地震风暴等自然灾害究竟能否准确预测？无所不能的听风者—分布式激光光纤声波传感器

分布式声学传感 (DAS) 技术使用相干的反向散射光相位而不是光强度来检测声音范围内的声音或振动等信号。振动事件强度数据和使用线性定量测量来记录，声音或振动事件的相位和频率或实时声学数据（幅度、频率、相位）数万个数据、高温和高压等恶劣环境和抗电磁干扰等优点。

1993 年，泰勒等人。揭示了一种时域相敏光学反射计方法，通过测量来自高度相干光源的反向散射光强度的变化来检测干扰，以检测入侵者。由于振动和光强度的变化不会线性响应，因此它主要用于定性测量，通常称为分布式振动传感 (DVS) 技术。

2010年以来，国内外研究人员通过测量后向散射光的相位变化，对声音/振动数据进行线性定量重建，俗称分布式声学识别（DAS）。

目前该技术有多种相位解调方法和定量测量方法，包括英国Silixa在2010年提出的3×3相位调制技术和英国OptaSense提出的双向外差调制脉冲技术。 2010年，中国上海光机所提出的数字相干相位解调技术，2014年中国半导体研究院提出的相位生成矢量解调技术，上海大学提出的同步光频解调技术。 2015年[6]，中国电子科技大学2016年提出的零差Q-正交解调技术[4]，他在英属哥伦比亚大学发推文的直接脉冲测量系统。 2016年在西班牙阿卡里等地

DAS技术可以通过提供定量数据来解决事件的定性评估，极大地提高了信号检测和分布式声学传感器技术的应用，特别是在油气资源、交通运输、海洋地球物理和地震自然等方面。它在全球安全领域提供了新的、高效的和具有成本效益的技术解决方案，应用范围广泛且发展迅速。

DAS 技术可用于垂直井地震 (BIS)、地面地震、时限或连续储罐监测、水力压裂等。由于DAS技术可以在油井的整个生命周期中发挥重要作用，越来越受到重视，越来越多的地球物理学家开始关注它。

与传统的陆地记录仪和钻井记录仪相比，DAS技术具有成本低、效率高、样本量小、数据质量不逊于传统地震检波器的优势。多家石油服务公司（斯伦贝谢、哈里伯顿）、中石油东方物探、CGG、TGS在地震监测、地基、微晶和储罐监测方面进行了有效的实验。

近日，英国公司Silixa在碳捕获与封存项目中使用DAS技术，提供全生命周期和培训的3D BOS监测、地震区间和动态完井监测、主动地震监测和被动CO2封存。中国石油东方物探有限公司与中国电子科技大学合作，在长庆、新疆、西南等6个油田开展了34次生产试验并获得质量信息。中国科学院半导体研究所与中国石油东方地球物理公司、中国石化集团地球物理公司合作，在大庆、冀东、青海、长庆、塔亨、浮山等油田进行了地震勘测，取得了良好的效果。结果。

DAS技术可用于监控车辆和火车的状态。配备DAS技术的路边光缆可以检测车辆运动，识别道路上行驶的车辆，计算交通拥堵的起源和类型，并评估基础设施的状况。通过在列车网络中安装光缆，可以沿路线扩展用于轨道定位和轨道状况监测的传感器网络，从而产生沿路线持续的实时位置信息。沿着控制区域的整个长度。

2016年，英国OptaSense用于监测跟踪长度为1000公里的高速列车的DAS系统安装在沙特阿拉伯达曼和利雅得高速列车的部分区域，并具有性能监测功能。非法火车和入境（工作人员、动物）。

2017年，中科院上海光机所基于广泛的多元分析和深入分析，提出了铁路安全传感器技术。动态空间频率分析方法用于去除环境噪声，全局多元分析方法用于识别列车和确定干扰，深度网格用于提取和分类信号特征。这些方法已经在多条线路上进行了充分测试。

2020年，中国科学院半导体研究所和北京交通大学利用光缆对秦皇岛某地的高速列车、客运列车和重型列车进行动态跟踪。可对列车进行分类，16个高速列车组的轮胎信息一目了然。

DAS技术可用于海洋地球物理调查、水下地震预警和水下物体探测。利用现有水下光缆和 DAS 的高空间分辨率可以揭示有关海底断层和海浪的更详细信息，帮助科学家更准确地预测癫痫发作。国家和海啸。大气资源可用于水下资源勘探，为天然气水合物的实验开采和非常规油气矿床的形成提供监测支持。

2019 年，来自加利福尼亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室、蒙特雷湾水族馆研究所和莱斯大学的研究人员花了四天时间研究了一条 20 英里的水下光缆，记录了一条来自海岸附近的蒙特雷的记录。加利福尼亚。雷湾构造破坏带发生 3.4 级地震。 2019年，中科院半导体研究所和中科院深海研究所在海南河口开展了中科院水下光缆观测试验，获得了海浪的3D信息。频率为 1.2 Hz

DAS 技术可以使用现有的光通信电缆经济高效且高精度地执行地震传感。 2018 年，德国波茨坦地球科学中心使用高分辨率 DAS 系统利用现有的 15 公里光通信电缆探测雷克亚半岛的地震波，并探测当地海洋陆地的地震和相关的小头畸形。到大西洋中脊。研究结果表明，光通信电缆可用于探测地震和其他地面现象，为探测地震波提供了一种新的技术方法。

DAS技术除了具有远距离、高空间密度和动态实时监测等优点外，还广泛应用于环境保护、管道/管道泄漏监测、水下物体等。

DAS技术近年来发展迅速，前景广阔，涵盖了科研和工业应用的诸多方面，取得了丰硕的科研成果。近年来，DAS技术性能稳步提升，带宽扩大到包括低频和高频（低频达到数万兆赫，高频兆赫），高频距离记录范围从几公里到几公里数百。公里，并通过特殊光纤将空间分辨率降低到一米以下，从而将噪音水平降低 20 分贝。 DAS技术的能力也在不断扩展。螺旋光纤用于将DAS一维传感能力升级为三维传感能力，并采用相关传感方法测量热应力等物理量的高准静态精度。

DAS技术体现了以下发展趋势：

（1）DAS技术规范化、标准化，从高性能科研设备走向标准化工业设备，为科研和工业应用提供高效分布式地震波探测工具；

(2) 新的DAS技术通过提供更宽的频率响应、感应距离和空间分辨率，从单一动态信号检测到联合分布式多参数检测，提高了系统性能并扩展了系统功能。

(3) 为了自身利益，将其活动范围从地表扩展到深海和空间，特别是为确定海洋和行星上的地震波提供技术手段。