观测地震如何“从点到线”

日本《每日新闻》10月20日刊登题为《地震观测“从点到线”，精确度提高》的报道。全文摘编如下：

世界上的陆地和海底已经遍布光纤。人们正尝试利用光纤来观测地震和火山活动，而不是简单地将它们用作通信网络。关键词是“从点到线”。这是一种什么样的技术呢？

东京大学地震研究所（海底地震学）教授篠原雅尚强调道：“光纤最大的优势是，可以使用现有设备在任何地方进行观测。相信可以进行比以往更精确的观测。”

这被称为“分布式声学传感 （DAS）”观测手段。其工作原理如下。

从连接到光纤一端的测量仪器发射激光，测量仪器会检测到因光纤中的少量杂质而散射返回的光。当光纤因地震而变形、膨胀或收缩时，光的返回方式会发生变化，因此可以检测到地震波。换句话说，光纤本身就成了传感器。

据篠原介绍，DAS观测手段最初用于工业目的，例如用于监测是否有外部人员进入的安全系统和石油管道监控系统。之后，其精度有所提高，2015年前后开始应用于地震、火山观测领域。

传统的地震和火山观测系统，例如海底地震和海啸观测系统，通过光纤通信网络连接每隔数十公里安装的地震仪来传输数据，是以“点”的形式进行观测。而通过将通信网络用作传感器，测量间距可以缩短至数米。实际上是以“线”的形式进行观测。

由篠原等人组成的研究团队使用日本三陆海岸附近的海底地震和海啸观测系统，比较了现有地震仪收集的数据和利用光纤收集的DAS观测数据。

结果显示，DAS观测手段能够以高精度观测到许多地震，包括1.8级的微地震和约2300公里外的6级地震。

可以进行DAS观测的不仅是地震和火山专用观测网。将常规通信网络直接用作传感器的可能性也将上升。

日本东北大学教授西村太志等人组成研究团队，利用沿着日本活火山吾妻山（位于福岛县和山形县交界处）附近道路铺设的普通光纤，对火山和地震进行了DAS观测。先到的纵波（P波）和随后而来的横波（S波）被清晰地捕捉到。DAS观测手段比现有的地震仪更准确地锁定了震源。

DAS观测手段尤其值得期待的是，可在据预测在较近的未来会发生大地震的地区强化观测网。

在日本海沟和千岛海沟沿线设有观测网S-net，它用海底电缆连接了150处地点的观测装置。在位于南海海沟地震区的纪伊半岛和四国海岸设有DONET。 如果将它们做成“线”式观测网，则可能进行更准确的实时观测，并可用于发布紧急地震预警。

现有观测网将地震仪与水压计等组合起来，观测多种数据。目前，DAS观测手段仅限用于检测地震波，但观测海啸和地壳运动等的研究也在取得进展。

不过，也存在问题。在光纤内，散射的光最多只能返回约100公里。而且，要使用常规通信网络，有必要获得通信公司、国家、地方政府等的许可。还有一个问题是，如何在进行DAS观测的同时兼顾常规通信。

传统地震仪检测地面运动和速度，而DAS手段观测的是地面形变。因此，有必要开发新的解析方法。

篠原认为，通过将测量仪器放入耐压容器并沉入海底，可以进一步扩大观测网规模。至于兼顾常规通信的问题，可以通过按光的波长分配用途或使用备用光纤来解决。计划是，在比5到10年更短的时间内将该技术投入实际应用。

地震预知联络会会长、名古屋大学教授山冈耕春不无期待地表示：“其主要优点是，不需要电子回路，不受高温或雷电等的影响，且可以获取空间上的连续数据。这项技术最近非常受关注，希望这一前所未有的研究成果能在世界范围内得到有效利用。”

来源：参考消息网