利用转换波相进行快速震级估算与海上分布式声学传感预警（智利近海）

用海底电缆“聆听”地震

起源于远海的地震仍能向沿海城市传播强烈震动，但传统预警系统主要依赖陆地上的仪器。本研究探索了一种新途径：将现有的海底光纤电缆转变为大型地震传感器，从而争取宝贵的几秒钟预警时间。研究者展示了这些电缆上微弱的早期信号如何快速揭示远海地震的可能规模，从而有助于保护陆地上的人员与基础设施。

把互联网电缆变成巨大的“耳朵”

现代光纤电缆不仅用于传输数据；通过一种称为分布式声学传感的技术，它们还可以作为密集的振动传感链。激光被送入光缆，返回光中的微小变化能揭示每个短段的拉伸或压缩程度。在智利近海，有三套此类系统监测约400公里的海底电缆，持续记录从轻微震动到超过7级的大地震期间地面的运动。

为何最初的震动难以解读

传统的早期预警常侧重于最先到达的振动，即P波，以估计地震可能的发展规模。但在松软的海底沉积物上，这些早期的P波很弱，且很快被更复杂的波形所淹没。在智利的数据中，沿电缆的P波测量存在高度离散性，尤其在中等到强震时更为明显。近岸沉积层在几分之几秒内就会将部分能量转换为不同类型的波，使得清晰的P波窗口变短，从而难以仅凭P波区分真正的大地震与较小事件。

让转换波讲述真相

研究团队没有试图对抗这种复杂性，而是决定利用它。当P波遇到软沉积物与坚硬岩层的边界时，会产生新的波，这些波传播更慢但携带强烈震动，类似于后到达的对地面破坏性更大的S波。虽然这些转换得到的“Ps”波仅在首个信号到达后延迟几分之几秒，但研究者证明它们的峰值运动与地震规模呈非常清晰的比例关系，类似之后到达的强S波。在对沿电缆的距离和局地场址效应进行校正后，转换波的峰值位移与震级绘图几乎呈直线关系，适用于约2.5级到7.4级的事件范围。

仅用几秒读出震级

为了检验这种行为在实时预警中的实用性，作者在首次到达后的仅两到六秒固定时间窗内测量了转换波的最大振幅。即便在这些非常早期的数据片段中，转换波的振幅也随地震规模以可预测的方式增加。利用这些关系，他们模拟了实际预警系统的表现，并回放了一次未用于参数调优的6.4级近海事件。首个信号到达电缆后约五秒钟内，震级估计便稳定在接近真实值的水平，同时仍低于仪器在极强震动时开始饱和的阈值。

朝更快的沿海预警迈出一步

该研究表明，记录在海底光纤电缆上的早期转换波能够在通常会干扰标准方法的复杂沉积环境中，提供快速且可靠的地震规模读数。通过关注从电缆数据中导出的位移类量，并利用自然存在的强转换波而非忽视它们，预警系统能够在最强震动到达陆地之前，对沿海几十公里范围内的地震估算出约6级以内的震级。本方法表明，现有海底电缆可被改造为强有力的新型地震预警工具，为人员和自动化系统争取宝贵的额外反应时间。

引用: Strumia, C., Trabattoni, A., Scala, A. et al. Harnessing converted phases for rapid magnitude estimation and early warning with distributed acoustic sensing offshore Chile. Commun Earth Environ 7, 212 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-025-03167-3

关键词: 地震预警, 分布式声学传感, 智利近海, 光纤地震学, 海底地震