 |
 |
 |
中国科学技术大学李泽峰研究员发表综述：地震监测的技术变革 I
时间：2021-08-13
地震学是一门数据驱动的科学，其重大进步常常源于我们观测能力的提高。地震监测为几乎所有地震学分支提供重要观测资料，构成了整个观测地震学的基础。地震监测的最基本形式是从连续的地震波形中提取基本的地震信息（时间、位置和震级），从而产生地震目录。在过去十年中，新的地震监测软硬件技术层出不穷，其中硬件方面包括节点地震仪、分布式光纤等，软件方面包括模板识别、人工智能等。这些技术极大地提高了我们对小地震的监测能力，对当代地震监测形式产生了革命性的影响。 |
中国科学技术大学地球和空间科学学院李泽峰研究员在英文期刊Earthquake Science上发表了论文 Recent advances in earthquake monitoring I: Ongoing revolution of seismic instrumentation（《地震监测的技术变革 I：地震仪器的持续变革》）。本文是针对地震监测软硬件进展两篇综述文章中的第一篇，着重对硬件方面的发展进行梳理，以期给读者一个概览式的了解。
近十年来，低成本大规模密集地震阵列出现了革命性的进展，节点台阵，MEMS传感器，分布式光纤是其中的典型代表。
图1 基于节点（node）、微电机械系统（MEMS）、分布式光纤（DAS）的大规模密集地震阵列。(a) 美国长滩地区节点阵列，约5200个节点；(b) 中国台湾地区P-Alert地震预警台网，超过700个MEMS；(c) 美国内华达地区Porotomo分布式光纤阵列，8720个通道。
节点地震仪（node）将检波器、电池、存储等集成到一个独立单元，大大方便了布设。2011年美国长滩地区5200节点阵列在获取地下高分辨率结构和地震检测上取得成功，极大促进了节点台网在地震学研究的普及。但节点地震仪在电池和数据存储方面存在限制，因此适合作为流动台网。而更低成本的微电机械系统（MEMS），在地震预警方面得到关注和使用，包括美国加州地区的MyShake系统和中国台湾地区的P-Alert系统，但是MEMS灵敏度不足，在微震监测的用处有限。
从2017年以来，分布式光纤传感（DAS）作为一种迅速获得密集阵列的崭新技术进入天然地震学。它可以通过终端连接外部电源和存储，实现实时运行，从而展现出成为下一代永久监测台网的潜力。尤其在现代城市已具有充足的通讯光纤网络，DAS可以在城市迅速建立一个高密度监测台网。
图2 基于城市通讯网络的分布式光纤阵列记录到2019 M 7.1加州Ridgecrest地震的一个M 3.9余震波场，显示了大量波场细节。
另外，DAS提供了一种相比于海底地震仪更方便、密度更高的观测技术，有望填补地震学长期在海底环境的观测空白。随着对DAS数据认识的提高和解调设备的升级，光纤技术将有可能对观测地震学产生深远的影响。
本文已在Earthquake Science 发表，线上可通过http://www.equsci.org.cn/article/doi/10.29382/eqs-2021-0011?pageType=en下载。
Citation: Li ZF (2021). Recent advances in earthquake monitoring I: Ongoing revolution of seismic instrumentation. Earthq Sci 34(2): 177–188, doi: 10.29382/eqs-2021-0011.
