1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Приборы и техника эксперимента
  4. № 5, 2023

Приборы и техника эксперимента, 2023, № 5, стр. 153-158

Возможности и перспективы использования распределенных оптоволоконных датчиков в геофизике

С. П. Никитин a, b, К. В. Кислов c, Ю. О. Старовойт a, Д. М. Бенгальский a, Е. П. Спиридонов a, Д. Р. Харасов a, Э. А. Фомиряков a, d, О. Е. Наний a, d, В. Н. Трещиков a

a ООО “Т8”
107076 Москва, ул. Краснобогатырская, 44, стр. 1, Россия

b ООО “Фемтовижн”
107076 Москва, ул. Краснобогатырская, 44, стр. 1, Россия

c Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (ИТПЗ РАН)
117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, Россия

d Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет
119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 1, Россия

Поступила в редакцию 23.01.2023
После доработки 01.03.2023
Принята к публикации 26.04.2023

Аннотация

Приведен краткий обзор применений распределенных акустических сенсоров для решения геофизических и сейсмометрических задач. Получены теоретические оценки и экспериментальные измерения уровня собственных шумов в распределенных акустических сенсорах, в том числе на субгерцевых частотах. Проведено численное моделирование, позволяющее количественно оценить мощность низкочастотного шума (связанного с медленным изменением температуры зондируемого волокна) в сигнале распределенных акустических сенсоров. Полученные результаты дополнены теоретическими оценками спектральной мощности сигнала от удаленного землетрясения, они демонстрируют важность учета температурных эффектов в волокне при планировании экспериментов, связанных с регистрацией слабых сейсмических событий.

Список литературы

  1. Ide S., Araki E., Matsumoto H. // Earth Planets Space. 2021. V. 73. P. 63. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01385-5

  2. Shragge J., Yang J., Issa N., Roelens M., Dentith M., Schediwy S. // Geophys. J. Intern. 2021. V. 226. P. 564. https://doi.org/10.1093/gji/ggab111

  3. Fang G., Li Y.E., Zhao Y., Martin E.R. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. Art. e2019GL086115. https://doi.org/10.1029/2019GL086115

  4. Spica Z.J., Perton M., Martin E.R., Beroza G.C., Biondi B. // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2020. V. 125. P. 1. https://doi.org/10.1029/2019JB018656

  5. Tonegawa T., Araki E., Matsumoto H., Kimura T., Obana K., Fujie G., Arai R., Shiraishi K., Nakano M., Nakamura Y., Yokobiki T., Kodaira S. // Geophys. Research Lett. 2022. V. 49. Iss. 4. Art. e2022GL098162. https://doi.org/10.1029/2022GL098162

  6. Smolinski K., Paitz P., Bowden D., Edme P., Kugler F., Fichtner A. // EGU General Assembly, 2020. EGU2020-8225. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-8225

  7. Li Z., Shen Z., Yang Y., Williams E., Wang X., Zhan Z. // AGU Advances. 2021. № 2. Art. e2021AV000395. https://doi.org/10.1029/2021AV000395

  8. Binder G., Titov A., Liu Y., Simmons J., Tura A., Byerley G., Monk D. // Geophysics. 2020. V. 85. P. T225. https://doi.org/10.1190/geo2019-0819.1

  9. Hartog A.H. In Optical Fibre Sensors: Fundamentals for Development of Optimized Devices. / Eds. Del Villar I., Matias I.R. Hoboken. NJ. John Wiley & Sons. 2020. P. 151. https://doi.org/10.1002/9781119534730.ch6

  10. Naldrett G., Parker T., Shatalin S., Mondanos M. // First Break. 2020. V. 38. P. 71. https://doi.org/10.3997/1365-2397.fb2020012

  11. Popik S., Pevzner R., Bona A., Tertyshnikov K., Glubokovskikh S., Gurevich B. // Geophys. Prospect. 2021. V. 69. P. 842. https://doi.org/10.1111/1365-2478.13080

  12. Tribaldos V.R., Ajo-Franklin J.B. // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2021. V. 126. Art. e2020JB021004. https://doi.org/10.1029/2020JB021004

  13. Agostinetti N.P., Villa A., Saccorotti G. // Solid Earth. 2022. V. 13. P. 449. https://doi.org/10.5194/se-13-449-2022

  14. Huff O., Lellouch A., Luo B., Jin G., Biondi B. // Lead. Edge. 2020. V. 39. P. 776. https://doi.org/10.1190/tle39110776.1

  15. Min R., Liu Z., Pereira L., Yang C., Sui Q., Marques C. // Opt. Laser Technol. 2021. V. 140. Art. 107082. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107082

