[S-TT42] 光ファイバーセンシング技術の地球科学への応用

[STT42-P06] 光ファイバDASと微動探査による地盤モニタリング手法の開発

*藤原 広行¹、中村 洋光¹、功刀 卓¹、内藤 昌平¹、先名 重樹¹、佐藤 昌人¹、櫻井 健²、小西 千里²、鈴木 晴彦²、武部 真樹³ (1.防災科学技術研究所、2.応用地質株式会社、3.三菱電機ソフトウエア株式会社)

キーワード：光ファイバ、DAS、微動探査、地盤

研究目的と背景
　大都市が立地する堆積平野の地盤リスク評価手法の高度化を目指し、光ファイバをセンサーとして用いたDAS（Distributed Acoustic Sensing）、（以下では、光ファイバDAS）と微動探査の融合による高密度・高精度な広域での詳細地盤モニタリングのための基礎的な基盤技術の開発に着手した。既存の光ファイバや地震観測施設を利用し、光ファイバDASによる地盤モニタリング技術、長期間連続モニタリング技術の確立、及び、微動探査や地震波干渉法と融合した解析手法の開発を進めている。防災科研では、これまでにK-NETをはじめとする多様な地震観測網を整備し、関東地方など特定地域では微動探査を行い、250mメッシュ地盤モデルの高度化を図ってきた。しかしながら、実際には増幅特性を過小評価して地震動を小さく見積もる場合もあり、250mメッシュの地盤モデルでは実際の地盤の３次元的な不均質構造を十分にモデル化できていないと考えられる。一方、この地盤情報の空間分解能の不足を補い、高精度の地盤情報を評価する手法として、光ファイバDASによる地盤振動の観測・解析技術が有望な技術と考えられている。そこで、本講演では光ファイバDASと微動探査の組み合わせによる高密度・高精度な広域での詳細地盤モニタリングのための基礎的な技術を確立することを最終目標とした研究プロジェクト概要や、着手した試験フィールドにおける複数種類の光ファイバケーブルやインテロゲータを用いた地盤振動の計測性能比較について紹介する。

研究概要
　上記の最終目標のもと、以下に示す３つのサブテーマを設定し、研究を進めることとしている。
（１）光ファイバDASによる地盤振動の高密度計測調査
理想的な状態で新たに埋設する光ファイバや既存の光ファイバを利用し、同時に測定する微動計データとの対応関係を把握し、10m以下の間隔で地盤の揺れを計測・データ処理可能な技術開発を行う。
（２）光ファイバDAS による長期間連続モニタリング技術の確立
光ファイバDAS 計測による大量のデータの取得・整理・解析の一連の処理の自動化（エッジ処理やクラウドコンピューティング等）及びビッグデータの解析方法の構築を行う。
（３）光ファイバDAS と地震波干渉法を組み合わせた解析手法の開発
光ファイバDASのデータに地震波干渉法を適用し、多数の地震計の組み合わせをつくることで、浅部地盤モデルの分解能を50mメッシュ以下に向上させるモデル化手法の開発を行う。

地盤振動の計測性能比較のための観測
　光ファイバDASの計測性能比較のための試験フィールドとして、主な計測対象となる周波数帯に影響する浅い地盤を構成する第四紀の地層が概ね水平に堆積しており、層相の変化が小さいと考えられるつくば市内の場所を選定した。この試験フィールドでは、シングルモードの通信用光ファイバケーブル2種類と歪計測用光ファイバケーブル2種類、およびマルチモードの通信用光ファイバケーブル1種類を深度30cmに保護管なしで直接埋設し、計測を行った。光ファイバケーブルの配置は、短辺が25m、長辺が105mのL字型とした。計測のためのインテロゲータとして、異なる3社の製品を利用した。計測は常時微動のほか、自動車通行やカケヤによる人工的な振動に対して行った。また、計測期間中に収録された自然地震の記録を用いた比較も行った。さらに、防災科研の地震観測施設における既存の光ファイバを用いた観測も実施しており、それらの状況についても報告する。

謝辞：本研究は防衛装備庁「安全保障技術研究推進制度」の一環として行われた。