Seismic activity monitoring using fiber-optic cables

The National Seismic Network has started a new line of action focused on exploring the applicability of an innovative and relative new measurement method based on the DAS technology (Distributed Acoustic Sensing). The main aim is to apply this technique for earthquake monitoring and shallow subsurface analysis, as well as to explore other seismic applications of interest.

What is DAS?

DAS is a technique that allows continuous measurements of the strain along a fiber-optic cable produced, among other possible phenomena, by the seismic wave field. With this technology, optical fiber turns into an array of thousands seismic sensors that allow the detection and location of earthquakes. Unlike traditional seismic sensors, which can measure acceleration, velocity, or displacement, DAS system measures the strain rate along the optical fiber.

Advantages Disadvantages and limitations
  • High spatial resolution (~m).
  • High temporal resolution (~ KHz).
  • High spatial coverage (up to 50 km).
  • Possibility of using already deployed fiber-optic cables.
  • Useful for urban areas and remote environments (oceans, volcanoes, glaciers, etc.)
  • Avoid synchronization problems of sensor clocks.
  • DAS can only record strain rate in the direction along the fiber.
  • Large data volume (~ TB / day).
  • Difficult knowledge of the exactly coordinates of the cable position and its coupling with the ground.

How does DAS work?

DAS interrogator is connected to one end of the cable and a laser pulse is sent it through the fiber. When travelling into the cable, a small part of the light pulse is sent back to DAS interrogator due to the reflections and scattering produced by random imperfections existing inside the core fiber. When the position of these heterogeneities change, a phase difference between the laser pulse and the backscattered pulse can be measured and cable elongations are calculated.

Thus, this technology converts the optical fiber in an array of thousands of seismic sensors by sending laser pulses through the cable and recording their reflections and scattering in the DAS interrogator. Currently, we can find different works about DAS measurements in specialized literature, and the number of investigated applications is increasing. In relation to seismology, some experiments show that both regional and teleseismic earthquakes can be successfully detected.

What are the acquisition parameters?

During the acquisition, the optical fiber is sampled in space and time. The different parameters must be adjusted for an efficient acquisition depending on the experiment characteristics. Some of the most important parameters are:

  • Fiber distance to be interrogated.
  • Optical power and pulse width to optimize the optical signal (the physical size of the pulse into the optical fiber).
  • Interrogation pulse rate (number of pulses sent into the fiber per second).
  • Spatial sampling resolution (distance between two consecutives samplings along the optical fiber).
  • Gauge length (signal integration distance along the optical fiber).
  • Derivation time (signal derivation time to compute the strain rate).

Ensayos DAS realizados por el IGN

Los ensayos de Detección Acústica distribuida llevados a cabo por el IGN se enmarcan en diferentes regiones sismo-tectónicas. Estos datos se han adquirido con diferentes tipos de equipos y se han usado tanto cables terrestres como submarinos. Estas pruebas se enmarcan tanto bajo convenios nacionales (IGN-ADIF) como colaboraciones internacionales (IGN-universidad de Michigan ó IGN-IRIS). Los datos de estos experimentos resultan útiles en el registro de terremotos en zonas inaccesibles como complemento a los instrumentos convencionales. Estos datos además se han usado para determinar propiedades de la estructura más superficial del suelo y para el registro de telesismos con despliegues globales simultáneos de DAS. Los datos de estos ensayos están disponibles para su uso a través de FDSN o bajo petición a sismologia@transportes.gob.es.




  • 1. Cable de la red ferroviaria de Adif en la sierra de Guadarrama

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL EXPERIMENTO:

Túnel sierra de Guadarrama (cable en red ferroviaria)
Fibra / interrogador Lugar Soto del Real-Segovia
Fecha Febrero, 2023
Propietario fibra Adif
Instalación cable Canaleta en tierra siguiendo línea AVE
Longitud interrogada 36 km
Interrogador Aragon Photonics (HDAS)
Medición Tiempo medición 28 días
Resolución espacial 10 m
Nº total sensores 3600
Frecuencia muestreo 100 Hz
Tamaño datos 2 TB
Resultados Magnitud mínima detectada M 4.2
Trabajos publicados Andreas Wuestefeld et al (2023).
The Global DAS Month of February 2023.
Seismological Research Letters,
95 (3): 1569–1577.
DOI: https://doi.org/10.1785/0220230180
Datos accesibles FDSN: ZV (2023-2023): IGN-ADIF Traintrack,
Central Mountain Range (Spain).
DAS_MONTH experiment

UBICACIÓN DE LA FIBRA:




RESULTADOS:




  • 2. Cable de la red ferroviaria de Adif en la cuenca de Granada

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL EXPERIMENTO:

Cuenca de Granada (cable en red ferroviaria)
Fibra / interrogador Lugar Granada -Íllora
Fecha Junio-septiembre, 2022
Propietario fibra Adif
Instalación cable Canaleta en tierra siguiendo línea AVE
Longitud interrogada 36 km
Interrogador Aragon Photonics (HDAS)
Medición Tiempo medición 82 días (interrumpidos)
Resolución espacial 10 m
Nº total sensores 3600
Frecuencia muestreo 100 Hz
Tamaño datos 3 TB
Resultados Magnitud mínima detectada M 0.8
Trabajos publicados Canudo J., et al. (2025) Ambient Noise
Interferometry using Chirped-Pulse
DAS data for subsurface exploration.
29th International Conference on
Optical Fiber Sensors. 2025 Porto,
Portugal. Extended Abstract.


Preciado-Garbayo J., et al. (2025)
Chirped-Pulse DAS as a seismic surface
wave monitoring tool along trackside
dark fibers: application in the analysis
of superstructure features. 29th
International Conference on Optical
Fiber Sensors. 2025 Porto, Portugal.
Extended Abstract
Datos accesibles Bajo petición a través de
sismologia@transportes.gob.es

UBICACIÓN DE LA FIBRA:




RESULTADOS:

Local earthquake, M 1.9, Granada, Spain 2022/07/02


Teleseismic event, M 7.7, Mexico 2022/09/19



  • 3. Cable submarino en el mar Mediterráneo

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL EXPERIMENTO:

Mar mediterráneo (cable submarino)
Fibra / interrogador Lugar Valencia-Mallorca
Fecha Septiembre, 2020
Propietario fibra ISLALINK
Instalación cable Cable submarino enterrado a 1 m
Longitud interrogada 50 km
Interrogador Febus (A1-R)
Medición Tiempo medición 14 días
Resolución espacial 16,8 m
Nº total sensores 2977
Frecuencia muestreo 1000 Hz
Tamaño datos 40 GB/h
Resultados Magnitud mínima detectada M 3.6
Trabajos publicados Xiao, H., Tanimoto, T., Spica, Z.J.,
Gaite, B., Ruiz-Barajas, S., Pan, M.,
& Viens, L. (2022). Locating the
precise sources of high-frequency
microseisms using distributed
acoustic sensing. Geophysical
Research Letters, 49, e2022GL099292.
DOI: https://doi.org/10.1029/2022GL099292
Spica, Z. J., J. AjoFranklin, G. C.
Beroza, B. Biondi, F. Cheng, B. Gaite,
B. Luo, E. Martin, J. Shen, C. Thurber,
et al. (2023). PubDAS: A PUBlic
Distributed Acoustic Sensing
Datasets Repository for Geosciences,
Seismol. Res. Lett. 94, 983–998,
DOI: 10.1785/
Datos accesibles FDSN: ZH (2020-2020): The Valencia-Islalink
Distributed Acoustic Sensing Experiment

UBICACIÓN DE LA FIBRA:




RESULTADOS:




  • 4. Cable del radiotelescopio del Pico Veleta en Granada

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL EXPERIMENTO:

Ciudad de Granada (cable a telescopio)
Fibra / interrogador Lugar Granada IRAM-Telescopio pico Veleta
Fecha Agosto, 2020
Propietario fibra IRIS
Instalación cable Canaleta en tierra
Longitud interrogada 20 km
Interrogador Febus (A1-R)
Medición Tiempo medición 23 horas
Resolución espacial 4,8 m
Nº total sensores 4166
Frecuencia muestreo 2000Hz
Tamaño datos 5,7 TB (240 GB/h )
Resultados Magnitud mínima detectada Sin registros de terremotos
Trabajos publicados Li, Yang , Perton, M., Gaite, Beatriz, Ruiz-Barajas,
Sandra and Spica, Zack. (2023).
Near-surface characterization using
Distributed Acoustic Sensing in an urban area:
Granada, Spain. Geophys. J.Int, 235, 1849-1860,
DOI: 10.31223/X5266C.
Benjumea B. et al. (2021). DAS dataset
analysis for refelection imaging with
ambient noise in urban areas: Granada,
Spain. European Association of
Geoscientists & Engineers,
DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.202120147
Datos accesibles Bajo petición a través de
sismologia@transportes.gob.es

UBICACIÓN DE LA FIBRA:




RESULTADOS: