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冰川地形微震震源的分布式声传感与波传播

发布:laserline    |    2020-06-15 14:52    阅读:3457
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监测冰川的地震对于增进了解其发展和预测风险至关重要。瑞士国家科学基金会(SNSF)资助苏黎世联邦理工学院的Fabian Walter教授开发了一种基于光纤的新型监测工具。该光纤系统能够监测整个冰川;仅瑞士就有40多条长达25公里的重要冰川。冰川不断移动,因此需要监测。卫星图像为它们的发育提供了线索。通过聆听冰川内部的声音,地震学使科学家能够更准确地了解它们的运动。然而,由于地震仪很难安装在冰川地区,因此对冰川的地震监测覆盖率参差不齐。在最近的一项研究中,Walter特教授证明了利用光纤监测冰川也是可能的。光纤不仅比地震仪更容易安装,而且还提供更多的测量点。因此,它们提供了在难以进入的复杂地形下扩大地震监测覆盖范围的一种手段。


图1 在隆河冰川上的研究低点。a来自2014年正射影像上插值雷达剖面的冰川厚度(冰从北向南流动)。 三角形表示岩石地震仪(型号LE3D 5s),黑色箭头指向(b)中所示区域的位置。b地震仪和光缆的网络布局以及粘滑事件的位置以及位于与所述DAS记录。正射影像显示夏季几乎没有积雪,而论文研究的DAS测量是在3 m积雪上进行的。c光纤电缆在雪地(箭头)和野营地的照片。

这项工作刚刚发表在《自然通讯》杂志上,测试地点是瑞士瓦莱州(地区)东北端的罗纳冰川,海拔2500米。2019年3月,Walter教授和苏黎世理工学院地震波物理专家Andreas Fichtner领导的两个小组用安装在冰川表面积雪下几厘米处的1公里长光纤电缆记录了微地震。分布式声传感器被用来记录光信号中反映冰川内部地震事件的扰动。这些扰动沿着电缆每隔几米就有规律地记录一次然后转换成地震记录。1 km光纤相当于500个地震传感器可以获得的信息比地震仪的更多,特别是关于落石和冰震的定位。此外,这条电缆使人们更好地了解了冰川移动时的突发粘滑运动。新类型的地震波被识别出来,这是地震仪以前不可能做到的。在格陵兰岛和南极的冰原上已经发现了这种类型的不稳定运动,但这是首次在阿尔卑斯山上严格证实了它们的存在。

光纤已经被用来监测特定环境下的地震;但冰震专家Walter是第一批在冰川上使用这项技术的科学家之一。在阿拉斯加已经有其他团队在研究这个课题,因为光纤技术在这种充满挑战的环境中提供了无与伦比的优势。虽然安装一个只能覆盖冰川一小部分的地震台通常只需要几个小时,但利用分布式声传感技术可以形成数百个传感器。理论上,能够覆盖和监测整个冰川。” 通过测量地震速度,光缆还可以得到其他额外的信息,如冰的组成细节。它还使科学家能够测量冰的变形速率,并了解裂缝形成的过程。其他的应用还需要在冰川区外进行测试。

来源: Optics

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