В новом исследовании, опубликованном в журнале The Seismic Record, ученые показывают, как неиспользуемый телекоммуникационный оптоволоконный кабель может быть преобразован для использования в прибрежных системах EEW.

Цзюсюнь Инь (Jiuxun Yin), научный сотрудник Калифорнийского технологического института, работающий в SLB, и его коллеги использовали 50 км подводного телекоммуникационного кабеля, проходящего между США и Чили, и в течение четырех дней отбирали сейсмические данные по 8 960 каналам вдоль кабеля. Метод, получивший название Distributed Acoustic Sensing или DAS, использует крошечные внутренние дефекты в длинном оптическом волокне в качестве тысяч сейсмических датчиков.

Инь и его коллеги использовали данные, полученные по кабелю, для определения мест землетрясений и оценки их магнитуды для одного наземного (магнитуда 3,7) и двух морских (магнитуда 2,7 и 3,3) землетрясений за исследуемый период.

Полученные результаты показывают, что использование одного массива DAS позволяет примерно на три секунды повысить эффективность раннего предупреждения о землетрясениях по сравнению с береговыми массивами DAS. В ходе имитационного моделирования исследователи пришли к выводу, что при развертывании нескольких массивов DAS, расположенных на расстоянии 50 км друг от друга и работающих совместно в данном районе, можно улучшить время оповещения о землетрясениях в зоне субдукции на пять секунд.

Хотя мы и ожидали некоторого улучшения за счет размещения массива DAS в море, фактическое увеличение скорости превысило наши первоначальные прогнозы, — сказал Инь.

Ключевым преимуществом является расположение массива в море, что устраняет необходимость ждать, пока сейсмические волны достигнут наземных станций.

Регион на шельфе Чили схож с регионом Каскадия на шельфе Канады и Тихоокеанского Северо-Запада США. В обоих районах находится активная зона субдукции, где происходит столкновение тектонических плит и погружение одной плиты под другую, что приводит к самым крупным и разрушительным землетрясениям в истории. Даже на шельфе Южной Калифорнии в многочисленных разломах происходили землетрясения магнитудой 6 и более. Во всех этих густонаселенных прибрежных районах морское раннее предупреждение о землетрясениях может помочь защитить жизни и имущество.

Основной причиной выбора этого кабеля является повышенный сейсмический риск в Чили. В этом регионе часто происходят морские землетрясения, и за всю историю он пережил несколько значительных землетрясений магнитудой 8+, включая самое крупное из когда-либо зарегистрированных в 1960 году, — пояснил Инь.

Учитывая высокий сейсмический риск и потенциально разрушительные последствия сильного землетрясения, в Чили существует острая необходимость в надежной системе раннего предупреждения о землетрясениях на шельфе.

Для выделения волн землетрясения из данных DAS этого морского кабеля исследователи использовали модель искусственного интеллекта с глубоким обучением, которая была обучена и проверена на предыдущих сейсмических данных и данных DAS.

В конкретном случае DAS объем собираемых данных значителен. Для приложений, работающих в режиме реального времени, таких как EEW, предварительно обученные модели глубокого обучения представляют собой высокоэффективный и надежный вариант, — сказал Инь.

При этом он отметил, что другие традиционные сейсмологические методы отбора землетрясений все еще могут быть эффективны при автоматизированной обработке данных DAS.

По словам Инь, для разработки и эффективного тестирования алгоритмов EEW исследователям необходимо больше данных, особенно от землетрясений большей силы, а также больше информации о том, как реагируют приборы DAS, прежде чем создавать систему EEW в реальном времени, интегрируемую с существующими системами EEW.

В мире есть много мест, где можно продолжить эти исследования, отметил он.

В мире насчитывается более 1500 кабельных станций, и прогресс в технологии позволяет использовать действующие кабели и добавлять системы DAS без ущерба для транспортировки [телекоммуникационных] данных, — заключает Инь.

Мы считаем, что это открывает множество интересных исследовательских возможностей, и стремимся изучить их в будущих исследованиях. Мы рассчитываем на тесное взаимодействие с владельцами кабелей, природоохранными ведомствами и политиками, чтобы расширить масштабы применения DAS-EEW в интересах прибрежных сообществ.