ハイブリッド透過波実験による断層イメージング手法の検証

利用混合透射波实验验证断层成像方法

基本信息

批准号：
26870156
负责人：
吉光奈奈
金额：
$ 2.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26870156/
关键词：
透過弾性波三軸圧縮試験 3次元差分法

项目摘要

地中深くの断層の破砕度の直接モニターや，観測から推定した破砕域の正確性の検証は難しい．本研究では，実験室での透過弾性波を用いたモニタリング手法と，数値計算による波動伝播シミュレーションという二方向からの破砕域イメージングについて，手法の高精度化を試みた．研究期間中は，三軸圧縮試験の実験手法の改良と試験の実施，数値計算を実施した．実験のために，直径50mm高さ100mmの円柱形の花崗岩試料を準備し，小型ケースで保護した広帯域圧電素子を貼付し，熱収縮シリコンチューブをかけた上から液状シリコンによって保護した．この試料で三軸圧縮の準備試験をしたところ，シリコン中の気泡が封圧上昇によりつぶれ，破れた部分から試料内に油が浸入する問題が発生した．気泡混入は，センサ貼付部に近い複雑な表面形状の位置で確認されたため，複数の硬さのシリコンを多層的に塗布して凹凸形状を埋め，耐圧性を確認した．そこで改めて，岩石試料の周囲に送振用の圧電素子と受振用の6個の広帯域圧電素子を貼付し，改良した手法でシリコン保護をした．室温，乾燥状態，封圧50MPaで試料の載荷をおこなうと同時に，送振子から試料内に弾性波を繰り返し透過させた．回収した試料をCTスキャンで調べたところ，内部に一つの大きな亀裂面が見られた．得られた時系列波形には，載荷にともない消失する波群や，逆に振幅が顕著になる波群などが見られた．これらの波形変化は，試料内に生成された破壊域の時空間的成長を反映したものと考えられる．この実験条件に合わせて，すでに作成済みであった岩石実験を模擬した3次元差分法を用いた計算コードを改良した．送信点，観測点を自由に配置できるように拡張性を高め，今後の実験波形との比較に備えた．

直接监测地下深处断层的破裂程度以及验证观测估计的破裂面积的准确性是很困难的。在本研究中，我们尝试从两个方向提高裂缝区域成像的精度：在实验室中使用透射弹性波的监测方法和使用数值计算的波传播模拟方法。研究期间，我们改进了三轴压缩试验的实验方法，进行了试验和数值计算。实验中，准备了直径为50毫米、高度为100毫米的圆柱形花岗岩样品，附上由小盒保护的宽带压电元件，并在顶部放置热缩硅胶管对其进行保护与液态硅。当我们对该样品进行三轴压缩预备试验时，我们发现硅胶中的气泡由于围压的增加而破裂，导致油从破裂区域渗入样品中。在传感器安装区域附近表面形状复杂的位置确认存在气泡，因此我们应用了多层具有多种硬度的硅胶来填充不平坦的形状并确认耐压性。因此，我们在岩石样品周围附加了一个用于传输振动的压电元件和六个用于接收振动的宽带压电元件，并采用了改进的方法来保护硅。样品在室温、干燥状态、50 MPa围压下加载，同时弹性波从摆锤反复传输到样品中。当对回收的样品进行CT扫描检查时，发现内部有一个大的裂纹表面。在获得的时间序列波形中，存在随着加载而消失的波以及振幅变得显着的波。这些波形变化被认为反映了样品内产生的断裂带的时空生长。根据实验条件，我们改进了使用三维差分法的计算代码，模拟了已经创建的岩石实验。增加了可扩展性，可以自由放置发射点和观测点，为将来与实验波形的比较做好准备。