Fiberoptisk kabel overvåger mikroseismicitet i Antarktis

På Seismological Society of America's årsmøde i 2021, forskere delte, hvordan de bruger fiberoptisk kabel til at opdage de små jordskælv, der forekommer i is i Antarktis.

Resultaterne kunne bruges til bedre at forstå isens bevægelse og deformation under ændrede klimaforhold, samt forbedre fremtidig overvågning af kulstofopsamlings- og lagringsprojekter, sagde Anna Stork, geofysiker hos Silixa Ltd.

Stork diskuterede, hvordan hun og hendes kolleger forfiner deres metoder til distribueret akustisk sansning, eller DAS, for mikroseismicitet - jordskælv for små til at mærkes. DAS fungerer ved at bruge de små indre fejl i en optisk fiber som tusindvis af seismiske sensorer. Et instrument i den ene ende sender laserpulser ned ad kablet og måler "ekko" af hver puls, når det reflekteres af fiberens indre fejl.

Når fiberen forstyrres af jordskælv eller isskælv, der er ændringer i størrelsen, frekvens og fase af laserlys spredt tilbage til DAS -modtageren, der kan bruges, karakteriserer den seismiske hændelse.

Michael Kendall fra University of Oxford sagde, at Antarktis -forskningen viser, hvordan DAS kan bruges til at overvåge underjordisk kulstofopsamling og -lagring på andre steder i verden. For eksempel, layoutet af Antarktis -netværket giver et godt eksempel på, hvordan et lignende netværk kan konfigureres til bedst at opdage mikroseismicitet, der kan udløses af kulstoflagring.

"Vores arbejde viser også en metode til at bruge DAS -fiberarrays til at undersøge mikroseismiske jordskælvskildemekanismer mere detaljeret end konventionelle geofoner, "sagde Tom Hudson fra University of Oxford." Hvis vi kan analysere kildemekanismen - hvordan et jordskælv svigter eller går i stykker - så kan vi muligvis tilskrive jordskælvet til bevægelse af væsker som kuldioxid i et reservoir. "

De antarktiske mikroseismiske isskælv registreret af DAS "er omtrentlig størrelse -1, svarende til omtrent størrelsen på en bog, der falder ned fra et bord, "Hudson forklarede, "så de er meget små jordskælv."

Undersøgelsen af ​​Hudson og kolleger er den første til at bruge DAS til at se på isskælv i Antarktis. Det fiberoptiske kabel blev indsat i en lineær og trekantet konfiguration på isoverfladen ved Rutford Ice Stream.

Kendall sagde, at der er en række udfordringer ved at bruge fiberoptiske sensorer i det barske Antarktis -miljø. Udstyret skulle rejse i stykker med båd og flere fly til undersøgelsesstedet. Forskerne måtte begrave fiberen for at reducere vindstøj, der forurenede det seismiske signal, samt fjerne signalet fra en generator, der drev DAS -instrumentet.

"Vi husede instrumentet i et bjergbestigningstelt, som stort set fungerede som et lille kontor, "Stork forklaret." At holde temperaturerne inden for de anbefalede driftsgrænser var en udfordring. Den strålende opvarmning fra solen advarede teltet til godt i 30'erne [grader Celsius], selvom det var -10 grader Celsius udenfor. "

Forskerne deler deres analyser af isskælvsdata med klimatologer og andre forskere, der studerer gletsjernes glidning og andre isbevægelser i Antarktis, Sagde Kendall.

"Forhåbentlig vil vi i fremtiden også interagere mere med forskere, der borer iskerner, da de bruger fiber som distribuerede temperatursensorer, men disse fibre, som de satte boringer ned, kunne også bruges til seismiske undersøgelser som vores, "bemærkede han.