Наука и технологические разработки: статья

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ В ГЕОФИЗИКЕ
К.В. Кислов
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 104
Номер: 1
Год: 2025
Страницы: 3-34
УДК: 550.34.038.4
DOI: 10.21455/std2025.1-1
Ключевые слова: оптоволокно, оптоволоконные датчики, сейсмические приборы
Аннотация: Исторически сложилось, что геофизики постоянно участвовали в проектировании, испытаниях, сравнении и калибровке приборов. Так, сейсмологам приходилось становиться механиками, электронщиками, вакуумщиками, химиками, метрологами и т.д.; теперь настало и время волоконной оптики. Оптическое волокно было изобретено для передачи информации на большие расстояния с чрезвычайно высокими скоростями передачи и пропускной способностью. Однако это не ограничивает сферу его применения: на основе оптических кабелей разрабатывается множество различных датчиков, причем используются эффекты, с которыми приходилось бороться при передаче информации. Рассеяние и отражение, интерференция и вращение поляризации относятся к числу таких эффектов. Цель статьи – представить общие принципы, на которых основаны применения оптоволокна в геофизике, проиллюстрировать их интересными, на взгляд автора, примерами и снабдить ссылками, по которым можно провести углубленное изучение той или иной темы. В статье рассмотрены точечные волоконные датчики для измерения ускорения, температуры, давления, вращения, деформации и акустического давления; датчики, организованные в сейсмические косы и кабели SMART; бесконтактные подключения датчиков к оптоволокну; системы распределенных и квазираспределенных измерений, а также сверхдлинные системы, в которых чувствительным элементом выступает сам оптоволоконный кабель длиной в тысячи километров или его отдельные пролеты между ретрансляторами.
Список литературы: Адиев И.Я. Разработка стационарной геофизической системы для определения обводненности пластов при одновременно-раздельной эксплуатации скважин: Дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2018. 149 с.

Акуленко А.С., Ганиев Т.Р., Горшенин А.В., Воробьев Ю.В. Опыт применения волоконно-оптических распределенных систем при выполнении работ ВСП-НВСП // Геофизика. 2023. № 6. С.22–27. https://doi.org/10.34926/geo.2023.46.45.004

Беловолов М.И., Парамонов В.М., Беловолов М.М., Семенов С.Л., Беловолова Л.В. Усовершенствование геофона GS-20DX волоконной приставкой – датчиком смещения // Прикладная фотоника. 2021. Т. 8, № 2. С.71–80.

Бутов О.В. Высокоточная запись брэгговских решеток излучением фемтосекундного лазера // Научно-практическая конференция “Оптическая сенсорика” XVIII Конгресса ТП “Фотоника”, Москва, 27 марта 2024 [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/watch?v=hY87YdvgeDA [Дата доступа: 21.12.2024].

Гаврилин П.Г. Интеграция разнородных промышленных датчиков в единую систему мониторинга на базе оптоволоконных распределенных сенсоров // Научно-практическая конференция “Оптическая сенсорика” XVIII Конгресса ТП “Фотоника”, Москва, 27 марта 2024 [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/watch v=hY87YdvgeDA [Дата доступа: 21.12.2024].

Глухов В.А., Гольдин Ю.А., Глитко О.В., Аглова Е.А., Глуховец Д.И., Родионов М.А. Лидарные исследования в первом этапе 89-го рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш” // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2023. Т. 16, № 4. С.107–115. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2023.16(4)-9

Гусев Е.В. Методы полевой геофизики: Учебное пособие. Томск: ТПУ, 2012. 216 с.

Драница Ю.П. Математические модели волоконно-оптических геофизических систем // Arctic Shelf Oil & Gas Conference, Murmansk, 17–19 November 2004. Paper No. cp-185-00093. https://doi.org/10.3997/2214-4609-pdb.185.section2_rus_10

Ефимов М.Е., Плотников М.Ю., Куликов А.В. Моделирование и экспериментальное исследование чувствительного элемента волоконно-оптического гидрофона // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 5 (93). С.158–163.

Кабели геофизические [Электронный ресурс]. URL: https://global-oc.ru/kabeli-geofizicheckie/ [Дата доступа: 21.12.2024].

Каменев O.T., Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н. Волоконно-оптические гидрофоны. М.: Техносфера, 2022. 328 с.

Каменев O.Т., Каменев А.О., Петров Ю.С., Подлесных А.А. Волоконно-оптический интерферометрический акселерометр горизонтального типа для сейсмоакустического мониторинга // Письма в ЖТФ. 2023. T. 49, вып. 13. С.32–34. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.13.55734.19582

Кислов К.В., Гравиров В.В. Исследование влияния окружающей среды на шум широкополосной сейсмической аппаратуры (Вычислительная сейсмология; Вып. 42). М.: КРАСАНД, 2013. 232 с.

Кислов К.В., Гравиров В.В. Вращательная сейсмология. Обзор достижений и перспектив // Сейсмические приборы. 2020. Т. 56, № 3. С.5–25. https://doi.org/10.21455/si2020.3-1

Кислов К.В., Гравиров В.В. Распределенное акустическое зондирование: новый инструмент или новая парадигма // Сейсмические приборы. 2022. Т. 58, № 2. C.5–38. https://doi.org/10.21455/si2022.2-1

Кислов К.В., Гравиров В.В. Обзор перспективных использований распределенного акустического зондирования // Наука и технологические разработки. 2023. Т. 102, № 4. С.4–37. https://doi.org/10.21455/std2023.4-1

Колбанев М.О., Татарникова Т.М. Информационный объем базовых информационных процессов // Информационно-управляющие системы. 2014. № 4 (71). C.42–47.

Кульчин Ю.Н., Долгих Г.И., Ромашко Р.В., Собисевич А.Л., Каменев О.Т. Лазерная интерферометрическая сейсмоакустическая обсерватория (LISO) // Геология и геофизика. 2025. Т. 66, № 4. С.537–546. https://doi.org/10.15372/GiG2024178

Плотников М.Ю. Волоконно-оптический гидрофон: Дис. … канд. техн. наук. СПб.: Уни-верситет ИТМО, 2014. 155 с.

Ромашко Р.В., Безрук М.Н., Ермолаев С.А. Адаптивный гидрофон с использованием раз-личных модификаций волоконно-оптических сенсоров // Докл. ТУСУРа. 2017. Т. 20, № 2. С.46–48. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2017-20-2-46-48

Рукосуев А.Л., Белоусов В.Н., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Сиверцева И.В., Кудряшов А.В. Лабораторное моделирование атмосферной турбулентности в задаче коррекции искажений волнового фронта лазерного излучения с помощью быстрой адаптивной оптической системы // Физика Земли. 2021. № 5. С.235–241. https://doi.org/10.31857/S0002333721050161

Харасов Д.Р., Трещиков В.Н. Области применения распределенных волоконных датчиков “Дунай” // Научно-практическая конференция “Оптическая сенсорика” XVIII Конгресса ТП “Фотоника”, Москва, 27 марта 2024 [Электронный ресурс]. URL: https://www.youtube.com/watch?v=hY87YdvgeDA [Дата доступа: 21.12.2024].

Чугаев А.В., Санфиров И.А., Кузнецов А.И., Богданов Р.А. Скважинный сейсморазведочный мониторинг породного массива с применением оптоволоконных распределенных аку-стических датчиков // Наука и технологические разработки. 2023. Т. 102, № 4. С.50–63. https://doi.org/10.21455/std2023.4-3

Шишкин В.В., Гранёв И.В., Шелемба И.С. Отечественный опыт производства и применения волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. 2016. Т. 3, № 1. С.61–75.

Ширяев Е.О., Анисимова С.Ф., Галкин С.В. Применение оптоволоконного мониторинга термометрии при контроле формирования цементного камня в затрубном простран-стве скважин // Недропользование. 2024. Т. 24, № 2. С.72–77. https://doi.org/10.15593/2712-8008/2024.2.4

Ширяев П.Р., Цветков Г.А. Анализ каротажных данных, полученных при бурении нефтяной скважины, и исследование возможности применения волоконно-оптических дат-чиков // Вестник Пермского университета. Геология. 2016. № 1 (30). С.26–32. https://doi.org/

10.17072/psu.geol.30.26

Шнеерсон М.Б. Распределенные акустические сейсмические системы при работах ВСП // Экспозиция Нефть Газ. 2017. № 1 (54). С.23–25.

Электрооптические и геофизические кабели производства ООО “НПП СТАРЛИНК” [Элек-тронный ресурс]. URL: https://www.cabeltov.ru/articles-about-cable/elektroopticheskie-i-geofizicheskie-kabeli-proizvodstva-ooo-npp-starlink/ [Дата доступа: 21.12.2024].

Arora A., Zawada A.N., Bernier M., Digonnet M.J.F. High-resolution slow-light fiber-Bragg-grating microphone and hydrophone // IEEE Sensors Journal. 2023. V. 23, Iss. 8. P.8391–8399. https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3242934

Bado M.F., Casas J.R. A review of recent distributed optical fiber sensors applications for civil engineering structural health monitoring // Sensors. 2021. V. 21, Iss. 5. Art. 1818. 83 p. https://doi.org/10.3390/s21051818

Basumallick N., Chatterjee I., Biswas P., Dasgupta K., Bandyopadhyay S. Fiber Bragg grating accelerometer with enhanced sensitivity // Sensors & Actuators A: Physical. 2012. V. 173, Iss. 1. P.108–115. https://doi.org/10.1016/j.sna.2011.10.026

Berger J., Davis P., Widmer-Schnidrig R., Zumberge M. Performance of an optical seismometer from 1 μHz to 10 Hz // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2014. V. 104, N 5. P.2422–2429. https://doi.org/10.1785/0120140052

Bernauer M., Fichtner A., Igel H. Measurements of translation, rotation and strain: New ap-proaches to seismic processing and inversion // J. Seismol. 2012. V. 16, Iss. 4. P.669–681. https://doi.org/10.1007/s10950-012-9298-3

Bertermann D., Suft O. Determination of the temperature development in a borehole heat ex-changer field using distributed temperature sensing // Energies. 2024. V. 17, Iss. 18. Art. 4697. 12 p. https://doi.org/10.3390/en17184697

Bogris A., Nikas T., Simos C., Simos I., Lentas K., Melis N.S., Fichtner A., Bowden D., Smolinski K., Mesaritakis C., Chochliouros I. Sensitive seismic sensors based on microwave frequen-cy fiber interferometry in commercially deployed cables // Sci. Rep. 2022. V. 12. Art. 14000. 10 p. https://doi.org/10.1038/s41598-022-18130-x

Bowden D.C., Fichtner A., Nikas T., Bogris A., Simos C., Smolinski K., Koroni M., Lentas K., Simos I., Melis N.S. Linking distributed and integrated fiber-optic sensing // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49, Iss. 16. Art. e2022GL098727. 9 p. https://doi.org/10.1029/2022GL098727

Campanella C.E., Cuccovillo A., Campanella C., Yurt A., Passaro V.M.N. Fibre Bragg grating based strain sensors: Review of technology and applications // Sensors. 2018. V. 18, Iss. 9. Art. 3115. 27 p. https://doi.org/10.3390/s18093115

Chang T., Wang Zh., Yang Y., Zhang Y., Zheng Zh., Cheng L., Cui H.-L. Fiber optic interferomet-ric seismometer with phase feedback control // Opt. Express. 2020. V. 28, Iss. 5. P.6102–6122. https://doi.org/10.1364/OE.385703

Chen M., Rao X., Liu K., Wang Y., Chen Sh., Xu L., Xu R., Chen G.Y., Wang Y. Distributed vibra-tion sensing based on a forward transmission polarization-generated carrier // Sensors. 2024. V. 24, Iss. 16. Art. 5257. 9 p. https://doi.org/10.3390/s24165257

Choi Y., Seol S.J., Byun J. Transfer learning-based seismic phase detection algorithm for distrib-uted acoustic sensing microseismic data // IEEE Transact. Geosci. Remote Sens. 2024. V. 62. Art. 5929312. 12 p. https://doi.org/10.1109/TGRS.2024.3469268

Costa L., Varughese S., Mertz P., Kamalov V., Zhan Zh. Localization of seismic waves with submarine fiber optics using polarization-only measurements // Commun. Eng. 2023a. V. 2. Art. 86. 7 p. https://doi.org/10.1038/s44172-023-00138-4

Costa L., Zhan Zh., Marandi A. Mode-walk-off interferometry for position-resolved optical fiber sensing // J. Lightwave Technol. 2023b. V. 41, Iss. 2. P.752–760. https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3216533

Danardatu H., Gregersen S., Altern E., Pellegrini I. Data acquisition and processing of carbon rod conveyed DTS and DAS in very long horizontal wells: First trial in North Sea Danish sector // SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Amsterdam, 27–29 October 2014. Paper No. SPE-170663-MS. https://doi.org/10.2118/170663-MS

Dande S., Forbes E., Butler T., Graham K., Hawryluck C., Hall A., Simser B., Chauvet R., Che-rubini A. Utilising distributed acoustic sensing for monitoring rock mass stress conditions in underground mining: A case study // Deep Mining 2024: Proceedings of the 10th Interna-tional Conference on Deep and High Stress Mining, Montreal, 24–26 September 2024 / Eds. P. Andrieux, D. Cumming-Potvin. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2024. P.375–390. https://doi.org/

10.36487/ACG_repo/2465_19

Dandridge A. Fiber optic interferometric sensors at sea // Opt. Photon. News. 2019. V. 30, Iss. 6. P.34–41. https://doi.org/10.1364/OPN.30.6.000034

De Freitas J.M. Recent developments in seismic seabed oil reservoir monitoring applications us-ing fibre-optic sensing networks // Meas. Sci. Technol. 2011. V. 22, N 5. Art. 052001. 30 p. https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/5/052001

Diaz-Meza S., Jousset P., Currenti G., Wollin C., Krawczyk C., Clarke A., Chalari A. Expres-sions of signal saturation in Distributed Dynamic Strain Sensing (DDSS) and how can we address them: An example of seismo-acoustic sources at Mt. Etna, Italy // Galileo confer-ence: Fibre Optic Sensing in Geosciences, Catania, 16–20 June 2024. Paper No. GC12-FibreOptic-75. https://doi.org/10.5194/egusphere-gc12-fibreoptic-75

Distributed Acoustic Sensing in Geophysics: Methods and Applications / Eds. Y. Li, M. Karren-bach, J.B. Ajo-Franklin. Hoboken: John Wiley & Sons, 2021. 301 p. https://doi.org/10.1002/9781119521808

Distributed Acoustic Sensing in Geophysics: Methods and Applications / Geophysical Mono-graph 268, First Edition. Eds: Y. Li, M. Karrenbach, J.B. Ajo-Franklin. American Geophysi-cal Union. John Wiley & Sons, Inc. 2022. 304 р. https://doi.org/10.1002/9781119521808

Donadello S., Clivati C., Govoni A., Margheriti L., Vassallo M., Brenda D., Hovsepyan M., Ber-tacco E.K., Concas R., Levi F., Mura A., Herrero A., Carpentieri F., Calonico D. Seismic monitoring using the telecom fiber network // Commun. Earth Environ. 2024. V. 5. Art. 178. 9 p. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01338-2

Dong X., Liu Sh., Wang Zh., Wang N., Liu F., Ma H., Zhao T. Design and application of micro-seismic monitoring system of underground optical fiber // J. Appl. Optics. 2022. V. 43, N 1. P.171–178. [in Chinese]. https://doi.org/10.5768/JAO202243.0108004

Du W., Chai J., Zhang D., Ouyang Y., Liu Y. Study on quantitative characterization of coupling effect between mining-induced coal-rock mass and optical fiber sensing // Sensors. 2022. V. 22, Iss. 13. Art. 5009. 18 p. https://doi.org/10.3390/s22135009

Fan C., Li H., Zhang K., Liu H., Sun Y., Liu H., Yan B., Yan Zh., Liu D., Shum P.P., Sun Q. 300  km ultralong fiber optic DAS system based on optimally designed bidirectional EDFA relays // Photon. Res. 2023. V. 11, Iss. 6. P.968–977. https://doi.org/10.1364/PRJ.485701

Fenta M.C., Potter D.K., Szanyi J. Fibre optic methods of prospecting: A comprehensive and modern branch of geophysics // Surv. Geophys. 2021. V. 42, Iss. 3. P.551–584. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09634-8

Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists / Eds. E. Udd, W.B. Spillman. John Wiley & Sons, 2011. 512 p. https://doi.org/10.1002/9781118014103

Fichtner A., Bogris A., Nikas T., Bowden D., Lentas K., Melis N.S., Simos C., Simos I., Smolinski K. Theory of phase transmission fibre-optic deformation sensing // Geophys. J. Int. 2022. V. 231, Iss. 2. P.1031–1039. https://doi.org/10.1093/gji/ggac237

