Fiberoptiske kabler kan producere underjordiske kort i høj opløsning

En række jordskælv og efterskælv rystede Ridgecrest-området i det sydlige Californien i 2019. Distribueret akustisk sensing (DAS) ved hjælp af fiberoptiske kabler muliggør underjordisk billeddannelse i høj opløsning, hvilket kan forklare den observerede stedforstærkning af jordskælvsrystelser.

Hvor meget jorden bevæger sig under et jordskælv afhænger stærkt af egenskaberne af sten og jord lige under jordens overflade. Modelleringsundersøgelser tyder på, at jordrystning forstærkes i sedimentære bassiner, hvor befolkede byområder ofte er placeret. Det har imidlertid været en udfordring at afbilde overfladenære strukturer omkring byområder i høj opløsning.

Yang et al. har udviklet en ny tilgang til at bruge distribueret akustisk sensing (DAS) til at konstruere et højopløsningsbillede af nær overfladestruktur. DAS er en ny teknik, der kan transformere eksisterendefiberoptiske kablerind i seismiske arrays. Ved at overvåge ændringer i, hvordan lysimpulser spredes, når de bevæger sig gennem kablet, kan forskere beregne små belastningsændringer i materialet, der omgiver fiberen. Ud over at optage jordskælv har DAS vist sig nyttig i en række forskellige applikationer, såsom at navngive det mest højlydte marcherende band ved Rose Parade i 2020 og afsløre dramatiske ændringer i køretøjstrafikken under COVID-19 ophold-hjemme-ordrer.

Tidligere forskere brugte en 10-kilometer lang fiberstrækning til at detektere efterskælv efter jordskælvet med en styrke på 7,1 Ridgecrest i Californien i juli 2019. Deres DAS-array registrerede omkring seks gange så mange små efterskælv, som konventionelle sensorer gjorde i løbet af en 3-måneders periode.

I det nye studie analyserede forskerne kontinuerlige seismiske data produceret af trafik. DAS-dataene gjorde det muligt for holdet at udvikle en forskydningshastighedsmodel nær overfladen med en subkilometer opløsning, der er to størrelsesordener højere end typiske modeller. Denne model afslørede, at langs fiberens længde svarede steder, hvor efterskælv producerede mere jordbevægelse, generelt til, hvor forskydningshastigheden var lavere.

Sådan kortlægning af seismisk fare i fin skala kunne forbedre seismisk risikostyring i byer, især i byer, hvor fiberoptiske netværk måske allerede er til stede, foreslår forfatterne.