Káble z optických vlákien môžu vytvárať podzemné mapy s vysokým rozlíšením

Séria zemetrasení a otrasov otriasla oblasťou Ridgecrest v južnej Kalifornii v roku 2019. Distribuované akustické snímanie (DAS) pomocou káblov z optických vlákien umožňuje podpovrchové zobrazovanie s vysokým rozlíšením, čo môže vysvetliť pozorované zosilnenie otrasov zemetrasením.

To, o koľko sa zem počas zemetrasenia pohne, silne závisí od vlastností horniny a pôdy tesne pod zemským povrchom. Modelové štúdie naznačujú, že otrasy pôdy sú zosilnené v sedimentárnych nádržiach, na ktorých sa často nachádzajú obývané mestské oblasti. Zobrazovanie štruktúry blízko povrchu okolo mestských oblastí vo vysokom rozlíšení však bolo náročné.

Yang a kol. vyvinuli nový prístup použitia distribuovaného akustického snímania (DAS) na vytvorenie obrazu štruktúry blízkeho povrchu s vysokým rozlíšením. DAS je nová technika, ktorá dokáže transformovať existujúceoptické kábledo seizmických polí. Sledovaním zmien v tom, ako sa svetelné impulzy rozptyľujú, keď sa pohybujú cez kábel, môžu vedci vypočítať malé zmeny napätia v materiáli obklopujúcom vlákno. Okrem zaznamenávania zemetrasení sa DAS ukázal ako užitočný v rôznych aplikáciách, ako je pomenovanie najhlasnejšieho pochodového pásma na Rose Parade v roku 2020 a odhalenie dramatických zmien v automobilovej doprave počas príkazov na pobyt v domácnosti COVID-19.

Predchádzajúci výskumníci prepracovali 10-kilometrový úsek vlákna na detekciu otrasov po zemetrasení s magnitúdou 7,1 Ridgecrest v Kalifornii v júli 2019. Ich pole DAS zaznamenalo asi šesťkrát toľko malých otrasov ako konvenčné senzory počas 3-mesačného obdobia.

V novej štúdii výskumníci analyzovali nepretržité seizmické údaje produkované dopravou. Údaje DAS umožnili tímu vyvinúť model šmykovej rýchlosti blízko povrchu s rozlíšením subkilometrov o dva rády vyšším ako typické modely. Tento model odhalil, že po dĺžke vlákna miesta, kde následné otrasy vyvolali väčší pohyb zeme, vo všeobecnosti zodpovedali tomu, kde bola šmyková rýchlosť nižšia.

Takéto mapovanie seizmického nebezpečenstva v jemnej mierke by mohlo zlepšiť riadenie seizmických rizík v mestách, najmä v mestách, kde už môžu byť prítomné siete z optických vlákien, navrhujú autori.