光速の地震学: ファイバーのしくみ

2023 年 6 月 16 日

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メーガン・S・ミラー、ジョン・タウンエンド、ブーン・ホイ・ライ著、ザ・カンバセーション

ニュージーランドのアオテアロアでは頻繁に地震が発生しており、その中には2010年と2011年にクライストチャーチを襲った地震や、2018年にカイコウラ近くを襲った地震など、破壊的な地震が含まれています。

南島で最大の地震の危険は、南アルプスの長さにわたって走り、オーストラリアと太平洋のプレート間の境界を画定する600kmのアルプス断層です。

入念な地質調査により、約 300 年ごとに非常に大きな (マグニチュード 7 ～ 8) 地震が発生することが明らかになり、最も最近のものは 1717 年です。科学者らは、今後 50 年間に大規模なアルプス断層地震が発生する確率は 75% であると推定しています。 その地震がマグニチュード 8 より大きい確率は 82% です。

過去のアルプス断層地震の古地震記録は比類のない質のものであるにもかかわらず、次の大地震は何の前触れもなくやって来ます。

その出来事を予期して、地球科学者たちは、アルプス断層が破壊する前にどのような負荷がかかるのか、そして断層の特性が破壊の伝播とそれに伴う地面の揺れにどのような影響を与えるのかを理解するために懸命に取り組んでいます。

この研究の要素の 1 つは、数十キロメートル離れた従来の地震計を使用して研究できるよりもはるかに細かいスケールでアルプス断層の形状と内部構造を決定することです。

サウスウェストランドの海岸近くにある小さな遠隔コミュニティ、ハーストでの新しい実験では、分散音響センシング (DAS) と呼ばれる技術が使用されています。 DAS は、通信光ファイバー ケーブルを高密度に配置された数千の地動センサーに変換する、急速に出現しているセンシング技術です。

ハースト DAS 実験は、オーストラリア国立大学の地球物理学者とビクトリア大学ウェリントン校のテ・ヘレンガ・ワカによるタスマン横断共同研究です。 これは、主要な活プレート境界断層を横切るこの種のものとしては初めてであり、予想される大地震に先立って、アルプス断層の内部構造を研究する前例のない機会を提供する。

今年の2月下旬から5月上旬にかけて、私たちは、コーラスが敷設した通信ケーブル内の未使用の（「ダーク」）ファイバーに取り付けられたインテロゲーターとして知られるコンピュータ制御のレーザーシステムを使用して、アルプス断層全体で地震学的測定を行いました。南の島。 通信ケーブルはハーストのすぐ東のアルプス断層を横切っています。

光ファイバー地震学

インタロゲータから発せられた光のパルスは、ファイバに沿って進むときに散乱し、ガラス内の原子スケールの欠陥と相互作用します。 この散乱光の一部は、ファイバーに沿って逆方向に進み、インテロゲータに到達します。

通過する地震波によって引き起こされるファイバーの振動はこの散乱を変調し、散乱光パルスを記録することで検出できます。

私たちが使用している質問機は、ハースト峠高速道路に沿って 4 メートル間隔で配置された 7,250 か所のそれぞれで 1 秒あたり 1,000 回の測定を行います。 これにより、毎分約 1Gb の新しいデータ、または毎日 1Tb のデータという、驚異的な量のデータが生成されます。

ハーストで記録された振動には、近くの地震（そのほとんどは人間には感知できないほど小さい）や、ニュージーランド全土およびさらに離れた場所で発生した他のより大きな地震によって生成された信号が含まれています。 たとえば、5月中旬にはニューカレドニア付近でいくつかの大地震が記録され、そのうち最大のものは太平洋津波警報を引き起こしました。