[S-SS09] 地震波伝播:理論と応用

[SSS09-08] 光ファイバを用いた断裂系探査法の開発

★招待講演

*寺西 慶裕¹、青木 直史¹、藤澤 萌人¹、清水 英彦¹、小野寺 真也² (1.地球科学総合研究所、2.独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構)

キーワード：fiber optic sensors、DAS-VSP、diffraction、fracture detection

地熱資源開発では流体の流路となる亀裂や断裂の位置やつながりを把握することが重要であり、これら亀裂や断裂の位置の可視化は未成功の坑井からのサイドトラック計画や、既設発電所での補充井のターゲット選定に寄与すると考えられる。
そのような目的に対して、耐熱性素材の光ファイバを振動センサとして用いたDAS（Distributed Acoustic Sensing）による探査は、稠密長大な受振アレイを用いて効率的な探査が可能であり、坑井近傍の高精度な断裂系探査に適した手法であると考えられる。

実証試験では発電所内の休止井に設置したDASを利用し、夜間観測記録および地表弾性波探査（surface seismic profile : SSP）との同時観測記録が取得された。本実証試験では取得されたDAS-VSP記録を用いて、以下の坑井近傍の断裂系探査法の技術開発を行い、断裂の位置特定や物性値推定への有効性を検討した。
・同時取得したSSPとDASの反射法断面の取得。
・FWI(Full Waveform Inversion)解析による坑井情報と対応する速度情報の抽出。
・DASの夜間連続観測記録に含まれる回折波の抽出。それらを使った断裂兆候の把握。

SSPとDASの観測記録からそれぞれの探査法の特徴に応じた断裂の反射法断面が得られる。SSPの記録では反射イベントの食い違いとして表現される断裂が、DAS-VSP法では断層面からの反射イベントとして捉えられている。また両者の示すこれらの断裂位置が整合的であることが確認された。また両データを使ったFWI解析の結果は、ゼロオフセットDAS-VSP解析によって推定した坑跡沿いの区間速度との整合性が向上しDAS-VSP記録から高精度な速度情報の抽出が行えることが確認された。

DAS-VSPでのデータ取得を想定し、坑井近傍の Vp, Vsモデルに摂動を与え亀裂を模した弾性波動場のシミュレーションデータから、直達Ｐ波・直達Ｓ波の到達後に見られる回折波を含む後続波の多寡が、亀裂の存在を示唆する指標となる可能性が示された。
DAS記録から直達波を除き回折波を抽出するため、Plane Wave Destruction(Fomel, 2002）による平面波除去及びCommon Reflection Surface法 (Dell and Gajewski, 2011）を応用した回折波の強調による回折波抽出フローを開発し、夜間観測中に微小自然地震を捉えたDAS記録に適用した。坑井情報と抽出した回折波の分布からフラクチャーゾーン付近ではP波初動の後続に顕著なPS変換波を観察できるほか、S波通過後の後続波にも著しい増幅が認められることが確認でき、後続波の増幅は坑井周辺の開口亀裂の存在を示す指標となることが実観測記録においても示された。

DASによるセンシング技術の発達によって、稠密なデータサンプリングが必要な回折波抽出やFWI解析による速度推定が可能となった。本講演ではＤＡＳ記録を用いた断裂系探査法の結果を示し、その有効性や応用について議論を行う。

謝辞
本研究はJOGMEC「坑井近傍探査技術開発」の一部として実施されたものである。日鉄鉱業株式会社　霧島地熱株式会社　には実証試験フィールドを提供いただいた。ここに記して謝意を表する。