海底光纤电缆制造超级地震网络

Monterey加速研究系统（MARS）有线天文台，在蒙特里湾的表面下面的海底上的科学仪器节点（2,923英尺），通过52公里（32英里）的海底电缆连接到岸边携带数据和电源。大约20公里的电缆用于测试海底上称为光子地震学的新概念。

构成全球海底电信网络的光纤电缆可能有一天可以帮助科学家研究海洋表面深处隐藏的海洋地震和地质结构。

在本周在本周出现的纸上，加州大学，伯克利伯克利国家实验室（伯克利实验室），蒙特雷湾水族馆研究所（Mbari）和米饭大学的研究人员描述了一个20公里的海底纤维的实验光电缆进入了海底沿着海底10,000个地震站。在蒙特雷湾的为期四天的实验期间，他们记录了3.5幅度的地震和来自水下断层区域的地震散射。

研究人员使用了20公里（粉红色）的51公里的下端光纤电缆，通常用于与离岸科学节点（MARS，Monterey加速的研究系统）进行通信，作为研究蒙特里湾下的故障区的地震阵列。在为期四天的测试期间，科学家们在Gilroy中检测到距离宽度3.5千米，并映射以前未挑选的断层区域（黄色圆圈）。

它们以前用陆地上用光纤电缆测试的技术可以提供关于海洋下发生的Quakes的急需数据，其中存在几个地震站，留下70％的地球表面而没有地震检测器。

“对海底地震学具有巨大需求。任何仪器进入海洋，即使它只是距离岸边的前50公里，也会非常有用，“UC Berkeley研究生和本文的铅作者Nate Lindsey说。

“现有的地震网络往往具有高精度仪器，但相对稀少，而这使您可以访问更密集的阵列。” - Jonathan Ajo-Franklin。

Lindsey和Jonathan Ajo-Franklin是休斯顿赖斯大学的地球物理学教授，伯克利实验室的访问教师科学家，在曼巴里的Craig Dawe的帮助下，拥有光纤电缆。电缆绵延52公里的离岸地震站位于太平洋地板上的第一站，17年前由Mbari和Barbara Romanowicz，一位大学和行星科学系的研究生院UC伯克利教授。蒙特雷加速研究系统（MARS）节点的永久性电缆于2009年奠定了20公里，其在本试验中用于2018年3月的年度维护的偏远。

“这真的是对地震区前沿的一项研究，第一次使用近海光纤电缆来看待这些类型的海洋信号或成像故障结构，”Ajo-Franklin说。“全球地震网络中的一个空白斑点在海洋中。”

他说，研究人员努力的最终目标是使用世界各地的密集光纤网络 - 所有人都超过1000万公里，在土地和海底上 - 作为地球运动的敏感措施，允许地震监测在没有昂贵的地面站的地区，如那些达到大量地震 - 易发的加利福尼亚和太平洋海岸的地面站。

“现有的地震网络往往具有高精度仪器，但相对稀少，而这使您可以访问更密集的阵列，”Ajo-Franklin说。

光子地震学

研究人员使用的技术是分布式声学感测，其采用光子器件，该光子器件在电缆上向下发送激光的短脉冲，并检测由拉伸引起的电缆中的应变产生的反向散射。通过干涉测量，它们可以每2米（6英尺）测量反向散射器，有效地将20公里的电缆转换为10,000次近象运动传感器。

“对于每米长的长度，这些系统对数百米的纳米变化敏感，”Ajo-Franklin表示。“这是一百亿的变化。”

今年早些时候，他们报告了使用22公里的萨克拉门托电缆的六个月试验的结果，该部队由能源部摘出，作为其13,000英里的ESNET暗纤维试验台。暗纤维是指地下的光缆，但是未使用或租用短期使用，与积极使用的“点亮”互联网相比。研究人员能够监测地震活动和环境噪声，并以更高的分辨率获得地下图像，比传统传感器网络更大的规模。

“光纤地震学的美丽是，您可以使用现有的电信电缆而无需推出10,000震动计，”Lindsey说。“你刚走到网站上并将仪器连接到光纤的尽头。”

在水下测试期间，他们能够测量来自吉尔罗伊，加利福尼亚州吉尔罗伊附近的45公里处的地震幅度的广泛频率波动频率，以及San Gregorio故障的一部分发生了45公里的内陆内陆。系统。他们还能够检测稳态海浪 - 所谓的海洋微痉挛 - 以及风暴波，所有这些浮标和土地地震测量都是如此。

“我们对海底的过程具有巨大的知识差距和海底的结构，因为它挑战了仪器在海底的地震仪上像地震仪那样，”地球和行星科学教授迈克尔·曼加说。“这项研究显示了使用现有光纤电缆作为传感器阵列以新的方式使用现有光纤电缆的承诺。在这里，他们已经确定了之前未检测到的假设波浪。“

根据Lindsey的说法，地震学家之间的兴趣兴趣，以纪录由海洋和大陆土地之间的相互作用引起的地球环境噪声场：基本上，在海岸线附近的波涛汹涌。

“通过使用这些沿海光纤电缆，我们可以基本上观察我们习惯于从岸上映射到海底的波浪，以及这些海浪夫妇进入地球的方式产生地震波浪，”他说。

为了利用世界的光纤光纤电缆，Lindsey和Ajo-Franklin需要表明他们可以通过一个通道来Ping激光脉冲，而不会干扰携带独立数据包的光纤中的其他通道。它们现在正在用Lit纤维进行实验，同时还规划了Brawley地震区南部加州萨尔顿海以南地热区域的纤维视神经监测。

###

该研究由美国能源部提供资金，通过伯克利实验室的实验室指导的研发计划，国家科学基金会（DGE 1106400）和大卫和卢西尔Packard基金会。最终分析是由能源国家能源技术实验室的支持，作为GOMCARB项目的一部分（DE-AC02-05CH11231）。