Biondo Biondi是一個在斯坦福大學地球物理學教授，研究能源與環境科學，他設想通過密集的網絡形成一個十億級傳感器觀測臺，不斷監測和分析地震。

在過去的一年中，Biondi的小組已經證明，它是能夠從擾動光纖絲預測地震發生的大小和方向信息。研究人員已經在一個光纖環路三英里的斯坦福大學校園安裝在儀器。

數千英里的地下光纖穿過加利福尼亞的舊金山灣地區，為企業和家庭提供高速互聯網和高清視頻。研究人員使用的地震儀監測地震，雖然電信陣列更敏感，但其覆蓋稀疏，而且十分昂貴的，安裝和維護具有較大挑戰，特別是在城市地區。

相比之下，像Biondi建議的那樣的地震觀測站運行起來相對來說比較便宜。Biondi說：“我們網絡中的每一米光纖都像一個傳感器，安裝起來花費不到1美元。你永遠不可能用常規地震儀創造一個這樣密度的覆蓋網絡”。

這樣一個網絡將使科學家能夠更好地分析地震，尤其是小地震，并能更迅速地查明其來源。更大的傳感器覆蓋范圍也能更好地測量地面對震動的響應。

Biondi實驗室的研究生Eileen Martin說：“土木工程師們可以從這些建筑物和橋梁對數十億傳感器陣列中的小地震作出反應，并利用這些信息來設計能夠承受更大震動的建筑物”。

從反向散射到信號

光纖是純玻璃的線束，大約是人的頭發粗細。它們通常被捆綁在一起形成電纜，通過將電子信號轉換成光，遠距離傳輸數據信號。

Biondi不是第一個用光纖來研究環境的人，一種稱為分布式聲學傳感（DAS）的技術已經應用于監測石油和天然氣管道的健康狀況。

馬丁說，DAS的工作原理是當光沿著纖維傳播時，它會碰到玻璃中的各種雜質并反彈回來。如果纖維是完全靜止的，那么“后向散射”信號看起來總是一樣的。但是如果纖維在某些區域開始拉伸，由于振動或應變，信號就會發生變化。

較早的實現這種聲波傳感，但需要昂貴的光纖被貼到一個表面或包裹在水泥增加與地面的接觸，最大限度的保證數據質量。相比之下，Biondi在斯坦福大學的項目——光纖地震觀測臺——使用的是與電信公司一樣的光纖，它們是在中空塑料管道內無擔保和自由浮動的。

也許很多要并不相信，但由于光纖地震觀測在斯坦福開始運作于2016年9月，它記錄和分類超過800事件，從小到人為事件和幾乎感覺不到當地地震，像最近的地震襲擊了超過2000英里遠的墨西哥致命的災難。在一個實驗地下陣列記錄的信號從兩個地方小地震1.6和1.8級。Biondi說：“正如預期的那樣，兩次地震都有相同的波形或模式，因為它們起源于同一地點，但更大地震的振幅更大”。

該陣列探測區分了兩種不同類型的波，它們通過地球傳播，稱為P波和S波。“我們的目標之一是為早期地震預警系統作出貢獻，這將需要有檢測P波的能力，而這種波通常對S波的破壞性較小，但到達的時間要早得多”馬丁說。斯坦福大學的光纖地震觀測臺只是開發灣區廣域地震臺網的主要步驟，Biondi說，如顯示該陣列可以在城市范圍內發揮作用，仍有許多障礙需要克服。