JP2024039369A - 地震探査方法、地下のモニタリング方法、地震探査システムおよび震源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より精度の良い地下のモニタリングを可能とする技術を提供する。【解決手段】地震探査方法は、地下に配置された震源装置１０が振動を発生させる振動発生工程と、震源装置１０が発生させた振動に基づく振動信号を信号取得装置２０が取得する取得工程と、を含む。震源装置１０は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体１７０，１８０と、回転体を回転させることにより振動を発生させる駆動部１６０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、地震探査方法、地下のモニタリング方法、地震探査システムおよび震源装置に関する。

従来、人工的に発生させた地震波の伝搬を観測することによって、地質構造の探査が行われている。たとえば、特許文献１には、互いに偏心量が等しい１対の偏心ロータの回転軸を平行にして軸支するとともに、両偏心ロータの偏心部の一が互いに対称となるように位相を合わせて両偏心ロータを反対方向同一回転速度で駆動することにより、１軸方向に往復する地震波を連続して発生させる回転震源装置が記載されている。

特開平１０－１４２３４４号公報

しかしながら、本願発明者は、以下の課題を認識するに至った。すなわち、回転震源装置を地上に設置すると、その地震波は地上の環境の影響を受け、地質構造の探査の精度が低下する。このため、地上に設置した回転震源装置を用いる特許文献１に記載の技術では、精度良く地下をモニタリングできなかった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、より精度の良い地下のモニタリングを可能とする技術を提供することにある。

本発明のある態様は、地震探査方法である。地震探査方法は、地下に配置された震源装置が振動を発生させる振動発生工程と、震源装置が発生させた振動に基づく振動信号を信号取得装置が取得する取得工程と、を含む。震源装置は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、回転体を回転させることにより振動を発生させる駆動部と、を備える。

本発明の別の態様は、地下のモニタリング方法である。地下のモニタリング方法は、上記地震探査方法を含む。

本発明の別の態様は、地震探査システムである。地震探査システムは、地下に配置された、振動を発生させる震源装置と、震源装置が発生させた振動に基づく振動信号を取得する信号取得装置と、を備える。震源装置は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、回転体を回転させることにより振動を発生させる駆動部と、を有する。

本発明の別の態様は、震源装置である。震源装置は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、回転体を回転させることにより振動を発生させる駆動部とを有する震源部と、震源部を内部空間に収容する収容部と、を備える。収容部は、内部空間の開口部を通じて震源部を脱着できるように、震源部を収容する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、より精度の良い地下のモニタリングを可能とする技術を提供できる。

第１実施形態に係る地震探査システムの概略構成図である。 同実施形態に係る管理装置の機能ブロック図である。 同実施形態に係る地震探査システムの模式的な構成および地下の断面を示す図である。 同実施形態に係る震源ユニットの模式的な構成を示す図である。 同実施形態に係る震源部の模式的な断面図である。 同実施形態に係る地震探査システムの動作例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る地震探査システムの模式的な構成および地下の断面を示す図である。 第３実施形態に係る地震探査システムの模式的な構成および地下の断面を示す図である。 第４実施形態に係る地震探査システムの模式的な構成および地下の断面を示す図である。 同実施形態に係るレーザ装置の機能ブロック図である。 第５実施形態に係る震源ユニットの模式的な構成を示す図である。 第６実施形態に係る震源部の模式的な構成を示す断面図である。 第７実施形態に係る震源部の模式的な構成を示す断面図である。 第８実施形態に係る震源部を模式的に示す図である。 第９実施形態に係る震源ユニットの斜視図である。

（背景）
近年、温室効果ガスである二酸化炭素を地中で処理する技術であるＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）は、現実的な手段として注目されている。ＣＣＳでは、地上から二酸化炭素を地中に送るための井戸（以下、「圧入井」ともいう。）を用いて二酸化炭素を地中に圧入し、地中に二酸化炭素を貯留する。

ＩＥＡ（International Energy Agency）は、１５％の二酸化炭素の排出の削減を２０２０年に提言している。しかしながら、この１５％削減という目標は非常に高い目標であり、これをＣＣＳで実現するためには、世界で数千ヵ所の大規模スケールの二酸化炭素を貯留するためのサイト（以下、「ＣＯ２貯留サイト」ともいう。）が必要となり、日本で必要な圧入井は、２４０～４８０本程度であると考えられている。

安全を担保するためにＣＯ２貯留サイトをモニタリングする必要があるが、実現するための現実的な方法が確立されていない。このような状況に鑑み、本願発明者は、以下の実施形態で説明するように、ＣＯ２貯留サイトを連続的にモニタリングできる地震探査システムに想到するに至った。

（実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、複数の構成要素の各々に同一符号のみを付する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。たとえば、結合機構１４０ａおよび結合機構１４０ｂのそれぞれを特に区別しないとき、これらを単に「結合機構１４０」と称する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る地震探査システム１の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る地震探査システム１は、震源装置１０、信号取得装置２０および管理装置３０を備える。本実施形態に係る地震探査システム１は、地震探査をベースとした地下のモニタリングを行う。具体的には、地震探査システム１は、地震探査による地質構造の調査を、一定の期間を空けて複数回行う。この調査の間隔において、地下の状態に変化がある場合には、地震探査システム１は、その変化を地震探査の結果の違いとして捉えることができる。

本実施形態に係る震源装置１０は、地中に形成された穴に配置されており、その穴の内部で振動を発生させる。震源装置１０が広い周波数を含む波形（チャープ）の振動を発生させ、震源装置１０の近傍に設置された第１の受振器２０ａ（後述）で記録された発振波形と、震源装置１０から離れた位置に設置された第２の受振器２０ｂ（後述）で記録された波形とを管理装置３０がクロスコヒーレンス解析する。これにより、震源装置１０でインパルス震源を発振し、それを第２の受振器２０ｂで記録した場合と同等の結果を得ることが可能となる。本実施形態に係る震源装置１０は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と回転させることにより振動を発生させる。なお、震源装置１０は、地中に形成された穴にピストンを打ち込み、その衝撃により地下において振動を発生させるように構成されてよい。

信号取得装置２０は、震源装置１０が発生させた振動に基づく振動信号を取得し、その振動信号を管理装置３０に伝達する。信号取得装置２０は、各種の公知の地震計を有してよく、具体的には、受振器などを有してよい。本実施形態では、信号取得装置２０は、震源装置１０の近傍に設置された第１の受振器２０ａと、第１の受振器２０ａよりも震源装置１０から離れた位置に設置された第２の受振器２０ｂとを有する。第１の受振器２０ａは、震源装置１０が発生させた振動に基づく第１の振動信号を取得し、第１の振動信号を管理装置３０に伝達する。第２の受振器２０ｂは、震源装置１０が発生させた振動に基づく第２の振動信号を取得し、第２の振動信号を管理装置３０に伝達する。

管理装置３０は、地震探査システム１の動作を管理する。具体的には、管理装置３０は、震源装置１０の動作を制御したり、信号取得装置２０に振動信号の取得を指示したり、信号取得装置２０の検知結果に基づいて各種の処理を行ったりする。たとえば、管理装置３０は、震源装置１０に電力を供給したり、震源装置１０に振動を発生させたりできる。また、管理装置３０は、受振器に振動信号の記録を指示するトリガ信号を送信し、振動信号を時間情報とともに記録したり、信号取得装置２０からの振動信号を用いて地質を解析したりできる。管理装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Read Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えてよい。また、管理装置３０は、正確な時刻を記録するためのＧＰＳ（Global Positioning System）を備えてよい。

