令和元年度地熱統括部事業成果報告会

坑井近傍探査技術の開発

内容
 断裂系探査における稠密VSP観測への期待
 DAS-VSP法実証試験
 今後の課題

 まとめ2

断裂系探査における稠密VSP観測への期待
1. 断層帯周辺

2. 開口型亀裂

 PS変換波の振幅は開口性の多寡を反映
1) 断裂帯モデルとスナップショット
γ：0.61854090（村井1999）
θ：75 (TTI) 回折波・変換波の発生を確認
 ただし振幅は極めて微弱
1) 断裂帯モデルとスナップショット

d=5m2) 稠密VSP記録

2) 稠密VSP記録
振幅は極めて微弱

異方性に起因する振幅値の変化
S波初動

P波初動

断裂帯と関連する反射波・変換波

Time

Z成分（DAS記録相当）

×10-15等方モデルとの差異（S波異方性パラメータの寄与）

×10-17

Z成分（DAS記録相当）

亀裂有無の差異3分布型光ファイバセンサを利用した坑井近傍探査

光 速度構造ファ 推定範囲
イバケ
3次元SSPーブ
イメージング範囲
ル

3次元VSP
イメージング範囲
VSP: Vertical Seismic Profiling
SSP: Surface Seismic Profiling

Silixa社パンフレットより引用

分布型光ファイバセンサ

DAS-VSP法

光ファイバケーブルをセンサとして利用し、温度や振動の計測を数10cm～数 m 間隔で行う。

DAS を坑井内受振器として設置。地表より発振を行
う弾性波探査（VSP）においてこれを利用する調査法。

••

耐熱性の高い光ファイバケーブルを使用することで、地熱井近傍の稠密VSP観測が可能となる。

温度： Distributed Temperature Sensing (DTS)
音響： Distributed Acoustic Sensing (DAS)4DAS-VSP実証試験：地質構造と観測点配置


大霧発電所の休止井に光ファイバセンサを設置
VSP / 夜間連続観測（モニタリング）を通して断裂からの弾性波応答を観測
地表弾性波探査（SSP）の反射法記録との比較を実施

地質構造と測線配置図
北西南東
古期白鳥溶岩光ファイバセンサ設置区間

約 2 m 間隔で1050 の受振点を設定

佐賀利溶岩
牧園溶岩

えびの層群・飯野溶岩

2,143m

霧島溶結凝灰岩
四万十層群• ENE-WSW、NW-SE方向の断層およびリニアメントが顕著• 噴気・温泉・変質体等の地表地熱兆候も両方向の断裂に規制

500m

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DAS-VSPの作業工程
 作業期間► 2019年12月14日～26日► 13日間 主な作業► 地表観測装置設置► 坑内観測装置設置► DTS/DAS夜間連続観測► DAS-VSP計測(発振作業）► 撤収・原状回復

6坑井内観測装置
機 種
種 別製 造 元
仕 様
ウインチ キャピラ リ ー チュ （ 株） 物理計測 電動式チェーンドライブユニット ーブ用ウインチ コンサルタント 巻上速度：0～20 m/min

光フ ァイ バ入り
キャピラ リ ー チュAFLケーブル ーブ(DNS-5681)

光フ ァイ バ分 布

弾性波 型音響セン シン
Silixa
測定機 グ装置(iDAS)

坑井作業模式図

外径：1/4" (6.35 mm)
破断強度：9,490 N (967 kgf)
耐熱：300℃
光ファイバ：マルチモード (MM) 1本
シングルモード (SM) 1本
MM：3.2/1.4 dB/km @ 850/1,300 nm
SM：0.82 dB/km @ 1,550 nm

サンプリング周波数：1 kHz ～ 100 kHz
周波数レンジ：0.01 Hz ～ 50 kHz
最大測定範囲：40 km
空間分解能：1 m
ゲージ長：10 m
光ファイバ：SM, MM

測定方法：シングルエンド方式
測定距離：6,000 m
光フ ァイ バ分 布
温度 型温 度計 測 装
温度測定範囲：-200～800 ℃
横河電機（株）サンプリング分解能：0.1～1 m
測定機 置(DTSX-200)
温度精度：±1.0 ℃光ファイバ：MM

