本文轉(zhuǎn)載自Caltech News，由ChatGPT翻譯，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

在2024QS世界大學(xué)排名中，加州理工學(xué)院榮獲第15位

? ? ?? 在加利福尼亞，成千上萬英里的光纖電纜縱橫交錯，為人們提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。但是，這些地下電纜還有一個令人驚訝的次要功能：它們可以感知和測量地震。

? ? ?? 在加州理工學(xué)院的一項新研究中，科學(xué)家們利用一段光纖電纜來測量一個6級地震的復(fù)雜細(xì)節(jié)，精確定位了導(dǎo)致斷層破裂的四個“卡住”區(qū)域，也就是故障帶上的局部區(qū)域。

? ? ?? 數(shù)年來，地球物理學(xué)教授Zhongwen Zhan（2014年博士）及其團(tuán)隊一直致力于證明重新利用光纖電纜是一種簡單的方法，通過在分布式聲學(xué)傳感中創(chuàng)建密集的臨時地震儀網(wǎng)絡(luò)，大幅擴展我們測量地震活動能力。

? ? ?? 這項發(fā)表在《自然》雜志上的新研究（《通過分布式聲學(xué)傳感成像地震斷層卡住區(qū)域的破裂》，“The break of earthquake asperities imaged by distributed acoustic sensing”）僅利用了一段100公里的電纜，準(zhǔn)確地了解了2021年某次地震背后的復(fù)雜力學(xué)機制，表明獲得更多電纜將有助于改進(jìn)對地震物理學(xué)的理解，并最終改進(jìn)地震預(yù)警系統(tǒng)。

? ? ?? Zhan教授表示：“如果我們能夠獲得更廣泛的覆蓋范圍來測量地震活動，我們可以徹底改變我們研究地震的方式，并提供更先進(jìn)的預(yù)警。雖然我們無法預(yù)測地震，但分布式聲學(xué)傳感將帶來對地震斷裂底層細(xì)節(jié)的更好理解?！?/p>

? ? ?? 南加利福尼亞大約有500個地震儀分布在大約56,500平方英里的區(qū)域內(nèi)，而每個地震儀的成本高達(dá)50,000美元。另一方面，利用遍布整個加利福尼亞州的光纖電纜相當(dāng)于覆蓋了數(shù)百萬個地震儀。

? ? ?? 要將光纖電纜用作地震儀，激光發(fā)射器被安置在電纜的一端，通過組成電纜芯的長而細(xì)的玻璃纖維束向外發(fā)射光束。玻璃纖維具有微小的瑕疵，會將光線的極小部分反射回源頭，并在那里記錄下來。

通過這種方式，每個瑕疵都充當(dāng)了光纖電纜上可追蹤的航點，而光纖電纜通常埋在接近地面以下的位置。地震波通過地面?zhèn)鞑r，會使電纜輕微擺動，從而改變了光線到達(dá)和從這些航點返回的時間。

? ? ?? 因此，沿著電纜長度的瑕疵就像成千上萬個獨立的地震儀，使地震學(xué)家能夠觀測地震波的運動。

? ? ?? 在這項新研究中，研究團(tuán)隊調(diào)查了位于東部內(nèi)華達(dá)山脈的一段光纖電纜中傳播的光信號，該電纜位于2021年Antelope Valley地震的震中區(qū)域。

? ? ?? 這段電纜相當(dāng)于1萬個地震儀，能夠發(fā)現(xiàn)M6地震由四次較小的破裂序列組成。這些所謂的“子事件”，就像是小型地震，無法通過傳統(tǒng)的地震網(wǎng)絡(luò)檢測到。

? ? ? ?在與機械工程和地球物理學(xué)的勞倫斯·A·漢森（Junior）教授Nadia Lapusta實驗室的合作下，研究團(tuán)隊能夠根據(jù)測得的地震活動創(chuàng)建一個準(zhǔn)確的M6地震模型。該模型顯示了四個子事件的時間，并準(zhǔn)確定位它們在斷層區(qū)域上的精確位置。

? ? ?? Zhan教授表示：“利用光纖電纜作為一系列地震儀揭示了地震物理學(xué)中長期存在的假設(shè)但難以成像的方面。

? ? ?? 打個比方，想象一下你的日常后院望遠(yuǎn)鏡。你可以看到木星，但可能看不到它的衛(wèi)星或任何細(xì)節(jié)。而用一臺非常強大的望遠(yuǎn)鏡，你可以看到行星和衛(wèi)星表面的細(xì)節(jié)。我們的技術(shù)就像地震的一臺強大望遠(yuǎn)鏡?！?/p>

原文鏈接：https://www.caltech.edu/about/news/fiber-optic-cables-detect-and-characterize-earthquakes