分布式光纤声波传感（DAS）技术是近年来发展的一种有效监测技术，通过计算光纤轴向应变，实现声波监测，已广泛应用于地震勘探，地下结构成像，，城市地下空间探测等工程物探领域。地震波衰减是地球物理学、岩土工程等学科领域中的重要研究课题，地震波传播时的衰减特性会随传播介质的内在属性发生变化，因此利用地震波的衰减特性监测第三方入侵信号是一种有效的无损监测手段。但利用地震波衰减特性研究工程问题时，目前一般使用传统地球物理的分析技术，传感设备为检波器，研究尺度一般为百米级至千米级，且难以进行实时监测，缺乏小尺度条件下通过分析衰减特征进行工程预警的研究。
针对上述问题，张丹教授课题组开展了基于DAS的地震波衰减特征试验研究。设计了直径为1m的圆形实验坑（图1），采集了地震波在干、湿两种状态下的砂土和黏土中，在上覆荷载大小不同时传播到距离激发点不同位置处的波形数据，研究不同工况下的地震波衰减规律。
图1 试验场地剖面示意图
通过利用PSD（图3）、CWT（图4）和谱比法估计品质因子（图5）三种分析方法，分析得到了地震波在砂土和黏性土中分别传播时，衰减程度随含水率的变化情况相反：砂土由干变湿后，地震波能量衰减程度减小；黏性土含水率升高后，地震波能量衰减程度较大。在工程监测中，通过本次研究中得出的信号衰减规律，可为当前岩土工程领域涉及扰动源定位、第三方入侵预警等工程监测课题提供解决方法，具有一定的研究和应用价值。
图2 击实锤激发数据波形图
图3 PSD分析结果
图4 CWT分析结果
图5 估计品质因子
相关研究成果以“Can the seismic wave attenuation characteristics of various soils be identified using distributed acoustic sensing?”为题，发表在期刊Journal of Applied Geophysics上。论文第一作者为课题组硕士研究生钱征宇，张丹教授为通讯作者。论文研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省六大人才高峰人才项目的资助。