坑井内測定用機材一覧

光ファイバケーブル
断面模式図

坑内ツール編成図
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DAS-VSP 作業場風景： サイト外観

観測ハウス

SSP観測車DASインテロゲータ

ワイヤーライン降下作業
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DAS-VSP 作業場風景： ケーブル設置作業
シンカーバー

ラインワイパーケーブル固定後はラインワイパーを閉じ、ケーブルガイドを設置

坑口弁の開放9DTS温度の空間的変化
定常的な温度勾配急変部= 坑井流入点または岩相（地層熱伝導率）変化

沸騰曲線に沿った温度勾配変化

飽和蒸気

地下水面

Feed point

DTS温度

空間一次微分

空間二次微分

（坑跡沿いの温度勾配）（温度勾配の変化率）【12月18日 18：00 ~ 12月19日12：00 @ 30分間隔（37回）】

温度勾配急変部

10DAS / DTS 連続観測記録例
DAS連続記録（モニタリング）例
0[s]

dTzz

dTz

DTS

30[℃/m2]

[℃/m]

[℃]

0.2High
2 240

4sec（境界面のゆらぎ）

飽和蒸気の充満
地下水面

沸騰区間

Depth

FZ10 0 125

沸騰と関連しない振動
温度勾配急変部FZ2DTS
温度の急変部-0.2-2 10Low

音源（流出点を示唆）

dTz : DTS記録の空間一次微分（温度勾配）
dTzz: DTS記録の空間二次微分（左）ある30秒間のDAS連続記録 （右）30分間隔37回分のDTS記録とその空間微分。
坑井内の様々な音は、温度プロファイルのからその意味を読み取ることができる。

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夜間自然地震観測例
Locationb) 測線図

Time (s)a) 地表記録c) DAS記録【同時間帯参考記録】 霧島山火山観測点の1時間記録

対応するイベント

防災科学技術研究所 基盤的火山観測網記録を使用

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DAS-VSP 調査仕様
【坑井内受振仕様：DAS】
受振点数：
1,050 chケーブル：
光ファイバ入りキャピラリーチューブ
坑内ケーブル長： 2,143 m
受振点間隔：約2 m
インテロゲータ： iDAS （Silixa 製）

充填ジェル【地表受振仕様：SSP】
受振点数：778 ch受振器：
SM-5（固有周波数5Hz）
総測線長：19,450 m
受振点間隔:
25 m（標準）
探鉱器：
Sercel 428XL / Unite 1ch【発振仕様】
振源：
発振点数：
Sweep周波数：
Sweep 長：発振点間隔：
Sweep 長：大型バイブレータ2台
314 点
6 - 60 Hz（リニアスウィープ）
21 秒
50 m （標準）21 秒

光ファイバー

起振車

有線ケーブル

SSP独立式探鉱器Unite

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DAS-VSP 作業場風景： 観測ハウスモニター画面

モニター記録SSP発振記録

DAS-VSP発振記録
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DAS-VSP発振記録例

振源： 大型バイブレータ2台（Low force）
Sweep周波数： 6-60Hz
垂 直 重 合 ： ダイバーシティスタック
表 示 方 法 ： TSGM

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DAS-VSP/SSP データ暫定処理フロー•

取得データの品質確認を目的としてデータ取得直後に実施
DASVSP
Data

フォーマット変換
コモンノイズ抑制
1回目

DAS-VSP

フォーマット変換

ダイバーシティスタック

突発ノイズ抑制 /ダイバーシティスタック

Deconvolution

コモンノイズ抑制
2回目

波動場分離

ジオメトリセット

SSP
Data

ランダムノイズ/
リニアノイズ抑制

地表反射法

初動読み
屈折初動トモグラフィー

振幅補償

ジオメトリセット

最小位相変換
浮動基準面への静補正

突発ノイズ/
ランダムノイズ/
リニアノイズ抑制
Surface
Consistent
デコンボリューション
CMP sort
アングルミュート
振幅補償

初動読み
1次元速度構造推定

最小位相変換Pre-Stack Depth
Migration

Post-Stack
Depth Migration

統合表示

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DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（SSP）
国土地理院数値地図に基づく曲率マップ
コンタ―： 等高線
カラー： 曲率最小値-0.007