Gorshkov B.G., Taranov M.A. Simultaneous optical fibre strain and temperature measurements in a hybrid distributed sensor based on Rayleigh and Raman scattering // Quantum Electron-ics. 2018. V. 48, N 2. Art. 184. https://doi.org/10.1070/QEL16541

Gorshkov B.G., Alekseev A.E., Simikin D.E., Taranov M.A., Zhukov K.M., Potapov V.T. A cost-effective distributed acoustic sensor for engineering geology // Sensors. 2022a. V. 22, Iss. 23. Art. 9482. 12 p. https://doi.org/10.3390/s22239482

Gök R., Walter W.R., Barno J., Downie C., Mellors R.J., Mayeda K., Roman‐Nieves J., Temple-ton D., Ajo‐Franklin J. Reliable earthquake source parameters using distributed acoustic sensing data derived from coda envelopes // Seismol. Res. Lett. 2024. V. 95, N 4. P.2208–2220. https://doi.org/10.1785/0220230270

Gou Y., Allen R.M., Zhu W., Taira T., Chen L.‐W. Leveraging submarine DAS arrays for off-shore earthquake early warning: A case study in Monterey Bay, California // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2025. V. 115, N 2. P.516–532. https://doi.org/10.1785/0120240234

Guo T., Zhang T., Li Y., Qiao X. Highly sensitive FBG seismometer with a 3D-printed hexagonal configuration // J. Lightwave Technol. 2020. V. 38, Iss. 16. P.4588–4595. https://doi.org/10.1109/JLT.2020.2991667

Güralp successfully deploys worlds first ‘SMART cable’ [Electronic resource]. URL: https://www.guralp.com/about-us/news-and-events/guralp-successfully-deploys-worlds-first-smart-cable [Access date: 21.12.2024].

Han J., Zhang W., Jiang D., Wang Zh., Li F. Fiber optic 3-component seismometer // Photonic Sensors. 2014. V. 4, Iss. 2. P.102–107. https://doi.org/10.1007/s13320-014-0173-4

Harkins G.O., Koeniger C. Method and apparatus for determining the temperature of subterra-nean wells using fiber optic cable: U.S. Patent No. 6557630B2. https://patents.google.com/patent/US6557630B2/en [Application granted: 06.05.2003].

Hartog A.H. An Introduction to Distributed Optical Fibre Sensors. CRC Press, 2017. 442 p. https://doi.org/10.1201/9781315119014

Hicke K., Eisermann R., Chruscicki S. Enhanced distributed fiber optic vibration sensing and simultaneous temperature gradient sensing using traditional C-OTDR and structured fiber with scattering dots // Sensors. 2019. V. 19, Iss. 19. Art. 4114. 23 p. https://doi.org/10.3390/s19194114

Howe B.M., Arbic B.K., Aucan J., Barnes C.R., Bayliff N., Becker N.C., Butler R., Doyle L., Eli-pot S., Johnson G.C., Landerer F., Lentz S., Luther D.S., Müller M., Mariano J., Panayotou K., Rowe C., Ota H., Song Y.T., Thomas M., Thomas P.N., Thompson P., Tilmann F., Weber T., Weinstein S. SMART cables for observing the global ocean: science and implementation // Front. Marine Sci. 2019. V. 6. Art. 424. 27 p. https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00424

Howe B.M., Angove M., Aucan J., Barnes C.R., Barros J.S., Bayliff N., Becker N.C., Carrilho F., Fouch M.J., Fry B., Jamelot A., Janiszewski H., Kong L.S.L., Lentz S., Luther D.S., Mari-naro G., Matias L.M., Rowe C.A., Sakya A.E., Salaree A., Thiele T., Tilmann F.J., von Hille-brandt-Andrade C., Wallace L., Weinstein S., Wilcock W. SMART subsea cables for observ-ing the earth and ocean, mitigating environmental hazards, and supporting the blue economy // Front. Earth Sci. 2022. V. 9. Art. 775544. 28 p. https://doi.org/10.3389/feart.2021.775544

Höttges A., Rabaiotti C. Facchini M. A novel distributed fiber-optic hydrostatic pressure sensor for dike safety monitoring // IEEE Sensors Journal. 2023. V. 23, Iss. 23. P.28942–28953. https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3315062

Huang Ch.-J., Chu Ch.-R., Tien T.-M., Yin H.-Y., Chen P.-S. Calibration and deployment of a fi-ber-optic sensing system for monitoring debris flows // Sensors. 2012. V. 12, Iss. 5. P.5835–5849. https://doi.org/10.3390/s120505835

Huang W., Zhang W., Luo Y., Li L., Liu W., Li F. Broadband FBG resonator seismometer: princi-ple, key technique, self-noise, and seismic response analysis // Opt. Express. 2018. V. 26, Iss. 8. P.10705–10715. https://doi.org/10.1364/OE.26.010705

Huang W., Zhang W., Li L., Zhang H., Li F. Review on low-noise broadband fiber optic seismic sensor and its applications // J. Lightwave Technol. 2023. V. 41, Iss. 13. P.4153–4163. https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3253661

Hudson T.S., Baird A.F., Kendall J.M., Kufner S.K., Brisbourne A.M., Smith A.M., Butcher A., Chalari A., Clarke A. Distributed Acoustic Sensing (DAS) for natural microseismicity stud-ies: A case study from Antarctica // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2021. V. 126, Iss. 7. Art. e2020JB021493. https://doi.org/10.1029/2020JB021493

Ide S., Araki E., Matsumoto H. Very broadband strain-rate measurements along a submarine fi-ber-optic cable off Cape Muroto, Nankai subduction zone, Japan // Earth Planets Space. 2021. V. 73. Art. 63. 10 p. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01385-5

Ip E., Huang Y.-K., Huang M.-F., Yaman F., Wellbrock G., Xia T., Wang T., Asahi K., Aono Y. DAS over 1,007-km hybrid link with 10-Tb/s DP-16QAM co-propagation using frequency-diverse chirped pulses // J. Lightwave Technol. 2023. V. 41, Iss. 4. P.1077–1086. https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3219369

