CAREER:Potential of fiber acoustic sensing in the next-generation seismic networks

职业:光纤声学传感在下一代地震网络中的潜力

基本信息

  • 批准号:
    1848166
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-04-15 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Scientists use large networks of seismic sensors to detect ground vibrations caused by earthquakes, in order to understand their physics and help mitigate related hazard. In regions with high seismic activity, such as California, there are dense networks with one seismic sensor every 10 to 30 km. However, past large earthquakes taught us that this station density is still not enough. Earthquake shaking can change dramatically from block to block, due to highly complex shallow soil structures. Furthermore, many small earthquakes are not detected by the current seismic networks, smearing our images of faults. With denser seismic networks, scientists will be able to better map earthquake faults and monitor their activities, also to provide more clear pictures of Earth interior.Distributed acoustic sensing (DAS) is an emerging technology that converts every meter of a long optical fiber to a seismic sensor, by shining a laser pulse into the fiber from one end and interrogating the "echo" scattered from fiber defects. DAS provides a scalable and affordable way to deploy a dense seismic network. This CAREER project will build the Pasadena Array, the first continuous city-scale fiber seismic network, to explore the potential of DAS in the next-generation seismic networks. The researcher will collaborate with the City of Pasadena to transform an existing telecommunication fiber network owned by the city to a seismic array with 50,000 sensors within 10km. The Pasadena Array will be a unique platform to test and characterize different generations of DAS instruments, develop data processing algorithms, and explore applications in seismology. The orders of magnitude increase in station density will push the limits of earthquake detection, basin structure imaging, and hazard assessment/mitigation. Ultimately, the Pasadena Array will serve as a template to build a million-sensor seismic network in Southern California, and transform how we design, build, and use seismic networks nationally and globally.The Broader Impacts of the project include the benefits enhanced knowledge of the impacts of earthquakes and the involvement of students in the Pasadena school system in better understanding seismic hazards.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
科学家使用大型地震传感器网络来检测地震引起的地面振动,以了解其物理原理并帮助减轻相关危害。在加利福尼亚州等地震活动频繁的地区,有密集的网络,每 10 至 30 公里就有一个地震传感器。然而,过去的大地震告诉我们,这个站的密度仍然不够。由于浅层土壤结构高度复杂,不同街区的地震震动可能会发生巨大变化。此外,当前的地震网络无法检测到许多小地震,从而模糊了我们的断层图像。有了更密集的地震网络,科学家将能够更好地绘制地震断层图并监测其活动,还可以提供更清晰的地球内部图像。分布式声学传感 (DAS) 是一项新兴技术,可将长光纤的每一米转换为地震传感器,通过从一端将激光脉冲照射到光纤中并询问从光纤缺陷散射的“回波”。 DAS 提供了一种可扩展且经济实惠的方式来部署密集地震网络。该 CAREER 项目将建设帕萨迪纳阵列,这是第一个连续的城市规模光纤地震台网,以探索 DAS 在下一代地震台网中的潜力。研究人员将与帕萨迪纳市合作,将该市拥有的现有电信光纤网络改造为在 10 公里范围内配备 50,000 个传感器的地震阵列。帕萨迪纳阵列将成为一个独特的平台,用于测试和表征不同代 DAS 仪器、开发数据处理算法以及探索地震学应用。台站密度的数量级增加将突破地震检测、盆地结构成像和灾害评估/缓解的极限。最终,帕萨迪纳阵列将作为在南加州建立百万传感器地震网络的模板,并改变我们在全国和全球范围内设计、构建和使用地震网络的方式。该项目的更广泛影响包括增强对以下方面的了解:该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Geolocalization of Large-Scale DAS Channels Using a GPS-Tracked Moving Vehicle
使用 GPS 跟踪移动车辆对大规模 DAS 通道进行地理定位
  • DOI:
    10.1785/0220220169
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Biondi, Ettore;Wang, Xin;Williams, Ethan F.;Zhan, Zhongwen
  • 通讯作者:
    Zhan, Zhongwen
Seismic arrival-time picking on distributed acoustic sensing data using semi-supervised learning
使用半监督学习对分布式声学传感数据进行地震到达时间拾取
  • DOI:
    10.1038/s41467-023-43355-3
  • 发表时间:
    2023-12-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhu, Weiqiang;Biondi, Ettore;Li, Jiaxuan;Yin, Jiuxun;Ross, Zachary E.;Zhan, Zhongwen
  • 通讯作者:
    Zhan, Zhongwen
Detection of Earthquake Infragravity and Tsunami Waves With Underwater Distributed Acoustic Sensing
利用水下分布​​式声学传感检测地震次重力和海啸波
  • DOI:
    10.1029/2023gl106767
  • 发表时间:
    2024-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xiao, Han;Spica, Zack J.;Li, Jiaxuan;Zhan, Zhongwen
  • 通讯作者:
    Zhan, Zhongwen
An upper-crust lid over the Long Valley magma chamber
长谷岩浆房上方的上地壳盖
  • DOI:
    10.1126/sciadv.adi9878
  • 发表时间:
    2023-10-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Biondi, Ettore;Zhu, Weiqiang;Li, Jiaxuan;Williams, Ethan F.;Zhan, Zhongwen
  • 通讯作者:
    Zhan, Zhongwen
Fault Zone Imaging With Distributed Acoustic Sensing: Surface‐To‐Surface Wave Scattering
使用分布式声学传感的断层带成像:表面-到-表面波散射
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    0
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  • 通讯作者:
    Zhongwen Zhan
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
    三反畑修;綿田辰吾;佐竹健治;金森博雄;Luis Rivera;Zhongwen Zhan
  • 通讯作者:
    Zhongwen Zhan
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  • 发表时间:
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
    E. Biondi;Jiaxuan Li;V. Kamalov;Zhongwen Zhan
  • 通讯作者:
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