用海底电缆创建的巨型地震台网到海上风电场

研究人员使用光纤电缆连接北海的一个风电场，以探测地震。

由加州理工学院（Caltech）领导的国际地质学家团队使用位于北海底部的光纤通信电缆作为巨大的地震网络，可同时跟踪地震和海浪。

该项目在某种程度上是概念的证明。海洋覆盖了地球三分之二的表面，但是将永久性地震仪置于海底的成本过高。加州理工学院的研究生Ethan Williams（ MS '19）。威廉姆斯（Williams）是该项目研究的主要作者，该研究于2019年12月18日由《自然通讯》（Nature Communications）发表。

光纤通信电缆在海底越来越普遍。威廉姆斯说：“我们可以使用其中的一些光纤并立即开始观察地震，而不必放置一个全新的设备。”

该项目依赖于一种称为分布式声学感应（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传感器沿光缆射出一束光。电缆中的微小缺陷会反射少量的光，从而使这些缺陷可以充当“路标”。当地震波撞击光缆时，航路点会在位置上发生微小移动，从而改变反射光波的传播时间，从而使科学家能够跟踪波的进程。这项研究中使用的DAS仪器是由西班牙阿尔卡拉大学（University ofAlcalá）的一个团队制造和操作的，该团队由研究合著者Miguel Gonzalez-Herraez领导。

最近，加州理工学院的Zhongwen Zhan（MS ’08，Phd ’13）开始部署DAS进行地震学研究。例如，他和他的同事使用沿着加利福尼亚州395号高速公路延伸的光纤跟踪了加利福尼亚的Ridgecrest地震序列的余震，还利用帕萨迪纳市的光纤网络建立了一个遍布全市的地震探测网络。

“海底DAS是地球物理学的一个新领域，它可能带来更多数量级的海底地震数据，并对地球深处的内部和主要断层产生新的理解，”地球物理学助理教授兼研究合著者詹（Zhan）说。

对于北海项目，威廉姆斯·詹（Williams，Zhan）及其同事使用了40,000米长的光纤电缆段，该电缆将北海风力发电场连接到海岸。电缆中存在数百万个微小的瑕疵，因此他们将每个10米分段的瑕疵平均化，从而创建了一个包含4,000多个虚拟传感器的阵列。

威廉姆斯说：“通过拨动开关，我们就有了4,000个传感器阵列，这些传感器将花费数百万美元的成本。”

由于网络具有良好的灵敏度，北海阵列能够跟踪与地震无关的微小地震噪声（或“微地震”），并找到了支持长期理论的证据，即微地震是由海浪引起的。

1950年，数学家和海洋学家Michael Selwyn Longuet-Higgins提出理论，认为海浪的复杂相互作用可能会在海床上施加足够大的滚动压力，从而产生所谓的Scholte波，这种地震波发生在海平面的交界面上。液体和固体。通过跟踪海浪和相应的微地震，北海阵列显示微地震可能是海浪相互作用的结果。

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参考：“海底暗纤维对微地震和远震的分布式感知”，作者：Ethan F. Williams，MaríaR.Fernández-Ruiz，Regina Magalhaes，Roel Vanthillo，Zhanwen Zhan，MiguelGonzález-Herráez和Hugo F.Martins，2019年12月18日，自然通讯.DOI：
10.1038 / s41467-019-13262-7

该论文的标题是“具有海底暗纤维的微地震和远程地震的分布式传感”。合著者包括阿尔卡拉大学的玛丽亚·费尔南德斯·鲁伊斯（MaríaFernández-Ruiz）和里贾纳·玛加利亚斯（Regina Magalhaes）；比利时Marlinks的Roel Vanthillo；西班牙光学研究所的雨果·马丁斯（Hugo Martins）。这项研究的资金来自加州理工学院； JPL，由加州理工学院为NASA管理；国家科学基金会；西班牙大臣西恩西亚；创新大学以及欧盟的“地平线2020研究与创新计划”。