Fiberoptiske kabler kan produsere høyoppløselige underjordiske kart

En serie jordskjelv og etterskjelv rystet Ridgecrest-området i Sør-California i 2019. Distribuert akustisk sensing (DAS) ved bruk av fiberoptiske kabler muliggjør høyoppløselig undergrunnsavbildning, noe som kan forklare den observerte forsterkningen av jordskjelvet.

Hvor mye bakken beveger seg under et jordskjelv avhenger sterkt av egenskapene til stein og jord like under jordoverflaten. Modelleringsstudier tyder på at jordrysting forsterkes i sedimentære bassenger, hvor befolkede byområder ofte er lokalisert. Imidlertid har det vært utfordrende å avbilde nær overflatestruktur rundt urbane områder med høy oppløsning.

Yang et al. har utviklet en ny tilnærming for å bruke distribuert akustisk sensing (DAS) for å konstruere et høyoppløselig bilde av nær overflatestruktur. DAS er en ny teknikk som kan transformere eksisterendefiberoptiske kablerinn i seismiske matriser. Ved å overvåke endringer i hvordan lyspulser spres når de beveger seg gjennom kabelen, kan forskere beregne små belastningsendringer i materialet som omgir fiberen. I tillegg til å registrere jordskjelv, har DAS vist seg nyttig i en rekke bruksområder, som å navngi det høyeste marsjerende bandet på Rose Parade i 2020 og avdekke dramatiske endringer i kjøretøytrafikken under COVID-19-oppholdsbestillinger.

Tidligere forskere brukte en 10 kilometer lang fiberstrekning for å oppdage etterskjelv etter jordskjelvet i Ridgecrest med styrke 7,1 i California i juli 2019. Deres DAS-array oppdaget omtrent seks ganger så mange små etterskjelv som konvensjonelle sensorer gjorde i løpet av en 3-måneders periode.

I den nye studien analyserte forskerne kontinuerlige seismiske data produsert av trafikk. DAS-dataene gjorde det mulig for teamet å utvikle en nær-overflate-skjærhastighetsmodell med en subkilometer oppløsning to størrelsesordener høyere enn typiske modeller. Denne modellen avslørte at langs fiberens lengde samsvarte steder der etterskjelv produserte mer bakkebevegelse generelt med hvor skjærhastigheten var lavere.

Slik finskala seismisk farekartlegging kan forbedre urban seismisk risikostyring, spesielt i byer der fiberoptiske nettverk allerede kan være til stede, foreslår forfatterne.