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来自研究机构

通往海上风力发电场的海底电缆变成了一个地震网络

新技术可能为海底地震监测打开大门

日期:
2019年12月18日
来源:
加州理工学院
简介:
北海的一个光纤网络被用来记录地震活动。
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完整的故事

由加州理工学院领导的一个国际地球科学家小组,利用铺设在北海海底的光纤通信电缆作为一个巨大的地震网络,追踪地震和海浪。

在某种程度上,这个项目是对概念的验证。海洋覆盖了地球表面的三分之二,但在海底放置永久性地震仪的成本高得令人望而却步。加州理工学院研究生伊桑·威廉姆斯(19届硕士)说,光纤网络能够探测并记录2018年8月斐济附近发生的8.2级地震,这一事实证明了该技术填补全球地震网络中一些巨大盲点的能力。威廉姆斯是该项目研究的主要作者,该研究发表于自然通讯12月18日。

“光纤通信电缆在海底变得越来越普遍。威廉姆斯说:“我们不需要放置一个全新的设备,我们可以利用这些纤维,立即开始观察地震活动。”

该项目依赖于一种名为分布式声学传感(DAS)的技术。DAS是为能源勘探而开发的,但已被重新用于地震学。DAS传感器通过光纤电缆发射一束光。电缆上的微小缺陷反射了极少量的光,使得这些缺陷充当了“航路点”。当地震波撞击光缆时,路径点的位置会发生微小的移动,从而改变反射光波的传播时间,从而使科学家能够跟踪地震波的传播过程。这项研究中使用的DAS仪器是由西班牙阿尔卡尔大学的一个团队建造和操作的,该团队由该研究的合著者米格尔·冈萨雷斯-赫拉兹领导。

最近,加州理工学院的詹仲文(2008届硕士,2013届博士)开始在地震学中部署DAS。例如,他和他的同事们利用沿着该州395高速公路延伸的光纤追踪了加州里奇克莱斯特地震序列的余震,并利用帕萨迪纳市的光纤网络建立了一个全市范围的地震探测网络。

“海底DAS是地球物理学的一个新前沿,它可能会带来数量级的海底地震数据,并对地球深处的内部和主要断层有新的认识,”地球物理学助理教授、该研究的合著者詹说。

在北海项目中,威廉姆斯、詹和他们的同事们使用了一段40000米长的光纤电缆,将北海风力发电场与海岸连接起来。电缆上有数百万个微小的缺陷,所以他们平均了每10米长的缺陷,创造了一个超过4000个虚拟传感器的阵列。

威廉姆斯说:“只要按一下开关,我们就有了一个由4000个传感器组成的阵列,而放置这些传感器需要花费数百万美元。”

由于网络的高灵敏度,北海阵列能够跟踪微小的、与地震无关的地震噪声(或“微地震”),并发现证据支持一个长期存在的理论,即微地震是由海浪引起的。

1950年,数学家和海洋学家迈克尔·塞尔温·朗格-希金斯(Michael Selwyn Longuet-Higgins)提出理论,认为海浪之间复杂的相互作用可能会在海底施加足够的滚动压力,从而产生所谓的肖尔特波(Scholte wave)——一种发生在液体和固体界面上的地震波。通过跟踪海浪和相应的微地震,北海阵列揭示了微地震可能是海浪相互作用的结果。

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故事来源:

材料所提供的加州理工学院。罗伯特·帕金斯(Robert Perkins)原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. Ethan F. Williams, María R. Fernández-Ruiz, Regina Magalhaes, Roel Vanthillo, Zhan Zhongwen, Miguel González-Herráez, Hugo F. Martins。海底暗纤维微震和远震分布传感自然通讯, 2019;10 (1) doi:10.1038 / s41467 - 019 - 13262 - 7

引用此页

加州理工学院。“通往海上风电场的海底电缆变成了一个地震网络:新技术可能为海底地震监测打开大门。”《科学日报》。《科学日报》,2019年12月18日。< www.koonmotors.com/releases/2019/12/191218090220.htm >。
加州理工学院。(2019年12月18日)通往海上风电场的海底电缆被改造成一个地震网络:新技术可能为海底地震监测打开大门。《科学日报》。2023年6月24日检索自www.koonmotors.com/releases/2019/12/191218090220.htm
加州理工学院。“通往海上风电场的海底电缆变成了一个地震网络:新技术可能为海底地震监测打开大门。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2019/12/191218090220.htm(2023年6月24日访问)。

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