Jaroszewicz L.R., Kurzych A., Krajewski Z., Marć P., Kowalski J.K., Bobra P., Zembaty Z., Sa-kowicz B., Jankowski R. Review of the usefulness of various rotational seismometers with laboratory results of fibre-optic ones tested for engineering applications // Sensors. 2016. V. 16, Iss. 12. Art. 2161. 22 p. https://doi.org/10.3390/s16122161

Jena J., Mahed G., Chabata T., Doucoure M., Gibbon T. Monitoring and early warning detec-tion of collapse and subsidence sinkholes using an optical fibre seismic sensor // Cogent Eng. 2024. V. 11, Iss. 1. Art. 2301152. 14 p. https://doi.org/10.1080/23311916.2023.2301152

Jia J., Fan X., Jiang Y. A Mach–Zehnder interferometric acoustic sensor using incomplete sym-metry 3×3 coupler-based phase shifting demodulator // Sensors & Actuators A: Physical. 2024. V. 378. Art. 115808. https://doi.org/10.1016/j.sna.2024.115808

Kamenev O.T., Kulchin Yu.N., Petrov Yu.S., Khiznyak R.V., Romashko R.V. Fiber-optic seismo-meter on the basis of Mach–Zehnder interferometer // Sensors & Actuators A: Physical. 2016. V. 244. P.133–137. https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.04.006

Kurzych A.T., Jaroszewicz L.R., Kowalski J.K. Development of three-axis fibre-optic seismo-graph for direct and autonomous monitoring of rotational events with perspective of historical review // Sensors. 2022. V. 22, Iss. 22. Art. 8902. 7 p. https://doi.org/10.3390/s22228902

Lai V.H., Hodgkinson K.M., Porritt R.W., Mellors R. Toward a metadata standard for Distributed Acoustic Sensing (DAS) data collection // Seismol. Res. Lett. 2024. V. 95, N 3. P.1986 1999. https://doi.org/10.1785/0220230325

Lee H.B., Kim Y.H., Park K.S., Eom J.B., Kim M.J., Rho B.S., Choi H.Y. Interferometric fiber op-tic sensors // Sensors. 2012. V. 12, Iss. 3. P.2467–2486. https://doi.org/10.3390/s120302467

Lee W.H.K., Çelebi M., Todorovska M.I., Igel H. Introduction to the Special Issue on Rotational Seismology and Engineering Applications // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2009. V. 99, N 2B. P.945–957. https://doi.org/10.1785/0120080344

Li A., Guo H., Niu Y., Lu X., Zhang Y., Liang H., Sun Y., Guo Y., Wang D. Application of imag-ing algorithms for gas–water two-phase array fiber holdup meters in horizontal wells // Sen-sors. 2024. V. 24, Iss. 22. Art. 7285. 22 p. https://doi.org/10.3390/s24227285

Li C., Zheng H., Ma L., Zhu Ch., Zhuang Y., Peng W., Wang J., Hu W., Rao Y.-J. Optimizing the demodulation method for DAS system based on point-backscattering-enhanced fiber // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2024. V. 73. Art. 9508408. 8 p. https://doi.org/10.1109/TIM.2024.3385810

Li Ch., Tang J., Cheng Ch., Cai L., Yang M. FBG arrays for quasi-distributed sensing: A review // Photonic Sensors. 2021. V. 11, Iss. 1. P. 91‒108. https://doi.org/10.1007/s13320-021 0615-8

Li H., Zhao Q., Jiang Sh., Ni J., Wang Ch. FP cavity and FBG cascaded optical fiber temperature and pressure sensor // Chinese Opt. Lett. 2019. V. 17, Iss. 4. Art. 040603. 5 p. https://doi.org/10.3788/COL201917.040603

Li H., Zhang W., Huang W., Du Y. Design of low frequency fiber optic Fabry–Perot seismometer based on transfer function analysis // Chinese Opt. Lett. 2021. V. 19, Iss. 5. Art. 051201. 6 p. https://doi.org/10.3788/COL202119.051201

Li Sh., Chen F., Liu X., Li X., Wang R., Qiao X. Interferometric fiber-optic accelerometer based on a hexagonal beam // IEEE Sensors Journal. 2024. V. 24, Iss. 10. P.16170–16178. https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3384919

Li T., Tan Y., Han X., Zheng K., Zhou Z. Diaphragm based fiber Bragg grating acceleration sensor with temperature compensation // Sensors. 2017. V. 17, Iss. 1. Art. 218. 12 p. https://doi.org/10.3390/s17010218

Li Z. Recent advances in earthquake monitoring I: Ongoing revolution of seismic instrumentation // Earthq. Sci. 2021. V. 34, Iss. 2. P.177–188. https://doi.org/10.29382/eqs-2021 0011

Lim T.K., Zhou Y., Lin Y., Yip Y.M., Lam Y.L. Fiber optic acoustic hydrophone with double Mach–Zehnder interferometers for optical path length compensation // Opt. Commun. 1999. V. 159, Iss. 4–6. P.301–308. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(98)00572-0

Liu B., Zhong Zh., Lin J., Wang X., Liu L., Shan M., Jin P. Extrinsic Fabry–Perot cantilever ac-celerometer based on micromachined 45° angled fiber // J. Lightwave Technol. 2018. V. 36, Iss. 11. P.2196–2203. https://doi.org/10.1109/jlt.2017.2760901

Liu F., Xie Sh., Zhang M., Xie B., Pan Y., He X., Yi D., Gu L., Yang Y., Chen Zh., Lu H., Zhou X. Downhole microseismic monitoring using time-division multiplexed fiber-optic accelerome-ter array // IEEE Access. 2020. V. 8. P.120104–120113. https://doi.org/10.1109/ ACCESS.2020.3003374

