National Transport Library Research Database

BeFo 445 - Integrerad geofysik för kartläggning av jorddjup och bergkvalitet i vattenpassager – Steg 2 (BeFo 445 - Vibration monitoring and passive seismic exploration of rock mass via fiber optic sensing)

Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2022-02-01 -- 2024-02-28 Registration number:
  • Trafikverket 2022/16573
Subject(s): Abstract: Projektet syftar till att förbättra förundersökning för undervattenspassager (tunnlar) genom att kombinera elektrisk resistivitetstomografi (ERT) och refraktionsseismisk tomografi (SRT). Metoderna kompletterar varandra och tillsammans med borrprovtagning i utvalda punkter bidrar de till mer pålitliga geologiska förutsägelser. Särskilt i samband med logistiskt komplexa maringeologiska undersökningar. I ett just nyligen avslutat Vinnova/BeFo-projekt visades möjligheten att använda fiberoptiska mätmetoder som tex distribuerade akustiska sensorer (DAS) för seismiska mätningar istället för konventionella hydrofonkablar. DAS är en avancerad mätteknik som omvandlar optisk telekomfiber till en lång serie fiberoptiska hydrofoner som kan mäta vibrationer med ett par meters spatial upplösning längs flera kilometer fiberkabel. På detta sätt kan seismisk aktivitet kartläggas och analyseras i såväl tids- som frekvensdomän. Dessa sensorer har också de generella fördelar som fiberoptiken medför. Ingen elektrisk energi behöver tillföras, de är okänsliga för elektromagnetiska störningar, de är korrosionsbeständiga, och de är även små till storleken. Alla mätinstrument kan placeras långt ifrån mätpunkterna på fibern vilket ökar säkerheten för operatörerna. En annan positiv aspekt som DAS-teknologin medför är möjligheten till hög spatial upplösning av seismiska data vilket ger mer detaljerade resultat för seismisk tomografi men även möjliggör analys av ytvågor. Det senare kräver en hög upplösning och kan ge relevant information om berggrundens beskaffenhet genom bestämning av ytvågornas utbredningshastighet. Utöver detta är DAS-system flexibla och mätområde och upplösning kan enkelt ändras under en pågående mätning. Vidare förenklar fiberoptiska sensorer samlokalisering av ERT-sensorer och SRT-sensorer, då de helt enkelt är lättare och smidigare att hantera jämfört med konventionella sensorkablar. Till sist finns även en fördel i och med att störningar mellan ERT- och SRT-sensorerna helt uteblir. För att undvika störningar görs normalt de olika mätningarna vid olika tidpunkter. DAS-teknologin skulle göra det möjligt att göra dessa mätningar samtidigt vilket skulle reducera undersökningstiden. Projektets mål är att fortsätta utveckla DAS-baserade undersökningsmetoder i för undersökningar i grunda vatten med syfte att integrera seismiska och elektriska mätningar i en och samma instrumentuppställning.Abstract: The project aims to improve the site characterization of underwater passages (tunnels) using combined electrical resistivity tomography (ERT) and seismic refraction tomography (SRT). The methods complement each other and contribute, in combination with drilling in selected points, to more reliable engineering geological forecasts, especially for logistically complex underwater geotechnical investigations. A recent Vinnova/BeFo-project showed the feasibility of using optical fibers as distributed acoustic sensors (DAS) for seismic activity instead of regular hydrophone cables. Indeed, DAS technology is an advanced sensing system that converts a standard telecom fiber into a linear array of discrete fiber- optic sensors that can pick up vibrations every meter along few kilometers. These sensors also come with all the intrinsic advantages of the use of optical fibers: no electrical power is required along the optical fiber beyond the interrogator, small size, immunity to electromagnetic interference (EMI) and corrosion, and the capability to survey up to several kilometers using a single optical fiber cable. Another positive aspect provided by DAS technology is access to a higher resolution of the seismic data, resulting in more accurate results for SRT and the possibility of analyzing also surface waves (SW), which needs higher spatial sampling and may extract relevant information on the quality of the rock volume via the estimation of shear-wave velocities. In addition, DAS systems are versatile - the monitored zones and spatial resolution (location of each events within the meter range) can be easily changed or shifted during the measurement - thereby adapting to the logistic and environmental conditions and its long-range capabilities (> 1 km) exceed the maximum length hydrophone cables. Moreover, fiber optic cables are lighter than the latter and easier to handle, enabling to precisely co- locate ERT and SRT sensors, which avoids inevitable positioning errors and imprecision in complicated environments such as small boats. The last aspect relates to the interference of ERT measurements with traditional hydrophones cables, requiring electrical and seismic acquisitions to be performed at different times. DAS technology allows acquiring the geophysical techniques simultaneously, reducing survey time and operational costs. The project goal is to continue developing DAS surveys in shallow-water pre-investigations, finetuning and optimizing DAS applications with the aim of incorporating seismic (SRT and SW) and electrical (ERT) measurements in a single instrument set-up.
Item type: