يمكن لكابلات الألياف الضوئية إنتاج خرائط عالية الدقة تحت الأرض

هزت سلسلة من الزلازل والهزات الارتدادية منطقة ريدجكريست في جنوب كاليفورنيا في عام 2019. ويتيح الاستشعار الصوتي الموزع (DAS) باستخدام كابلات الألياف الضوئية التصوير تحت السطح عالي الدقة، وهو ما يمكن أن يفسر تضخيم الموقع المرصود لاهتزاز الزلزال.

يعتمد مدى تحرك الأرض أثناء الزلزال بشكل كبير على خصائص الصخور والتربة الموجودة أسفل سطح الأرض مباشرةً. تشير دراسات النمذجة إلى أن اهتزاز الأرض يتضخم في الأحواض الرسوبية، التي غالبًا ما تقع عليها المناطق الحضرية المأهولة بالسكان. ومع ذلك، كان تصوير البنية القريبة من السطح حول المناطق الحضرية بدقة عالية أمرًا صعبًا.

يانغ وآخرون. لقد طوروا طريقة جديدة لاستخدام الاستشعار الصوتي الموزع (DAS) لإنشاء صورة عالية الدقة للهيكل القريب من السطح. DAS هي تقنية ناشئة يمكنها تحويل الموجودكابلات الألياف الضوئيةفي المصفوفات الزلزالية. ومن خلال مراقبة التغيرات في كيفية تشتت نبضات الضوء أثناء انتقالها عبر الكابل، يستطيع العلماء حساب التغيرات الصغيرة في الإجهاد في المادة المحيطة بالألياف. بالإضافة إلى تسجيل الزلازل، أثبتت DAS فائدتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل تسمية أعلى فرقة موسيقية في Rose Parade لعام 2020 والكشف عن التغييرات الجذرية في حركة مرور المركبات أثناء أوامر البقاء في المنزل بسبب فيروس كورونا.

أعاد باحثون سابقون استخدام شريط من الألياف بطول 10 كيلومترات للكشف عن الهزات الارتدادية التي أعقبت زلزال ريدجكريست الذي بلغت قوته 7.1 درجة في كاليفورنيا في يوليو 2019. واكتشفت مجموعة DAS الخاصة بهم حوالي ستة أضعاف عدد الهزات الارتدادية الصغيرة التي اكتشفتها أجهزة الاستشعار التقليدية خلال فترة 3 أشهر.

وفي الدراسة الجديدة، قام الباحثون بتحليل البيانات الزلزالية المستمرة الناتجة عن حركة المرور. أتاحت بيانات DAS للفريق تطوير نموذج لسرعة القص القريبة من السطح بدقة أقل من كيلومتر أعلى بمرتين من النماذج النموذجية. كشف هذا النموذج أنه على طول الألياف، فإن المواقع التي أنتجت فيها الهزات الارتدادية المزيد من الحركة الأرضية تتوافق بشكل عام مع الأماكن التي كانت فيها سرعة القص أقل.

ويشير الباحثون إلى أن مثل هذه الخرائط الدقيقة للمخاطر الزلزالية يمكن أن تحسن إدارة المخاطر الزلزالية في المناطق الحضرية، خاصة في المدن التي قد تكون فيها شبكات الألياف الضوئية موجودة بالفعل.