Ученые из Лос-Аламоса открыли новый умный метод обнаружения землетрясений и управляемых взрывов - New-Science.ru
23 апреля 2025, 00:00
Исследователи Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) разработали новый метод обнаружения землетрясений после того, как подводные волоконно-оптические кабели на Аляске зафиксировали детонацию, вызванную строительными работами на суше.
В портовом городе Кордова на Аляске были запланированы контролируемые разрушения, чтобы освободить место для строительства объекта по ликвидации разливов нефти и новой дороги, причем в непосредственной близости от подводных кабелей. Группа ученых под руководством Лоика Вьенса запустила проект LANL по распределенному акустическому зондированию (DAS), пытаясь обнаружить взрывы с помощью 50-километрового участка оптоволоконного кабеля, принадлежащего Cordova Telecom Cooperative, который проходит между Кордовой и Валдезом.
Распределенное акустическое зондирование
Команда применила метод DAS, превратив существующую оптоволоконную инфраструктуру в плотную сеть сейсмических датчиков. Этот метод использует микроскопические несовершенства оптического волокна в качестве точек обнаружения. Устройство, известное как "интеррогатор", излучает лазерные импульсы вниз по кабелю; когда эти импульсы наталкиваются на дефекты в волокне, они рассеиваются и возвращаются к источнику.
Даже слабые сейсмические волны могут тонко изменить способ прокладки оптоволоконного кабеля, влияя на то, в какие дефекты попадают импульсы, прежде чем отразиться. Эти изменения, регистрируемые с течением времени, позволяют выявить сейсмическую активность благодаря обратному рассеянию Рэлея. Исследователи анализируют амплитуду, частоту и время прихода отраженных сигналов, чтобы определить природу обнаруженных событий.
"
Мы применили алгоритмы глубокого обучения для обнаружения землетрясений, а также примерно 50 взрывов, связанных с проектом строительства дороги", — говорит Вьенс. "Эти взрывы генерировали сейсмические волновые поля, отличные от типичных сигналов землетрясений, зарегистрированных вдоль волокна".
Обнаружение сигналов волнового поля
Акустическая и сейсмическая энергия от взрывов распространяется через волновые поля, давая подсказки о происхождении и размере взрывов на основе того, как они взаимодействуют с несовершенствами кабеля. По мере совершенствования методики ученые все лучше различают разные типы сейсмических событий, анализируя уникальные сигнатуры обратного рассеяния.
"
Мы сотрудничаем с компанией, занимающейся взрывными работами, чтобы получить результаты наземных измерений, которые помогут нам лучше понять, как такие факторы, как механизмы выстрела и глубина захоронения, влияют на регистрируемые сигналы", — добавил Вьенс.
Исследование также позволило понять пределы точности существующих методов DAS. Небольшие взрывы было сложнее обнаружить, они регистрировались только в ближайших точках вдоль волокна, примерно на расстоянии 5-10 километров. Напротив, более крупные взрывы было легче обнаружить, они регистрировались на всем 50-километровом участке кабеля, использовавшегося в проекте.
Поиск новых датчиков в существующих технологиях
Несмотря на трудности, связанные с обнаружением сигналов меньшей интенсивности, Вьенс подчеркнул, что DAS обладает широким потенциалом как "
мощное решение для мониторинга морских регионов, где развертывание сейсмометров на морском дне в режиме реального времени является логистически сложным и непомерно дорогим".
Традиционные сейсмические датчики охватывают только отдельные точки и требуют специальной инфраструктуры. DAS, напротив, позволяет использовать существующие оптоволоконные кабели для создания систем мониторинга на больших расстояниях в режиме реального времени. Эта технология позволяет заблаговременно предупреждать о природных и техногенных событиях — от землетрясений и извержений вулканов до разрывов трубопроводов и утечек газа. Благодаря уже имеющимся кабелям, протянутым на огромные расстояния, DAS позволяет осуществлять непрерывный мониторинг на широкой территории за меньшую стоимость.