JP2009271033A - 地震波干渉法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データから地下構造の可視化を可能にする。
【解決手段】地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データの波形について相互相関処理を行うことにより一方を震源に他方を受振点とした場合の波形を合成して作成した擬似反射波の合成ショット記録に所定の処理を加えて統合し、測定区域における地下構造の可視化データを合成する地震波干渉法において、地中へ向かう振動についての実際の伝播方向を特定するとともに、地中反射波の測定データの中から地中へ向かう振動の実際の伝播方向に進行する反射波の測定データを抽出して擬似反射波の合成ショット記録を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した受振器で測定し、それらの測定データから地下構造を可視化する地震波干渉法に関するものである。

従来より、いわゆる反射法地震探査を実施することにより地下に存在する地質境界や断層等の深度分布や構造、或いは地下構成物質の種類等を調べることが知られており、例えば特開平７−３０１６７７号公報に記載されているように、地表に受振器を設置して地表または地表付近で人工的に発生させた振動の地中からの地中反射波を受振することで、地下構造の可視化（イメージング）を可能にしている。

ところが、前記公報に提示されている従来の反射法地震探査は、発振手段による震源の発振位置および発振時刻が既知であることが必要条件とされ、更に点震源の仮定を満足するように受振点間隔に比べて充分に小さい範囲で起振を行う必要がある。加えて、各受振器で検出し観測部で取得したデータによる波形記録には、直接波、地中反射波、表面波などの複数の波動が含まれており、このうち地下構造において組成の異なる地層間の地層境界等のいわゆる地質異常箇所が反射面となって再び地表に戻ってくる地中反射波を、所定の波形処理方法により抽出し、これを基に地下の反射断面等を可視化するものであり、インパルス波動または制御された連続波動などの特徴的な振動を、発振手段で人工的に地下構造に入射させて測定を実施することから、雨や風などの自然振動、自動車や列車などの交通振動、工場や建設現場から発生する振動などにより地中を伝播する、いわゆる地中雑音がノイズとなって測定の障害となってしまう。従って、発振手段はこれらの地中雑音を上回る大きなエネルギーを発生させるものでなくてはならない。

そのため、都市部や交通量の多い道路・鉄道を初めとする国民生活上重要な場所、或いはライフラインなど、本来地震防災の観点から調査が特に必要な地域においては、一般的に測定の邪魔になる地中雑音が多いばかりか測線の設置や点震源の確保を困難とする構築物などが多いことから、調査の実施に多大な労力やコストを要して、調査目的を達成することは容易ではなかった。

そこで、前記地震波干渉法において、地上または地中の少なくとも一方においてランダムに発生した振動による地中雑音を前記複数の受振器で連続的に測定して得た測定データに所定の相関関数による相関処理を加えることにより、測定のための震源を必要とすることなく前記地表受振点における地表震源による地中反射波の反射記録を合成することにより地下構造を可視化する方法が特開２００６−２７５９１４号公報に提示されている。

本方法によれば、地中雑音に邪魔されずに小規模な発破により発生させる人工的な地中反射波により地下構造の可視化が可能であるばかりか、前記各種の地中雑音や自然地震を震動源として測定のための大掛かりな地表震源の設置を要することなく地下構造の可視化を容易なものとし、またノイズが多かったり地表震源の設置が困難であったりして反射法地震探査の実施が困難であった地域においても、容易に実施できるようになる。

また、この地震波干渉法による地下構造可視化において、所定の受振点における受振器で検出した地中雑音の反射記録に自己相関処理または相互相関処理を加えることにより、この受振点における地表―反射点―地表受振点の反射記録を合成するものとすれば、地上振動や地中振動が多く地中雑音が測定の制約になりやすい地域でも、これを利用して地表震源を設けた場合の反射法地震探査と同等の結果を確実に得ることができる。

ところが、実際に例えば人工の地震を発生させる場合や地中雑音などの地中振動により地震波干渉法を実施する場合に、山岳地域の沢部発破や都市の高速道路等の構築物やビルなどの建築物等のような土地利用の制約から測線上に震源と受振器を設置することができないことから正確な地下構造の可視化が困難な場合がある。
特開平７−３０１６７７号公報 特開２００６−２７５９１４号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データの波形を相互相関処理を行うことにより一方を震源に他方を受振点とした場合の波形を合成して作成した擬似反射波の合成ショット記録に所定の処理を加えて統合し、測定区域における地下構造の可視化データを合成する地震波干渉法において、測線上に震源と受振器を設置することができない場合にも正確な地下構造の可視化を可能にすることを課題とする。

