Peneliti berhasil menggunakan penginderaan akustik terdistribusi untuk pemantauan seismik

Peluncuran Satelit LAPAN-A3 22 Juni 2016 (Juli 2019).

Anonim

Para ilmuwan di Departemen Energi Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa serat gelap - jaringan luas kabel serat optik yang tidak terpakai yang dipasang di seluruh negara dan dunia - dapat digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi gempa bumi, kehadiran air tanah, perubahan kondisi permafrost, dan berbagai aktivitas bawah permukaan lainnya.

Dalam sepasang makalah yang baru-baru ini diterbitkan, sebuah tim yang dipimpin oleh peneliti Berkeley Lab Jonathan Ajo-Franklin mengumumkan mereka telah berhasil menggabungkan teknologi yang disebut "distributed acoustic sensing, " yang mengukur gelombang seismik menggunakan kabel serat optik, dengan teknik pemrosesan baru untuk memungkinkan keandalan pemantauan seismik, mencapai hasil yang sebanding dengan apa yang dapat mengukur seismometer konvensional.

"Ini memiliki potensi yang sangat besar karena Anda dapat membayangkan serat panjang yang berubah menjadi jaringan seismik yang besar, " kata Shan Dou, seorang postdoktoral Berkeley Lab. "Idenya adalah bahwa dengan menggunakan serat yang dapat terkubur di bawah tanah untuk waktu yang lama, kita dapat mengubah kebisingan lalu lintas atau getaran ambien lainnya menjadi sinyal seismik yang dapat digunakan yang dapat membantu kita untuk memantau perubahan dekat permukaan seperti pencairan permafrost dan fluktuasi muka air tanah.. "

Dou adalah penulis utama "Distributed Acoustic Sensing for Seismic Monitoring of Near Surface: A Traffic-Noise Interferometry Case Study, " yang diterbitkan pada bulan September dalam Nature's Scientific Reports dan memverifikasi teknik untuk memantau permukaan dekat Bumi. Baru-baru ini, kelompok Ajo-Franklin menerbitkan studi lanjutan yang dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana UC Berkeley, Nate Lindsey, "Pengamatan Jaringan Serat Optik Gelombang Gempa, " dalam Geophysical Research Letters (GRL), yang menunjukkan kelayakan menggunakan serat optik kabel untuk mendeteksi gempa.

Apa itu dark fiber?

Serat gelap mengacu pada kabel serat optik yang tidak digunakan, di mana ada limpahan berkat terburu-buru besar untuk memasang kabel pada awal 1990-an oleh perusahaan telekomunikasi. Sama seperti kabel yang terkubur di bawah tanah, teknologi untuk transmisi data meningkat secara signifikan sehingga lebih sedikit kabel yang dibutuhkan. Sekarang ada koridor tebal serat gelap yang bersilangan di seluruh negeri.

Distributed acoustic sensing (DAS) adalah teknologi baru yang mengukur gelombang seismik dengan menembakkan pulsa laser pendek melintasi panjang serat. "Ide dasarnya adalah, sinar laser akan tersebar oleh kotoran kecil di serat, " kata Ajo-Franklin. "Ketika serat mengalami deformasi, kita akan melihat distorsi dalam cahaya backscattered, dan dari distorsi ini, kita dapat mengukur bagaimana serat itu sendiri diperas atau ditarik."

Menggunakan larik uji yang dipasang di Richmond, California - dengan kabel serat optik yang ditempatkan di parit berbentuk L yang dangkal, satu kaki sekitar 100 meter sejajar dengan jalan dan yang lain tegak lurus - para peneliti memverifikasi bahwa mereka dapat menggunakan gelombang seismik yang dihasilkan oleh lalu lintas perkotaan, seperti mobil dan kereta api, untuk gambar dan memantau sifat mekanik lapisan tanah dangkal.

