光ファイバーケーブルを用いた高密度観測による構造推定：活断層から微小亀裂まで

使用光纤电缆通过高密度观测进行结构估计：从活动断层到微裂纹

基本信息

批准号：
20K04097
负责人：
江本賢太郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University (2022)Tohoku University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光ファイバーケーブルを用いたDAS（Distributed Acoustic Sensing）により，微細な不均質構造を明らかにするために観測・解析を進めた．2022年3月末から約1ヶ月間、国道4号沿いに国土交通省が敷設した光ファイバーケーブルを借用し、DAS観測を行った．全長50km，測定間隔5m，合計約10,000チャンネルという超高密度データである．同時に２つの光ファイバーケーブルで計測可能な装置であったため，国道47号に沿った光ファイバーケーブルでも計測を行った．DAS観測と並行し，ケーブル沿いのある場所に設置したビデオカメラで，通過する車両の様子を記録した．通過した車両のホイールベースや重量を用いて計算した歪の理論波形とDASで観測された波形を比較し，その場所での地面の剛性率を推定することに成功した．この手法を用いれば，道路沿いの光ファイバーケーブルを用いてDAS観測を行い，車の振動を利用することで，道路に沿った地中浅部の空間変化を高解像度でイメージングできると期待される．観測波形解析と並行し，DASで計測される歪という物理量に対する理論的研究も進めた．２点観測点間の相互相関関数から，その間を伝播するグリーン関数を抽出する地震波干渉法に関して，歪の場合における相互相関とグリーン関数の関係を数理的に示した．また，多重前方散乱近似に基づき，歪エンベロープの形状を理論的に示した．これをDAS観測記録に適用し，ケーブルに沿った地下の微細不均質構造が推定することが可能であると考えている．

通过使用光纤电缆的DAS（分布式声学传感），我们进行了观察和分析，以澄清精细的异质结构。从2022年3月下旬起约一个月的时间里，我们借用了国土交通省沿国道4号线铺设的光缆，进行了DAS观测。全长50km，测量间隔5m，数据极其密集，总共约10000个通道。由于该设备能够同时使用两根光纤电缆进行测量，因此我们还使用 47 号国道沿线的光纤电缆进行了测量。在DAS观测的同时，安装在电缆沿线某个位置的摄像机记录了过往车辆的状态。通过将使用过往车辆的轴距和重量计算出的理论应变波形与 DAS 观测到的波形进行比较，我们成功地估计了该位置的地面刚度。使用这种方法，预计可以通过使用沿道路的光纤电缆和车辆振动进行 DAS 观测，以高分辨率对沿道路的浅层地下区域的空间变化进行成像。在进行观测波形分析的同时，我们还对DAS测量的应变物理量进行了理论研究。对于地震干涉测量，从两个观测点之间的互相关函数中提取两个观测点之间传播的格林函数，我们在数学上证明了应变情况下互相关与格林函数之间的关系。此外，基于多重前向散射近似，从理论上证明了应变包络的形状。通过将其应用于 DAS 观测记录，我们相信可以估计沿电缆的地下精细异质结构。