前記課題解決するためになされた本発明である地震波干渉法は、地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データの波形について相互相関処理を行うことにより一方を震源に他方を受振点とした場合の波形を合成して作成した擬似反射波の合成ショット記録に所定の処理を加えて統合し、測定区域における地下構造の可視化データを合成する地震波干渉法において、前記地中へ向かう振動についての実際の伝播方向を特定するとともに、前記地中反射波の測定データの中から前記地中へ向かう振動の実際の伝播方向に進行する反射波の測定データを抽出して前記擬似反射波の合成ショット記録を作成することを特徴とする。

本発明によれば、測線上に震源と受振器を設置することができない場合であっても、地中へ向かう振動の実際の伝播方向を特定することにより、その伝播方向に進行する地中反射波だけを抽出して擬似反射波の合成ショット記録を作成する測定データとして用いることにより、測線上に震源と受振器を設置したと同様の正確な地下構造を可視化することができる。

このような本発明によれば、小さな発破等の人工震源、地中雑音、自然地震の何れについても実施することができる。

本発明によれば、地中へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データの波形を相互相関処理を行うことにより一方を震源に他方を受振点とした場合の波形を合成して作成した擬似反射波の合成ショット記録に所定の処理を加えて統合し、測定区域における地下構造の可視化データを合成する地震波干渉法において、測線上に震源と受振器を設置することができない場合にも正確な地下構造の可視化を可能にすることができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を以下に説明する。

図１は本発明の好ましい実施の形態、即ち、地形、土地利用上の制約により測線ＳＬ上に震源を設置できない場合の一例についての測線ＳＬと震源Ｓについての配置を示す平面図であり、全長が３５５ｍの測線ＳＬに５ｍ間隔で鉛直成分２８Ｈｚ型の受振器を７２個を測線ＳＬの所定位置（チャンネル（ｃｈ）１〜チャンネル（ｃｈ）７２）に設置し、前記測線ＳＬの始端（前記チャンネル（ｃｈ）１の位置）と終端（前記チャンネル（ｃｈ）７２の位置）の延長線上に形成したボアホール１とボアホール２にそれぞれ震源である発破点Ｓ１，Ｓ２を設置するとともに、測線ＳＬの始端側の周辺における測線ＳＬを挟む両側のそれぞれに５箇所に震源である発破点ＳＡ１〜ＳＡ５，ＳＢ１〜ＳＢ５を設置した。

そして、前記１２箇所の発破点Ｓ１，Ｓ２，ＳＡ１〜ＳＡ５，ＳＢ１〜ＳＢ５における発破により生じさせた地中へ向かう振動を前記７２個（チャンネル（ｃｈ）１〜チャンネル（ｃｈ）７２）の受振器により測定した。

尚、１ショット当たりの測定時間長は、１６秒（ｓ）、サンプリング間隔は１ミリ秒（ｍｓ）である。

図２は条件が良好なボアホール１での発破点Ｓ１における発破により得られた記録例を示すものであり、Ｓ／Ｎ比の高い良好なものを得ることができた。

そして、次に、前記取得した各測定データに対して相互相関処理を行い、擬似ショット記録を合成した。図３（ａ），（ｂ）は仮想震源を受振点をチャンネル（ｃｈ）１の箇所とした場合、図３（ｃ），（ｄ）は仮想震源を受振点をチャンネル（ｃｈ）７２の箇所とした場合であって、それぞれ発破点Ｓ１，Ｓ２に対応している。尚、仮想震源の位置を黒逆三角形で示した。

図３において、震源と受振器との位置関係の違いにより、仮想の波動伝播方向と実際の伝播方向が同一の擬似ショット記録と、逆方向となる波動伝播の擬似ショット記録とを対比すると、図３（ａ）と（ｄ）に示す同一方向のショット記録を用いたものでは、初動や屈折波に相当する地中反射波の波群が認められるのに対して、図３（ｂ）と（ｃ）に示す逆方向の記録を用いたものでは、本来の波動とは逆向きの波動を有する地中反射波も認められ、仮想震源位置が同じであっても、実際の発破位置の違いにより合成される擬似ショット記録が全く異なることが確認される。

そこで、本実施の形態では、擬似反射波の合成ショット記録を作成する測定データとして前記地中へ向かう振動の実際の伝播方向を特定するとともにその伝播方向に進行する地中反射波、即ち、擬似ショット記録上で波動伝播方向が本来の波動伝播方向と一致するトレースだけを抽出して用いることとして、仮想震源が受振点の方向が実際の波動伝播方向と逆になるトレースについては加算から除外した。