  16. Lior I., Rivet D., Ampuero J.P., Sladen A., Barrientos S., Sánchez-Ollavaria R., Opazo G.A.V., Prado J.A.B. // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 424. https://doi.org/10.1038/s41598-023-27444-3

  17. Faucher F., de Hoop M.V., Scherzer O. // Geophysics. 2021. V. 86. P. R21. https://doi.org/10.1190/geo2020-0305.1

  18. Nayak A., Ajo-Franklin J. // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2021. V. 111. P. 3432. https://doi.org/10.1785/0120210028

  19. Distributed acoustic sensing in geophysics: Methods and applications / Eds. Li Y., Karrenbach M., Ajo-Franklin J. 2022. Vol. 268. John Wiley & Sons. ISBN: 978-1-119-52179-2. https://doi.org/10.1002/9781119521808

  20. Lindsey N.J., Rademacher H., Ajo-Franklin J.B. // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2020. V. 125. Art. e2019JB018145. https://doi.org/10.1029/2019JB018145

  21. Jousset P., Reinsch T., Ryberg T., Blanck H., Clarke A., Aghayev R., Krawczyk C.M. // Nature commun. 2018. V. 9. P. 1. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04860-y

  22. Kislov K.V., Gravirov V.V. // Seismic Instruments. 2022. V. 5. P. 485. https://doi.org/10.3103/S0747923922050085

  23. Brune, J. N. // J. Geoph. Res. 1970. V. 75. P. 4997. https://doi.org/10.1029/JB075i026p04997

  24. Aki K., Richards P. Quantitative Seismology. 2nd Ed. University Science Books. 2002. https://lccn.loc.gov/2002071360

  25. Ackerley N. // CSEG GeoConvention Vision. 2012. Article #90174.

  26. Borcherdt R.D., Johnston M.J.S., Glassmoyer G. // Bull. Seism. Soc. America. 1989. V. 79. P. 1006. https://doi.org/10.1785/BSSA0790041006

  27. Beavan R.J., Goulty N.R. // Geophys. J. Intern. 1977. V. 48. P. 293. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1977.tb03673.x

  28. Hubbard P.G., Vantassel J.P., Cox B.R., Rector J.W., Yust M.B.S., Soga K. // Sensors. 2022. V. 22. P. 4589. https://doi.org/10.3390/s22124589

  29. Peterson J. Open-file report 93-322. U. S. Geological Survey, Albuquerque, New Mexico. 1993. http://opg.sscc.ru/attachments/073_ofr93-322.pdf

  30. Alekseev A.E., Tezadov Y.A., Potapov V.T. // Laser Phys. 2017. V. 27. P. 055101. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aa6378

  31. Nikitin S., Fomiryakov E., Kharasov D., Nanii O., Treshchikov V. // J. Lightwave Technol. 2019. V. 38. P. 1446. https://doi.org/10.1109/JLT.2019.2952688

  32. Bertholds A., Dandliker R. // J. Lightwave Technol. 1988. V. 6. P. 17. https://doi.org/10.1109/50.3956

  33. Koheras BASIK – single-frequency fiber lasers. https://www.nktphotonics.com/products/single-frequency-fiber-lasers/koheras-basik/

  34. ORION 1550 nm Laser Module. https://rio-lasers.com/laser-products/

  35. Gorshko B.G., Alekseev A.E., Taranov M.A., Simikin D.E., Potapov V.T., Ilinskiy D.A. // Appl. Opt. 2022. V. 61. P. 8308. https://doi.org/10.1364/AO.468804

  36. Fomiryakov E., Kharasov D., Nikitin S., Nanii O., Treshchikov V. // J Lightwave Technol. 2021. V. 39. P. 5191. https://doi.org/10.1109/JLT.2021.3082263

  37. Nikitin S.P., Kuzmenkov A.I., Gorbulenko V.V., Nanii O.E., Treshchikov V.N. // Laser Phys. 2018. V. 28. P. 085107. https://doi.org/10.1088/1555-6611/aac714

  38. Shatalin S., Parker T., Farhadiroushan M. Distributed Acoustic Sensing in Geophysics: Methods and Applications. 2021. P. 1. https://doi.org/10.1002/9781119521808.ch1

  39. Фомиряков Э.А., Бенгальский Д.М., Харасов Д.Р., Наний О.Е., Никитин С.П., Трещиков В.Н. // Автометрия. 2023. Т. 59. № 1. С. 87. https://doi.org/10.15372/AUT20230109

  40. Global DAS monitoring month February 2023. https://www.norsar.no/in-focus/global-das-monitoring-month-february-2023. Wuestefeld A., Spica Z.J., Aderhold K. et al. // The Global DAS Campaign of 2023, submitted to Seismol. Res. Lett. (2023).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Приборы и техника эксперимента

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал