Fiberoptiska kablar kan producera högupplösta underjordiska kartor

En serie jordbävningar och efterskalv skakade Ridgecrest-området i södra Kalifornien 2019. Distribuerad akustisk avkänning (DAS) som använder fiberoptiska kablar möjliggör högupplöst underjordisk avbildning, vilket kan förklara den observerade platsförstärkningen av jordbävningsskakningar.

Hur mycket marken rör sig under en jordbävning beror starkt på egenskaperna hos sten och jord precis under jordens yta.Modelleringsstudier tyder på att markskakningar förstärks i sedimentära bassänger, där befolkade stadsområden ofta är belägna.Det har dock varit en utmaning att avbilda ytnära strukturer runt stadsområden med hög upplösning.

Yang et al.har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att använda distribuerad akustisk avkänning (DAS) för att konstruera en högupplöst bild av en struktur nära ytan.DAS är en ny teknik som kan förändra existerandefiberoptiska kablari seismiska arrayer.Genom att övervaka förändringar i hur ljuspulser sprids när de färdas genom kabeln, kan forskare beräkna små töjningsförändringar i materialet som omger fibern.Förutom att registrera jordbävningar, har DAS visat sig användbart i en mängd olika tillämpningar, som att namnge det mest högljudda marschbandet vid Rose Parade 2020 och avslöja dramatiska förändringar i fordonstrafiken under COVID-19-beställningar om att stanna hemma.

Tidigare forskare använde om en 10 kilometer lång fibersträcka för att upptäcka efterskalv efter jordbävningen med magnituden 7,1 i Ridgecrest i Kalifornien i juli 2019. Deras DAS-array upptäckte ungefär sex gånger så många små efterskalv som konventionella sensorer gjorde under en 3-månadersperiod.

I den nya studien analyserade forskarna kontinuerliga seismiska data från trafik.DAS-data gjorde det möjligt för teamet att utveckla en skjuvhastighetsmodell nära ytan med en subkilometersupplösning två storleksordningar högre än vanliga modeller.Denna modell avslöjade att längs fiberns längd motsvarade platser där efterskalv producerade mer markrörelse i allmänhet med där skjuvhastigheten var lägre.

Sådan finskalig kartläggning av seismiska risker kan förbättra riskhanteringen i städerna, särskilt i städer där fiberoptiska nätverk redan kan finnas, föreslår författarna.