図２は、第１実施形態に係る管理装置３０の機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る管理装置３０は、処理部３００、記憶部３２０、出力部３４０、通信部３６０および電力供給部３８０を備える。

処理部３００は、各種の処理を行い、具体的には、震源装置１０に制御信号を伝達したり、信号取得装置２０から振動信号を受け取り、その振動信号を用いた演算処理を行ったりする。処理部３００の機能は、制御部３０２、受信部３０４および演算部３０６によって実現される。なお、制御部３０２、受信部３０４および演算部３０６は、個別に用意してよい。

制御部３０２は、制御信号を震源装置１０に伝達し、震源装置１０の動作を制御する。具体的には、制御部３０２は、震源装置１０のモータの動作条件（たとえば、回転速度など）を制御してよい。

受信部３０４は、信号取得装置２０から振動信号を受け取り、その振動信号を演算部３０６に伝達する。演算部３０６は、振動信号に基づき各種の演算処理を行い、その結果を記憶部３２０および出力部３４０に伝達する。たとえば、演算部３０６は、振動信号に基づき、地質の解析に関する処理を行ってよい。

本実施形態に係る演算部３０６は、２つの受振器（第１の受振器２０ａおよび第２の受振器２０ｂ）が取得した振動信号（第１の振動信号および第２の振動信号）を解析する。具体的には、演算部３０６は、第１の振動信号および第２の振動信号を同期して、同期したこれらの振動信号に基づいて、各種の公知の解析技術を用いて地質に関する解析を行う。

より具体的には、演算部３０６は、第１の振動信号を原関数とし、クロスコヒーレンスの手法（下記文献を参照。）を用いて、第１の振動信号および第２の振動信号に基づき、地質を解析するための原信号を取得する。演算部３０６は、この原信号を用いて、地質を解析できる。

Nakata, N., Snieder, R., Tsuji, T., Larner, K., Matsuoka, T. (2011). Shear wave imaging from traffic noise using seismic interferometry by cross-coherence. Geophysics, 76:SA97-SA106. https ://doi.org/10.1190/geo2010-0188.1

記憶部３２０は、各種の情報を記憶する。たとえば、記憶部３２０は、制御部３０２が震源装置１０を制御するための制御プログラム、演算部３０６が各種の演算を行うための演算プログラム、および演算部３０６の演算結果などを記憶してよい。

出力部３４０は、各種の情報を出力する。出力部３４０は、各種の公知の表示装置または音声出力装置で構成されてよい。たとえば、出力部３４０は、演算部３０６の演算結果を表示してよい。具体的には、出力部３４０は、ＣＯ２貯留サイトをモニタリングするための画像を表示してよい。

通信部３６０は、各種の情報を他の装置と送受信するための通信インタフェースである。通信部３６０は、たとえば演算部３０６による解析結果を他の装置に送信してよい。また通信部３６０は、遠隔で装置をコントロールする際に利用されてよい。

電力供給部３８０は、電力を震源装置１０に供給する。電力供給部３８０は、たとえば商用電源（図示しない）から電力を必要に応じて変換し、震源装置１０にその電力を供給してよい。なお、電力供給部３８０は、管理装置３０のために電力を供給してよい。さらに、小型の震源装置の場合には、１２ＶのＤＣバッテリを用いてよい。その場合には太陽光パネルからの給電を実施してよい。

図３は、第１実施形態に係る地震探査システム１の模式的な構成および地下の断面を示す図である。本実施形態に係る地震探査システム１は、地下に配置された震源ユニット１２、地上４２２に配置された受振器２０ｂ（第２の受振器）および管理装置３０を備える。

本実施形態に係る震源ユニット１２は、震源装置１０および受振器２０ａ（第１の受振器）を含む。震源ユニット１２の震源装置１０は、管理装置３０による制御に応じて、振動を発生させることができる。受振器２０ａは、震源装置１０が発生させた振動に基づく第１の振動信号を取得し、取得した第１の振動信号を管理装置３０に伝達する。

本実施形態では、鉛直方向に延びた穴４２（「井戸」ともいう。）が地中に形成されている。本実施形態に係る震源ユニット１２は、この穴４２の内部に配置されており、必要に応じて、震源ユニット１２を穴４２から出したり、穴４２に挿入したりできる。穴４２において震源ユニット１２が配置される位置の深さｄは、特に限定されるものではないが、たとえば、１００ｍあるいは１０００ｍ程度の深さであってよい。また深さを変えて多数の地点で震源ユニットを設置し、発振作業を行なってよい。さらにモニタリングする対象の近くに震源ユニットを設置できれば、より精度の良いデータの取得が期待できる。

本実施形態では、地中には、地下水で満たされた地層である帯水層４３が形成されている。本実施形態に係る穴４２は、この帯水層４３を貫通するように形成されている。このため、穴４２には、帯水層４３からの地下水が溜まっている。

震源ユニット１２は、帯水層４３よりも深い位置に配置されてよい。震源ユニット１２が帯水層４３よりも高い位置にあり、通常時において震源ユニット１２が水面よりも高い位置にある場合、降雨などによって穴４２に溜まっている地下水の水位が変化し、震源ユニット１２による動作（たとえば発生させる振動）が地下水の変化による影響を受け、モニタリングの精度が低下する場合がある。一方、本実施形態のように震源ユニット１２を地下水面（たとえば、図３に示す帯水層４３の水面４３２）よりも深い位置に配置することにより、降雨などによる地下水の水位の変動にかかわらず震源ユニット１２が地下水に沈んでいるため、地下水の水位の変動によるモニタリングへの影響を抑制することが可能となる。

受振器２０ｂは、震源ユニット１２が発生させた振動に基づく第２の振動信号を取得し、取得した第２の振動信号を管理装置３０に伝達する。本実施形態に係る管理装置３０は、受振器２０ａおよび受振器２０ｂから伝達された第１の振動信号および第２の振動信号を含む振動信号に基づいて、たとえば地質などを解析できる。また、振動信号の時間変化から、地下で生じる変化をモニタリングできる。なお、本実施形態では、受振器２０ｂは一台であるが、複数台（たとえば１００台）の受振器を設置する方が好ましい。特に反射法地震探査、屈折法地震探査または表面波地震探査を実施する場合には、複数の受振器が必要となる。

図３には、地震探査システム１が１つの穴４２に配置された１つ震源ユニット１２を備える例を示している。これに限らず、複数の穴が形成されてよく、この場合、地震探査システム１は、複数の穴のそれぞれに配置された複数の震源ユニットを有してよい。これにより、より多くの地点で振動を発生させ、より広範な領域の地質を解析したり地下をモニタリングしたりすることが可能となる。

図４は、第１実施形態に係る震源ユニット１２の模式的な構成を示す図である。Ｚ軸は、鉛直方向を示し、Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向をそれぞれ示す。Ｘ軸は、Ｚ軸に垂直な方向であり、Ｙ軸は、Ｚ軸およびＸ軸に垂直な方向である。