Liu J., Yuan S., Biondi B., Noh H.Y. Scalable civil infrastructure monitoring through non-dedicated distributed acoustic sensing // 58th U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Sympo-sium, Golden, CO, 23–26 June 2024. Paper No. ARMA-2024-1221. https://doi.org/10.56952/ARMA-2024-1221

Liu K., Zhang F., Li Z., Feng X., Li K., Du Y., Schreiber K.U., Lu Z., Zhang J. Noise analysis of a passive resonant laser gyroscope // Sensors. 2020. V. 20, Iss. 18. Art. 5369. 16 p. https://doi.org/10.3390/s20185369

Liu Tianxiang, Li Q., Li X., Tan Y., Cao X. A critical review of distributed fiber optic sensing ap-plied to geologic carbon dioxide storage // Greenhouse Gases Sci. Technol. 2024. V. 14, Iss. 4. P.676–694. https://doi.org/10.1002/ghg.2279

Liu Tongyu, Wei Y., Song G., Hu B., Li L., Jin G., Wang J., Li Y., Song Ch., Shi Zh., Zhao L., Hu J., Zhao W., Hou M., Li R., Wang J. Fibre optic sensors for coal mine hazard detection // Measurement. 2018. V. 124. P.211–223. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.03.046

Lu Q., Wang Y., Wang Xiaoxu, Yao Y., Wang Xuewen, Huang W. Review of micromachined op-tical accelerometers: From mg to sub-μg // Opto-Electron Adv. 2021. V. 4, N 3. Art. 200045. 24 p. https://doi.org/10.29026/oea.2021.200045

Luo Zh., Ding Sh., Tan Ch., Xu B., Lu B. Huang J. Low-frequency fiber optic hydrophone based on ultra-weak fiber Bragg grating // IEEE Sensors Journal. 2023. V. 23, Iss. 11. P.11635 11641. https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3266357

Marra G., Clivati C., Luckett R., Tampellini A., Kronjäger J., Wright L., Mura A., Levi F., Robin-son S., Xuereb A., Baptie B., Calonico D. Ultrastable laser interferometry for earthquake detection with terrestrial and submarine cables // Science. 2018. V. 361, Iss. 6401. P.486–490. https://doi.org/10.1126/science.aat4458

Marra G., Fairweather D.M., Kamalov V., Gaynor P., Cantono M., Mulholland S., Baptie B., Castellanos J.C., Vagenas G., Gaudron J.-O., Kronjäger J., Hill I.R., Schioppo M., Barbeito Edreira I., Burrows K.A., Clivati C., Calonico D., Curtis A. Optical interferometry-based ar-ray of seafloor environmental sensors using a transoceanic submarine cable // Science. 2022. V. 376, Iss. 6595. P.874–879. https://doi.org/10.1126/science.abo1939

Matveenko V.P., Serovaev G.S., Kosheleva N.A., Galkina E.B. Investigation of fiber Bragg grat-ing’s spectrum response to strain gradient // Proc. Struct. Integrity. 2024. V. 54. P.218–224. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.01.076

Mecozzi A., Cantono M., Castellanos J.C., Kamalov V., Muller R., Zhan Zh. Polarization sensing using submarine optical cables // Optica. 2021. V. 8, Iss. 6. P.788–795. https://doi.org/10.1364/OPTICA.424307

Miah K., Potter D.K. A review of hybrid fiber-optic distributed simultaneous vibration and tem-perature sensing technology and its geophysical applications // Sensors. 2017. V. 17, Iss. 11. Art. 2511. 25 p. https://doi.org/10.3390/s17112511

Müller N., Noe S., Husmann D., Morel J., Fichtner A. Earthquake source inversion by integrated fiber-optic sensing // Seismica. 2024. V. 3, N 2. Art. 1405. 6 p. https://doi.org/10.26443/seismica.v3i2.1405

Ni Y., Denolle M.A., Shi Q., Lipovsky B.P., Pan Sh., Kutz J.N. Wavefield reconstruction of dis-tributed acoustic sensing: Lossy compression, wavefield separation, and edge computing // J. Geophys. Res. Mach. Learn. Comput. 2024. V. 1, Iss. 3. Art. e2024JH000247. https://doi.org/10.1029/2024JH000247

Noe S., Husmann D., Müller N., Morel J., Fichtner A. Long-range fiber-optic earthquake sensing by active phase noise cancellation // Sci. Rep. 2023. V. 13. Art. 13983. 7 p. https://doi.org/10.1038/s41598-023-41161-x

Nziengui-Bâ D., Coutant O., Moreau L., Boué P. Measuring the thickness and Young’s modulus of the ice pack with DAS, a test case on a frozen mountain lake // Geophys. J. Int. 2023. V. 233, Iss. 2. P.1166–1177. https://doi.org/10.1093/gji/ggac504

Parker L.M., Thurber C.H., Zeng X., Li P., Lord N.E., Fratta D., Wang H.F., Robertson M.C., Thomas A.M., Karplus M.S., Nayak A., Feigl K.L. Active-source seismic tomography at the Brady geothermal field, Nevada, with dense nodal and fiber-optic seismic arrays // Seismol. Res. Lett. 2018. V. 89, N 5. P.1629–1640. https://doi.org/10.1785/0220180085

Peng F., Lv Y., Li H., Tian Sh., Chen W., Yang J. Sensitivity prediction of multiturn fiber coil-based fiber-optic flexural disk seismometer via finite element method analysis // J. Light-wave Technol. 2017. V. 35, Iss. 18. P.3870–3876. https://doi.org/10.1109/JLT.2017.2724603

Peterson J. Observations and Modeling of Seismic Background Noise: USGS Open-File Report 93-322. Albuquerque, NM: USGS, 1993. 94 p. http://opg.sscc.ru/attachments/073_ofr93-322.pdf

Rajan G. Optical Fiber Sensors: Advanced Techniques and Applications. Boca Raton, FL: CRC Press, 2017. 575 p. https://doi.org/10.1201/b18074

Rao X., Dai Sh., Chen M., Zhu R., Lu D., Chen G.Y., Wang Y. Multi-point vibration positioning method for long-distance forward transmission distributed vibration sensing // Opt. Express. 2024. V. 32, Iss. 17. P.30775–30786. https://doi.org/10.1364/OE.530885

Righini G.C., Tajani A., Cutolo A. An Introduction to Optoelectronic Sensors. World Scientific, 2009. 584 p.