凹Amplitude

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 170.0015

凸DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP）

Amplitude

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 18

DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP + SSP透過表示）

DAS-VSP記録は断層面からの反射波を良く捉えている。

透過率：25％
Amplitude

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 19

DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP + SSP透過表示）

DAS-VSP記録は断層面からの反射波を良く捉えている。

透過率：50％
Amplitude

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 20

DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP + SSP）

P波区間速度分布（SSP）

断層を介して速度が変化する状況が読み取れる

Velocity [m/s]

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 21

DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP + SSP）

飽和蒸気上限深度

P波区間速度分布（SSP）

水頭面深度
沸騰区間下限深度

検層記録（左）温度勾配（DTS）-+（右）温度（DTS)

L
Velocity [m/s]H

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 22

DAS-VSP法実証試験データ暫定処理結果
反射法断面（DAS-VSP + SSP）

低速度区間は飽和蒸気区間+沸騰区間と一致し、反射法記
録には上面と下面に強反射面を確認できる。

飽和蒸気上面深度

P波区間速度分布（SSP）

水頭面深度
沸騰区間底面深度

検層記録（左）温度勾配（DTS）-+（右） P波区間速度（DAS-VSP)
1000

Velocity [m/s]

5000 m/s

2020/03/13 時点の暫定データ処理結果 23

反射法断面比較
SSP

SSP

SSP
DAS-VSPDAS-VSP

透過表示【DAS-VSP反射法記録の特徴】• SSPに対し高分解能• 断層面からの反射波を捕捉断層面からの反射波

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今後の課題：坑井近傍の開口型断裂評価
1. 高傾斜断層面の可視化

下方進行反射波を利用したイメージング



平面波抑制フィルタ＋共通反射面重合法（CRS法)坑井内-地表観測データ同時FWI解析

Depth



Depth

期待の技術

2. 亀裂・断裂兆候の検出
DAS 原記録検出結果

3. 波形情報を利用した速度モデル推定
Tomography

同時FWI(DAS+SSP)

CIP ギャザー

精度の高い速度抽出とイメージ解像度の向上
回折波・変換波イベント【適用例：H30野外実験(木地山）の例】

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まとめ
 DAS-VSPデータ収録を完了► 暫定的なデータ処理を実施し、高分解能な記録を確認► 令和2年度に詳細解析予定

 今後の課題「坑井近傍探査の開口型断裂評価」► 高傾斜断層面の可視化• 下方進行反射波を利用したイメージング► 亀裂・断裂兆候の検出• 平面波抑制フィルタ＋CRSによる回折波・変換波の抽出・強調► 波形情報を利用した高精度速度モデル推定• 坑井内-地表観測データ同時FWI解析
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謝辞
本調査の計画・実施に際しては、多数の方々から多大なご協力を頂いております。ここに記して感謝の意を表します。
近隣住民の皆様
農業組合法人 霧島第一牧場
霧島市
姶良郡湧水町姶良・伊佐地域振興局
鹿児島森林管理署
九州電力株式会社
日鉄鉱業株式会社
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参考文献





新エネルギー・産業技術総合開発機構（1997）:地熱探査技術等検証調査 断裂型貯留層探査法開発 研究開発成果 総括報告書, 弾性波利用探査法開発, 5.
実証実験2（大霧地区）101-138.
髙山純一・田中俊昭・糸井龍一（2017）：トレーサー試験における大霧地区地熱貯留層の水理構造特性評価, 日本地熱学会誌, 39(3), 129-140.
村井芳夫（1999）: 断層破砕帯の反射係数の波数依存性, 日本地震学会1999秋季大会講演予稿集, 118.
Nihei, K.T., Nakagawa, S., Myer, L.R.(2000): VSP fracture imaging with elastic
reverse-time migration, SEG 2000 Expanded Abstracts.

【ウェブサイト】
 ㈱物理計測コンサルタント, “地熱井モニタリング”,
https://www.gsct.co.jp/works/geothermal-well-monitoring.html
 防災科学研究所, “基盤的火山観測網”, https://www.vnet.bosai.go.jp/
 Silixa, “What is distributed sensing?”, https://silixa.com/resources/what-isdistributed-sensing/28