新知 物理

地震?光纖報給你知

Print Friendly and PDF
撰文者:原文作者:R. Mark Wilson。中文編譯:朱家誼 博士
發文日期:2018-04-22
點閱次數:1837
  • 過去十年內,石油產業的研究員研發出一套叫做「分佈式聲學感測(DAS)」的技術,主要的概念是將一條光纖變成一串的壓力感測器,可以用來解決許多陸上和海上的油層成像的問題。

    DAS的運作方式是從光纖電纜的一端用光電元件放出短的脈衝光,而這道脈衝光會與光纖芯內部微小的雜質所造成的反散射形成干涉。當這條光纖受到局部的壓力時,干涉後的脈衝光訊號就會改變;只要紀錄下這些脈衝光訊號回傳的時間,這套元件就可以找出在光纖上哪裡有受到線性的擠壓或是拉伸。如果持續的放出脈衝光,這套技術甚至可以得到聲波的傳遞速率。

     
    43389914_l
    圖片來源:123rf

    由柏克萊大學與柏克萊國家實驗室(University of California, Berkeley, and Lawrence Berkeley National Laboratory)的奈特⋅琳西(Nate Lindsey)和史丹佛大學(Stanford University)的艾琳⋅馬汀(Eileen Martin)主導的研究團隊發現如果將DAS技術用於地震的感測上,準確率竟然和目前的地震儀不相上下。該團隊在阿拉斯加做了一次實地測試,他們將一條四公里長的光纖電纜淺淺地埋在地下20公分處。為了做比較,他們也在同樣的地方埋入地震儀。在一次芮氏強度3.8的地震發生後,他們將光纖上的壓力改變率轉換成地面的加速度後發現和地震儀顯示的強度和相位有非常強的相關性。
    圖片 1
    (圖為研究團隊的研究員喬納森·阿霍—福蘭克林(Jonathan Ajo-Franklin)在類似的實驗中準備放入光纖電纜的照片。)

    有別於服役中的地震儀,DAS在整條光纖電纜可及的範圍裡(估計可以長達幾十公里)都可以偵測地震,而且相對便宜、容易設置而且不易被電子雜訊干擾,所以應該更適合拿來當地震儀。除此之外,在海底和許多國家的地底下都有許多已荒廢的光纖纜線組成的巨大網路。這些纜線都可以重新利用,拿來偵測地震和其強度、地下水的存在、永久凍土的改變或是其他地表下的活動。相較之下,目前的地震儀不只是數量稀少而且都聚集在陸地上。這些研究員已經開始著手測試DAS的技術是否真能夠擔當地震儀的重責大任。除了測試刻意埋的光纖電纜之外,他們也測試史丹佛大學校園裡的既有的公共電子通訊用的地底光纖是否能直接使用。他們發現DAS技術用在上述的光纖上從附近的礦石場爆破、舊金山灣區的小地震到橫跨全美的大地震都偵測的到。
    相關閱讀:一種用噴的材料能夠翻新牆壁而在地震時拯救生命
                  滑動的岩石如何因摩擦而熔解​​​​​​​
                天問?問天?​​​​​​​

    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, March 2018 雜誌內(Physics Today 71, 3, 24 (2018); https://doi.org/10.1063/PT.3.3866);原文作者:R. Mark Wilson。中文編譯:朱家誼 博士,國立中興大學物理系 博士後。

    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by R. Mark Wilson, and are published on Physics Today 71, 3, 24 (2018); https://doi.org/10.1063/PT.3.3866). The article in Mandarin is translated and edited by Dr. Chia-Yi Ju, working on Department of Physics, National Chung Hsing University.
回上一頁