本実施形態に係る震源装置１０は、主として、収容部１００、支持体１２０、震源部１３０および結合機構１４０ａ，１４０ｂを備える。

収容部１００は、支持体１２０、震源部１３０および受振器２０ｂを収容する。収容部１００は、円筒形状を有し、そのサイズは、たとえば、長さ１０ｃｍ程度、直径１０ｃｍ程度であってよい。収容部１００は、筐体１０２および蓋部１０４を備え、その内部には、筐体１０２および蓋部１０４で囲まれた内部空間１０６が形成されている。

筐体１０２は、Ｚ軸方向に延びた中空の円筒形状を有し、その下方の一端は、筐体１０２の一部を構成する底部１０３によって閉じられており、その上方の一端は、蓋部１０４によって閉じられている。

蓋部１０４は、筐体１０２の上方の開口部を開閉可能に、筐体１０２に固定されている。蓋部１０４が閉じられると、収容部１００の内部は密閉され、内部空間１０６に穴４２に溜まっている地下水が入り込まないようになる。また、蓋部１０４が開けられると、支持体１２０を筐体１０２から取り出すことが可能となる。

収容部１００には、図示しない各種のセンサが配置されてよい。たとえば、温度センサおよび水圧センサなどが配置されてよい。これらのセンサは、管理装置３０に接続され、温度および水圧などに関する測定結果を管理装置３０に伝達できるように配置されてよい。

支持体１２０は、Ｚ軸方向に延びる中空の円筒形状を有し、その内部において震源部１３０および受振器２０ｂを支持する。支持体１２０は、収容部１００の筐体１０２に、脱着可能に固定されている。支持体１２０は、筐体１０２に直接的に固定されてよいし、固定具を介して筐体１０２に固定されてよい。なお、図４は、内部空間１０６において収容部１００と支持体１２０との間に隙間が存在するように描かれているが、収容部１００と支持体１２０との間には、隙間が存在しなくてよい。たとえば、支持体１２０は、筐体１０２と密着した状態で固定されることが好ましい。

震源部１３０は、地震探査に利用される振動を発生させる。本実施形態に係る震源部１３０は、モータ（駆動部）および偏心した回転体を備え、モータが回転体を回転させることにより、振動が発生する。震源部１３０には、管理装置３０に接続されたケーブル３１が接続されている。震源部１３０のモータには、ケーブル３１を通じて、管理装置３０から電力が供給されたり、制御信号が伝達されたりする。これにより、震源部１３０は、振動を発生させることができる。

震源部１３０が発生させた振動に基づく第１の振動信号は、収容部１００の内部に設置した受振器２０ａによって取得される。また、震源部１３０が発生させた振動は、収容部１００の側面あるいは結合機構１４０ａ，１４０ｂを介して、穴４２の周囲に伝達される。この振動に基づく第２の振動信号は、たとえば地上に配置されている受振器２０ｂによって取得される。なお、震源部１３０の振動に基づく第１の振動信号は、収容部１００の内部に設置された受振器で記録されてよい。

震源部１３０が発生させる振動の条件は、震源部１３０を各種の部品を交換することにより調整できる。たとえば、震源部１３０が有するモータ、モータの駆動力を回転体に伝達するためのギア、および回転体を偏心させるための後述する錘の重さなどを変更することにより、振動の条件を調整できる。

震源部１３０の部品を交換する場合には、まず、震源ユニット１２を穴４２から地上に取り出す。その後、蓋部１０４を開け、たとえば支持体１２０と筐体１０２とを固定する固定具を解除して支持体１２０を筐体１０２から取り出す。その後、震源部１３０の各部品を交換することによって、震源部１３０が発生させる振動の条件を調整できる。部品を交換した後に震源ユニット１２を再度穴４２に配置することにより、新たな条件の振動を震源部１３０に発生させることが可能となる。

結合機構１４０ａ，１４０ｂは、収容部１００の筐体１０２を穴４２の内周面４２０と結合（カップリング）させる。結合機構１４０ａおよび結合機構１４０ｂは、実質的に互いに同一の構成を有する。

結合機構１４０は、押圧部１４２および結合部１４４を有する。押圧部１４２は、その一端が筐体１０２に接続されており、筐体１０２から離れる方向に延びており、その他端が結合部１４４に接続されている。押圧部１４２は、結合部１４４を穴４２の内周面４２０に対して押圧可能に構成されている。具体的には、押圧部１４２は、水平方向（たとえばＹ軸方向）に伸縮可能に構成されており、図４において矢印で示す方向に伸びることによって結合部１４４を押圧する。なお、押圧部１４２が結合部１４４を押圧するための構成は、特に限定されるものではないが、たとえば、水圧式であってよいし、電気的に制御する方式であってよい。押圧部１４２が電気的に制御される押圧機構を有する場合、管理装置３０が押圧機構を制御することによって、押圧機構が結合部１４４を押圧する力の強さが調整されてよい。

押圧部１４２ａ，１４２ｂが結合部１４４ａ，１４４ｂを穴４２の内周面４２０に対してそれぞれ押圧すると、収容部１００は、穴４２の内周面４２０に結合される。これにより、震源部１３０が発生させた振動が、収容部１００、結合機構１４０および穴４２の内周面４２０を介して、より確実に、周囲に伝達されるようになる。

なお、ここでは、筐体１０２に２つの結合機構１４０ａ，１４０ｂが設けられている例を説明したが、結合機構の数は１つであってよいし、３つ以上であってよい。また、結合機構が一方向（Ｙ軸方向）に収容部１００を内周面４２０に結合させる例を説明したが、これに限らず、互いに異なる複数の方向に収容部１００が内周面４２０に結合されるように、複数の結合機構が設けられてよい。たとえば、筐体１０２の外周面において複数の結合機構を周方向に並べて設け、収容部１００を複数の方向に結合させてよい。

図５は、第１実施形態に係る震源部１３０の模式的な断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る震源部１３０は、モータ１６０（駆動部）、第１の回転体１７０および第２の回転体１８０を備える。

モータ１６０は、管理装置３０による制御に応じて駆動し、その駆動力を第１の回転体１７０に伝達する。本実施形態に係るモータ１６０は、本体１６２、回転軸１６４および伝達部１６６を有する。回転軸１６４は、その一部が本体１６２に収容されている。回転軸１６４は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。伝達部１６６は、Ｘ軸方向の延びた円筒形状を有し、回転軸１６４を覆うように配置されており、回転軸１７２と一体的に回転可能に構成されている。

モータ１６０には、速度センサ（図示しない。）が設けられてよい。速度センサは、管理装置３０に接続され、回転軸１６４の回転速度を測定して、測定結果を管理装置３０に伝達してよい。

第１の回転体１７０は、回転軸１７２、被伝達部１７４、錘支持部１７６、ギア１７８および錘１７９を有する。回転軸１７２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。被伝達部１７４は、Ｘ軸方向に延びた円筒形状を有し、回転軸１７２を覆うように配置されており、回転軸１７２と一体的に回転可能に構成されている。また、ベルト１６８が、伝達部１６６の周囲および被伝達部１７４の周囲にわたって設けられている。

