تشخیص پس لرزه با کابل های فیبر نوری

تشخیص پس لرزه با کابل های فیبر نوری، دانشمندان به تازگی افدام به بررسی این موضوع نموده اند که آیا می توان از کابل های فیبر نوری به عنوان حسگر های لرزه نگار استفاده نمود؟ در تحقیقی که اوایل سال میلادی 2021 صورت پذیرفت و در نشست سالانه انجمن لرزه نگاری آمریکا ارائه شد، تیمی از محققان کابل های فیبر نوری را به یک شبکه لرزه نگاری پر سرعت و با ظرفیت بالا تبدیل نمودند تا پس لرزه ها را زیر نظر داشته باشد.

در 12 ژانویه 2020 ، تانگشان چین و شهرهای مجاور آن با زمین لرزه ای به بزرگی 5.1 ریشتر لرزیدند ، که قوی ترین زلزله در چهارده سال گذشته بود. شیانگ فانگ زنگ (Xiangfang Zeng) زلزله شناس در آکادمی نوآوری در علم و فناوری اندازه گیری دقیق، CAS ووهان چین و همکارانش با شرکت مخابراتی محلی از کابل اینترنت فیبر نوری 4.7 مایل (7.6 کیلومتر) جهت نظارت بر زمین لرزه استفاده نمودند. در طول هفت روز، این تیم دو برابر پس لرزه ها را در مقایسه با شبکه لرزه نگاری معمولی شناسایی نمودند.

لرزه نگاری به وسیله کابل های فیبر نوری

آریل للوچ، زلزله شناس دانشگاه استنفورد، که در این تحقیقات حضور داشته است ، توضیح می دهد: “فیبرهای نوری به جهت انتقال نور طراحی شده اند.” اطلاعات به نور تبدیل شده و در امتداد کابل فیبر نوری انتقال می یابند. نقص در فیبر های نوری باعث می شود که مقداری از نور به صورت منسجم به منبع خود بازتاب شود. هنگام وقوع زلزله، کابل فیبر نوری کشیده یا فشرده می شود و الگوی نور منعکس شده را تغییر می دهد. با ارسال پالس های کد گذاری شده لیزری بر روی فیبر نوری که آن را “فیبر تاریک” می نامند، محققان می توانند میزان کشش یا فشرده سازی را در نقاط مختلف کابل محاسبه نموده و تعیین نمایند که آیا زلزله رخ داده است یا خیر؟ این روش “سنجش ​​صوتی توزیع شده” (DAS) نامیده می شود و به تازگی در صنعت لرزه نگاری به عنوان مکمل بالقوه شبکه های لرزه نگاری قدیمی مورد توجه قرار گرفته است.

ثبت سریع پس لرزه

پس لرزه ها که دنبال زلزله بزرگ رخ می دهند، اطلاعات مهمی را جهت درک خطرات زلزله در منطقه ارائه می دهند. Zeng ادامه میدهد: “وقوع پس لرزه ها به سرعت کاهش می یابد، به عنوان مثال، ممکن است شما هزاران پس لرزه در اولین روز بعد از وقوع زلزله اصلی دریافت نمایید، در روز دوم صدها و در روز سوم ده ها پس لرزه دریافت می گردد.” بنابراین زمان لازم جهت استقرار شبکه بسیار مهم می باشد. پس از وقوع زلزله عظیم، لرزه سنج های قدیمی ممکن است چند روز تا چند هفته طول بکشد تا پس لرزه ها را ثبت نماید، در حالی که کابل های فیبر نوری مخابراتی همیشه آماده می باشند.

به دنبال زمین لرزه تانگشان در سال گذشته، در مدت نیم ساعت پس از کشش های ایجاد شده روی کابل فیبر نوری مخابرات، محققان تمام کابل فیبر نوری را به یک سیستم لرزه نگاری معادل 3800 حسگر با فاصله 6.5 فوت (2 متر) تبدیل نمودند. توزیع پس لرزه و نقشه های تکان های شدید با وضوح بالا محاسبه شده از این سیستم متراکم با یک گسل قبلاً شناخته شده در زیر شهر Tangshan مطابقت دارد.

پتانسیل بهینه سازی مانیتورنیگ

Verónica Rodríguez Tribaldos ، زلزله شناس که در DAS در لارنس برکلی تحقیق می نمایذ ، می گوید: قابلیت های وضوح بالای DAS ، همراه با زیرساخت های مخابراتی که در مناطق شهری موجود می باشد -جایی که نصب حسگرهای لرزه سنج دشوار است-DAS را به یک ابزار امیدوار کننده برای نظارت بر زلزله تبدیل می نماید. در حالی که DAS پتانسیل امیدوارکننده ای را برای بهبود تشخیص زلزله نشان می دهد با این حال آزمایشگاه ملی، در این تحقیقات شرکت نداشته است و هنوز چالش هایی وجود دارد.

کیفیت پایین سیگنال DAS را تحت تاثیر قرار می دهد. این مشکل را می توان با افزایش تعداد زیادی سیگنال جبران نمود ، اما این موضوع نیز چالش خاص خود را دارد. Zeng می گوید DAS مقدار زیادی داده تولید می نماید. “ما به ابزارهای جدید نیاز داریم ، به عنوان مثال ، دستگاهی که بداند چگونه با این روش فعالیت نماید.”

داده های سیستم DAS با داده های جمع آوری شده توسط لرزه سنج های سنتی متفاوت است ، بنابراین در این مرحله از داده ها به صورت جداگانه استفاده می شود. زنگ می گوید: “امیدوارم بتوانیم شبکه لرزه ای دائمی و سیستم DAS را ترکیب نماییم.” به گفته رودریگوئز تریبالدوس ، حقیقات برای اجرا نمودن این روش در حال انجام می باشد.

  شناسایی زلزله

Lellouch و Rodríguez Tribaldos هر دو می گویند که DAS می تواند با شبکه های سنتی لرزه نگاری رقابت نماید و این پتانسیل را دارد که مانیتورینگ را در اقیانوس ها نیز گسترش دهیم ، جایی که نصب و نگهداری لرزه سنج های سنتی بسیار گران تمام می شود ، و این در حالی است که در آنجا کابل های فیبر نوری نصب شده اند.

Lellouch ادامه میدهد: نظارت بر برنامه های کاربردی DAS فراتر از زلزله می باشد. روش DAS در حال حاضر در برخی از کاربردهای تصویربرداری سطح پایه، از جمله اکتشاف هیدروکربن رایج می باشد و در حال حاضر در برخی نقاط برای نظارت بر جدا سازی CO2 استفاده می شود. رودریگز تریبالدوس پیشنهاد می نماید که برخی از برنامه ها می توانند با نظارت بر زلزله با استفاده از DAS به یکدیگر کمک نمایند. “با یک کابل فیبر نوری و یک مجموعه داده، می توانیم کارهای مختلفی را انجام دهیم.”

Zeng ، Lellouch و رودریگز تریبالدوس همگی می گویند با وجود چالش ها، لرزه نگاری فیبر نوری، آینده امیدوار کننده ای در جهت نظارت و مانیتورنیگ بر زلزله ها خواهد داشت. Zeng می گوید: امیدوار است مردم بتوانند از همکاری بین زلزله شناسان و شرکت های مخابراتی حمایت نمایند. “ما همچنین امیدواریم که بتوانیم داده های بیشتری را بدست آوریم و در مورد زلزله درک بهتری داشته باشیم، این امر به کاهش خطر زلزله کمک می نماید.”
لینک های مرتبط

کابل فیبر نوری

کابل شبکه مسی

کورنینگ CORNING :