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在火山研究中，精确捕捉岩浆侵入动态颇具挑战。研究人员利用低频分布式声学传感（LFDAS）技术，以电信光缆为应变仪，追踪冰岛火山岩脉侵入。结果显示能在分钟尺度监测，还发现岩浆侵入规律。这为火山监测和灾害评估提供关键依据。
在神秘而危险的火山世界里，岩浆的活动就像隐藏在地下的巨兽，时刻牵动着人们的心弦。长久以来，地质学家们都渴望能深入了解火山内部的奥秘，尤其是岩浆的运输动态和岩脉侵入过程。传统的大地测量技术，如电子距离测量（EDM）、钻孔应变仪和倾斜测量等，虽然能提供长期的变形记录，但在捕捉岩浆活动的快速变化方面却显得力不从心。卫星基方法，像全球导航卫星系统（GNSS）和干涉合成孔径雷达（InSAR），虽然提高了空间分辨率，可它们在时间分辨率上仍存在短板。要知道，对于火山监测来说，获取岩浆快速变化的信息至关重要，比如岩浆体积的演化、流速以及岩浆脉冲的传播速度，这些信息直接关系到能否准确预测火山喷发，保障周边居民的生命财产安全 。
正是在这样的背景下，来自国外研究机构的研究人员踏上了探索之旅，致力于解决这一难题。他们将目光投向了新兴的分布式声学传感（DAS）技术，开展了利用光纤大地测量追踪冰岛火山岩脉侵入动态的研究。最终，他们成功地利用低频分布式声学传感（LFDAS）技术，实现了在分钟尺度上对火山岩脉侵入的追踪，这一成果意义非凡，为火山监测和灾害评估打开了新的大门，相关研究成果发表在《SCIENCE》杂志上。
研究人员主要运用了两项关键技术方法。一是利用低频分布式声学传感（LFDAS）技术，将已有的电信光缆转化为密集的应变仪阵列。二是通过大地测量反演 LFDAS 应变数据，结合建立的物理模型，对岩浆侵入过程进行分析。
下面来详细看看研究结果：
- 将电信电缆转变为大地测量传感器：研究人员对 LFDAS 记录进行滤波处理后，观察到九次侵入事件都有独特的应变率信号。这些信号在喷发前几十分钟到几小时出现，且持续数小时，同时伴随着地震活动增加。与喷发事件相比，被阻止的侵入事件应变率响应更弱、持续时间更短。除 E2 外，大多数喷发事件的应变率在喷发前 15 - 22 分钟达到峰值，喷发后应变率极性还会翻转 。
- 从 LFDAS 记录看岩脉侵入动态：通过对 LFDAS 应变数据的反演，研究人员发现所有侵入事件的岩脉开口都始于 Sundhnúkur 火山口和 Stóra - Skógfell 山之间，且推断出的岩脉开口体积通常大于岩浆源的收缩体积。不同喷发事件的岩脉体积差异较大，如 E2 的岩脉体积最大，达到约 2350 万 m3 。此外，除 E2 外，其他喷发事件的岩脉体积率变化相似，都是先快速增加，在喷发前 15 - 22 分钟达到峰值，然后逐渐下降到零 。
- 物理模型：研究人员提出每次侵入事件都受之前事件影响，尤其是 11 月的岩脉侵入事件。他们用一个简单的集总模型对观察到的岩脉体积率历史进行模拟，通过模型中的参数，推断出岩浆管道系统的一些物理属性，包括初始岩脉超压、构造正应力的垂直梯度和岩浆房的体积等 。
- 对火山监测和光纤大地测量的意义：LFDAS 记录能够提供高时空分辨率的变形监测，弥补了传统大地测量技术的不足，可用于火山喷发的实时监测、早期预警和灾害评估。研究人员还开发了早期预警系统和自动检测系统，在实际应用中取得了良好效果 。
总的来说，这项研究利用 LFDAS 技术实现了对火山岩脉侵入的分钟级监测，揭示了岩浆侵入的动态变化规律，为理解岩浆流动动力学提供了新视角。通过建立物理模型，对岩浆管道系统的物理属性进行了推断，为后续研究奠定了基础。此外，LFDAS 技术在火山监测中的应用，有望改变现有的火山监测模式，提高火山灾害预警能力，保护人们的生命和财产安全。不过，目前研究在数据反演方面还存在一定局限性，未来结合更多传统大地测量数据或多方位光纤电缆数据，有望进一步提高研究的准确性和可靠性。