Rønnekleiv E., Sørgård T., Klimentov D., Tolstik N., Waagaard O.H., Jacobsen J., Stabo-Eeg F., Sab O.A., Calsat A., Plantady P., Brenne J.K. Range-scalable distributed acoustic sensing with EDFA repeaters demonstrated over 2227 km // Opt. Lett. 2025. V. 50, Iss. 1. P.25–28. https://doi.org/10.1364/OL.542267

Salleh Z., Zullastri M.A.A., Sujiatanti S.H. Review of fiber Bragg grating sensors for marine ap-plications // Engineering Frontiers: A Multidisciplinary Odyssey (STRUCTMAT, v. 208) / Eds. A. Ismail, F.N. Zulkipli, M.A. Mohd Daril, A. Öchsner. Cham: Springer, 2024. P.53–64. https://doi.org/10.1007/978-3-031-56844-2_6

Schenato L. A review of distributed fibre optic sensors for geo-hydrological applications // Appl. Sci. 2017. V. 7, Iss. 9. Art. 896. 42 p. https://doi.org/10.3390/app7090896

SEAFOM MSP-02 V2.0: DAS Parameter Definitions and Tests [Electronic resource]. URL: https://seafom.com/?mdocs-file=1270 [Access date: 21.12.2024].

Sheng L., Yan J., Li L., Yuan M., Zhou Sh., Xu R., Liu J., Nian F., Li L., Liu Zh. Distributed tem-perature sensing system based on Brillouin scattering effect using a single-photon detector // Int. J. Opt. 2021. V. 2021, Iss. 1. Art. 6623987. 9 p. https://doi.org/10.1155/2021/6623987

Shi Y., Wang X., Duan H., Xu Zh., Yan Sh., Sun Q., Liang Y., Zhou Z. Low-frequency high-resolution fiber Fabry–Perot interferometric accelerometer based on double-spring-supported oscillator // IEEE Sensors Journal. 2024. V. 24, Iss. 11. P.17500–17506. https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3389032

Schlöffel G., Seiler F. Unidirectional fiber optic sensor for angular acceleration measurement // Opt. Lett. 2013. V. 38, Iss. 9. P.1500–1502. https://doi.org/10.1364/ol.38.001500

Song K.Y. Optimizing multiparameter distributed fiber sensors: a hybrid Rayleigh–Brillouin–Raman system approach // Light Sci. Appl. 2024. V. 13. Art. 46. 3 p. https://doi.org/10.1038/s41377-024-01392-7

Song Zh., Zeng X., Ni S., Chi B., Xu T., Wei Z., Jiang W., Chen Sh., Xie J. Near real-time in situ monitoring of nearshore ocean currents using distributed acoustic sensing on submarine fi-ber-optic cable // Earth Space Sci. 2024. V. 11, Iss. 9. Art. e2024EA003572. 18 p. https://doi.org/10.1029/2024EA003572

Soni S. A review paper on hydrophones // Int. J. Eng. Res. Technol. 2017. V. 5, Iss. 23. Art. IJERTCONV5IS23015. 3 p. https://doi.org/10.17577/IJERTCONV5IS23015

Strumia C., Trabattoni A., Supino M., Baillet M., Rivet D., Festa G. Sensing optical fibers for earthquake source characterization using raw DAS records // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2024a. V. 129, Iss. 1. Art. e2023JB027860. 15 p. https://doi.org/10.1029/2023JB027860

Strumia C., Trabattoni A., Supino M., Rivet D., Festa G. Insights into earthquake ruptures from analysis of DAS data // Il Nuovo Cimento C. 2024b. V. 47, Iss. 5. Art. 313. 4 p. https://doi.org/10.1393/ncc/i2024-24313-7

Tertyshnikov K., Yurikov A., Bona A., Urosevic M., Pevzner R. 3D DAS VSP for coal seam exploration: A case study from Queensland, Australia // Sensors. 2024. V. 24, Iss. 8. Art. 2561. 15 p. https://doi.org/10.3390/s24082561

The DAS Research Coordination Network – DAS RCN [Electronic resource]. URL: https://www.iris.edu/hq/initiatives/das_rcn [Access date: 21.12.2024].

