分布式光纤实时地震监测——一种新型地震监测技术的发展与应用

据中国地震台网正式测定，2月11日10时41分在广东省河源市源城区（北纬23.76度，东经114.64度）发生4.3级地震，震源深度11公里。广东地震台试点建设的分布式光纤实时地震观测系统，成功记录到此次4.3级地震（图一）。

图一 分布式光纤实时地震观测系统观测的4.3级地震信号图

图二 分布式光纤实时地震观测系统观测的3月8日河源3.4级地震信号图

河源地区是广东省地震多发区，1962年3月19日在距离新丰江大坝仅1公里处发生了6.1级地震。传统的密集地震台阵观测可实现地震序列的高精度定位、震源区高分辨率成像，是认识地震孕育机制和发展过程的重要手段。在地震多发的新丰江水库开展密集台阵连续监测，对研究库区地震发生的机理和震后趋势研究具有重要意义。河源地区虽已布设了完善的地震监测台网，但由于水库水体、山体等地貌条件，以及观测成本等限制，尚未实现库区超密集地震台阵的连续监测。

2022年4月，广东地震台、新丰江地震监测中心站、新丰江水电站和南方科技大学海洋系合作，率先在新丰江水库开展分布式光纤地震监测实验。该系统位于河源市锡场镇，使用3公里长的通讯光纤作为地震传感器，可实现台间距为米级的超密集地震监测台阵，利用光纤内激光脉冲的后向瑞利散射原理对地震波进行定量测量（图三）。

图三 分布式光纤实时地震观测系统原理图

每当地震发生，地震波在地下传播并造成传播路径上岩石、土壤等固体介质的形变。埋设地下的光纤也会受其影响，光纤内激光脉冲的后向瑞利散射光会出现对应的相位变化。光纤解调器通过精密测量这些散射光相位的细微变化，记录到地震波的具体振动波形。

相比传统地震监测系统，该系统具有如下优势：

1.光纤传感器具有很高的灵敏度，能够检测到微弱的地震活动；

2.系统能够即时响应并传递地震信息，实现无人值守下的实时监测；

3.系统通过分布式的观测点来收集地震数据，使得监测范围更加全面；

4.光纤传感器具有较高的耐用性和灵活性，适用于各种环境；

5.光纤传感器具有低功耗特性，降低了维护成本；

6.光纤传感器材质为玻璃纤维，绿色环保，无污染。

本次新丰江水库地震的成功记录表明，分布式光纤传感在地震实时监测方面具有广泛的应用和推广前景。分布式光纤传感地震监测系统可以用于更快速、准确地监测微小地震的活动性变化，从而更好地了解水库诱发地震的特征，提高水库地震监测的精度，评估地震灾害的严重程度，为地震预测提供重要的科学依据，这对于地震灾害预防、救援等工作有重要意义。