Pengukuran memberikan informasi tentang bagaimana "licin" tanah pada suatu titik tertentu, sehingga memungkinkan untuk menyimpulkan banyak informasi tentang sifat-sifat tanah, seperti kandungan atau tekstur airnya. "Bayangkan sebuah slinky - itu bisa mengompres atau menggeliat, " kata Ajo-Franklin. "Mereka sesuai dengan cara yang berbeda Anda dapat menekan tanah, dan berapa banyak energi yang diperlukan untuk mengurangi volumenya atau mengguntingnya."

Dia menambahkan: "Hal yang rapi tentang itu adalah bahwa Anda membuat pengukuran di setiap unit serat. Semua refleksi kembali kepada Anda. Dengan mengetahui semuanya dan mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk sinar laser untuk melakukan perjalanan kembali dan di atas serat Anda dapat mencabut kembali apa yang terjadi di setiap lokasi. Jadi ini adalah pengukuran yang benar-benar terdistribusi. "

Setelah membuktikan konsep tersebut di bawah kondisi yang terkendali, tim mengatakan mereka mengharapkan teknik untuk bekerja pada berbagai jaringan telekomunikasi yang ada, dan mereka saat ini melakukan percobaan tindak lanjut di seluruh California untuk menunjukkan ini. Penelitian yang sedang berlangsung di Alaska juga mengeksplorasi teknik yang sama untuk memantau stabilitas permafrost Arktik.

Ditambahkan Dou: "Kita dapat memantau permukaan dekat dengan sangat baik dengan menggunakan apa pun kecuali kebisingan lalu lintas. Ini bisa menjadi fluktuasi tingkat air tanah, atau perubahan yang dapat memberikan peringatan dini untuk berbagai geohazards seperti pencairan permafrost, pembentukan lubang pembuangan, dan tanah longsor. "

Menggunakan serat untuk mendeteksi gempa

Dibangun di atas lima tahun penelitian Berkeley Lab yang mengeksplorasi penggunaan DAS untuk pemantauan bawah permukaan menggunakan sumber gempa non-gempa, kelompok Ajo-Franklin kini telah mendorong amplop dan telah menunjukkan bahwa DAS adalah alat yang ampuh untuk pemantauan gempa bumi juga.

Dalam studi GRL yang dipimpin oleh Lindsey bekerja sama dengan mahasiswa pascasarjana Stanford Eileen Martin, tim peneliti mengambil pengukuran menggunakan teknik DAS pada susunan serat optik di tiga lokasi - dua di California dan satu di Alaska. Dalam semua kasus, DAS terbukti cukup sensitif terhadap gempa bumi sebagai seismometer konvensional, meskipun tingkat kebisingannya lebih tinggi. Menggunakan array DAS, mereka menyusun katalog gempa bumi lokal, regional, dan jauh dan menunjukkan bahwa teknik pemrosesan dapat memanfaatkan banyak saluran DAS untuk membantu memahami dari mana gempa bumi berasal.

Ajo-Franklin mengatakan bahwa dark fiber memiliki keunggulan hampir di mana-mana, sedangkan seismometer tradisional, karena harganya mahal, jarang dipasang, dan instalasi bawah laut sangat langka. Selain itu, serat memungkinkan untuk pengambilan sampel spasial yang padat, yang berarti titik-titik data hanya berjarak beberapa meter, sedangkan seismometer biasanya dipisahkan oleh banyak kilometer.

Lindsey menambahkan: "Serat memiliki banyak implikasi untuk deteksi gempa, lokasi, dan peringatan dini. Serat akan padam di lautan, dan di seluruh daratan, sehingga teknologi ini meningkatkan kemungkinan bahwa sebuah sensor hampir roboh ketika terjadi gempa bumi. terjadi, yang diterjemahkan ke dalam menemukan kejadian kecil, perbaikan lokasi gempa, dan waktu tambahan untuk peringatan dini. "

Kertas GRL mencatat aplikasi potensial lainnya menggunakan serat gelap, termasuk analisis bahaya gempa perkotaan, pencitraan seismik global, deteksi gunung berapi laut lepas pantai, pemantauan ledakan nuklir, dan karakterisasi gempa mikro.

menu
menu