Trabattoni A., Baillet M., van den Ende M., Rivet D., Stutzmann E., Strumia C., Biagioli F. Xdas: A Python framework for distributed acoustic sensing // Seismol. Res. Lett. 2025. [In print]. https://doi.org/10.1785/0220240366

Turov A.T., Barkov F.L., Belokrylov M.E., Claude D., Konstantinov Yu.A. Investigation of signal reception–transmission parameters in a distributed acoustic sensor // Instrum. Exp. Tech. 2023a. V. 66, Iss. 5. P.802–808. https://doi.org/10.1134/S0020441223050263

Turov A.T., Barkov F.L., Konstantinov Yu.A., Korobko D.A., Lopez-Mercado C.A., Fotiadi A.A. Activation function dynamic averaging as a technique for nonlinear 2D data denoising in distributed acoustic sensors // Algorithms. 2023b. V. 16, Iss. 9. Art. 440. 18 p. https://doi.org/10.3390/a16090440

Turov A.T., Konstantinov Yu.A., Barkov F.L., Korobko D.A., Zolotovskii I.O., Lopez-Mercado C.A., Fotiadi A.A. Enhancing the distributed acoustic sensors’ (DAS) performance by the simple noise reduction algorithms sequential application // Algorithms. 2023c. V. 16, Iss. 5. Art. 217. 15 p. https://doi.org/10.3390/a16050217

Wei J., Gong W., Xing J., Xu H. Distributed acoustic sensing technology in marine geosciences // Intell. Marine Technol. Syst. 2024. V. 2. Art. 26. 10 p. https://doi.org/10.1007/s44295-024-00039-y

Weng Y., Qiao X., Guo T., Hu M., Feng Zh., Wang R., Zhang J. A robust and compact fiber Bragg grating vibration sensor for seismic measurement // IEEE Sensors Journal. 2011. V. 12, Iss. 4. P.800–804. https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2166258

Wuestefeld A., Weinzierl W. Design considerations for using distributed acoustic sensing for cross-well seismics: A case study for CO2 storage // Geophys. Prospect. 2020. V. 68, Iss. 6. P.1893–1905. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12965

Yaman F., Li Y., Han Sh., Inoue T., Mateo E., Inada Y. Polarization sensing using polarization rotation matrix eigenvalue method // Optical Fiber Communications Conference, San Diego, CA, 5–9 March 2023. Paper No. W1J-7. 3 p. https://doi.org/10.1364/OFC.2023.W1J.7

Yang Y., Wang Zh., Chang T., Yu M., Chen J., Zheng G., Cui H.-L. Seismic observation and analysis based on three-component fiber optic seismometer // IEEE Access. 2020. V. 8. P.1374–1382. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2961963

Yi D., Liu F., Zhang M., Tao Q. High-accuracy transient response fiber optic seismic accel-erometer using a shock-absorbing ring as a mechanical antiresonator // Opt. Lett. 2019. V. 44, Iss. 2. P.183–186. https://doi.org/10.1364/OL.44.000183

Yu P., Zhu T., Marone C., Elsworth D., Yu M. DASEventNet: AI-based microseismic detection on distributed acoustic sensing data from the Utah FORGE well 16A (78)-32 hydraulic stimulation // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2024. V. 129, Iss. 9. Art. e2024JB029102. 18 p. https://doi.org/10.1029/2024JB029102

Zhan Zh., Cantono M., Kamalov V., Meecozzi A., Müller R., Yin Sh., Castellanos J.C. Optical polarization-based seismic and water wave sensing on transoceanic cables // Science. 2021. V. 371, Iss. 6532. P.931–936. https://doi.org/10.1126/science.abe6648

Zhang H., Xing L., Zheng X., Xu T., Deng D., Sun M., Liu H., Wu Sh. Imaging of train noise with heavy traffic events recorded by distributed acoustic sensing // Geophys. Prospect. 2024. V. 72, Iss. 9. P.3399–3413. https://doi.org/10.1111/1365-2478.13597

Zhang J., Zhu T., Zhou H., Huang Sh., Liu M., Huang W. High spatial resolution distributed fiber system for multi-parameter sensing based on modulated pulses // Opt. Express. 2016. V. 24, Iss. 24. P.27482–27493. https://doi.org/10.1364/OE.24.027482

Zhang W., Huang W. Applications of fiber optics sensors in seismology // 10th International Conference on Advanced Infocomm Technology (ICAIT), Stockholm, 12–15 August 2018. P.16–20. https://doi.org/10.1109/ICAIT.2018.8686535

Zhang W., Huang W., Li F. High-resolution fiber Bragg grating sensor and its applications of ge-ophysical exploration, seismic observation and marine engineering // Opto-Electronic Eng. 2018. V. 45, N 9. Art. 170615. 15 p. [in Chinese]. https://doi.org/10.12086/oee.2018.170615

Zhou M., Zhang Zh., Cui Q., Lin Q., Yu J., Guo X., Zhou C., Ruan Sh. High-resolution and large-dynamic range fiber-optic sensors based on dual-mode direct spectrum interrogation method // Sensors. 2024. V. 24, Iss. 12. Art. 3996. 10 p. https://doi.org/10.3390/s24123996

Zhou R., Chen F., Li Sh., Wang R., Qiao X. Three-dimensional vector accelerometer using a mul-ticore fiber inscribed with three FBGs // J. Lightwave Technol. 2021. V. 39, Iss. 10. P.3244–3250. https://doi.org/10.1109/jlt.2021.3058240

Zhu L., Wang W., Shi F., Cao X., Chen Y., Huang H., Cao Y., Zhang D., Li Zh. Development of a high-performance rotational seismometer based on the dual-channel fiber optic gyroscope // J. Lightwave Technol. 2024. V. 42, Iss. 24. P.8951–8958. https://doi.org/10.1109/JLT.2024.3439627

Zhu R., Rao X., Dai Sh., Chen M., Liu G., Liu H., Xu R., Chen Sh., Chen G.Y., Wang Y. Deep in-tegration of fiber-optic communication and sensing systems using forward-transmission dis-tributed vibration sensing and on–off keying // Sensors. 2024. V. 24, Iss. 17. Art. 5758. 12 p. https://doi.org/10.3390/s24175758

Zumberge M., Berger J., Otero J., Wielandt E. An optical seismometer without force feedback // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2010. V. 100, N 2. P.598–605. https://doi.org/10.1785/0120090136

Zumberge M., Berger J., Hatfield W., Wielandt E. A three-component borehole optical seismic and geodetic sensor // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2018. V. 108, N 4. P.2022–2031. https://doi.org/10.1785/0120180045