Distributed Acoustic Sensing in Geophysics

Distributed Acoustic Sensing in Geophysics: Methods and Applications 

昨年購入し、何度か読むにつれ徐々に頭に入ってきました。基本原理についても最初に記載があります。

１章

<A(z)> = 1/(A0·Fs)·τ(z)⊗[v(z+L/2)−v(z−L/2)] = 1/(A0·Fs)·τ(z)⊗ε˙(z)·L
A0 = λ/(4π·neff·Kε) = 115nm

The elongation corresponding to ΔΦ = 1rad is A0 = 115nm, calculated for λ = 1550, neff = 1.468  and Kε = 0.73, which has been measured for conventional fiber. 

The DAS signal is a convolution of pulse shape  with a measured field which is the spatial difference in fiber elongation speed of points separated by a gauge length.

2章

Φ（z,t） = atan(Q/I)
ε（z,t） = Φ(z,t)·λ/(4π·neff·Kε)/L

Gauge　Length
・ゲージ大 → 帯域小, パルス大 → SNR大
・ゲージ小 → 地震信号の忠実度は高まるが、SNRが低下する。
・必要なデータ帯域幅のゲージ長を確認する必要がある。
・良好な信号を得るために、最適なゲージ長、パルス幅を選択する。

Fading
・Phase unwrapping algorithm
・フェーディングは DAS 取得の自然な特徴。常にハードウェアとソフトウェアの両方で対処する必要あり。
・複数の光周波数を使用する IU は、本質的にフェーディングの低減に優れている。
・取得後の処理でフェーディングに対処可。

Common-Mode Noise
・Stack
・周辺の環境音によって発生。
・簡単な取得後の処理で、そのほとんどを除去可能。

Spacial Calibration of Channels
・Tap test
・チャネルの位置を決定することは、結果として得られる精度にとって重要。
・既知の位置をキャリブレーションポイントとして使用し、インターリーブチャネルをそこから補間する。

その他
・可能であれば、マルチモード ファイバーではなくシングルモードファイバーが望ましい。
・接着されたファイバーケーブルを使用すると、より優れたSNRデータが得られる。回収可能なファイバー配置方法を使用して目的に適したデータを取得することも可能。
・光ファイバー接続を清潔に保つ必要あり。
・DAS データでタイミング情報が確実に保持されるよう、GPS への接続が必要。
・ファイバーの入射角応答がジオフォンの応答と異なる場合は、まずその影響を判断し、次にジオフォンのような応答を除去する。
・DASのSNRはジオフォンからのデータよりも本質的に低くなる。しかし、高密度で取得可能であるため大幅に改善可。