S02P

[S02P-05] Seismic observation using fiber optics and DAS at Azuma volcano – Estimation of heterogeneities using a dense observation

*Kentaro Emoto¹, Takeshi Nishimura¹, Hisashi Nakahara¹, Satoshi Miura¹, Mare Yamamoto¹, Shunsuke Sugimura¹, Takahiro Ueda¹, Ayumu Ishikawa¹, Tsunehisa Kimura² (1. Graduate School of Science, Tohoku University, 2. Schlumberger)

光ファイバーケーブル中を伝播する光パルスの後方散乱を解析することで，ケーブルの温度，ひずみ，振動等を検出する試みが1970年代から行われ，サーバーの故障箇所やパイプラインの破損箇所の検出に用いられてきた．2011年頃から物理探査の分野でもこの計測方法が注目され始め，光ファイバーケーブルにより地震動を記録するための技術開発が行われてきた（Distributed Acoustic Sensing: DAS）．この計測方法のメリットは，ケーブルに沿って数mから数十m間隔の空間分解能で計測データが得られることである．しかし，これまでに地震学で使用された例では，地震計と比べるとS/N比が低いといった点が指摘されている（例えば，Yu et al., 2019）．この原因の一つとして，光ファイバーケーブルと地面とのカップリングが挙げられる．我々は，吾妻山において，磐梯吾妻スカイライン沿いに敷設されている光ファイバーケーブルを用いた地震動計測を行った．並行して数台の地震計を設置することで，両者の比較を行い，火山観測における光ファイバーによる地震動観測の有用性を検証した．また，高空間分解能な記録が得られることを利用し，地下の不均質構造推定に向けた解析を行った．



ケーブルは国土交通省所有のシングルモードファイバーケーブルで，土湯温泉ゲートから浄土平まで伸びる総長14.2kmである．土湯温泉ゲート側にシュルンベルジェ社のhDVS（heterodyne Distributed Vibration Sensing）計測装置を接続し，約10m間隔での地震動を測定する．hDVSは後方散乱の位相を用いる点が特徴であり，従来のDAS観測よりも高いS/N比が得られるとされる．出力データは各点の歪み速度であり，時間サンプリングは1msである．地震計はケーブル沿いに，３成分広帯域地震計１台と３成分短周期（2Hz）地震計を３台設置した．また，歪み測定用に，光ファイバーケーブルに沿って直線アレイを設置し，光ファイバーと地震計の波形を直接比較する予定である．



7月4日に観測を開始し，吾妻山で発生する火山性地震に加えて，福島県沖や岩手県沖のプレート境界型地震が記録されている．これらのプレート境界型地震はマグニチュード４クラスであり，地震計とhDVSで捉えられたスペクトルを比較すると，1Hz以下から10Hz程度まで，両者のスペクトルは類似していたため，火山観測において光ファイバーケーブルを用いた観測が有用であることが示唆される．hDVSのチャンネル間での波形の相互相関係数を調べると，チャンネル間距離とともに急激に減少し，数十mから100m程度で一定値に収束する様子が見られた．この形状は，地下の微細不均質構造に依存するため，地形や微細不均質を考慮した数値モデルと比較することで，吾妻山における微細不均質構造の特徴的なパラメータを推定することが可能であると考えられる（Horike & Takeuchi, 2000）．また，一様な速度・内部減衰の場合，経過時間が十分に経過したコーダ部分では，振幅分布が一様になるが，観測された振幅分布は空間的に不均質であった．今後，解析事例を増やし，コーダ振幅の不均質分布と地質構造を比較することで，吾妻山における不均質構造の推定につながることが期待される．



謝辞

国土交通省の光ファイバーを借用した．観測に当たって，福島河川国道事務所の方々に便宜を図っていただいた．