円盤状の錘支持部１７６は、被伝達部１７４の周囲に設けられており、被伝達部１７４と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア１７８は、錘支持部１７６の周囲に設けられており、錘支持部１７６と一体的に回転可能に構成されている。錘支持部１７６の円周の一部には、錘１７９が設けられている。この錘１７９により、第１の回転体１７０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸１７２の位置）から錘１７９の中心に偏心している。図５に示す状態では、第１の回転体１７０は、その中心からＹ軸方向にｒ１離れた位置に偏心している。

第２の回転体１８０は、回転軸１８２、錘支持部１８４、ギア１８６および錘１８８を有する。回転軸１８２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。円盤状の錘支持部１８４は、回転軸１８２の周囲に設けられており、回転軸１８２と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア１８６は、錘支持部１８４の周囲に設けられており、錘支持部１８４と一体的に回転可能に構成されている。また、ギア１８６は、ギア１７８と嵌合するように配置されている。

錘支持部１８４の円周の一部には、錘１８８が設けられている。この錘１８８により、第２の回転体１８０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸１８２の位置）から錘１８８の中心に偏心している。図５に示す状態では、第２の回転体１８０は、その中心からＹ軸方向とは反対方向にｒ２離れた位置に偏心している。

本実施形態では、錘１７９の質量および錘１８８の質量は、互いにｍ１で等しい。また、第１の回転体１７０および第２の回転体１８０には、互いに偏心量が等しくなるように、錘１７９および錘１８８が配置されている。すなわち、ｍ１×ｒ１＝ｍ１×ｒ２となるように、錘１７９および錘１８８が配置されている。

モータ１６０が駆動されると、回転軸１６４が回転し、この回転に伴い、伝達部１６６が回転軸１６４とともに回転する。このとき、駆動力が、ベルト１６８を介して、伝達部１６６から被伝達部１７４に伝達される。これにより、被伝達部１７４は、第１の回転体１７０を構成する他の部材とともに、回転軸１７２を中心に、時計回りの方向に回転する。このとき、第２の回転体１８０のギア１８６は、第１の回転体１７０のギア１７８から駆動力を受ける。これにより、ギア１８６は、第２の回転体１８０を構成する他の部材とともに、回転軸１８２を中心に、第１の回転体１７０とは反対方向（反時計回りの方向）に回転する。

第１の回転体１７０および第２の回転体１８０の回転時における錘１７９および錘１８８の動作に着目すると、錘１７９，１８８の回転速度の水平方向（たとえばＹ軸方向）の成分は互いに打ち消し合い、錘１７９，１８８の回転速度の鉛直方向（Ｚ軸方向）の成分が互いに強め合う。このため、震源部１３０は、モータ１６０の駆動によって第１の回転体１７０および第２の回転体１８０を回転させることにより、鉛直方向の振動を発生させることができる。

本実施形態に係る震源部１３０は、連続的に同じ振動を発生させて、振動を重合する。これにより、発生する振動のエネルギーが小さくても、振動を遠地まで到達させることができる。震源部１３０は、錘の重さが１０ｇ程度の場合でも、１ｋｍ先まで振動を到達させることができる。

回転軸１６４の回転速度は、特に限定されるものではないが、たとえば２０～６０Ｈｚ程度の振動が発生する速度であってよい。一般的に、振動の周波数が高いほど、地震探査の分解能が高くなり、振動の周波数が低いほど、振動が減衰しにくく遠い場所まで振動を伝達することができる。振動は広い周波数の幅を有する方が好ましい。

上述した震源部１３０の各種の部品は、振動の条件を調整するために、適宜交換することができる。たとえば、地震探査におけるモニタリングの対象に応じて、錘１７９，１８８の重さを変え、振動の条件を調整してよい。たとえば、モニタリングの対象がダムである場合、錘１７９，１８８の重さを１０ｇ程度にしてよい。モニタリングの対象が広域または深部であれば、錘の重さを１００ｇ程度にしてよい。

図６は、第１実施形態に係る地震探査システム１の動作例を示すフローチャートである。以下、フローチャートに沿って、地震探査システム１の動作例を説明する。

まず、管理装置３０は、震源装置１０に制御信号を伝達する（Ｓ１０１）。次いで、震源装置１０は、Ｓ１０１において伝達された制御信号に基づいて、振動を発生させる（Ｓ１０３：振動発生工程）。次いで、信号取得装置２０は、Ｓ１０３において発生した振動に基づく振動信号を取得する（Ｓ１０５：信号取得工程）。次いで、信号取得装置２０は、Ｓ１０５において取得した振動信号を管理装置３０に伝達する（Ｓ１０７）。次いで、管理装置３０は、振動信号を取得し（Ｓ１０９）、その振動信号を解析する（Ｓ１１１）。

なお、図６のフローチャートに示す各ステップの処理は、必ずしも図６に示す順序で実施される必要はない。論理的に矛盾のない範囲で、各ステップの順序を入れ替えたり、複数のステップを並列的に処理したりしてよい。また、Ｓ１０１～Ｓ１０９の処理を繰り返し継続的に実施することにより、振動信号のＳ／Ｎ比を高くすることが可能となる。

（本実施形態の効果）
従来、地上に設置される震源装置の開発が行われてきた。しかしながら、降雨および氷雪などの地表付近の影響が地震探査におけるモニタリングの結果に強い影響を与える。特に、地震探査により地質構造の探査を繰り返し実施し、その微細な変化を捉えるモニタリングを行うときに、地上環境の影響が生じる。このため、従来の震源装置を用いた地震探査では、地表の影響を受けやすく、地質変化のモニタリングが難しかった。

本実施形態に係る地震探査システム１によれば、管理装置３０は、地下に配置された震源装置１０から発生した振動に基づく振動信号を用いて地震探査することができる。このため、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、地上に設置した震源装置の振動を用いてモニタリングする場合と比べて、地上における環境の影響を抑制することができるため、より精度良くモニタリングすることが可能となる。

また、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、モニタリングの対象となるターゲットが地下にあるため、ターゲットにより近い位置で振動を発生させることができる。このため、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、より高い精度で、地震探査により地下をモニタリングすることが可能となる。

また、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、環境に配慮したモニタリングが可能となる。具体的には、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、地下において振動を発生させるため、地上において振動を発生させる場合と比べて、振動による騒音を低減させることが可能となる。そのため本実施形態に係る地震探査システム１は、都市部や夜間でも利用が可能となる。

従来の地震探査に用いられる震源装置（たとえばバイブロサイス）は、巨大であり、アクセスの悪い場所での運用は難しく、そのコストは高かった。これに対し、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、小型の震源ユニット１２を利用することにより、アクセスが悪い限られた場所でも振動を発生させることができる。このため、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、より多様な場所で低コストで地震探査することが可能となる。たとえば、多数の穴を堀り、それぞれの穴に本実施形態に係る震源ユニット１２を配置し、それらの震源ユニット１２が発生させる振動に基づく振動信号を解析することによって、多くのＣＯ２貯留サイトを同時にモニタリングできる。

また、従来の震源装置は、常時の設置に向けて設計されておらず、連続的に地下をモニタリングために用いることはできなかった。従来の震源装置を用いた地震探査では、たとえば、数年に１回のモニタリングが一般的であった。これに対し、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、震源ユニット１２が小型であるため、定常的な設置が可能となる。また、震源ユニット１２が連続的に振動を発生できる機構を有するため、定常的かつ連続的な地下のモニタリングが可能となる。たとえば、常にＣＯ２貯留サイトをモニタリングすることによって、急なＣＯ２の漏洩などに対応することが可能となる。

また、従来、圧電素子を用いた震源装置を地下に配置して、振動を発生させることが試みられている。しかしながら、圧電素子を用いる場合、その振動が弱いため、地震探査するのに十分な強さをもつ振動を実現できなかった。これに対し、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、偏心した回転体を回転させ、震源ユニット１２と穴４２の内周面４２０とのカップリングを結合機構１４０により強化することによって、十分な強さの振動を発生させて地震探査により地下をモニタリングすることができる。

月面などに震源装置を設置するには、低重力の環境のため、震源装置と月面とのカップリングが地球上の場合と比べて弱くなる。本実施形態に係る地震探査システム１によれば、結合機構を用いて震源ユニット１２を地中に形成された穴にカップリングさせるため、低重力であっても良好なカップリングを実現しつつ、安定した振動を発生させることができる。

本実施形態に係る地震探査システム１は、海底下の貯留層でのモニタリングにも利用可能である。海底の地表部分は軟弱であるため、地表に震源装置を配置して振動を発生させたとしても、振動の減衰が大きく、良好な地震探査を行うことは難しい。これに対し、海底の深くでは、地表よりも岩盤が固くなっている。このため、本実施形態に係る地震探査システム１によれば、海底に穴を空け、そこに震源装置を地中に入れて固い岩盤に固定することにより、振動の減衰を抑制し、海底においても精度の良い地下のモニタリングを行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る地震探査システム１は、上述した例を含め、各種の用途に利用可能である。たとえば、地震探査システム１は、ＣＯ２地中貯留サイトでの貯留ＣＯ２分布および誘発地震のモニタリング、ＣＯ２地中貯留および水素地中貯留などのカーボンニュートラルに向けた貯留層のモニタリング、地熱貯留層のモニタリング、地下水のモニタリング、石油ガス開発における資源の貯留層のモニタリングなどの資源エネルギー・脱炭素分野、堤防、トンネルおよびダムなどの土木建築物の健全性モニタリングといった土木分野、月面および火星などの宇宙空間、および山間部などのアクセス困難な地域における地下のイメージングなどに利用可能である。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る地震探査システム２の模式的な構成および地下の断面を示す図である。第２実施形態に係る地震探査システム２は、３つの震源ユニット１４ａ～１４ｃ、受振器２２（第２の受振器）および管理装置３２を備える。受振器２２および管理装置３２は、第１実施形態において説明した受振器２０ｂおよび管理装置３０と実質的に同一の構成をそれぞれ有してよい。

震源ユニット１４ａ～１４ｃのそれぞれは、第１実施形態において説明した震源ユニット１２と実質的に同一の構成を有してよく、振動を発生させることができる。第２実施形態に係る震源ユニット１４ａ～１４ｃは、１つの穴４４に配置されており、より具体的には、穴４４の延びる方向（すなわち、鉛直方向）に配列されている。なお、図７には、３つの震源ユニットを示しているが、２つの震源ユニットが配列されてよいし、４つ以上の震源ユニットが配列されてよい。

震源ユニット１４が発生させた振動に基づく振動信号は、その震源ユニット１４が備える受振器（第１の受振器）および受振器２２によって取得される。管理装置３２は、その振動信号を用いて解析することができる。したがって、管理装置３２は、震源ユニット１４ａ～１４ｃのそれぞれが発生させる振動に基づく振動信号を用いて、地質を解析できる。また、複数の震源ユニット１４のそれぞれが発生させる振動の波形を変更および特徴化することにより、複数の震源ユニット１４が同時に発振した場合にも、それぞれの震源ユニット１４からの振動を区別して解析することが可能となる。

このように複数の震源ユニット１４ａ～１４ｃを利用することにより、より詳細な地震探査を行うことが可能となる。また、複数の震源ユニット１４ａ～１４ｃを穴４４の延びる方向に配列することによって、より空間解像度の高い地震探査による地下のモニタリングを行うことが可能となる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る地震探査システム３の模式的な構成および地下の断面を示す図である。第３実施形態に係る地震探査システム３は、震源ユニット１６、受振器２４（第２の受振器）および管理装置３４を備える。震源ユニット１６、受振器２４および管理装置３４は、第１実施形態において説明した震源ユニット１２、受振器２０ｂおよび管理装置３０と実質的に同一の構成をそれぞれ有してよい。

図８に示すように、第３実施形態では、２つの鉛直方向に延びた穴４６ａ，４６ｂが地中に形成されている。一方の穴４６ａには、震源ユニット１６が配置されており、他方の穴４６ｂには、受振器２４が配置されている。このように、第３実施形態では、受振器２４は、上記実施形態とは異なり、地下に配置されている。

震源ユニット１６が備える受振器（第１の受振器）は、震源ユニット１６が発生させた振動に基づく第１の振動信号を取得する。受振器２４は、震源ユニット１６が発生させた振動に基づく第２の振動信号を取得する。管理装置３４は、振動信号（第１の振動信号および第２の振動信号）を受け取り、振動信号に基づく解析を行う。このとき、受振器２４が地下に配置されているため、受振器２４が取得する振動信号は、地上の環境からの影響を受けづらい。このため、本実施形態に係る地震探査システム３によれば、より精度よく地下の変化をモニタリングすることが可能となる。

なお、図８において、穴４６ａには震源ユニット１６のみが示されており、穴４６ｂには受振器２４のみが示されている。これに限らず、穴４６ａには、震源ユニット１６に加えて受振器および他の震源ユニットが配置されてよいし、穴４６ｂには、受振器２４に加えて震源ユニットおよび他の受振器が配置されてよい。また穴４６ａには、震源ユニット１６を複数設置してもよいし、穴４６ｂには受振器を複数設置してもよい。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る地震探査システム４の模式的な構成および地下の断面を示す図である。第４実施形態に係る地震探査システム４は、震源ユニット１８、信号取得装置２６および管理装置３６を備える。震源ユニット１８は、第１実施形態に係る震源ユニット１２と実質的に同一の構成を有してよいが、受振器２０ａを有しなくてよい。また、管理装置３６は、第１実施形態に係る管理装置３０と実質的に同一の構成を有してよい。

第４実施形態に係る信号取得装置２６は、レーザ装置３７および光ファイバ２６０を備える。レーザ装置３７は、光ファイバ２６０にレーザ光を出射し、光ファイバ２６０において反射されたレーザ光に基づいて、震源ユニット１８が発生させる振動に基づく振動信号を取得する。レーザ装置３７は、取得した振動信号を管理装置３６に伝達する。

図９に示すように、第４実施形態では、鉛直方向に延びた２つの穴４８ａ，４８ｂが地中に形成されている。一方の穴４８ａには、震源ユニット１８が配置されており、他方の穴４８ｂには、穴４８ｂの延びる方向に沿って光ファイバ２６０が配置されている。

図１０は、第４実施形態に係るレーザ装置３７の機能ブロック図である。図１０に示すように、第４実施形態に係るレーザ装置３７は、光源３７０および取得部３７２を備える。

光源３７０は、レーザ光を出射するものであり、たとえば各種の公知のレーザ光源装置で構成されてよい。本実施形態では、光源３７０は、光ファイバ２６０にレーザ光を出射する。これにより、光ファイバ２６０においてレーザ光が伝搬され、その少なくとも一部は、反射されてレーザ装置３７に戻る。

取得部３７２は、光ファイバ２６０において伝搬されたレーザ光に基づく振動信号を取得する。具体的には、取得部３７２は、受光部を有し、光ファイバ２６０において反射されて、レーザ装置３７に戻るレーザ光を受光部で検知する。このとき、震源ユニット１８が振動を発生させていると、光ファイバ２６０は、その振動に応じて、長さ方向に伸縮する。光ファイバ２６０の伸縮により、レーザ装置３７に戻るレーザ光の状態が変わるため、取得部３７２は、光ファイバ２６０の光レーザを検知することによって、震源ユニット１８が発生させた振動に基づく振動信号を取得できる。

本実施形態に係る地震探査システム４によれば、穴４８ｂに配置された光ファイバ２６０を用いて振動信号を取得できる。このとき、光ファイバ２６０を用いることにより、複数の地震計を穴４８ｂに一定の間隔で配置した場合と同様の機能を実現できる。たとえば、穴４８に配置されている光ファイバ２６０の長さが１０００ｍであるとき、１０ｍ毎に地震計が配列されている場合と同等の振動信号を取得することが可能となる。このため、本実施形態に係る地震探査システム４によれば、多数の地震計を使用しなくとも、低いコストで詳細に地震探査による地下のモニタリングを行うことが可能となる。さらに、光ファイバ２６０は、地下に配置されているため、振動信号が地表の影響を受けることを抑制できる。

なお、図９において、穴４８ｂに光ファイバ２６０のみが配置されている例を示しているが、穴４８ｂには、震源ユニットが配置されてよい。この場合、光ファイバ２６０を用いて、同一の穴４８ｂに配置された震源ユニットが発生させる振動に基づく振動信号を取得することも可能である。

（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態に係る震源ユニット１９の模式的な構成を示す図である。第５実施形態に係る震源ユニット１９は、主として、結合機構の構成が第１実施形態に係る震源ユニット１２と異なる。

第５実施形態に係る震源ユニット１９は、収容部１００、支持体１２０、震源部１３０、受振器２０ａおよび結合機構６２を備える。

第５実施形態に係る結合機構６２は、アーム構造を有し、収容部１００に接続されている。具体的には、結合機構６２は、収容部１００から離れる方向に延びており、その一端は、たとえば水平面に平行な軸（たとえばＸ軸）を中心に回転可能に構成されたジョイント部（図示しない。）を介して、収容部１００に接続されている。このため、結合機構６２は、ジョイント部を中心に回転可能である。結合機構６２の動作は、たとえば、地上に配置された管理装置にからの制御信号に基づいて電気的に制御されてよい。

たとえば、結合機構６２は、その他端６２２が穴４９の内周面４９０に近づくように、図１１に示す矢印の方向に回転できる。結合機構６２の他端６２２が穴４９の内周面４９０に接触して押圧することにより、震源ユニット１９が穴４９の内周面４９０と結合する。これにより、震源ユニット１９が発生させる振動が、より確実に、収容部１００の側面あるいは結合機構６２を介して穴４９の周囲に伝達されるようになる。

（第６実施形態）
図１２は、第６実施形態に係る震源部７０の模式的な構成を示す断面図である。図１２では、水平方向（図１２では、Ｘ軸方向）に見た震源部７０が示されている。図１２に示すように、第６実施形態に係る震源部７０は、モータ７００、第１の回転体７２０および第２の回転体７４０を備える。

モータ７００は、本体７０２、回転軸７０４および伝達部７０６を有する。回転軸７０４は、その一部が本体７０２に収容されている。回転軸７０４は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。伝達部７０６は、Ｘ軸方向の延びた円筒形状を有し、回転軸７０４を覆うように設けられており、回転軸７０４と一体的に回転可能に構成されている。

第１の回転体７２０は、回転軸７２２、被伝達部７２４、錘支持部７２６、ギア７２８および錘７２９を有する。回転軸７２２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。被伝達部７２４は、Ｘ軸方向に延びた円筒形状を有し、回転軸７２２を覆うように配置されており、回転軸７２２と一体的に回転可能に構成されている。また、伝達部７０６から被伝達部７２４に駆動力が伝達されるように、ベルト７０８が伝達部７０６の周囲および被伝達部７２４の周囲にわたって設けられている。

円盤状の錘支持部７２６は、被伝達部７２４の周囲に設けられており、被伝達部７２４と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア７２８は、錘支持部７２６の周囲に設けられており、錘支持部７２６と一体的に回転可能に構成されている。錘支持部７２６の円周の一部には、錘７２９が設けられている。この錘７２９により、第１の回転体７２０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸７２２の位置）から錘７２９の中心に偏心している。図１２に示す状態では、第１の回転体７２０は、その中心からＹ軸方向にｒ３離れた位置に偏心している。

第２の回転体７４０は、回転軸７４２、錘支持部７４４、ギア７４６および錘７４８を有する。回転軸７４２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。円盤状の錘支持部７４４は、回転軸７４２の周囲に設けられており、回転軸７４２と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア７４６は、錘支持部７４４の周囲に設けられており、錘支持部７４４と一体的に回転可能に構成されている。

錘支持部７４４の円周の一部には、錘７４８が設けられている。この錘７４８により、第２の回転体７４０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸７４２の位置）から離れた位置に偏心している。図１２に示す状態では、第２の回転体７４０は、その中心からＹ軸方向にｒ４離れた位置に偏心している。

本実施形態では、錘７２９の質量および錘７４８の質量は、互いにｍ２で等しい。また、第１の回転体７２０および第２の回転体７４０には、互いに偏心量が等しくなるように、錘７２９および錘７４８が配置されている。したがって、ｍ２×ｒ３＝ｍ２×ｒ４となるように、錘７２９および錘７４８が配置されている。

モータ７００が駆動されると、回転軸７０４が回転し、この回転に伴い、伝達部７０６が回転軸７０４とともに回転する。このとき、駆動力が、ベルト７０８を介して、伝達部７０６から被伝達部７２４に伝達される。これにより、被伝達部７２４は、第１の回転体７２０を構成する他の部材とともに、回転軸７２２を中心に、時計回りの方向に回転する。このとき、第２の回転体７４０のギア７４６は、第１の回転体７２０のギア７２８から駆動力を受け、ギア７４６は、第２の回転体７４０を構成する他の部材とともに、回転軸７４２を中心に、第１の回転体７２０とは反対方向（反時計回りの方向）に回転する。

第１の回転体７２０および第２の回転体７４０の回転時における錘７２９および錘７４８の動作に着目すると、錘７２９，７４８の回転速度の鉛直方向（Ｚ軸方向）の成分は互いに打ち消し合い、錘７２９，７４８の回転速度の水平方向（たとえばＹ軸成分）の成分は互いに強め合う。この結果、震源部７０は、モータ７００の駆動によって第１の回転体７２０および第２の回転体７４０を回転させることにより、水平方向の振動を発生させることができる。

このように本実施形態に係る震源部７０によれば、水平面上の一方向の成分をもつ振動を発生させ、この振動を地震探査に利用することが可能となる。

（第７実施形態）
図１３は、第７実施形態に係る震源部７５を模式的に示す断面図である。第７実施形態に係る震源部７５は、主として、モータ７５０、第１の回転体７６０、第２の回転体７７０、第３の回転体７８０および第４の回転体７９０を備える。第７実施形態に係る震源部７５は、主として、第３の回転体７８０および第４の回転体７９０を備える点で、第１実施形態に係る震源部１３０と相違する。

第７実施形態に係るモータ７５０、第１の回転体７６０および第２の回転体７７０の構成は、第１実施形態に係るモータ１６０、第１の回転体１７０および第２の回転体１８０と実質的に同一の構成を有するため、ここでは詳細な説明を省略する。

第３の回転体７８０は、回転軸７８２、被伝達部７８４、錘支持部７８６、ギア７８８および錘７８９を有する。回転軸７８２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。被伝達部７８４は、Ｘ軸方向に延びた円筒形状を有し、回転軸７８２を覆うように配置されており、回転軸７８２と一体的に回転可能に構成されている。本実施形態では、第３の回転体７８０の被伝達部７８４の半径は、第１の回転体７６０の被伝達部７６４の半径より小さい。

本実施形態では、モータ７５０の伝達部７５４から被伝達部７８４および第１の回転体７６０の被伝達部７６４に駆動力が伝達されるように、ベルト７５８が設けられている。具体的には、ベルト７５８が、被伝達部７８４の周囲、伝達部７５４の周囲および被伝達部７６４の周囲にわたって設けられている。

円盤状の錘支持部７８６は、被伝達部７８４の周囲に設けられており、被伝達部７８４と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア７８８は、錘支持部７８６の周囲に設けられており、錘支持部７８６と一体的に回転可能に構成されている。錘支持部７８６の円周の一部には、錘７８９が設けられている。この錘７８９により、第３の回転体７８０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸７８２の位置）から錘７８９の中心に偏心している。図１３に示す状態では、第３の回転体７８０は、その中心からＹ軸方向の反対にｒ５離れた位置に偏心している。

第４の回転体７９０は、回転軸７９２、錘支持部７９４、ギア７９６および錘７９８を有する。回転軸７９２は、Ｘ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。円盤状の錘支持部７９４は、回転軸７９２の周囲に設けられており、回転軸７９２と一体的に回転可能に構成されている。円盤状のギア７９６は、錘支持部７９４の周囲に設けられており、錘支持部７９４と一体的に回転可能に構成されている。

錘支持部７９４の円周の一部には、錘７９８が設けられている。この錘７９８により、第４の回転体７９０は、その中心（ＹＺ平面上の回転軸７９２の位置）から離れた位置に偏心している。図１３に示す状態では、第４の回転体７９０は、その中心からＹ軸方向にｒ５離れた位置に偏心している。

本実施形態では、錘７８９の質量および錘７９８の質量は、互いにｍ３で等しい。なお、ｍ３は、第１の回転体７６０の錘７６９および第２の回転体７７０の錘７７８より軽くてよい。また、第３の回転体７８０および第４の回転体７９０には、互いに偏心量が等しくなるように、錘７８９および錘７９８が配置されている。したがって、ｍ３×ｒ５＝ｍ３×ｒ５となるように、錘７８９および錘７９８が配置されている。

本実施形態では、モータ７５０が駆動すると、伝達部７５４が回転し、その駆動力は、第１の回転体７６０の被伝達部７６４および第３の回転体７８０の被伝達部７８４に伝達される。このとき、第１の回転体７６０および第２の回転体７７０は、第１実施形態と同様にして、鉛直方向の振動を発生させる。

第３の回転体７８０の被伝達部７８４は、モータ７５０の駆動力を受け、第３の回転体７８０を構成する他の部材とともに、回転軸７８２を中心に、時計回りの方向に回転する。このとき、第４の回転体７９０のギア７９６は、第３の回転体７８０のギア７８８から駆動力を受け、ギア７９６は、第４の回転体７９０を構成する他の部材とともに、回転軸７９２を中心に、第３の回転体７８０とは反対方向（反時計回りの方向）に回転する。このとき、錘７８９および錘７９８は、回転速度の水平成分を互いに打ち消し合うため、第３の回転体７８０および第４の回転体７９０は、鉛直方向の振動を発生させる。

第３の回転体７８０の被伝達部７８４は、モータ７５０の駆動力を受け、回転軸７８２を中心に回転する。このとき、被伝達部７８４の半径が被伝達部７６４の半径よりも小さいため、被伝達部７８４は、被伝達部７６４よりも速く回転する。この結果、第３の回転体７８０および第４の回転体７９０の組（以下、「第２の組」ともいう。）は、第１の回転体７６０および第２の回転体７７０の組（以下、「第１の組」ともいう。）よりも高い周波数の振動を発生させる。

このように、本実施形態に係る震源部７５によれば、互いに半径の異なる被伝達部７６４および被伝達部７８４を介して第１の組および第２の組を回転させることにより、互いに周波数の異なる振動を発生させることができる。これにより、より広い周波数の振動を発生させることが可能となる。この結果、震源探査システムは、ターゲットにより適した振動を発生させることが可能となる。

また、本実施形態のように第２の組が第１の組よりも高い振動数の振動を発生させる場合には、第２の組の錘が第１の組の錘よりも軽いことは、広い周波数の幅で同等の振動エネルギーを発生させるうえで望ましい。

（第８実施形態）
図１４は、第８実施形態に係る震源部８０を模式的に示す図である。図１４では、水平方向（図１４では、Ｘ軸方向）に見た震源部８０が示されている。図１４に示すように、第８実施形態に係る震源部８０は、主として、モータ８００、伝達部８１０、第１の回転体８２０ａ、第２の回転体８２０ｂ、第３の回転体８２０ｃ、第４の回転体８２０ｄおよび軸受８１２，８１４，８１６を有する。

モータ８００は、本体８０２および回転軸８０４を有する。回転軸８０４は、その一部が本体８０２に収容され、Ｚ軸方向に延びており、その長さ方向を中心に回転可能に構成されている。

伝達部８１０は、Ｚ軸方向に延びた円筒形状を有しており、回転軸８０４の本体８０２とは反対側に、回転軸８０４と一体的に回転可能に設けられている。

第１の回転体８２０ａ、第２の回転体８２０ｂ、第３の回転体８２０ｃおよび第４の回転体８２０ｄは、この順でモータ８００に近い方から順に、伝達部８１０の周囲に、伝達部８１０と一体的に回転可能に設けられている。第１の回転体８２０ａ、第２の回転体８２０ｂ、第３の回転体８２０ｃおよび第４の回転体８２０ｄは、全て実質的に同一の構成を有する。

また、軸受８１２は、第１の回転体８２０ａよりもモータ８００側において、伝達部８１０の周囲に、伝達部８１０を回転可能に支持するように設けられている。また、軸受８１４は、第４の回転体８２０ｄよりもモータ８００とは反対側において、伝達部８１０の周囲に、伝達部８１０を回転可能に支持するように設けられている。さらに、軸受８１６は、第２の回転体８２０ｂと第３の回転体８２０ｃとの間において、伝達部８１０の周囲に、伝達部８１０を回転可能に支持する。なお、図１４には、３つの軸受を示しているが、軸受の数は２つ以下であってよいし、４つ以上であってよい。軸受の数が多いほど、たとえば第１～第４の回転体８２０ａ～８２０ｄの回転が安定し、さらに軸受の消耗が少なく長期間の運用に有利になる。

