，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全上，又邁出了一大步。
(資料來源：科技日?qǐng)?bào))
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