НЬЮ-ЙОРК , 3 октября 2025 г.: Исследователи из Университета штата Пенсильвания продемонстрировали, что существующие оптоволоконные кабели, обычно используемые в телекоммуникационной инфраструктуре, могут быть повторно использованы для обнаружения подземных геологических опасностей, таких как провалы грунта, с высокой степенью точности. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research: Solid Earth, описывает новый метод мониторинга подземных сред, который может значительно улучшить системы раннего оповещения о нестабильности грунта. Группа использовала распределенную систему акустического зондирования (DAS), подключенную к существующему оптоволоконному кабелю протяженностью четыре мили, проложенному под кампусом университета.
Устройство DAS передает световые импульсы по кабелю и измеряет свет, отраженный от вибраций грунта. Эти отражения позволяют исследователям обнаруживать изменения в подземных породах, включая трещиноватые зоны и потенциальные пустоты, анализируя изменения скорости сейсмических волн. Метод основан на использовании окружающего шума, создаваемого повседневными источниками, такими как движение пешеходов и транспортных средств. Применив методы кросс-корреляции к этим вибрациям, исследователи преобразовали их в пригодные для использования сейсмические данные. Результатом стала карта скоростей поверхностных сейсмических волн высокого разрешения по всей длине кабеля, позволяющая обнаруживать аномалии на глубине сотен футов под поверхностью.
В ходе анализа исследователи выявили под кампусом область, где сейсмические волны значительно замедлились, что указывает на потенциальную подземную пустоту или ослабленную зону. Хотя непосредственная структурная угроза не была подтверждена, результаты исследования подтвердили эффективность системы в обнаружении потенциальных геологических опасностей с использованием уже существующей инфраструктуры. Традиционные геофизические инструменты, такие как геофоны, требуют индивидуальной установки и предоставляют ограниченный объём пространственных данных. Эти системы также дороги и трудоёмки. В отличие от них, оптоволоконная система DAS обеспечивает непрерывный мониторинг на больших расстояниях без необходимости установки нового подземного оборудования.
Повторное использование инфраструктуры снижает затраты на сейсмический мониторинг
Это преимущество делает его более масштабируемым и экономичным методом мониторинга устойчивости грунта как в городских, так и в сельских условиях. Исследование является частью более масштабного проекта FORESEE (Fiber-Optic forR Environmental Senseing), направленного на разработку приложений для мониторинга окружающей среды с использованием существующих оптоволоконных сетей. Проект поддерживается Национальным научным фондом и предполагает сотрудничество с несколькими муниципальными органами власти. Планируется дальнейшее внедрение системы в городских условиях, включая Питтсбург, где исследователи намерены интегрировать систему в городскую инфраструктуру для изучения её эффективности в условиях плотной застройки, приближенных к реальным.
Одним из ограничений, признанных исследовательской группой, является то, что чувствительность оптоволоконных кабелей зависит от степени их сцепления с окружающей почвой или скальной породой. Кроме того, система в первую очередь регистрирует вибрации вдоль направления кабеля, что может повлиять на её способность определять вертикальные или перпендикулярные колебания грунта. Несмотря на эти технические ограничения, технология продемонстрировала надёжность регистрации важных сейсмических сигналов и получения данных, имеющих практическое значение. Результаты получены в то время, когда устойчивость инфраструктуры вызывает всё большую озабоченность в связи с участившимися случаями проседания грунта и образования провалов грунта в различных частях мира.
Исследователи полагают, что, преобразуя неиспользуемые или недостаточно используемые оптоволоконные кабели в плотные массивы датчиков, этот подход может улучшить существующие сети геологического мониторинга без необходимости создания обширной новой инфраструктуры. Исследованием руководил Теюань Чжу, доцент кафедры геофизики Университета штата Пенсильвания , который отметил эффективность использования того, что традиционно считалось шумом, в качестве источника данных. Система предлагает новый способ мониторинга устойчивости грунта с использованием инфраструктуры, уже встроенной в антропогенную среду, что потенциально меняет способ раннего оповещения о подземных опасностях. – Content Syndication Services .