新西兰经常发生地震，其中包括 2010 年和 2011 年袭击基督城以及 2018 年袭击凯库拉附近的破坏性地震。

在南岛，最大的地震灾害是 600 公里长的阿尔卑斯断层，它贯穿南阿尔卑斯山，界定了澳大利亚和太平洋板块之间的边界。

艰苦的地质研究表明，该地区大约每 300 年就会发生一次特大地震(7-8 级)，最近一次发生在 1717 年。科学家估计，未来 50 年发生阿尔卑斯断层大地震的可能性为 75%。该地震发生 8 级以上的概率为 82%。

尽管过去阿尔卑斯断层地震的古地震记录质量无与伦比，但下一次大地震将毫无预警地来临。

考虑到这一事件，地球科学家正在努力了解阿尔卑斯断层在破裂前是如何承受荷载的，以及断层的特征如何影响破裂的传播和由此产生的地面震动。

这项工作的一个组成部分是确定阿尔卑斯断层的几何形状和内部结构，其尺度比使用相距数十公里的传统地震仪研究的尺度要小得多。

哈斯特是南韦斯特兰海岸附近的一个偏远小社区，一项新实验正在使用分布式声学传感 (DAS) 技术。DAS 是一种快速新兴的传感技术，可将电信光纤电缆转换为数千个密集的地面运动传感器。

哈斯特 DAS 实验是澳大利亚国立大学和惠灵顿维多利亚大学 Te Herenga Waka 的地球物理学家之间的跨塔斯曼合作项目。这是首次跨越主要的活动板块边界断层，为在预期的大地震之前研究阿尔卑斯断层的内部结构提供了前所未有的机会。

今年二月底到五月初期间，我们使用计算机控制的激光系统(称为询问器)对阿尔卑斯断层进行了地震测量，该系统连接到合唱团安装的电信电缆中未使用的(“暗”)光纤，以提供跨越阿尔卑斯断层的宽带连接。南岛。电信电缆穿过哈斯特以东的阿尔卑斯断层。

光纤地震学

询问器发出的光脉冲在沿着光纤传播时会被散射，并与玻璃中的原子级缺陷相互作用。一些散射光沿着光纤向后传播到询问器。

由通过的地震波引起的光纤振动会调制这种散射，并且可以通过记录散射光脉冲来检测。

我们一直使用的询问器每秒在哈斯特山口高速公路沿线相距 4 米的 7250 个位置进行一千次测量。这会产生惊人的数据量：每分钟大约产生 1Gb 的新数据，或者每天产生 1Tb 的数据。

哈斯特记录的振动包括附近地震(大多数地震太小，人类无法察觉)以及新西兰各地和更远地区发生的其他较大地震产生的信号。例如，5 月中旬，我们在新喀里多尼亚附近记录了几次大地震，其中最大的一次引发了太平洋海啸警报。

阿尔卑斯断层上 DAS 测量的密度提供了一种研究断层内部结构的全新方法。从不同方向到达哈斯特并振动光纤的地震波与阿尔卑斯断层相互作用，影响了波本身。

下面的 DAS 记录显示了哈斯特以南发生的两次小地震(2 级和 3 级)，相隔约 30 秒。

大数据提供详细信息

通过大幅增加传感器的有效数量，DAS 提供了一个新的视角，可以用来研究各种过程，例如冰川结构、火山响应岩浆运动的膨胀和收缩、海浪与深海海底的相互作用以及地下水开采对地面沉降的影响。

地球物理界面临的一个新挑战是学习如何最好地存储、共享、处理和分析大量 DAS 数据。高性能计算和人工智能技术(AI)正在开发并适应这些数据，以使研究人员能够识别和区分不同来源的信号。

例如，在哈斯特，地震学家最感兴趣的地震记录中散布着高速公路交通产生的噪音。能够分离出这两类信息是一项非常适合人工智能的任务。未来，人工智能很可能会帮助梳理 DAS 数据，以检测大气和地下过程产生的无法识别的信号。

DAS 在利用现有电信基础设施以及人工智能和信号处理的快速发展来获取实时、高分辨率的过程测量方面拥有巨大的前景。

在哈斯特，它正在为下一次大地震之前的高山断层提供基本的新见解，为支持社区准备和恢复力的科学分析提供信息。

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