光ファイバーケーブルが地震を検出し特徴づける

2023 年 8 月 2 日

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カリフォルニア工科大学による

カリフォルニアでは、数千マイルにわたる光ファイバー ケーブルが州内を縦横に張り、人々にインターネットを提供しています。 しかし、これらの地下ケーブルには、地震を感知して測定するという驚くべき二次的な機能もあります。 カリフォルニア工科大学の新しい研究では、科学者らは、光ファイバーケーブルの一部を使用してマグニチュード6の地震の複雑な詳細を測定し、破壊につながった断層の「スタック」領域である4つの個別のアスペリティの時間と位置を正確に特定したと報告している。 。

地球物理学のZhongwen Zhan教授と彼のチームは数年にわたり、分散型音響センシングと呼ばれる方法で間に合わせの地震計の高密度ネットワークを構築することにより、光ファイバーケーブルを再利用することで、地震活動を測定する能力を大幅に拡張する簡単な方法であることを示すことを目指してきた。

Nature誌に掲載されたこの新しい研究は、特定の2021年の地震の背後にある複雑なメカニズムを正確に理解するために、わずか100キロメートルのケーブル部分を利用したもので、より多くのケーブルにアクセスできれば、地震物理学への理解が深まり、最終的には早期地震の改善が可能になることを示唆している。警告システム。

「地震活動をより広範囲に測定できれば、地震の研究方法に革命を起こし、より多くの事前警告を提供できるようになります」とザン氏は言う。 「地震を予測することはできませんが、分散音響センシングは、地球がどのように破壊するかの基礎となる詳細のより良い理解につながるでしょう。」

南カリフォルニアの約 56,500 平方マイルには約 500 台の地震計があり、1 台あたりの価格は最大 50,000 ドルに達します。 一方で、州全体で光ファイバーケーブルを利用することは、何百万台もの地震計で州全体を覆うことに等しい可能性がある。

光ファイバーケーブルを地震計として使用するには、レーザーエミッターをケーブルの一端に配置し、ケーブルのコアを構成する長くて薄いガラスのストランドを通して光線を発射します。 ガラスには小さな欠陥があり、光のごく一部が光源に反射され、そこで記録されます。

このようにして、各欠陥は光ファイバー ケーブルに沿った追跡可能なウェイポイントとして機能し、通常は地面の直下に埋められます。 地面を伝わる地震波によりケーブルがわずかに揺れ、これらの中間点への光の移動時間が変化します。 したがって、ケーブルの長さに沿った欠陥は、地震学者が地震波の動きを観察できるようにする何千もの個別の地震計のように機能します。

この新しい研究で研究チームは、2021年のアンテロープバレーのマグニチュード6地震の際にシエラネバダ東部にある光ファイバーケーブルを伝播する光の痕跡を調べた。 ケーブルの断面は 10,000 個の地震計に相当し、M6 が一連の 4 つの小さな断裂で構成されていることがわかりました。 小型地震などのいわゆる「サブイベント」は、従来の地震観測網では検出できませんでした。

機械工学および地球物理学のローレンス・A・ハンソン・ジュニア教授であるナディア・ラプスタの研究室と協力して、チームは測定された地震活動に基づいてM6地震の正確なモデルを作成することができました。 モデルは 4 つのサブイベントのタイミングを示し、断層領域上の正確な位置を特定しました。

「光ファイバーケーブルを一連の地震計として使用すると、長い間仮説が立てられてきたが、イメージするのが難しかった地震物理学の側面が明らかになります」とザン氏は言います。 「たとえとして、毎日の裏庭の望遠鏡を想像してください。木星は見えますが、衛星やその詳細はおそらく見えません。非常に強力な望遠鏡を使用すると、惑星や月の表面の細かい詳細を見ることができます。当社のテクノロジー地震に対する強力な望遠鏡のようなものです。」