”Det er ikke perfekt til nogen af dem, men godt nok til at være nyttigt inden for begge områder, hvilket betyder, at vi nu mere effektivt kan bruge de data, vi indsamler til jordskælvsovervågning, til kortlægning af undergrunden, og omvendt,” siger Aurélien Mordret, professor i seismologi ved De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS) om brugen af aperiodiske mono-fliser til lokalisering af jordskælv og kortlægning af seismiske bølgefelter.
Aurélien Mordret har sammen med Adolfo G. Grushin, som er teoretisk fysiker ved CNRS’ Institut Néel i Frankrig, udviklet en innovativ tilgang til seismisk dataindsamling, der omgår konventionelle begrænsninger. Deres studie, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Applied, viser, hvordan en ny type aperiodisk seismisk array kan forbedre målingen af seismiske signaler og kortlægningen af seismiske bølgefelter (wavefield imaging) markant.
Seismiske arrays er ofte afhængige af periodiske eller regelmæssige geometrier, som med de hidtidigt anvendte former er begrænsede af ’Whittaker-Nyquist-Shannon’-grænsen (WNS-grænsen), som dikterer den mindste frekvens, der kræves for nøjagtig signalrekonstruktion. Et af de problemer, forskere normalt støder på, hvis de forsøger at bruge indsamlede data fra jordskælvsovervågning, er ’aliasing’. De fleste af os har oplevet ’aliasing’, for eksempel når hjulene på en bil i en actionfilm ser ud til at bevæge sig den forkerte vej eller slet ikke bevæger sig, eller når en persons mønstrede skjorte ser ud til at flimre på et billede. Inden for seismologi kan aliasing betyde, at det er svært at lokalisere et jordskælv.
Et overraskende fund i matematikkens verden for et par år siden af en form, der giver mulighed for en ikke-gentagen – eller aperiodisk – flisebelægning, en såkaldt ’einstein’-flise, ser ud til at løse problemet. Fundet har fundet vej til den såkaldte anvendte forskning bemærkelsesværdigt hurtigt. De pågældende fliser er kendt som ’hat’-familien, fordi en af dem minder om omridset af en fedora-hat.
”Min medforfatter og jeg begyndte at tale om de muligheder, som ’hatte’-familien præsenterede inden for fysik og geofysik, kun to måneder efter, at vi hørte om den matematiske opdagelse af flisen,” siger Aurélien Mordret.
De to forskere undersøgte potentialet i aperiodiske mono-fliser - specifikt ’hatte’-flisefamilien - for at undgå de begrænsninger, som WNS-grænsen sætter.
”Ved at anvende dette princip designede vi Aperiodic Monotile Seismic (AMS) arrays, som udkonkurrerer både konventionelle gitre og eksisterende aperiodiske konfigurationer i realistiske stråleformningsscenarier. Resultaterne er bedre, end vi kunne forvente,” forklarer Aurélien Mordret.
Studiet konkluderede, at AMS-arrays giver forbedret modstandsdygtighed over for stationsfejl og positioneringsfejl, mens de bibeholder signalbehandling af høj nok kvalitet til seismisk kortlægning og jordskælvsovervågning. Dette gennembrud kan forbedre anvendelse ikke kun inden for geofysik, men også inden for akustik og telekommunikation, idet det betyder, at der findes et alsidigt nyt værktøj til bølgeprøvetagning i komplekse miljøer.
Hos GEUS vil det nye array-design være nyttigt til at udnytte GEUS’ pulje af 1.200 seismiske sensorer effektivt i forskellige projekter, lige fra karakterisering af jordskredsområder til monitering af CO2-lagre.
”Vi har endnu ikke set det fulde potentiale af anvendelsen af aperiodiske mono-fliser i praksis,” opsummerer Aurélien Mordret.