JP6788353B2

JP6788353B2 - 地震探査法、地震探査装置、及びハイドロフォン組立体

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Publication number: JP6788353B2
Application number: JP2016022912A
Authority: JP
Inventors: 岳彦佐藤
Original assignee: Japan Petroleum Exploration Co Ltd
Current assignee: Japan Petroleum Exploration Co Ltd
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: JP2017142128A; WO2017138456A1

Description

本発明は、地下構造を明らかにするための地震探査法、地震探査法に用いる地震探査装置、及び地震探査法に用いるハイドロフォン組立体に関する。

石油、天然ガスなどの探鉱において、地下構造を明らかにするためには、通常、ジオフォン（可動線輪型電磁式地震計）又はＭＥＭＳセンサーによるデジタルフォンを用いる反射地震探査法が行われていた。
ジオフォンを用いる反射地震探査法は、地上に受振器であるジオフォンを複数設置して行う。詳しくは、起振車等のバイブレータ又は地下に埋設した爆薬を用いた爆破を震源として地上又は地下を振動（発振）させ、震源からの振動を地下に伝播させ、地下の反射面から反射又は屈折して地表に戻った反射波又は屈折波をジオフォンで感知し記録する。
上記従来のジオフォンを用いる反射地震探査法では、ジオフォンを地表に設置するため、ジオフォンが反射波を感知する際に、車両の振動や風等の環境ノイズの影響を受け、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低くなるという問題がある。特に、震源エネルギーの小さいバイブレータを用いた地震探査では、記録における信号対雑音比が低くなる傾向がある。バイブレータは地表で発振するため、震源起源の地表の表面波やコヒーレントノイズが発生し易い。従って、表面波やコヒーレントノイズは震源起源のノイズとしてジオフォンの記録に混入し、反射波の記録における信号対雑音比を低下させる。
爆薬による爆破を震源として用いる地震探査では、震源のエネルギーが高く、地下からの発振であるため、震源起源の表面波やコヒーレントノイズが小さく、バイブレータを用いた地震探査より信号対雑音比が高い傾向がある。
しかしながら、爆薬による爆破を震源として用いる地震探査は、環境問題を招きやすいため、その利用は縮小傾向にある。

表面波からのノイズの抑制のために、測線に沿って直線状にジオフォンを多数設置して、測線方向のノイズを抑制する方法がある。しかし、震源起源のノイズは測線方向以外の方向からも散乱して伝播してくるため、上記の直線状にジオフォンを多数設置する方法は、測線方向以外の方向からのノイズに対しての抑制効果が低い。測線と直交する方向にジオフォンを多数設置し、更にノイズを除去することも理論的には考えられるが、広大な用地を必要とするために実施は困難である。

地震探査法としては他に、ハイドロフォン（圧電素子）を坑井内に埋設し、これを受振器として用いて反射波を感知する方法が検討されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

米国特許出願公開第２０１４／０２５４３１８号明細書米国特許出願公開第２０１４／０２６９１８４号明細書

特許文献１には、地面を掘削して得た坑井にハイドロフォンシステムを収納した後、坑井をセメント、漆喰、グラウト材又は粘土等で埋めて、前記ハイドロフォンシステムを受振器として用いる地震探査法が開示されている。しかし、一般的に坑井の内壁は崩れやすく、凹凸面を形成しているため、固体充填材を充填する際、坑井内に空隙等が形成されやすく、全長に渡って固体充填材を均一に充填することが難しい。特に、地震探査においては数百の測定点を必要とするが、特許文献１の方法では、全ての坑井内の密度を坑井周囲の地盤の密度と同程度にすることが難しく、測定精度を向上させることが困難であった。
特許文献２には、水、生分解性油、鉱物油等の流体で満たされている可撓性の密閉袋内にハイドロフォンを格納した後、前記密閉袋を坑井に降ろし、前記密閉袋内の流体を加圧して坑井内壁に密閉袋を密着させて地震探査を行う方法が開示されている。この地震探査法では、ハイドロフォンを格納している密閉袋を坑井内壁に密着させることにより、地震探査の測定精度を上げている。
しかし、坑井周囲の地盤と坑井内流体および密閉袋内の流体とでは音響インピーダンスが異なるため、地表からの表面波及び音波等のコヒーレントノイズを密閉袋が拾ってしまい、信号対雑音比を向上させることが困難であった。
本発明は、震源起源の表面波及び音波等のコヒーレントノイズを抑制し、信号対雑音比が高いデータを均一に得ることが可能な地震探査法を得ることを目的としている。

本発明は以下のいずれかの態様を有することを特徴とする。
［１］本発明の地震探査法は、地面に坑井を掘削する工程と、前記坑井に管状のケーシングを配置する工程と、前記ケーシングの外周面と前記坑井の内壁との間の空隙に砂礫又は砂からなる粒状の充填材を充填する工程と、前記ケーシング内にハイドロフォン組立体を設置する工程と、前記ケーシング内に砂礫又は砂からなる粒状の充填材を充填する工程と、前記ハイドロフォン組立体を受振器として地震探査を行う工程とを有することを特徴とする。
［２］本発明の地震探査法は、前記ハイドロフォン組立体が、本体部と前記本体部の一端に取り付けられた先端部とハイドロフォンとを有し、前記先端部に前記ハイドロフォンが内蔵されており、前記ハイドロフォン組立体の軸方向の全長が前記ケーシングの内径より大きいことを特徴とする［１］に記載の地震探査法である。
［３］本発明の地震探査法は、前記ハイドロフォン組立体の前記本体部の上端に吊上用治具が固定されており、前記地震探査を行う工程の後に、前記吊上用治具を吊上げることにより前記ハイドロフォンを回収することを特徴とする［２］に記載の地震探査法である。
［４］本発明の地震探査法は、前記ケーシング内の前記充填材に水を注入してスラリー状にして、前記ケーシングの内部から前記充填材を排出する工程と、前記充填材を排出した後に前記ハイドロフォン組立体を回収する工程とを有することを特徴とする［１］〜［３］の何れか一項に記載の地震探査法である。
［５］本発明の地震探査法は、前記ケーシングが生分解性プラスチックで形成されていることを特徴とする［１］〜［４］の何れか一項に記載の地震探査法である。

本発明によれば、地面に掘削した坑井内に管状のケーシングを配置し、このケーシング内にハイドロフォン組立体を設置した上、粒状の充填材をケーシング内に充填して地震探査を行うことにより、震源起源の表面波及び音波等のコヒーレントノイズを抑制し、信号対雑音比が高いデータを得ることが可能となる。

本発明の地震探査法の一実施形態において、坑井にケーシングを固定した工程を示す縦断面図である。本発明の地震探査法の一実施形態において、坑井に固定されたケーシングの中に、ハイドロフォン組立体を設置した工程を示す縦断面図である。本発明の地震探査法の一実施形態において、ケーシング内からハイドロフォン組立体を回収する工程を示す縦断面図である。本発明の地震探査法の一実施形態で用いるハイドロフォン組立体の正面図である。実施例１で得た共通受振点記録、即ち、本発明の地震探査法の一実施形態で得た振動の記録（グラフ（５０３））と従来のジオフォンを用いた地震探査法で得た振動の記録（グラフ（５０４））との比較を示す。共通受振点記録、即ち、比較例１の方法で得た振動の記録（グラフ（５０５））と、実施例１の本発明の地震探査法の一実施形態で得た振動の記録（グラフ（５０３）との比較を示す。実施例２で得た共通発振点記録、即ち、バイブレータを震源としてジオフォンで受振した振動の記録（グラフ（６０１））とダイナマイトによる爆発を震源としてジオフォンで受振した振動の記録（グラフ（６０２））との比較を示す。実施例３で得た共通受振点記録、即ち、本発明の地震探査法の一実施形態で得た振動の記録と従来のジオフォンを用いた地震探査法で得た振動の記録とを電圧に変換して比較したグラフ（グラフ（７０１）及び（７０２））を示す。実施例４で得た共通受振点記録、即ち、本発明の地震探査法の一実施形態で得た振動の記録（グラフ（８０１））と従来のジオフォンを用いた地震探査法で得た振動の記録（グラフ（８０２））との比較を示す。

以下、図面を参照して本発明の地震探査法の実施形態について説明する。
なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本実施形態の地震探査法は、地面に坑井を掘削する工程と、前記坑井に管状のケーシングを配置する工程と、前記ケーシングの外周面と前記坑井の内壁との間の空隙に粒状の充填材を充填する工程と、前記ケーシング内にハイドロフォン組立体を設置する工程と、前記ケーシング内に粒状の充填材を充填する工程と、前記ハイドロフォン組立体を受振器として地震探査を行う工程とを有する。

本実施形態の地震探査法では、先ず地面に坑井１０３を掘削する。地面に坑井１０３を掘削する際には、ロータリー式の掘削方法、又はスピンドル式の掘削方法等が選択され、例えば深さ２０ｍ以上５０ｍ以下、内径７６ｍｍ以上１４６ｍｍ以下の坑井（縦孔）１０３を掘削する。
掘削した坑井１０３の内壁は通常脆く、図１で示されるようにその表面に岩石や崩れた地層による凹凸面が形成される。本実施形態ではケーシング１０１を坑井１０３内に設置し、固定したのちに、ケーシング１０１内ハイドロフォン組立体２０１を設置して、粒状の充填材２０３を充填する。従来は、ケーシングを用いずに、内壁に前記凹凸面が形成された坑井内に直接ハイドロフォンを設置し充填材を充填していたため、坑井内に空隙が形成され、地震探査の測定精度を向上させることが困難であった。
またこの形態ではいったんハイドロフォン組立体を設置し充填剤を充填すると、調査終了後ハイドロフォン組立体を回収することは困難であった。

本実施形態の地震探査法では、地面に坑井１０３を掘削したのち、坑井１０３に管状のケーシング１０１を配置する。
ケーシング１０１としては、例えば、坑井１０３の内径の８８％以上９１％以下の内径と、１ｍ以上２ｍ以下の高さ、３ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有する管状のケーシング部材を組み立てて得られるケーシング１０１を用いることが好ましい。
前記ケーシング部材の上端と下端には他のケーシング部材と連結可能な嵌合部が形成されており、複数のケーシング部材を嵌合部で連結させながら坑井１０３内に降下させてケーシング１０１を形成し、坑井１０３の内底部にケーシング１０１の下端が接するようにケーシング１０１を配置する。このとき、本実施形態では、ケーシング１０１の内壁が滑らかな平面状になるように設計されたケーシング部材を用いてケーシング１０１を坑井１０３内に設置することが好ましい。ケーシング部材の両端の嵌合部には、例えば他のケーシング部材と互いに嵌合可能なおねじ部とめねじ部とを形成して用いることができる。
本実施形態では、ケーシング１０１を設けることにより、充填剤２０３がケーシング１０１の滑らかな内壁を伝わって滞りなく落下し、充填剤２０３の均一な密度での充填を容易としている。
ケーシング１０１は、生分解性プラスチックで形成されていることが好ましい。ケーシング１０１が生分解性プラスチックで形成されていれば、地震探査終了後にケーシングを放置しても、環境への影響を最小限とすることが可能となる。

次に、ケーシング１０１の外周面と坑井１０３の内壁との間の空隙（アニュラス）に粒状の充填材１０２を充填する。
充填材１０２としては、比重が水より重い砂礫及び掘り屑等を用いることが好ましい。砂礫及び掘り屑の粒径は限定されないが、平均粒径で０．２５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度が好適である。本実施形態では、ケーシング１０１の外周面と坑井１０３の内壁との間の空隙に粒状の充填材１０２を充填することで、ケーシング１０１が振動しないように坑井１０３内にケーシング１０１を固定する。
ケーシング１０１を坑井１０３内に充填材１０２で固定している段階では、図１で示されるようにケーシング１０１内が地下水１０４で満たされていることがある。
この地下水１０４で満たされているケーシング１０１内にハイドロフォン組立体２０１を設置し、地震探査を行うことも検討したが、地下水１０４と地盤１０５の音響インピーダンスが異なるため、地表付近を伝わるコヒーレントノイズがケーシング１０１の表面に伝播し、ノイズが検出されることが見出された。

そこで本実施形態では、図３で示すように、ケーシング１０１内にハイドロフォン組立体２０１を設置した後に、粒状の充填材２０３をケーシング１０１内に充填し、ハイドロフォン組立体２０１を埋設する。粒状の充填材２０３をケーシング１０１内に充填することでケーシング１０１内の地下水はケーシング１０１外に押し出され、排出される。

ケーシング１０１内にハイドロフォン組立体２０１を設置するには、地震計記録装置２０２に電気ケーブル２０４を介して接続したハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１内で手動で降下させ、ケーシング１０１の下端部（坑井１０３の底部）にハイドロフォン組立体２０１の先端（先端部３０３）が接するように配置する。電気ケーブル２０４はハイドロフォン３０２に電気を供給する回路とハイドロフォン３０２の出力データを地震計記録装置２０２に送信する回路とを有している。

本実施形態のハイドロフォン組立体２０１は、図４に示すように、円筒形の本体部３０４と、この本体部３０４の一端に取り付けられた有底円筒状の先端部３０３と、ハイドロフォン３０２とを有し、前記先端部３０３に前記ハイドロフォン３０２が内蔵されている。先端部３０３の先端は半球状に形成されているとよい。
ハイドロフォン組立体２０１の軸方向の全長はケーシング１０１の内径より大きいことが好ましい。具体的には、ハイドロフォン組立体２０１の軸方向の全長（本体部３０４と先端部３０３との合計長さ）がケーシング１０１の内径の１０倍以上２００倍以下であることが好ましい。
ハイドロフォン組立体２０１の軸方向の全長が１０倍未満であると、ハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１内に降下させる際に、ハイドロフォン組立体２０１がケーシング１０１内で横又は斜めに傾いて、ハイドロフォン組立体２０１を下降させる作業が阻害される。一方、ハイドロフォン組立体２０１の軸方向の全長が４ｍを超えるとハンドリングが劣る。
ハイドロフォン組立体２０１の本体部３０４は、硬質塩化ビニル、樹脂製プラスチック等の防水素材で形成されている円筒状ケースであることが好ましい。円筒状ケースは、円筒形状を有しており、内部に地震計記録装置２０２とハイドロフォン３０２とを接続する電気ケーブル２０４を収納可能である。本体部３０４は、前記ロッド状ケースを複数接続して得てもよい。また、本体部３０４の一端には金属（ステンレス等）で形成されている先端部３０３が嵌合しており、先端部３０３にハイドロフォン３０２が内蔵されている。本体部３０４と先端部３０３の外径は同じであり、これらを同軸上に配置し、ハイドロフォン組立体２０１の接合部の表面が平坦になるようにこれらを嵌合させて、ハイドロフォン組立体２０１を形成している。先端部３０３を金属製とするのは、ハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１内に降下させる際に、先端部３０３を重しとして使用することができるからである。
ハイドロフォン組立体２０１の軸方向に直交する外径、即ち本体部３０４及び先端部３０３の外径は、例えば３５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。本体部３０４及び先端部３０３の外径が３５ｍｍ以上であれば、ハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１内に設置する際に、ハイドロフォン組立体２０１が曲がることを防ぐことが可能であり、埋設後数週間程度の連続使用に耐えうる。
先端部３０３を構成する金属と地震探査を行う地盤１０５とでは音響インピーダンスが異なるが、ハイドロフォンが測定する反射波の波長が大きいため、先端部３０３を構成する金属は測定精度に影響を及ぼしにくい。特に、本体部３０４及び先端部３０３の外径が５０ｍｍ以下であれば、地震探査の測定精度に影響を与えない。
同じく、地震探査の測定精度に影響を与えないために、先端部３０３の軸方向の全長はハイドロフォンを収納可能な長さであって、且つ２００ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施形態のハイドロフォン組立体２０１が備えているハイドロフォン３０２として、圧電素子が使用可能である。圧電素子はジオフォンが感知する地表の表面波及びＳ波に対して感度が低い。従って、圧電素子を地震探査に用いると、雑音成分である表面波及びＳ波より、地震探査で使用するＰ波を優先的に取得することができる。
また、圧電素子を用いたハイドロフォン３０２は受振感度が周波数に依存するが、ケーシング１０１の下端部（坑井１０３の底部）にハイドロフォン組立体２０１を設置した場合に、坑井１０３の真下方向の指向性（感度）が高く、坑井１０３の軸方向に対して垂直な水平方向の指向性が「０」になることが確認された。圧電素子そのものには指向特性はないが、圧電素子（ハイドロフォン３０２）を地中に埋設した際に、坑井１０３の真下方向の指向性が高く、坑井１０３の軸方向に対して垂直な水平方向の指向性が「０」になる。地表自由表面において、下方の震源から伝播する地震波の圧力波成分の位相が反転し反射する。この反射波は、下方からの伝播する後続の地震波の波動と干渉する。その結果、圧電素子の埋設深度より１／４波長が大きい地震波については、地中に埋設した圧電素子の指向性は、坑井１０３の真下方向の指向性が最大となる。これは１／４波長ホイップアンテナと同じ原理である。
即ち、本実施形態の地震探査法では、従来の測線に沿って直線状にジオフォンを群設置して、測線方向に伝播するノイズだけを抑制する方法と異なり、測線方向だけでなく、水平方向に伝播する全てのノイズを軽減することができる。
従って、ハイドロフォン３０２をケーシング１０１の下端部に埋設して用いると、震源で発生し水平方向に伝播する屈折波、表面波、音波等の直接波のノイズ、屈折波、表面波、音波等が不均一な地形などによって散乱して生じる散乱波のノイズを軽減することが可能となる。
更に、ハイドロフォン３０２をケーシング１０１の下端部に埋設して地震探査に用いるため、地上で使用するジオフォンと比べて、地上の車両や人間の活動による雑音、気象による雑音等を軽減可能である。

本実施形態では、前述のとおりケーシング１０１内に先端部３０を下にしてハイドロフォン組立体２０１を設置した後に、粒状の充填材２０３をケーシング１０１内に充填し、ハイドロフォン組立体２０１を埋設する。
ケーシング１０１内に充填する充填材２０３としては、比重が水より重い砂等を用いることが好ましい。砂の粒径は限定されないが、平均粒径で０．１２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下程度が好適である。あまり粒径（粒度）が大きいとスラリーとしてケーシング１０１内から排出することが困難になる。砂の粒径（粒度）が小さすぎると、充填材２０３をケーシング１０１に充填する際の砂の沈殿に時間がかかる。
本実施形態では、ケーシング１０１の内壁が平坦であり、且つハイドロフォン組立体２０１が凹凸のない平坦な面を有しているため、ケーシング１０１内に充填材２０３を充填する際に、ケーシング１０１内の充填材の密度を均一にして、地震探査を行う地盤１０５の密度と同等の密度を得ることができる。
従って、本実施形態では、地震探査を行う地盤１０５とケーシング１０１内との音響カップリングを向上させ、ケーシング１０１を伝播してくるノイズを遮断することができる。

ハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１の下端部に埋設した後、ハイドロフォン組立体２０１を受振器として地震探査を行う。
地震探査では、発振源として起振車等のバイブレータ又は地下に埋設した爆薬（ダイナマイト等）による爆破を用いる。本実施形態の地震探査法では、受振器であるハイドロフォン組立体２０１を坑井１０３内に配置したケーシング１０１内に設置し、ケーシング１０１内を砂などの充填材２０３を用いて埋没させているため、震源として震源エネルギーが小さいバイブレータを用いても、信号対雑音比を、ジオフォンを地上設置した場合のダイナマイト爆破による地震探査と同等又はそれ以上とすることができる。即ち、本実施形態の地震探査法でバイブレータを震源として用いた場合、信号対雑音比は、ジオフォンを地上設置した場合のバイブレータ震源による地震探査と比べて２０ｄＢ向上している。
一方、本実施形態の地震探査法で地下に埋設した爆薬の爆破を震源として用いた場合、信号対雑音比は、ジオフォンを地上設置した場合のバイブレータ震源による地震探査と比べて４０ｄＢ向上している。このとき、ダイナマイトなどの爆薬は、ハイドロフォンを埋設するのと同じ深さに埋設されるとよい。
すなわち、本実施形態の地震探査法では、震源にダイナマイト等の爆薬の爆発を用いると、震源がバイブレータである場合の約２乗以上の信号対雑音比を得ることができる。
また、本発明の地震探査法では、ハイドロフォン組立体２０１を埋設するケーシング１０１内部の密度を高く、均一にすることが容易であるため、測定条件が同じである受振器を複数用意し易く、数百個受振器が必要となる地震探査においても、地震探査の測定精度を向上させることが可能となる。

本実施形態の地震探査法は、図３に示すように、更にケーシング１０１内の充填材２０３に水を注入してスラリー状にして、ケーシング１０１の内部から充填材２０３を排出する工程と、充填材２０３を排出した後にハイドロフォン組立体２０１を回収する工程とを有することができる。

ケーシング１０１の内部から充填材２０３を排出する工程では、ケーシング１０１内にポンプ等を用いて水を圧入して、充填材２０３をスラリー化する。ケーシング１０１内にポンプ等を用いて水を圧入する際にはケーシング１０１の内径よりも細いホース等を用いて、ホースをケーシング１０１内に侵入させながら堆積している充填材２０３の上面に直接水２１０を圧入する方法、ケーシング１０１の上端開口部から水２１０を圧入する方法等が用いられる。水２１０は時間あたり一定の流量で連続してケーシング１０１内に圧入しても、時間あたりの流量を変化させて断続的にケーシング１０１内に圧入してもよい。
本実施形態では、坑井１０３内に、凹凸のない平坦な内壁を有するケーシング１０１が配置されているため、ケーシング１０１内に水２１０を勢いよく圧入した際に、滑らかな内壁面を伝わってスラリー２１１が上向きに流れ出し易い。また、ケーシング１０１内に圧入された水２１０が坑井１０３の内壁を削ることも、坑井１０３の内壁に吸収されることもないため、充填材がスラリー化し易い。
従って、水２１０の圧入を継続して行うと、スラリー化された充填材２０３（砂）がスラリー２１１としてケーシング１０１内から掻き出すようにして排出される。

地面を掘削して得た坑井に直接ハイドロフォンを埋設して、地震探査をする方法では、前述したような、充填材に水を注入してスラリー状にして充填材を坑井から排出する工程と、充填材を排出した後にハイドロフォンを回収する工程とを行うことが出来ない。
地面を掘削して得た坑井は内壁が脆く、内壁が崩壊する等して形成された複雑な凹凸表面を有している。このような坑井に水を圧入しても、坑井の凹凸面で水流が乱れ、充填材をスラリー化して排出することは困難であった。また、地盤が脆く、坑井の脆い内壁が水流等で崩壊して坑井内を土砂で埋積する。従って、坑井内に埋没したハイドロフォンを回収するのは困難であった。
即ち、ハイドロフォン組立体２０１の回収は、ケーシング１０１の設置によって可能になる。

本実施形態では、スラリー化した充填材２０３をある程度ケーシング１０１内から排出したのちに、ハイドロフォン組立体２０１を回収する。
ある程度の充填材２０３が取り出された後は、ケーシング１０１内は水分量の多いスラリー又は泥水のような状態になるので、ハイドロフォン組立体２０１が引き抜きやすくなる。
また、ハイドロフォン組立体２０１が凹凸のない平坦な面を有しているため、充填材２０３が全てケーシング１０１内から排出されなくても、ハイドロフォン組立体２０１をケーシング１０１内から回収することが可能である。
回収方法としては、ハイドロフォン組立体２０１の上端に予め取付けられているワイヤーなどを用いてハイドロフォン組立体２０１を吊上げる方法、図４に開示されているようにハイドロフォン組立体２０１の上端に予め取付けられている吊上用治具３０５をチェーンブロックのフック等を引掛けて吊上げる方法等がある。
ハイドロフォン組立体２０１を回収後は、ケーシング１０１を砂礫で充填して廃坑する。本実施形態では、生分解性プラスチックで形成されているケーシング１０１を用いるため、このように廃坑しても、ケーシング１０１が分解し、環境への負荷を最小限とすることができる。

本実施形態の地震探査装置は、坑井内１０３に配置された管状のケーシング１０１と、前記ケーシング１０１内に設置されたハイドロフォン組立体２０１とを有し、前記ハイドロフォン組立体２０１が、本体部３０４と、前記本体部３０４の一端に取り付けられた先端部３０３と、前記先端部３０３に内蔵され、地震探査の受振器として使用されるハイドロフォン３０２とを有し、前記ハイドロフォン組立体２０１は、その軸方向の全長が前記ケーシングの内径より大きく、前記先端部３０３を下にして前記ケーシング内に設置される。
本実施形態の地震探査装置に用いるケーシング１０１及びハイドロフォン組立体２０１は、上記本実施形態の地震探査法で説明したものと同じものである。

以下、本発明の実施例を挙げて、本発明の方法によれば様々な雑音が抑制され信号対雑音比の高いデータが得られることを示す。

（実施例１）
深さ２１．７ｍ、直径８０ｍｍの坑井を、回転式ボーリング装置を用いて掘削したのち、内径６７ｍｍ、高さ３ｍ、厚み１０ｍｍのケーシング部材を複数嵌合させて、坑井の内底部に下端部が接するケーシングを坑井内に設置した。次に、ケーシングの外周面と坑井の内壁間のアニュラスに平均粒径０．５ｍｍの掘り屑を充填してケーシングを固定し、ハイドロフォン組立体を坑井の底（ケーシング下端）に設置した後、ケーシング内に平均粒径０．２５ｍｍの細粒砂を充填してハイドロフォンを埋設した。ハイドロフォンとしては、Sercel社製Ｐ−４４Ａを使用した。
起振車をバイブレータとして用い、坑井の孔口（受振器設置点５１０）をゼロとし、バイブレータを坑井からの距離＋８５００ｍから−９６１ｍまで直線状に発振させ、受振器であるハイドロフォンを用いて受振点記録を得た(距離＋８５００ｍは図５のグラフにおける５０１の位置であり、距離−９６１ｍは図５のグラフにおける５０２の位置である)。
ハイドロフォンで取得された受振点記録を、図５のグラフ５０３に示した。
ハイドロフォンを埋設した坑井の孔口（地表）にジオフォンＩ／Ｏ社製ＳＭ−２４を設置し、ハイドロフォンで受振点記録を得るのと同時に、ジオフォンで受振点記録を得た。ジオフォンで取得された受振点記録を、図５のグラフ５０４に示した。
図５のグラフ５０３とグラフ５０４とを比較すると、ゼロ点である受振器設置点５１０から＋８５００ｍの地点５０１において、反射波５１１、５１３を示す双曲線の波が受振器設置点５１０からから遠い位置でも明確に示されているのはグラフ５０３であった。グラフ５０４では反射波５１３において雑音（車両や風による振動等）が多く、信号が読み取れなかった。即ち、グラフ５０３とグラフ５０４とを比較すると、グラフ５０３の方が信号対雑音比が優れていた。
また、グラフ５０４においては音波５１２の記録が受振記録に混入しており、音波５１２の下の反射波５１１を視認することが困難であった。一方、グラフ５０３では音波は抑制され、反射波５１１のみが受振されていることが示されていた。
以上より、本発明の方法では、従来のジオフォンを用いる方法と比べて、表面波や音波などのコヒーレントノイズを抑制し、信号対雑音比が高いデータが得られることが示された。

（比較例１）
比較例１として、実施例１で掘削した坑井内に細粒砂を充填しない試験を行った。
詳しくは、先ず実施例１と同じ方法で掘削した坑井に、実施例１と同様のケーシングを固定し、ハイドロフォンを坑井の底（ケーシング下端）に設置した。実施例１では、この後ケーシング内に細粒砂を充填しているが、細粒砂を充填する前のケーシング内は地下水等の水で満たされていた。即ち、比較例１では水で満たされているケーシング下端にハイドロフォンを設置して、実施例１と同じ方法で受振点記録を得た。比較例１のハイドロフォンで取得された受振点記録を、図６のグラフ５０５に示した。
図６では、比較例１で得られた受振点記録（グラフ５０５）と、実施例１の本発明の地震探査法の一実施形態で得た振動の記録（グラフ５０３）とを比較した。
グラフ５０５とグラフ５０３とを比較すると、グラフ５０５は５０３に比べ、信号対雑音比が若干低い様子が観察された。特に、比較例１の試験では、空中を伝わる音波の抑制効果や表面波抑制効果が低いため、信号対雑音比が低い様子が観察された。従って、グラフ５０５では音波５１４が検出され、音波５１４の下の双曲線の反射波５１１を視認することが困難であった。これは、地表付近を伝播する表面波や音波が、ケーシングの表面と坑内を満たす水との自由境界を伝わる管内波として伝播し、地表坑口から坑井の底（ケーシング下端）のハイドロフォンまで届いて雑音となってしまった結果である。
このような雑音である管内波を防ぐためには、実施例１のハイドロフォンを用いた試験（グラフ５０３）で示すように、ケーシング内はケーシング外と同じ密度、速度を持つ物質で満たされる必要がある。
比較例１の試験は、特許文献２の、流体で満たされている可撓性の密閉袋にハイドロフォンを格納し、この密閉袋を坑井内壁に密着させて振動を記録する試験に準ずる。

（実施例２）
波動方程式の相反定理を考えれば、震源と受振点を入れ替えても同様な記録が得られるはずである。
そこで、実施例１と同様の坑井（深さ２１．７ｍ、直径８０ｍｍ）を設け、以下の試験を行った。
図７のグラフ６０１に坑井の孔口（受振器設置点６１０）でバイブレータによる発振を行い、図５と６でバイブレータ発振した地点にジオフォン受振器を配列設置し、それらで受振した場合の受振記録を示した。図７のグラフ６０２にグラフ６０１と同様に地表に配列設置したジオフォンで、坑井内に埋設したダイナマイトの爆発による発振を受振した記録を示した。
グラフ６０１とグラフ６０２で得られた共通発振点記録を比較する。
図７のグラフ６０１の記録は、相反定理により図５のグラフ５０４に相当し、これらは同じ結果であることが予測される。実際、グラフ６０１の記録とグラフ５０４の記録とでは震源起源のコヒーレントノイズが同程度であり、同形の音波５１２と音波６１２が記録されていることから、信号対雑音比が同じであることが示された。
同様に、相反定理により、坑井内に埋設したダイナマイトの爆発による発振を地表に設置したジオフォン配列で受振した記録（グラフ６０２）は、バイブレータによる発振を坑井内に埋設したハイドロフォンで受振した記録（グラフ５０３）と同じ結果であることが予測される。グラフ６０２とグラフ５０３とを比較すると、相反定理の理論通り、何れにおいても音波は観測されず、表面波の下の反射波を視認可能なことが確認された。
一方、グラフ６０２における受振器設置点６１０から遠い位置の反射波６１３と、グラフ５０３における受振器設置点５１０から遠い位置の反射波５１３とを比較すると、反射波５１３は信号対雑音比が高く視認可能であるのに対し、反射波６１３はノイズの影響を受け視認することが出来ない。反射波６１３で示されているのは、車両等の環境ノイズである。したがって、バイブレータ発振埋設ハイドロフォン記録の方が、ダイナマイト発振ジオフォン受振記録に比べ環境ノイズの影響を受けにくいことがわかる。

即ち、グラフ６０２とグラフ５０３との比較によれば、坑井に設置したケーシング内に埋設したハイドロフォンを受振器として用いる地震探査法で得られる記録は、震源として震源エネルギーの弱いバイブレータを用いても、地表に設置したジオフォンによるダイナマイト発振記録と同等かそれ以上の信号対雑音比を得られることが示された。

（実施例３）
深さ５１．０ｍ、直径８０ｍｍの坑井を掘削したのち、実施例１と同様の方法で、ハイドロフォンをケーシング下端に埋設した。
次に、実施例１と同様に、起振車をバイブレータとして用い、坑井の孔口（受振器設置点）をゼロとし、バイブレータを受振器設置点（ゼロ）から＋１２ｋｍまで直線状に発振させ、受振器であるハイドロフォンを用いて受振点記録を得た。
ハイドロフォンで得られた受振点記録を電圧で変換した記録を図８のグラフ７０１に示す。
ハイドロフォンを埋設した坑井の孔口（地表）に、実施例１と同様にジオフォンを設置し、ハイドロフォンで受振点記録を得るのと同時に、ジオフォンで受振点記録を得た。ジオフォンで取得された受振点記録を、電圧で変換した記録を図８のグラフ７０２に示した。
グラフ７０１及びグラフ７０２では、反射波の振幅値が直接表示された。グラフ７０１の領域７０３と、グラフ７０２の領域７０４では表面波を示した。グラフ７０１とグラフ７０２とを比較すると、グラフ７０１の領域７０３では表面波が殆ど検出されず、表面波抑制効果と、信号対雑音比がグラフ７０２より高いことが示された。
以上より、本発明の方法では、従来のジオフォンを用いる方法と比べて、表面波やコヒーレントノイズを抑制し、信号対雑音比が高いデータが得られることが示された。
表面波の抑制効果は埋設深度が増えるにつれ大きくなるが、実施例３で示す本発明の試験例では、深度５１ｍで約−２０ｄＢの表面波抑制効果が確認された。

（実施例４）
三次元地震探鉱調査を行った。
実施例１と同様の方法で２１．４ｍ、直径８０ｍｍの坑井を掘削したのち、実施例１と同様の方法で、ハイドロフォン組立体（ハイドロフォンはHTI-96-MIN、High Tech Inc.社製）をケーシング下端に埋設した。
次に、起振車をバイブレータとして用い、実施例１と同様の方法で、坑井の孔口（受振器設置点）をゼロとし、バイブレータを、坑井を中心とした三次元地震探査発振測線上で発振させ、受振器であるハイドロフォンを用いて受振点記録を得た。
得られた共通受振点記録を、仮想的に同じ点で発振・受振を行ったデータとして変換し、受振点記録のグラフを図９のグラフ８０１に示した。
ハイドロフォン組立体を埋設した坑井の孔口（地表）に、実施例１と同様にジオフォンを設置し、ハイドロフォンで受振点記録を得るのと同時に、ジオフォンで受振点記録を得た。
得られた共通受振点記録を、グラフ８０１と同様の方法で補正したグラフを図９のグラフ８０２に示した。
グラフ８０１とグラフ８０２とを比較すると、埋設深度が浅い実施例４においても、ハイドロフォンを埋設した本発明の方法で得た受振点記録（グラフ８０１）では、反射波を示す双曲線の波が何れの地点においても明確に視認可能であり、信号対雑音比が高いことが示された。一方、地表に設置したジオフォンで得た受振点記録（グラフ８０２）では、反射波を示す双曲線の波が視認不可能な地点があり、信号対雑音比が低いことが示された。更に、グラフ８０１の領域８０３とグラフ８０２の領域８０４とは、表面波の記録を示すものであるが、グラフ８０２の領域８０４のほうが表面波が鮮明に記録されていることが示されていた。即ち、ハイドロフォンを埋設した本発明の方法で得た受振点記録（グラフ８０１）では、表面波の抑制効果が高いことが示された。また車両あるいは風などの環境ノイズも小さいことも確認できた。

本発明の地震探査法によれば、ダイナマイト等の爆薬を用いずに、震源起源の表面波やコヒーレントノイズを抑制し、信号対雑音比が高いデータを均一に得ることが可能であり、これを石油、天然ガスの探鉱において、地下構造を明らかにする方法に用いることができる。更に、本発明の地震探査法では、受振器として用いるハイドロフォンの回収を容易且つ確実に行うことが可能であるため、環境への影響を最小限にすることが求められる場所であっても、精度の高い地震探査を行うことが可能となる。
またダイナマイト等の爆薬震源を併用すれば、さらに精度の高い地震探査を行うことが可能になる。本発明の地震探査法では、環境ノイズの抑制効果が高いため、小さい爆薬量の震源で済む。したがって爆薬震源使用の際でも環境への影響を最小限にとどめることができる。

１０１：ケーシング
１０２：粒状の充填材
１０３：坑井
１０４：地下水
１０５：地盤
２０１：ハイドロフォン組立体
２０２：地震計記録装置
２０３：粒状の充填材
２０４：電気ケーブル
２１０：水
２１１：スラリー
３０２：ハイドロフォン
３０３：先端部
３０４：本体部

Claims

地面に坑井を掘削する工程と、
前記坑井に管状のケーシングを配置する工程と、
前記ケーシングの外周面と前記坑井の内壁との間の空隙に砂礫又は砂からなる粒状の充填材を充填する工程と、
前記ケーシング内にハイドロフォン組立体を設置する工程と、
前記ケーシング内に砂礫又は砂からなる粒状の充填材を充填する工程と、
前記ハイドロフォン組立体を受振器として地震探査を行う工程とを有することを特徴とする地震探査法。
前記ハイドロフォン組立体が、本体部と前記本体部の一端に取り付けられた先端部とハイドロフォンとを有し、
前記先端部に前記ハイドロフォンが内蔵されており、
前記ハイドロフォン組立体の軸方向の全長が前記ケーシングの内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の地震探査法。
前記ハイドロフォン組立体の前記本体部の上端に吊上用治具が固定されており、前記地震探査を行う工程の後に、前記吊上用治具を吊上げることにより前記ハイドロフォンを回収することを特徴とする請求項２に記載の地震探査法。
前記ケーシング内の前記充填材に水を注入してスラリー状にして、前記ケーシングの内部から前記充填材を排出する工程と、
前記充填材を排出した後に前記ハイドロフォン組立体を回収する工程とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の地震探査法。
前記ケーシングが生分解性プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の地震探査法。