Коллектив российских и индийских ученых и инженеров (руководитель проекта с российской стороны старший научный сотрудник Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) к.ф.-м.н. Ильинский Д.А) успешно завершил реализацию международного проекта «Разработка и опытная эксплуатация системы измерений динамических деформаций и смещений с помощью распределенной оптоволоконной линии для определения структуры и динамики Андаманской зоны субдукции» (проект РФФИ № 19-55-45020).

Распределённые измерения динамических деформаций на оптическом волокне являются бурно развивающимся последние 10 лет новым методом сейсмических измерений в широком диапазоне частот как у нас в стране , так и за рубежом. Система мониторинга динамических деформаций была успешно установлена и продолжает работать на острове Большой Андаман. Записи землетрясений получены вдоль всего арендованного и уже проложенного оптоволоконного кабеля длиной 35 км, на 5600 каналах одновременно, расположенных каждые 6,25 м. Эти каналы являются широкополосными, принимают сейсмические сигналы в диапазоне частот от 0,01 (100 сек период) до100 Гц с динамическим диапазоном, сравнимым с традиционными широкополосными длинно-периодными сейсмографами. Длина базы измерений локальной деформации была выбрана для всех каналов одинаковой и равнялась 20 м.

Таким образом, установленная измерительная система эквивалентна установке 5600 длинно-периодных однокомпонентных сейсмографов вдоль всей линии в 35 км. Данные получаются в реальном времени мгновенно на базовой измерительной станции со всех каналов одновременно. Значения динамических деформаций получаются на базовой станции из обработки обратно рассеянных световых сигналов с каждого канала измерений, доставляемых в пункт наблюдений со скоростью света в волокне (около 200 000 км/с), что значительно (в 40 000 раз) быстрее распространения сейсмических волн от землетрясений. Это дает некоторый запас времени перед приходом разрушительных сейсмических волн даже в эпицентральных областях – зонах субдукции, которые в Индийском и Тихом океане сильно заселены и поэтому являются зонами очень высокого риска появления разрушительных землетрясений и цунами.

 

Результат успешной реализации проекта обеспечивался высоко технологичным оптическим и оптоэлектронным оборудованием на базе самых последних достижений оптических и информационных технологий, в которых наша страна (Россия) занимает лидирующие позиции в мире как в плане изучения физики процессов, так и в технологии создания реально работающих измерительных устройств.

За основу измерительной системы динамических деформаций была взята разработка отечественной компании ООО «Петрофайбер»: Когерентный Оптический Рефлектометр (руководитель д.ф.-м.н. Горшков Б.Г.). В 2020-21 годах проводились многочисленные тестирования прибора для записи как активной наземной и морской сейсмики, так и пассивной регистрации землетрясений в морских и наземных условиях. По результатам тестирования прибор совершенствовался для оптимальной записи сейсмических сигналов широкого диапазона частот.

В мае 2022 года усовершенствованный прибор был временно вывезен в Индию, перевезен на Андаманские острова, где был подключен к арендованному в локальной компании уже проложенному одномодовому оптическому волокну длиной 35 км. Там же был оборудован автономный пункт сбора данных с выходом в Интернет для контроля его работы и скачивания данных о землетрясениях. Для контроля данных, получаемых на оптоволокне, вдоль трассы оптоволокна 35 км на равномерном расстоянии друг от друга были установлены 5 автономных сейсмографов TAURUS с 3-х компонентными геофонами (измерителями скорости смещений грунта).

В зонах субдукции протекают наиболее интенсивные геодинамические процессы на Земле, что связано с высокими скоростями схождения литосферных плит, достигающими, по данным спутниковой геодезии, 10 и более см/год. Именно к зонам субдукции приурочена большая часть действующих вулканов, а также сильнейших и наиболее разрушительных землетрясений. Таким образом, наблюдение за накоплением напряжений в зонах Заварицкого-Беньофа необходимо для решения задач оценки сейсмической опасности, снижения социально-экономических последствий землетрясений, вулканических извержений и цунами, и в частности, для сокращения жертв среди населения, снижения вредоносного влияния на экологическую обстановку, а также уменьшения ущерба народному хозяйству.

Постоянные измерения деформаций и смещений в зонах субдукции позволяют следить за процессом накопления напряжений и выявлять наиболее опасные участки для возникновения будущих сильных землетрясений субдукционных зон.

Создание и развитие распределенной системы измерений деформаций на базе оптоволоконных линий и ее развертывание вдоль зон субдукции сможет выявить зоны накопления тектонических напряжений, которые могут привести к сильному землетрясению. С помощью внедрения таких инновационных многоканальных измерительных систем можно решить проблему мгновенного определения возможности возникновения цунами от произошедшего подводного землетрясения. Эта проблема может быть решена с помощью распределенной системы измерения динамических деформаций на оптоволоконной линии при дополнении ею уже существующих точечных 3-х компонентных измерителей скорости смещений (традиционных широкополосных сейсмографов).

Мониторинг с помощью установленных в рамках проекта приборов продолжается с конца мая 2022 года по настоящее время. Сейчас специалистами ИО РАН создается граф обработки оптоволоконных каналов динамических деформаций для повышения качества выходного сигнала, а также внедряются методы машинного обучения (искусственный интеллект) для удаления шумов в данных.

Источник: ИО РАН.