巨型“地震傳感器”從哪來？斯坦福教授：光纖網絡就可以

巨型“地震傳感器”從哪來？斯坦福教授：光纖網絡就可以

光纖不僅僅能傳輸數據，實際上還能探測周邊發生的事件，包括地震最初期的轟隆聲。

過去一年，斯坦福大學的地球物理學教授Biondo Biondi利用一條安裝在校園里長達4.8千米（3英里）的試驗環路來記錄地震引起的振動，并將這些振動和諸如汽車駛過造成的其他來源的振動區分開來。

從2016年9月起，他的團隊利用這個光纖地震觀測站一共記錄了800次地震事件，其中包括來自近期墨西哥地震的信號和附近地區采石場爆破造成的振動。而光纖能夠區分兩種類型的地震波，P波和S波。這一點對于地震預警系統非常重要，因為P波傳播得更快，而S波破壞力更強。

利用光纖監測地震事件并非什么新技術，這本來就是油氣公司的標準作業程序。不過，原本的技術涉及到先要固定住光纖，比如將其固著在輸油管道之類的某個表面上，或者用水泥將其包裹。Biondi卻模擬了光學通信的標準安裝方式，使用的是放置在塑料管子里、未經固定的光纖。

“人們可不認為這么做能行”，這一項目的研究生艾林·馬丁在一份事先準備好的聲明中說，“他們總是認為未固定的光纖會產生太多的信號噪聲。”不論是否經過固定，光纖地震監測系統都利用了光纖內固有的雜質充當虛擬傳感器，安裝在光纖一端的“應答器”，向光纖內部發射激光脈沖，同時監測反射回來的光線——反向散射。當地震引起地面運動時，光纖會產生伸長和縮短，于是反向散射的時間會發生變化。

Biondi稱，一個“應答器”就可以用于大約 40千米長的光纖，每隔幾米監測一個虛擬傳感器。而這類系統的分辨率正在穩步提升。他說他的項目已經證明“數以百萬甚至億萬的傳感器組成的網絡已經存在于電信線路中”，我們只需要接入其中就行。

Biondi的主要研究興趣是將油氣開采公司收集到的地震數據轉化成地質構造圖像。他在大約五年前開始思考有關光纖的問題，那時他家被接入到Google Fiber項目的早期試驗當中。

當Biondi發現他研究組里之前的某個學生正供職于一家硬件公司，而該公司為監測光纖電纜內的反向散射制造硬件，這個項目的第三塊拼圖也就位了。于是2015年夏天，他啟動了被他稱為“十億傳感器地震觀測站”的項目。

Biondi指出，利用基于光纖的虛擬傳感器，“總是會比地震學家使用的標準傳感器質量差。但那些傳感器十分昂貴，因此地震探測網絡只能負擔得起每隔20公里一個的密度，即使在灣區也是如此。有了光纖就可以將密度提升到幾米一個傳感器。因此大量的光纖傳感器會比單一的地震傳感器更敏感；或許能記錄下普通傳感器無法識別的微小地震。”

Biondi的團隊計劃從 2018年開始在更大范圍內安裝另一個測試陣列。他希望這能使他的團隊可以識別出傳統探測網絡忽略的地震。“那將會是令學術界和政府為之矚目的一大步。”Biondi指出，這一地震監測方法的偉大之處，也是其最大的挑戰在于，“它可以使用已經存在的通信線路，但是說服電信業界使其能夠被利用是個問題。”

詳細的項目情況將會發表于12月期的地球物理學期刊The Leading Edge，信號處理方法的相關細節將發布于明年1月的IEEE Signal Processing Magazine。來源于斯坦福試驗環路的數據還將單獨用于“Stamen Design and the Victoria and Albert Museum”可視化項目的一部分。

“這世界的數字基礎設施本身就是一個巨大的傳感設備，這種附帶設施的想法太令人著迷了”，他說。

■（摘自美《深科技》）（編輯/多洛米）