[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-P11] 花火を対象とした架空ファイバーによる空気振動の計測可能性の調査

*山河 和也¹、本多 亮¹、池谷 拓馬¹、吉本 充宏¹、草茅 太郎²、依田 幸英²、小尾 章³、岡田 航暁³、大井 拓磨⁴、鈴木 彩水⁴、大井 涼平⁴ (1.山梨県富士山科学研究所、2.日本電気株式会社、3.NECネッツエスアイ株式会社、4.株式会社クローネ)

キーワード：DAS、花火、空振

光ファイバセンシング技術による歪み計測，いわゆるDAS (Distributed Acoustic Sensing) 技術は，従来の地震動観測では実現不可能な広域かつ稠密な観測を可能とし，最近の地震観測の常識を一新し続けている．このような地震動観測においては埋設された光ファイバの利用が望ましい一方で，少なくとも山梨県河口湖町などにおいては光ファイバケーブルの多くは架空に張られている．架空設置されたファイバは地中のシグナルの検出に適さないという直感が得られる一方で，風による振動とそのパターン解析による天候観測などの活用が考えられている他，火球などの上空からのシグナルの計測などが可能であると報告されてきている．特に，架空や転がしといった形態の既設ファイバによる上空からのシグナルの計測は，曇天等でカメラ利用が見込めない際の火山観測で活用される空気振動 (空振) の観測状況を一新する可能性がある．
本研究ではDASによる上空からのシグナル計測の可能性を詳しく調べることを目的として，花火のシグナルを対象に2種類の観測実験を実施した．1つは街中に既設されているケーブルテレビ局の架空ファイバ (総延長 約 2.3 km，花火打ち上げ地点から約 2 km 以内) を用いたDAS計測である．既設の架空ファイバにて花火程度の規模のシグナルがどの程度のSN比で計測可能性であるかを確かめることを目的としている．もう一つの実験は，埋設 (約 50 cm，30 cm，10 cm)，転がし，架空 (約1 m) という3つの条件で実験地 (花火打ち上げ地点から約 5 km 地点) に新設した光ファイバ (総延長 約 430 m) による花火の計測である．この実験では，同じ地点に地震計 (Chongqing Geological Instrument Factory製，CDJ-S2C-2)，空振計 (慶應義塾大学高橋研究室製試作機，Wada and Takahashi 2020)，微気圧計 (株式会社クローネ製 KAP-4) を設置している．これらによる多項目の同時計測にて，光ファイバの設置条件が観測に及ぼす影響を調べることを目的としている．これらの実験では，日本電気株式会社製のインテロゲーターおよびソフトウェアを用いてDAS計測を行っており，Pulse Frequency は 500 Hz，Monitoring Step は 3.2 m と設定している．
本稿では，2月15日の打ち上げ花火に対する街中での計測と，2月16日の打ち上げ花火のに対する実験地での計測に関して，1 Hz から 10 Hz 程度のバンドパスフィルタを掛けた観測波形の結果を述べる．どちらの日付も，気温 2 ℃ 程度，地上風速 2 m/s 程度の弱い風の条件でった．打ち上げ花火は実験地 (打ち上げ地点から約 5 km 地点) にて空振計で 0.1 Pa，地震計で 3 μm/s の有意なシグナルが計測されている．2月15日の街中での計測では音速で伝播していると考えられるシグナルが計測された．2月16日の実験地のファイバでの計測では，光ファイバの設置状況に依存して異なる波形が計測されることは確認できた．一方で，どちらの観測においてもごく初歩的な解析のみ (波形フィルタ処理および近接計測点波形との平均化処理) では花火と断言できるDAS波形を確認することは困難であった．今後は低周波数領域に限定せず，より高周波数帯域を考慮して花火音波の計測可能性を評価する．

謝辞
街中の既設ファイバケーブルでの計測では，河口湖有線テレビ放送有限会社の所有するファイバケーブルネットワークの一部を利用させていただきました．記して感謝申し上げます．