DAS for vibration monitoring and passive seismic exploration of rock

Övervakning av passiva akustiska vibrationer, genererade av rörlig infrastruktur eller gruvdrift, är en kraftfull metod för att avläsa bergets kvalitet. Passiv datainsamling, där källan till den akustiska energin kommer från underjordiska aktiviteter, gör det möjligt att undersöka den djupare delen av bergvolymen. 

Fiberoptiska sensorlösningar har flera fördelar jämfört med konventionella seismiska tekniker. De är billiga, små och lätta, robusta vid höga temperaturer, okänsliga för elektromagnetiska störningar, är mångsidiga och har en låg miljöpåverkan. De är därför en lämplig lösning vid installationer under mark. Särskilt passande är DAS-tekniken som kontinuerligt kan övervaka stora områden längs en optisk fiber, upp till flera kilometer, och gör det möjligt att mäta med en hög spatial upplösning (1–10 m) längs fibern (motsvarande för en geofon vid varje 1–10 meter). 

DAS kan mäta vibrationer från några millihertz till tiotals kilohertz med en enda fiberoptisk kabelinstallation, och kräver endast åtkomst till ena änden av fibern. DAS-instrumentet kan därmed placeras flera kilometer från intresseområdet vilket ökar säkerheten för operatörerna och garanterar övervakningsmöjligheter under lång tid eftersom fibern kan installeras permanent i övervakningsområdet. I detta scenario är fördelarna med DAS-tekniken jämfört med traditionella seismiska sensorer den högre rumsliga upplösningen och förmågan att tillhandahålla flera mätpunkter i en enda och helt passiv optisk fiber som fungerar både som sensor och dataöverföringskabel. 

Möjligheten att installera fiberoptik i komplexa miljöer, till exempel i borrhål eller längs tunnlar, kommer sannolikt att förbättra 3D-karakterisering av bergvolymen även i dessa miljöer.

Samma fiberoptiska teknik, utvecklad och finjusterad i det aktuella projektet, kan också tillämpas vid byggandet av underjordisk infrastruktur i stadsmiljöer, där den geologiska modellen kan uppdateras medan bergbrytning pågår.

Detta projekt är ett genomförbarhetstest som fokuserar på karakterisering av berget i gruvan i Malmberget via en passiv akustisk (seismisk) teknik, baserad på användning av optiska fibrer (Distributed Acoustic Sensing, DAS). Det är ett unikt tillfälle att utvärdera fiberoptisk teknik mot traditionell seismisk datainsamling med geofoner som idag utförs av LKAB.