4月7日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)收到一封來自中國鐵路上海局集團有限公司合肥站的感謝信。此前，中國科大利用一系列先進設(shè)備和技術(shù)，在未破壞南站地面的情況下，精準定位了南站內(nèi)地埋地?zé)峁艿缆┧c。

　　記者聯(lián)系到牽頭該項工作的中國科大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授王寶善，一起來看看，這招“隔空探物”之技究竟如何實現(xiàn)?

　　中國科大收到感謝信

　　來自中國鐵路上海局集團有限公司合肥站的感謝信，對此前中國科大相關(guān)團隊綜合利用多種自主研發(fā)的高性能地球物理儀器和先進的地下結(jié)構(gòu)分析方法，在未破壞南站地面的情況下，成功定位南站內(nèi)地埋地?zé)峁艿缆┧c一事表達了充分感謝。

　　中國鐵路上海局集團有限公司合肥站在信中表示，經(jīng)開挖驗證，定位點準確無誤。中國科大團隊的工作對及時完成南站空調(diào)系統(tǒng)維修、保證南站運行安全等提供了十分巨大的幫助，充分展現(xiàn)了新時代“中國科大人”出色的專業(yè)素養(yǎng)和無私奉獻的精神。

　　普通光纖化身監(jiān)測信號的“神經(jīng)”

　　在未破壞地面的情況下，準確無誤定位埋地管道漏水點。聽起來有些許不可思議，中國科大團隊是如何做到的?科大教授王寶善向記者回憶起當(dāng)時的情形。

　　2021年底，合肥南站方面發(fā)現(xiàn)部分用于空調(diào)系統(tǒng)的地下管線里的水抽不上來，之后，找尋多家公司希望維修，但并未解決，直至聯(lián)系到中國科大專家團隊。

　　“在接到合肥南站方面的監(jiān)測需求后，我們立即勘探現(xiàn)場，著手準備方案，決定通過一系列高性能地球物理儀器，來對南站地下空間的情況進行監(jiān)測。”王寶善說，今年1月初，團隊攜帶了近兩年來中國科大自主研發(fā)的多款先進儀器到現(xiàn)場進行監(jiān)測、定位，包括光纖地震儀、4G地震儀、瞬變電磁儀等。這些儀器都有一個共同的特點，即只需在地表操作，便可對地下情況“一探究竟”。

　　“比如光纖地震儀，它就像是在地表給地下空間‘做B超’?！蓖鯇毶普f，光纖地震儀使用中，只需在地表鋪設(shè)光纜，之后將光纖地震儀與光纜相連接，就能對地下情況進行感知?！捌胀ǖ墓饫w，就像是運送信號的‘血管’，而在光纖地震儀監(jiān)測中，這些光纖就成為監(jiān)測信號的‘神經(jīng)’?！?/p>

　　王寶善介紹，當(dāng)振動產(chǎn)生，振動波傳播到光纜時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變而被拉伸或壓縮，而由于相干激光在光纖介質(zhì)中的彈光效應(yīng)，瑞利散射光的振幅和位相就會發(fā)生改變。在這些光纖附近，人踏步、車輛駛過，都會在光纖地震儀上出現(xiàn)相應(yīng)的波形。因此，通過接收并解算光纖中瑞利散射光的變化，就可以獲得振動波的一系列信息，輔助尋找振動源頭。

　　“利用相干激光在光纖介質(zhì)中的彈光效應(yīng)來感知和傳輸外界的振動和聲波信號，這是地震監(jiān)測和地下結(jié)構(gòu)成像的一種全新技術(shù)途徑，目前，我們的技術(shù)已達到了國際先進水平?！?/p>

　　王寶善說，雖然光纖地震儀的工作原理并不復(fù)雜，但技術(shù)難度很高，尤其是光纖地震儀的接收設(shè)備，需要對這些光信號進行精準采集、接收和處理，也正是有了這樣的接受設(shè)備，普通光纖才能成為一個個地震“傳感器”?！澳壳?，國內(nèi)可實現(xiàn)光纖地震儀探測的機構(gòu)并不多，除了擁有高靈敏探測系統(tǒng)和高保真解算系統(tǒng)，我們研制的地震儀系統(tǒng)還可以實時快速出結(jié)果?！?/p>

　　相關(guān)技術(shù)可應(yīng)用于石油、天然氣的管道監(jiān)測

　　在多個先進高性能地球物理儀器的配合以及互相印證下，中國科大團隊在未破壞南站地面的情況下，用了約5小時精準“探知”到南站內(nèi)地埋地?zé)峁艿缆┧c。找到位置后，合肥南站工作人員也迅速解決了問題。

　　“因為需要減少來往車輛、人員產(chǎn)生的振動影響，同時，不影響人員正常出行，我們當(dāng)天夜里12點開始工作，包括在地表鋪設(shè)光纜等前期準備工作。凌晨5點確定了漏水點?！蓖鯇毶普f，由于在南站的監(jiān)測區(qū)域此前未曾設(shè)有光纜，所以為了監(jiān)測，需在地表臨時布設(shè)。而在許多地方，直接利用現(xiàn)有的通訊光纜就可以進行監(jiān)測等工作，效率會更高。

　　這次的工作也是相關(guān)設(shè)備的一次應(yīng)用驗證，工作過程中，團隊老師還帶領(lǐng)學(xué)生們一同上陣?！耙蚕Ｍ谡麄€實際監(jiān)測的過程中，讓學(xué)生們切身感受到，地球物理科學(xué)真正能做哪些事情，讓他們的學(xué)習(xí)方向更加明確?！?/p>

　　一系列高性能地球物理儀器和先進的地下結(jié)構(gòu)分析方法的應(yīng)用場景非常廣闊?！袄绻饫w地震儀，它可以應(yīng)用在石油、天然氣的管道監(jiān)測、評估中，還能對城市地下空間進行探測。不過目前這尚屬一個新的領(lǐng)域，還需逐步推廣，我們也將不斷改進升級相關(guān)技術(shù)?！蓖鯇毶票硎?。