Cáp quang có thể tạo ra bản đồ ngầm có độ phân giải cao

Một loạt trận động đất và dư chấn đã làm rung chuyển khu vực Ridgecrest ở Nam California vào năm 2019. Cảm biến âm thanh phân tán (DAS) sử dụng cáp quang cho phép chụp ảnh dưới bề mặt có độ phân giải cao, điều này có thể giải thích sự khuếch đại rung chuyển của trận động đất tại địa điểm quan sát được.

Mức độ dịch chuyển của mặt đất trong một trận động đất phụ thuộc nhiều vào đặc tính của đá và đất ngay bên dưới bề mặt Trái đất. Các nghiên cứu mô hình hóa cho thấy rằng chấn động mặt đất được khuếch đại trong các lưu vực trầm tích, nơi thường tọa lạc các khu đô thị đông dân cư. Tuy nhiên, việc chụp ảnh cấu trúc gần bề mặt xung quanh các khu vực đô thị ở độ phân giải cao đang gặp nhiều thách thức.

Yang và cộng sự. đã phát triển một phương pháp mới sử dụng cảm biến âm thanh phân tán (DAS) để xây dựng hình ảnh có độ phân giải cao về cấu trúc gần bề mặt. DAS là một kỹ thuật mới nổi có thể biến đổi hiện tạicáp quangthành các mảng địa chấn. Bằng cách theo dõi những thay đổi về cách các xung ánh sáng phân tán khi chúng truyền qua cáp, các nhà khoa học có thể tính toán những thay đổi biến dạng nhỏ trong vật liệu xung quanh sợi. Ngoài việc ghi lại các trận động đất, DAS còn được chứng minh là hữu ích trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như nêu tên ban nhạc diễu hành ồn ào nhất tại Lễ diễu hành Hoa hồng năm 2020 và phát hiện những thay đổi đáng kể về lưu lượng phương tiện trong thời gian có lệnh ở nhà do dịch bệnh COVID-19.

Các nhà nghiên cứu trước đây đã tái sử dụng đoạn sợi quang dài 10 km để phát hiện các dư chấn sau trận động đất mạnh 7,1 độ richter ở California vào tháng 7 năm 2019. Mảng DAS của họ đã phát hiện số dư chấn nhỏ nhiều gấp sáu lần so với các cảm biến thông thường trong khoảng thời gian 3 tháng.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu địa chấn liên tục do giao thông tạo ra. Dữ liệu DAS cho phép nhóm phát triển mô hình vận tốc cắt gần bề mặt với độ phân giải dưới km cao hơn hai bậc so với các mô hình thông thường. Mô hình này tiết lộ rằng dọc theo chiều dài của sợi, các vị trí nơi dư chấn tạo ra nhiều chuyển động mặt đất hơn thường tương ứng với nơi tốc độ cắt thấp hơn.

Các tác giả gợi ý rằng việc lập bản đồ nguy cơ địa chấn quy mô nhỏ như vậy có thể cải thiện việc quản lý rủi ro địa chấn đô thị, đặc biệt là ở các thành phố nơi có thể đã có mạng cáp quang.