تمييز مصدر الزلازل باستخدام الاستشعار الصوتي الموزع

الملخص: يمكن لتقنية الاستشعار الصوتي الموزع (DAS) الناشئة تحويل كابل الألياف الضوئية الموجود مسبقًا والذي يبلغ طوله عشرات الكيلومترات إلى شبكة زلزالية كثيفة تحتوي على آلاف قنوات التسجيل. من خلال قياس تغيير الطور ليزر الارتداد من الشوائب الداخلية في الألياف، يمكن لنظام DAS استنتاج الشد الطولي أو معدل الشد كل بضعة أمتار على طول الألياف بترددات تصل إلى مئات الهيرتز. إن دقة DAS الزمنية والمكانية غير المسبوقة تجعلها تقنية واعدة لرصد وتوصيف خصائص مصدر الزلازل. ومع ذلك، لا تزال التحديات قائمة في الاستفادة من هذه التقنية الجديدة بسبب أحجام البيانات الكبيرة وملاءمة الخوارزميات التقليدية المستخدمة في تسجيلات DAS أحادية المكون الكثيفة. هنا، سنعرض مجموعة من التقدم البحثي في الاستفادة من DAS لتحليل خصائص مصدر الزلازل عالية الدقة، بما في ذلك اختيار المرحلة الزلزالية، وإعادة تحديد موقع الزلازل، وعكس آلية البؤرة، وتصوير الانكسار عالي الدقة. نقدم أولاً PhaseNet-DAS، وهو نموذج شبكة عصبية تلافيفية، للكشف التلقائي عن الزلازل وتحديد مراحل الزلازل من تسجيلات DAS. ثم يقيس إطار عملنا المتقاطع القابل للتوسع، المسمى CCTorch، بشكل قوي أزمنة السفر التفاضلية للطور والقطبية النسبية بين الأحداث الزلزالية المختارة. علاوة على ذلك، قمنا بتطوير حل معكوس بدون مصفوفة يمكنه إجراء إعادة تحديد مزدوجة الفروقات باستخدام آلاف قنوات DAS. كما طورنا طريقة مدفوعة بالبيانات يمكنها عكس القطبية المطلقة لأولى وصول الزلازل بشكل موثوق، مما يمكن أن يحدد اتجاهات المستوى العقدي بدقة وهو أمر حاسم لعكس آليات البؤرة عالية الدقة. لقد طبقنا بنجاح جميع هذه الأساليب على عدة شبكات DAS في كاليفورنيا. أخيراً، سنستعرض نتائج تصوير الانكسار باستخدام الإعادة لزلزال قشرة الأرض Mw6 الذي وقع في وادي أنتيlope، كاليفورنيا في عام 2021. سنظهر أن تصوير الانكسار عالي الدقة الميسر بواسطة الشبكة الكثيفة لـ DAS يمكن أن يكشف عن العمليات الأساسية التفصيلية لتمزق الأرض والآليات الفيزيائية بتكلفة أقل بكثير مقارنة بشبكة الزلازل التقليدية. تسلط هذه التقدمات البحثية الناجحة الضوء على إمكانات DAS كأداة رصد زلزالي من الجيل التالي، والتي يمكن أن تعزز وتكمل بشكل كبير الشبكات الزلزالية الحالية. مع الشبكة الواسعة الموجودة والمقترحة من كابلات الألياف البصرية البحرية والبرية، ستوفر DAS بيانات حيوية للتحقيق بشكل منهجي في خصائص مصدر الزلازل التفصيلية.