광속의 지진학: 섬유가 어떻게

2023년 6월 16일

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Meghan S. Miller, John Townend 및 Voon Hui Lai 저, 대화

뉴질랜드 아오테아로아에서는 2010년과 2011년 크라이스트처치, 2018년 카이코우라 근처에서 발생한 파괴적인 지진을 포함해 빈번한 지진이 발생합니다.

남섬에서 가장 큰 지진 위험은 600km에 달하는 알파인 단층(Alpine Fault)으로, 서던알프스(Southern Alps)를 따라 뻗어 있으며 호주판과 태평양 지각판 사이의 경계를 정의합니다.

힘든 지질학적 연구에 따르면 이 지진은 약 300년마다 매우 큰(규모 7-8) 지진을 일으킨다는 사실이 밝혀졌습니다. 가장 최근의 지진은 1717년이었습니다. 과학자들은 향후 50년 내에 대규모 알파인 단층 지진이 발생할 확률이 75%라고 추정합니다. 규모 8보다 큰 지진이 발생할 확률은 82%입니다.

과거 알파인 단층 지진에 대한 고지진 기록의 비교할 수 없는 품질에도 불구하고 다음 큰 지진은 예고 없이 올 것입니다.

이러한 사건을 예상하여 지구과학자들은 알파인 단층이 파열되기 전에 어떻게 하중을 받고 있는지, 그리고 단층의 특성이 파열의 전파와 그에 따른 지반 흔들림에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.

이 작업의 한 가지 구성 요소는 수십 킬로미터 간격으로 떨어진 기존 지진계를 사용하여 연구할 수 있는 것보다 훨씬 더 미세한 규모로 알파인 단층의 기하학적 구조와 내부 구조를 결정하는 것입니다.

South Westland 해안 근처의 작은 외딴 커뮤니티인 Haast에서 새로운 실험은 DAS(Distributed Acoustic Sensing)라는 기술을 사용하고 있습니다. DAS는 통신 광섬유 케이블을 수천 개의 조밀한 간격의 지면 모션 센서로 변환하는 빠르게 떠오르는 감지 기술입니다.

Haast DAS 실험은 호주 국립 대학교의 지구물리학자와 웰링턴 빅토리아 대학교 Te Herenga Waka 간의 태즈만 횡단 협력입니다. 이는 주요 활성 판 경계 단층을 가로지르는 최초의 것으로, 예상되는 대규모 지진에 앞서 알파인 단층의 내부 구조를 연구할 수 있는 전례 없는 기회를 제공합니다.

올해 2월 말부터 5월 초 사이에 우리는 광대역 연결을 제공하기 위해 Chorus가 설치한 통신 케이블 내의 사용되지 않은("어두운") 광섬유에 부착된 인터로게이터로 알려진 컴퓨터 제어 레이저 시스템을 사용하여 알파인 단층 전체에 걸쳐 지진학적 측정을 수행했습니다. 남섬. 통신 케이블은 Haast 바로 동쪽의 Alpine Fault를 가로지릅니다.

광섬유 지진학

인터로게이터에서 방출된 빛의 펄스는 섬유를 따라 이동하면서 유리의 원자 규모 결함과 상호 작용하면서 산란됩니다. 이 산란된 빛 중 일부는 광섬유를 따라 인터로게이터까지 뒤로 이동합니다.

지진파 통과로 인해 발생하는 섬유의 진동은 이러한 산란을 조절하며 산란된 광 펄스를 기록하여 감지할 수 있습니다.

우리가 사용하고 있는 질문기는 Haast Pass 고속도로를 따라 4미터 간격으로 떨어진 7250개 위치 각각에서 초당 1000번의 측정을 수행합니다. 이로 인해 엄청난 양의 데이터가 생성됩니다. 매분 약 1GB의 새로운 데이터 또는 매일 1Tb의 데이터가 생성됩니다.

Haast에서 기록된 진동에는 인근 지진(대부분 인간이 인지할 수 없을 정도로 너무 작음)과 뉴질랜드 전역 및 더 먼 곳에서 발생하는 더 큰 지진에 의해 생성된 신호가 포함됩니다. 예를 들어, 5월 중순에 우리는 뉴칼레도니아 근처에서 여러 차례 대규모 지진을 기록했는데, 그 중 가장 큰 지진으로 인해 태평양 쓰나미 경보가 발령되었습니다.