日本地震学会2019年度秋季大会

講演情報

ポスター会場(1日目)

一般セッション » S02. 地震計測・処理システム

S02P

2019年9月16日(月) 17:15 〜 18:45 P会場 (時計台国際交流ホールII・III)

17:15 〜 18:45

[S02P-05] 光ファイバーとDASを用いた吾妻山における地震観測:稠密観測による不均質構造の推定

*江本 賢太郎1、西村 太志1、中原 恒1、三浦 哲1、山本 希1、杉村 俊輔1、植田 尚大1、石川 歩1、木村 恒久2 (1. 東北大学大学院理学研究科、2. シュルンベルジェ)

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.