Raziskovalci uspešno uporabljajo porazdeljeno akustično zaznavanje za seizmični nadzor

Princes of the Yen: Central Bank Truth Documentary (Julij 2019).

Anonim

Znanstveniki na Ministrstvu za energetiko National Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) so prvič pokazali, da se temna vlakna - velika mreža neuporabljenih optičnih kablov, nameščenih po vsej državi in ​​svetu - lahko uporabljajo kot senzorji za zaznavanje potresov, prisotnost podzemne vode, spremembe v pogojih podzemne vode in številne druge podzemne dejavnosti.

V dveh nedavno objavljenih dokumentih je ekipa, ki jo je vodil raziskovalec Berkeley Lab, Jonathan Ajo-Franklin, napovedala, da je uspešno združila tehnologijo, imenovano "porazdeljeno zvočno zaznavanje", ki meri seizmične valove s kabli iz optičnih vlaken z novimi tehnikami obdelave, seizmično spremljanje, doseganje rezultatov, primerljivih s tistimi, ki jih lahko merijo klasični seizmometri.

"To ima ogromen potencial, saj si lahko predstavljate, da se dolge odseki vlaken spremenijo v masivno seizmično omrežje, " je povedal Shan Dou, postdoktorski sodelavec Berkeley Lab. "Zamisel je, da z uporabo vlaken, ki jih dolgo lahko zakopamo pod zemljo, lahko pretočni hrup ali druge vibracije v okolju spremeni v uporabne seizmične signale, ki nam lahko pomagajo spremljati spremembe v površini, kot so odmrznitev permafrost in nihanja nivoja podzemne vode. "

Dou je vodilni avtor porazdeljenega zvočnega zaznavanja za potresno spremljanje bližnje površine: študija primera interferometrije s prometnim hrupom, ki je bila septembra objavljena v znanstvenih poročilih Nature in preverila tehniko za spremljanje bližine površine Zemlje. V zadnjem času je skupina Ajo-Franklina objavila nadaljnjo študijo, ki jo je vodila študentka UC Berkeley Nate Lindsey, "Observations Network Wakefields Network", v Geophysical Research Letters (GRL), ki dokazuje sposobnost uporabe optičnih vlaken kabli za odkrivanje potresa.

Kaj je temno vlakno?

Temno vlakno se nanaša na neuporabljen optični kabel, ki ga je zaradi velikega hitenja namestil kabel v zgodnjih devetdesetih letih s strani telekomunikacijskih podjetij. Tako kot so bili kabli pokopani pod zemljo, je tehnologija za prenos podatkov znatno izboljšala, tako da so bili potrebni manj kablov. Obstajajo zdaj gosti koridorji temnega vlakna, ki križajo celotno deželo.

Porazdeljeno zvočno zaznavanje (DAS) je nova tehnologija, ki meri seizmična valovna polja s snemanjem kratkih laserskih impulzov po dolžini vlakna. "Osnovna ideja je, da se laserska svetloba razprši z drobnimi nečistočami v vlaken, " je dejal Ajo-Franklin. "Ko je vlakna deformirana, bomo videli izkrivljanje v hrbtni svetlobi, iz teh izkrivljanj pa lahko izmerimo, kako se vlakna sama stiskajo ali vlečejo."

Uporaba preskusne matrike, ki so jo namestili v Richmondu v Kaliforniji - z optičnim kablom, nameščenim v plitki jarki v obliki črke L, eno nogo približno 100 metrov vzporedno s cesto in drugo pravokotno - so raziskovalci preverili, da lahko uporabijo seizmične valove, ki jih povzročajo mestni promet, kot so avtomobili in vlaki, za slikanje in spremljanje mehanskih lastnosti plitvih plasti tal.

Meritve dajejo informacije o tem, kako je zemlja na nekem mestu "sijajna", kar omogoča sklepanje o velikosti informacij o lastnostih tal, kot je vsebnost vode ali tekstura. "Predstavljajte si slinky, lahko se stisne ali premeša", je dejal Ajo-Franklin. "Tisti, ki ustrezajo različnim načinom, lahko stisnete zemljo in koliko energije potrebujete, da zmanjšate njegovo prostornino ali jo ščitite."

Dodal je: »Čedna stvar je, da meritve opravljate po vsaki majhni enoti vlaken. Vsi refleksiji se vrnejo k tebi. S poznavanjem vseh in s poznavanjem, kako dolgo je potrebno, da se laserska luč vrne nazaj in naprej na vlakno, lahko izničite, kaj se dogaja na vsaki lokaciji. Torej, to je resnično porazdeljeno merjenje. "

Po preverjanju koncepta v nadzorovanih pogojih, so ekipe rekle, da pričakujejo, da bo tehnika delovala na različnih obstoječih telekomunikacijskih omrežjih, in trenutno izvajajo nadaljnje eksperimente v Kaliforniji, da to dokažejo. Nadaljnja raziskava na Aljaski prav tako preučuje enako tehniko za spremljanje stabilnosti arktičnega permafrosta.

Dodal je Dou: "Mi lahko zelo dobro spremljamo površino v bližini, če uporabimo samo prometni hrup. Lahko bi bila nihanja v nivoju podzemne vode ali spremembe, ki bi lahko zagotovile zgodnje opozorila za različne geogaze, kot so odmrznitev permafrosta, nastanek sunkov in plazov. "

Uporaba vlaken za zaznavanje potresa

Na podlagi petih let raziskav, ki jih je vodil Berkeley Lab, ki je raziskala uporabo DAS za nadzorovanje podzemlja z uporabo potresnih virov brez potresa, je skupina Ajo-Franklina zdaj potisnila ovojnico in pokazala, da je DAS močno orodje za spremljanje potresa.

V študiji GRL, ki jo je vodila Lindsey v sodelovanju s študentom Stanforda Eileen Martin, je raziskovalna skupina opravila meritve z uporabo tehnike DAS na optičnih nizih na treh lokacijah - dve v Kaliforniji in eno na Aljaski. V vseh primerih se je DAS izkazal kot primerljivo občutljiv na potrese kot konvencionalne seizmometre, kljub višjim nivojem hrupa. Z uporabo nizov DAS so sestavili katalog lokalnih, regionalnih in oddaljenih potresov ter pokazali, da bi tehnike obdelave lahko izkoristile številne kanale DAS, da bi pomagali razumeti, od kod prihajajo potresi.

Ajo-Franklin je dejal, da ima temno vlakno prednost skoraj povsod, medtem ko so tradicionalni seizmometri, ker so dragi, redko nameščeni, podsistemi pa so še posebej redki. Poleg tega vlaknina omogoča gosto prostorsko vzorčenje, kar pomeni, da so podatkovne točke le razdalje, medtem ko seizmometri običajno ločijo za več kilometrov.

Lindsey je dodal: "Fiber ima veliko posledic za zaznavanje potresa, lokacijo in zgodnje opozarjanje. Fiber gre v ocean in je povsod po kopnem, zato ta tehnologija poveča verjetnost, da je senzor blizu rupture pri potresu se zgodi, kar pomeni iskanje majhnih dogodkov, izboljšano potresno lokacijo in dodaten čas za zgodnje opozarjanje. "

V dokumentu GRL so opisane druge morebitne uporabe uporabe temnih vlaken, vključno z analizo urbanistične nevarnosti v seizmiki, globalnimi seizmičnimi slikami, odkrivanjem vulkanov na podmorju, spremljanjem jedrske eksplozije in karakterizacijo mikroračunala.

menu
menu