その際の記録の周波数範囲は２０〜５０Ｈｚであった。次に、合計１２ショットから合成された７２個の擬似ショット記録に対して、従来の反射法と同様に、ＣＭＰソート、ＮＭＯ補正、静補正、ＣＭＰ重合処理を適用して得られた反射深度断面を図４(ａ）に示す。

図４(ａ）には、新第三紀の砂岩泥岩瓦層が分布しており、重合記録においては、図１に示す左側部分に対応する部分に緩やかな傾斜（図４(ａ）断面図における左上がりの部分）の反射構造がいくつか確認できる。本実施の形態では、図１に示すように測線ＳＬの左半分（受振器の配置位置チャンネル（ｃｈ）１〜チャンネル（ｃｈ）３６）に１１箇所の発破点Ｓ１，ＳＡ１〜ＳＡ５，ＳＢ１〜ＳＢ５を配置するとともに、測線ＳＬの右半分（受振器の配置位置チャンネル（ｃｈ）３７〜チャンネル（ｃｈ）７２）に１箇所の発破点Ｓ２を配置しただけであり、解析断面が測線ＳＬの左半分の部分に比べて右側半分の地中反射波の連続性が不良になっていることがわかる。

図４（ｂ）は、前記ボアホール２の発破点Ｓ２における震源を用いないで作成した反射断面を示すものであり、これを前記図４（ａ）に示した前記ボアホール２の発破点Ｓ２における震源を用いて作成した反射断面と比較・検討すると、図４（ａ）の断面図における破線で示す反射面および下位の反射面が図４（ｂ）のそれらに比べて販社波の振幅が大きく、連続性も良好である傾向が認められ、更に図４（ａ）の断面図では、より深部の反射面も確認することができる。

前記図４（ａ）と図４（ｂ）の断面図における反射面についての違いは、受振点を取り囲んで発破点（震源））を配置することにより擬似ショットの記録中の偽像の影響を抑えることができたためと考えられる。

以上のように、本実施の形態によれば、山岳地域の沢部発破や都市の土地利用の制約から測線上に震源と受振器を設置することができない場合についても正確な地下構造の可視化を行うことができることが立証された。

尚、本実施の形態では、震源として発破による人工震源を用いた場合を示したが、地中雑音や自然地震を震源としても同様に実施することができる。

本発明における実施の形態についての測線と震源についての配置を示す平面図。 図１の実施の形態おけるボアホール１での発破点Ｓ１における発破により得られた記録例。 図１の実施の形態における各測定データに対して相互相関処理を行い、擬似ショット記録を合成した記録であり、図３（ａ），（ｂ）は仮想震源の受振点を図１に示したチャンネル（ｃｈ）１の箇所とした場合、図３（ｃ），（ｄ）は仮想震源の受震点を図１に示したチャンネル（ｃｈ）７２の箇所とした場合を示す。 図１の実施の形態における反射法地震探査解析を施して得た反射断面。

符号の説明

１ ボアホール、２ ボアホール、Ｓ１，Ｓ２ 発破点、ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，ＳＡ４，ＳＡ５，ＳＢ１，ＳＢ２，ＳＢ３，ＳＢ４，ＳＢ５ 発破点

Claims (4)

1. 地中または地表へ向かう振動が地中の反射点で反射した地中反射波を、地表に配置した異なる二地点に配置した受振器で同時刻に測定し、それらの測定データの波形について相互相関処理を行うことにより一方を震源に他方を受振点とした場合の波形を合成して作成した擬似反射波の合成ショット記録に所定の処理を加えて統合し、測定区域における地下構造の可視化データを合成する地震波干渉法において、前記地中へ向かう振動についての実際の伝播方向を特定するとともに、前記地中反射波の測定データの中から前記地中へ向かう振動の実際の伝播方向に進行する反射波の測定データを抽出して前記擬似反射波の合成ショット記録を作成することを特徴とする地震波干渉法。
2. 前記地中または地表へ向かう振動が、地中雑音により生じた振動である請求項１記載の地震波干渉法。
3. 前記地中または地表へ向かう振動が、少数の発破により発生させた振動である請求項１記載の地震波干渉法。
4. 前記地中または地表へ向かう振動が、自然地震により発生する振動である請求項１記載の地震波干渉法。