第１の回転体８２０ａは、錘支持部８２２ａおよび錘８２４ａを有し、第２の回転体８２０ｂは、錘支持部８２２ｂおよび錘８２４ｂを有し、第３の回転体８２０ｃは、錘支持部８２２ｃおよび錘８２４ｃを有し、第４の回転体８２０ｄは、錘支持部８２２ｄおよび錘８２４ｄを有する。錘支持部８２２は、円盤状であり、伝達部８１０の周囲に設けられている。また、錘支持部８２２の円周の一部には、錘８２４が設けられている。本実施形態では、Ｚ軸方向に見たとき、錘８２４ａ～８２４ｄは、全て同じ位置に配置されており、錘支持部８２２の回転時においても、その位置関係は変わらない。

モータ８００が駆動されると、回転軸８０４が回転する。回転軸８０４の回転に伴い、伝達部８１０が回転軸８０４を中心に、図１４の矢印で示す方向に回転する。この回転に伴い、第１の回転体８２０ａ、第２の回転体８２０ｂ、第３の回転体８２０ｃおよび第４の回転体８２０ｄは、回転軸８０４を中心に回転する。このとき、錘８２４ａ～８２４ｄは、全て同位相で回転する。このため、錘８２４ａ～８２４ｄの回転により発生する力は互いに強め合う。したがって、本実施形態に係る震源部８０によれば、水平面内で回転する振動を発生させることができる。

第８実施形態に係る震源部８０が発生させる振動は、第６実施形態に係る震源部７０とは異なり、互いに直交する２つの水平成分を有する。このため、第８実施形態に係る震源ユニットは、振動の２つの水平成分を検知できるように、互いに直交するように配置された２つの受振器を有してよい。

上記実施形態によれば、第１実施形態に係る震源部１３０は、鉛直方向の振動を発生させることができ、第６実施形態に係る震源部７０は、水平面上の一方向の振動を発生させることができ、第８実施形態に係る震源部８０は、水平面内で回転する方向の振動を発生させることができる。このため、必要に応じて震源ユニットを地上に取り出し、震源部の構成を変更することによって、発生させる振動の成分の方向を所望の条件に変更できる。

（第９実施形態）
図１５は、第９実施形態に係る震源ユニット９０の斜視図である。本実施形態に係る震源ユニット９０は、地表９８に配置される。第９実施形態に係る震源ユニット９０は、収容部９２（カプラ）、震源装置９４および錘９６を備える。

収容部９２は、円筒形の孔９２０で構成された、開口部９２２を有する内部空間を有し、その内部空間には、震源装置９４が配置されている。収容部９２は、たとえばコンクリートなどで構成されてよい。収容部９２の上面には、収容部９２を地表９８に結合させるための錘９６が配置される。錘９６の重さによって収容部９２が地表９８に押圧されることにより、収容部９２が地表９８に結合される。これにより、震源装置９４が発生させる振動が地面に伝達され易くなる。震源装置の振動が大きい場合には、錘９６を増やしてもよい。

震源装置９４は、上記実施形態において説明した震源部を有してよい。この場合、Ｚ軸に対応する方向は、水平方向になる。このため、図５に示す第１実施形態に示す震源部１３０を用いる場合、水平方向の振動を発生させることができる。また、Ｙ軸方向に対応する方向が鉛直方向となるように、図１２に示す第６実施形態に係る震源部７０を配置すると、鉛直方向の振動を発生させることができる。震源装置９４は、内部空間の開口部９２２から脱着可能に内部空間に配置されているため、必要に応じて収容部９２から震源装置９４を取り外すことができる。これにより、震源部の部材（たとえば、ギア、モータおよび錘など）を変更し、震源装置を再度収容部９２に収容することによって、新たな条件の振動を用いて、地震探査することが可能となる。

（補足）
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１，２，３，４ 地震探査システム、１０，９４ 震源装置、１２，１４，１６，１８，１９，９０ 震源ユニット、２０，２６ 信号取得装置、２０，２２，２４ 受振器、３０，３２，３４，３６ 管理装置、３７ レーザ装置、４２、４４，４６，４８，４９ 穴、６２，１４０ 結合機構、７０，８０ 震源部、９２，１００ 収容部、１２０ 支持体、１３０ 震源部、１６０ モータ、１７０ 第１の回転体、１８０ 第２の回転体、２６０ 光ファイバ、３７０ 光源、３７２ 取得部

Claims (12)

1. 地下に配置された震源装置が振動を発生させる振動発生工程と、
   前記震源装置が発生させた振動に基づく振動信号を信号取得装置が取得する取得工程と、を含み、
   前記震源装置は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、前記回転体を回転させることにより前記振動を発生させる駆動部と、を備える、
   地震探査方法。
2. 前記震源装置は、地中に形成された穴に配置されている、
   請求項１に記載の地震探査方法。
3. 前記震源装置は、地下水面よりも深い位置に配置されている、
   請求項２に記載の地震探査方法。
4. 前記穴には、複数の前記震源装置が配置されており、
   前記複数の震源装置は、前記穴が延びる方向に配列されている、
   請求項２に記載の地震探査方法。
5. 前記震源装置は、前記回転体および前記駆動部を収容する収容部と、前記収容部を前記穴の内表面と結合させる結合機構とをさらに備える、
   請求項２に記載の地震探査方法。
6. 前記信号取得装置は、前記振動信号を取得する受振器を有し、
   前記受振器は、前記震源装置が配置されている穴を第１の穴とするとき、地中に形成された前記第１の穴とは異なる第２の穴に配置されている、
   請求項２に記載の地震探査方法。
7. 前記信号取得装置は、前記穴において前記穴が延びる方向に沿って配置された光ファイバと、前記光ファイバにレーザ光を伝搬させる光源と、前記伝搬されたレーザ光に基づき前記振動信号を取得する取得部と、を備える、
   請求項２に記載の地震探査方法。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の地震探査方法を含む、
   地下のモニタリング方法。
9. 地下に配置された、振動を発生させる震源装置と、
   前記震源装置が発生させた振動に基づく振動信号を取得する信号取得装置と、を備え、
   前記震源装置は、回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、前記回転体を回転させることにより前記振動を発生させる駆動部と、を有する、
   地震探査システム。
10. 回転軸を中心に回転する偏心した回転体と、前記回転体を回転させることにより振動を発生させる駆動部とを有する震源部と、
    前記震源部を内部空間に収容する収容部と、を備え、
    前記収容部は、前記内部空間の開口部を通じて前記震源部を脱着できるように、前記震源部を収容する、
    震源装置。
11. 前記震源装置は、地中に形成された穴に配置されるものであり、前記穴の内表面と前記収容部とを結合させる結合機構をさらに備える、
    請求項１０に記載の震源装置。
12. 前記震源部を収容する収容部をさらに備え、
    前記収容部は、耐圧容器を含む、
    請求項１０に記載の震源装置。

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