Волоконно-оптический кабель регистрирует микросейсмичность в Антарктиде

На Ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки в 2021 году исследователи представили метод использования волоконно-оптического кабеля для обнаружения небольших землетрясений, происходящих во льдах Антарктиды.

Полученные результаты могут быть использованы для лучшего понимания движения и деформации льда в условиях меняющегося климата, а также для улучшения будущего мониторинга проектов по улавливанию и хранению углерода, сообщила геофизик компании Silixa Ltd. Анна Шторк.

Исследователи совершенствуют методы распределенного акустического зондирования (DAS) для регистрации микросейсмичности — землетрясений, слишком слабых, чтобы их можно было почувствовать. DAS использует микроскопические внутренние дефекты в оптическом волокне в качестве тысяч сейсмических датчиков. Инструмент на одном конце кабеля посылает лазерные импульсы и измеряет «эхо» каждого импульса, отраженного от этих дефектов. Когда волокно возмущается землетрясениями или ледовыми толчками, происходят изменения в интенсивности, частоте и фазе рассеянного света, что позволяет охарактеризовать сейсмическое событие.

Как отметил Майкл Кендалл из Оксфордского университета, антарктическое исследование демонстрирует, как DAS можно использовать для мониторинга подземного хранения улавливаемого углерода по всему миру. Конфигурация антарктической сети служит хорошим примером для обнаружения микросейсмичности, которая может быть вызвана закачкой CO₂.

«Наша работа также демонстрирует метод использования массивов DAS для детального изучения механизмов очагов микросейсмических землетрясений», — сказал Том Хадсон из Оксфордского университета. «Если мы сможем проанализировать механизм очага — как происходит разрыв или разрушение, — то, возможно, сможем связать землетрясение с движением флюидов, таких как CO₂, в резервуаре».

Зарегистрированные DAS антарктические ледовые толчки имеют магнитуду примерно -1, что соответствует падению книги со стола, поэтому это очень слабые землетрясения. Исследование Хадсона и его коллег — первое, в котором DAS используется для изучения ледовых толчков в Антарктиде. Волоконно-оптический кабель был развернут в линейной и треугольной конфигурации на поверхности ледника Рутфорд.

Работа в суровых антарктических условиях была сопряжена с трудностями: оборудование доставлялось по частям, кабель пришлось закапывать для снижения ветрового шума, а также устранять помехи от генератора. Инструмент размещался в альпинистской палатке, где поддержание температуры в рабочих пределах было сложной задачей из-за солнечного нагрева.

Исследователи делятся данными о ледовых толчках с климатологами, изучающими движение ледников. В будущем возможно сотрудничество с учёными, бурящими ледяные керны, так как используемые ими волокна для распределенного температурного зондирования в скважинах также могут быть задействованы для сейсмических исследований.