Watching the Cryosphere Thaw: Seismic Monitoring of Permafrost Degradation Using Distributed Acoustic Sensing During a Controlled Heating Experiment

永久冻土 地质学 地震计 被动地震 冰层 环境科学 气候变化 遥感 地震学 气候学 海洋学 海冰
作者
Feng Cheng,Nathaniel J. Lindsey,Valeriia Sobolevskaia,Shan Dou,Barry Freifeld,Todd Wood,S. R. James,A. M. Wagner,Jonathan Ajo‐Franklin
出处
期刊:Geophysical Research Letters [American Geophysical Union]
卷期号:49 (10) 被引量:28
标识
DOI:10.1029/2021gl097195
摘要

Abstract Permafrost degradation is rapidly increasing in response to a warming Arctic climate, altering landscapes and damaging critical infrastructure. Solutions for monitoring permafrost thaw dynamics are essential to understand biogeochemical feedbacks as well as to issue warnings for hazardous geotechnical conditions. We investigate the feasibility of permafrost monitoring using permanently installed fiber‐optic seismic networks. We conducted a 2‐month seismic monitoring campaign during a controlled thaw experiment using a permanent surface orbital vibrator (SOV) and a 2D‐array of distributed acoustic sensing (DAS) cables, and observed significant (15%) shear‐wave velocity ( V s ) reductions and approximately 2 m depression of the permafrost table beneath the heating zone. These observations were validated by time‐lapse horizontal‐to‐vertical spectral ratio (HVSR) analysis from three co‐located broadband seismometers. The combination of SOV and DAS provided unique seismic observations for permafrost monitoring at the field scale, as well as a basis for design and development of early warning systems for permafrost thaw.

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