Aktive Seismische Akquisition
Mechanische Schwingungen sind eine periodische Verschiebung des Mediums, in dem sie stattfinden. Bei herkömmlichen (elektrischen) Schwingungssensoren ist die Reaktion proportional zur Teilchengeschwindigkeit (bei Geophonen) oder zur Beschleunigung (bei Beschleunigungsmessern). Diese Sensoren sind in der Regel auf einige Zentimeter genau lokalisiert, manchmal auch weniger, sie reagieren unabhängig voneinander und haben spezifische Winkel- und Frequenzgangmuster. Unabhängig davon messen Hydrophone oder Mikrophone Schwankungen des Umgebungsdrucks; diese Sensoren reagieren im Allgemeinen auf den isostatischen Druck unabhängig von der Richtung, aus der die Welle auf ihre Oberfläche trifft.
Andererseits wurde die Beziehung zwischen eintreffenden akustischen oder seismischen Wellen und der Reaktion von Fiber Optic Distributed Acoustic Sensing hauptsächlich im Zusammenhang mit geophysikalischen Messungen untersucht. Seismische Signale sind niederfrequente (in der Regel <100 Hz) Verschiebungswellen, die sich durch eine geologische Struktur bewegen. Bei der aktiven seismischen Erfassung von der Oberfläche aus werden Schwingungsanregungen in den Boden übertragen, und mit Hilfe von Sensoranordnungen werden Reflexionen von Gesteinsschichten und in einigen Fällen auch direkt ankommende oder gebrochene Wellen erfasst. Aus diesen seismischen Signalen lässt sich ein Bild des Untergrunds erstellen, das dann im Hinblick auf das wahrscheinliche Vorhandensein von kohlenwasserstoffhaltigen Formationen oder anderen interessanten Strukturen tief im Untergrund interpretiert wird.
DAS repurposes telecommunication optical fibers as multichannel seismic arrays. In contrast to conventional arrays that consist of spatially-discrete electronic sensors, a DAS system utilizes a single optoelectronic interrogator unit that can sample tens of kilometers of the optical fiber at sub-meter channel spacing. Easy DAS installations can avail time-lapse geophysical sensing in formerly inaccessible sites: urban, icy, and offshore areas. Der oberflächennahe Bereich der Erde bildet die Grundlage für unsere moderne Infrastruktur. Veränderungen im oberflächennahen Bereich können zu gefährlichen Zuständen führen. So können beispielsweise Bodensenkungen, die durch das Auftauen des Permafrosts verursacht werden, Gebäude beschädigen; unterirdische Auflösungsprozesse können zu verheerenden Erdfällen führen. Da sich viele solcher Veränderungen als zeitliche Schwankungen in der Geschwindigkeit und/oder Dämpfung seismischer Wellen manifestieren können, hat die seismische Überwachung das Potenzial, frühzeitig vor oberflächennahen Gefahren zu warnen.
Um Warnungen auszusprechen, bevor es zu Ausfällen kommt, muss ein wirksames System zur oberflächennahen seismischen Überwachung Messungen mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung und Ausdehnung durchführen. Mit dem Aufkommen der faseroptischen Distributed Acoustic Sensing (DAS)-Techniken sind kostengünstige, wartungsarme, dichte Arrays im Kilometermaßstab und darüber hinaus möglich. DAS bietet daher neue Möglichkeiten für die seismische Überwachung des oberflächennahen Bereichs.
DAS nutzt optische Fasern aus der Telekommunikation als seismische Mehrkanal-Arrays. Im Gegensatz zu konventionellen Arrays, die aus räumlich diskreten elektronischen Sensoren bestehen, verwendet ein DAS-System eine einzige optoelektronische Abfrageeinheit, die Dutzende von Kilometern der optischen Faser mit einem Kanalabstand von unter einem Meter abtasten kann. Einfache DAS-Installationen können geophysikalische Zeitraffer-Messungen an bisher unzugänglichen Orten ermöglichen: in Städten, auf Eis und in küstennahen Gebieten.
Und mit dem Fiber Optic Distributed Acoustic Sensor System (FOTAS) wurden Erdbeben in der Türkei aufgezeichnet. Während Erdbeben in der türkischen Marmara-Region (wo FOTAS zur Überwachung seismischer Wellen installiert ist) mit FOTAS leicht zu erkennen sind, werden auch Erdbeben in weiter entfernten Regionen entsprechend ihrer Intensität erfasst. Das Elazig-Erdbeben, das sich am 24. Januar 2020 ereignete, wurde auch aus einer Entfernung von 900 km gemessen.