瑞士冰川上鋪設的光纖電纜成功偵測到冰川裂縫形成產生的地震訊號，彰顯了此技術在監測冰震方面的潛力。這項研究成果已在美國地震學會年會發表。冰川裂縫對冰川穩定性至關重要，因為裂縫可以將融水引導至冰川床，加速冰流，並導致融化加劇。然而，在裂縫嚴重的冰川上，極端的條件使得部署傳統的地震感測器面臨挑戰。

無人機拍攝的瑞士戈爾內冰河冰裂縫。圖片來源：湯姆·哈德森

蘇黎世聯邦理工學院的湯姆·哈德森解釋說，冰震產生的地震信號與剪切力引起的構造地震信號，以及涉及快速釋放能量的化學或核爆炸產生的地震信號有很大不同。他說，裂縫是「裂縫源，裂縫僅在一個方向上純粹打開」。

這項由哈德森和蘇黎世聯邦理工學院的安德烈亞斯·菲希特納（Andreas Fichtner，他在會上介紹了這項研究）及其同事共同開展的新研究「是利用光纖探測地下這種張開裂縫斷裂型地震活動的真實案例，」哈德森說。 “這幾乎是我們能最接近震源的距離了。我們的裂縫地震發生在光纖電纜十米以內，這非常罕見。”

這項成功表明光纖檢測可能有助於監測碳儲存庫或地熱能係統岩石中可能出現的類似裂縫。

「由於冰是一種比岩石更簡單的地震介質，它的速度結構眾所周知，我們可以真正探究震源物理，」哈德森說。 “如果我們能在這種更簡單的環境中做到這一點，那麼我們希望或許可以開始考慮在更複雜的環境中做到這一點。”

研究人員在瑞士第二大冰川戈爾內冰川（Gornergletscher）的冰隙地帶部署了密集的二維光纖網格。哈德森表示，團隊部署過程中的天氣條件非常幸運。他們部署電纜時正值冬夏交替之際，所以沒有下雪，研究人員可以避免跌入被覆蓋的冰隙的危險。

使用光纖電纜收集地震資料的主要挑戰之一是確保電纜與其鋪設的地面良好接觸或「耦合」。 「白天溫度仍然足夠高，光纖會變熱並稍微融化到冰川中，因為光纖與冰相比是黑色的。然後，當光纖融化時，溫度又足夠低，以至於它在​​一夜之間就凍結在原地，」哈德森解釋說。

「因此，就光纖熔化和凍結而言，我們實際上獲得了人們所希望的最佳耦合，」他補充道。

團隊偵測並定位了951次冰震，其地震波形在地震面波到達後包含強烈的振盪或尾波。當冰裂縫內有水時，可能會發生這些振盪，地震期間水的移動會產生共振訊號。但Hudson表示，Hudson及其同事的分析表明，這些振盪更有可能是由地震波「在冰裂縫區多個冰裂縫之間來回反射時產生的共振引起的。

研究人員還將光纖網格的數據與更傳統的地震節點部署的數據進行了比較。光纖電纜提供的資料量幾乎是節點陣列的20倍。 「雖然面臨一些數據處理方面的挑戰，但數據量卻大得多，這使得我們基本上可以從數據本身中看到完整的波場，這很不尋常，」Hudson說。

他指出，使用光纖電纜的另一個優點是它們對更大範圍的訊號頻率敏感，包括持續數小時甚至數天的低頻訊號，這使得地震學家能夠測量冰隨時間的彎曲。

他說，哈德森希望利用光纖測量冰的速度結構並開發其地下的3D 影像。

“我非常想量化裂縫的範圍和密度，看看這個區域的冰層受損程度，”他解釋說，“這樣我們就能知道冰震是由裂縫引發的。我們還沒有量化裂縫的數量和大小，所以這是未來的希望。”

 編譯自/ scitechdaily