地震预测在陆地上已属难题,而在覆盖地球表面70%的海洋中更是难上加难。然而,遍布全球海洋的海底光缆网络可能即将改变这一现状。除了传输数据,这些光缆还能监测引发地震和海啸的构造运动。法国国家科学研究中心(CNRS)主导的"海底光纤电缆应用"(FOCUS)项目成功证明,现有光纤电缆可被用于探测由构造断层引起的海底微小移动,从而提升对地震活动的认知。
该项目的主要研究区域位于地中海,距离西西里岛卡塔尼亚约30公里处。该区域位于欧洲最高、最活跃的火山——埃特纳火山脚下,是一条 recently 测绘出的水平滑动断层。卡塔尼亚及周边地区历史上曾多次遭受毁灭性地震和海啸袭击,如1908年墨西拿大地震(7.2级)造成7.2万人丧生,1693年卡塔尼亚地震(约7.5级)导致6万人死亡并摧毁了大部分城市建筑。因此,该区域的地震监测具有极高的战略价值。
卡塔尼亚附近的INFN-LNS核物理研究所拥有海底观测站,其29公里长的光电缆分支距离该断层仅2.5公里。FOCUS团队在此部署了6公里长的专用张力电缆,利用海底犁将其埋入海底约20厘米深处,横跨断层四个点。同时安装了八座声学信标,用于独立验证断层是否发生位移。团队采用BOTDR(布里渊时域反射)技术,通过激光脉冲分析光纤内部的微小形变,任何拉伸或压缩都会改变光信号特征。
2020年11月,系统首次检测到约1.5厘米的异常拉伸,但声学信标未显示位移,最终确认为海底滑坡引发的沉积物移动。2021年9月,团队通过无人潜水器在特定位置放置约100个25公斤重的沙袋,人为制造张力变化,成功捕捉到强烈的光纤信号。这两次非构造运动事件有力证明了系统对海底微小形变的极高灵敏度,尽管未直接捕捉到地震,但验证了监测海底环境的可行性。
项目还测试了连接瓜德罗普群岛的商业电信光缆。在2022至2024年间,科学家利用BOTDR技术监测到明显的季节性信号变化,精度达0.1°C,并发现海洋斜坡、海底峡谷等特定地理区域存在显著机械张力。这些结果证实,即使是普通商业光缆,也能有效监测环境变化和机械扰动,为构建全球性地震与气候监测网络提供了低成本、高效率的解决方案。
对于中国而言,作为全球海底光缆建设与应用的大国,这一技术路线极具参考价值。中国可考虑在“一带一路”沿线及南海等高风险海域,探索将现有通信光缆升级为“通信+监测”双功能网络,既降低监测成本,又提升对海洋灾害的预警能力,为全球海洋安全贡献中国智慧。
