[S-TT42] 光ファイバーセンシング技術と分析による地球科学の発展

[STT42-02] 全球的海底光ファイバセンシングの可能性と課題

*荒木 英一郎¹、増田 周平¹、金子 仁¹ (1.海洋研究開発機構)

キーワード：光ファイバセンシング、海底ケーブル、全球的

地球の2/3を占める海域の観測は、大陸沿岸での海底ケーブル観測網構築が進む一方、大洋底では限られた例にとどまっている。大洋底の長期観測は、プレート変動や深層水循環などの研究に重要であるが、現状では船舶による短期間のキャンペーン観測が中心で、時間的・空間的な不足が課題となっている。
我々は、既設の海底光ファイバケーブルを活用し、全球的な大洋底観測の革新を目指している。
室戸沖の120km海底ケーブルでは、陸上の高安定レーザー基準光によるDAS観測で広帯域・高感度の歪計測が可能であることが示され、また、TW-COTDRにより、数週間以上にわたる安定した長周期歪観測も行われた。
海底通信用ケーブルは通常リピーターにより長距離通信を実現しており、リピーター越しのレイリー散乱光は取得困難とされる。しかし、HLLB技術によりリピーターを越えた光ファイバの状態監視が可能であり、これを応用することで、長距離国際ケーブルでの大洋底観測が理論的に可能である。実際、Mazur et al.(2024)のDAS、Marra et al.(2022)による大西洋横断ケーブル観測報告がある。
　一方で、光ファイバ計測の物理的理解が重要である。Araki et al.(2024)は、室戸沖で得られた長周期歪が海底温度変動で説明可能であることを示し、Tonegawa and Araki(2024)は津波による水圧変動のDAS観測を報告しているが、その光ファイバ歪としての検出メカニズムには未解明な点が残る。また、ケーブル内の緩められた光ファイバが地震動を検出できる理由についても、物理的な説明が求められる。
　さらに、光ファイバケーブルによる海底観測では、歪・水圧・温度の複合的影響を理解し、それらを分離する必要がある。Araki et al.(2024)は、構造を工夫してこれらの要素を独立に計測する手法を提案し、海底での実証を行った。これは、陸上や海底掘削孔での観測でも有望な成果が得られている。ラマン散乱を用いたDTS、レイリー散乱のTW-COTDR、ブリルアン散乱を活用したBOTDRなどの技術による、歪と温度の分離精度を向上させることも必要である。これらの技術の高度化により、地球物理学的研究に資する高精度な海底観測が可能になると期待される。