地震探査の歴史の多くにおいて、地表の下に何があるのかを理解することは、地震エネルギーを生成し、そのエネルギーが地下地層をどのように伝わるかを観察することにかかってきました。制御された爆発、振動トラック、および自然に発生した地震は、地下構造を画像化しようとする地球物理学者にとって長い間主要な情報源として機能してきました。
これらの方法は依然として重要ではありますが、多くの場合、高い運用コスト、物流上の課題、環境への配慮、ソースの入手可能性の制限を伴います。探査目標がより複雑になり、監視要件がますます継続的になっているため、研究者は地下を調査するための代替方法を模索してきました。
ここ数十年で現れた最も重要な発展の 1 つは、受動的地震イメージングと呼ばれることが多い周囲騒音地震イメージング (ANSI) です。このアプローチは、人工的な地震源に依存するのではなく、環境中にすでに存在する無数の振動を利用します。かつては背景干渉とみなされていた信号が、現在では地球内部に関する貴重な情報を明らかにするために使用されています。
周囲の地震騒音の長期記録から有用な波の伝播特性を抽出することで、研究者は積極的に地震エネルギーを発生させることなく、地下構造の詳細な画像を生成できます。{0}かつてノイズと考えられていたものは、現代の地球物理探査にとってますます重要なリソースになりつつあります。
周囲騒音地震画像とは何ですか?
長年にわたり、背景の地震振動は地震記録では主に不要なノイズとして扱われてきました。信号処理と地震理論の進歩により、その認識は徐々に変わりました。
周囲騒音地震イメージングは、自然に発生する地面振動を使用して地下構造を調査する強力な受動的地球物理学的手法として認識されています。この方法は、人工的な手段で地震波を発生させるのではなく、環境内にすでに存在する連続波場に依存します。
中心的な考え方は単純です。周囲の振動が地球を伝わると、地層と相互作用し、通過する媒体に関する情報を伝えます。これらの信号を注意深く分析することで、研究者は波の伝播経路を再構築し、従来のアクティブな地震探査を通じて得られた情報を回復することができます。
その結果、周囲騒音イメージングは、受動的地震探査、地震トモグラフィー、および長期の地下モニタリングにおいてますます重要なツールとなっています。{0}}
周囲の地震騒音とは何ですか?またその発生源は何ですか?
たとえ地震がなかったとしても、地面が完全に静止することはありません。
地震計器は、さまざまな自然プロセスや人為的プロセスによって生成される弱い振動を継続的に記録します。-これらの持続的な信号は、総称して周囲地震ノイズとして知られています。
現代の地震学の発展のほとんどにおいて、周囲の騒音は主に障害物とみなされてきました。研究者らは、地震発生信号をより明確に分析できるよう、地震記録から地震を除去することに多大な労力を費やしました。{1}}しかし、これらの一見ランダムな振動には地球の構造に関する貴重な情報が含まれていることを示す証拠が増えています。
周囲の地震騒音の発生源は非常に多様です。海の波が海岸線や海底と相互作用すると、微小地震が発生し、長距離にまで伝播する可能性があります。風、気圧の変化、河川系、海流はすべて、地上にエネルギーを与えます。都市環境では、交通ネットワーク、産業施設、建設活動、日常の人の動きによって追加の振動源が発生します。
これらの信号は個別に見るとランダムに見えるかもしれませんが、地層を通過するときに繰り返し地下をサンプリングします。時間の経過とともに、地球が波の伝播にどのように反応するかについての継続的な記録が得られるため、地震画像の貴重なリソースとなります。
周囲騒音地震画像はどのようにして地下構造を復元するのでしょうか?
周囲の騒音から意味のある情報を抽出する機能は、相互相関として知られる数学的プロセスに基づいています。-
2 つの地震観測所が周囲の振動を同時に記録すると、各観測所はさまざまな方向から到来する波エネルギーを捕捉します。一見すると、これらの録音は非常に複雑で無秩序に見えます。ただし、2 つのデータセットを長期間にわたって比較することで、研究者は観測点間で共有される安定した伝播特性を特定できます。
記録時間が増加するにつれて、相互相関関数は、地震学者が 2 つの観測点間のグリーン関数と呼ぶものに徐々に収束します。{0}
波動物理学では、グリーン関数は、エネルギーがある場所に導入され、別の場所で観察されたときに媒体がどのように反応するかを記述します。これには、媒体自体の伝播特性に関する情報が効果的に含まれています。
この応答が再構築されると、一方の地震観測所を仮想震源として扱うことができ、他方は受信機として機能します。従来の地震解析手法を適用して、地震速度を推定し、地質境界を特定し、地下構造の詳細なモデルを構築できます。
このアプローチが特に注目に値するのは、人工地震源をまったく必要とせずに、活動的な震源調査から得られる情報と同様の情報を回収できることです。{0}
なぜ周囲の地震音から地下の情報が明らかになるのでしょうか?
周囲ノイズ イメージングの最も魅力的な側面の 1 つは、最初はランダムな振動に見えるものから有用な信号が現れることです。
その説明は、地震波が複雑な地質媒体を伝播する仕組みにあります。波が地殻中を伝わると、反射、屈折、散乱が繰り返されます。長期間にわたって、さまざまな方向から到来する波が、同じ地下構造物を繰り返しサンプリングします。
相互相関プロセス中、無関係なランダム成分は統計的平均化によって打ち消される傾向があります。{0}}同時に、地震観測点間の安定した伝播経路に関連する波形が強化され、徐々に顕著になります。
追加のデータが蓄積されると、ランダムな変動が減少する一方で、コヒーレント信号は強化され続けます。最終的に、地下の根底にある伝播特性がバックグラウンド ノイズから現れます。
このプロセスにより、研究者は一見無秩序に見える振動を、地表の下に隠された地質構造に関する有意義な情報に変換することができます。
パッシブ地震イメージングはどのように機能しますか?
パッシブ地震イメージングは、調査地域全体に地震センサーのネットワークを展開することから始まります。
これらの機器は継続的に動作し、数週間から数か月にわたる周囲の地震動を記録します。この方法は活動的な地震源に依存しないため、多くの場合、周囲のコミュニティや環境への影響を最小限に抑えてデータ収集を実行できます。
十分なデータが収集されたら、研究者は一連の前処理ステップを実行して、周囲の波動場を不明瞭にする可能性のある楽器効果や一時的な外乱を除去します。次に、クリーン化された記録は観測点ペア間で相互相関され、仮想地震応答が再構築されます。{1}
復元された波形は、さまざまな周波数範囲にわたる地震波速度に関する情報を提供します。インバージョン技術を通じて、これらの測定値は地下の 2 次元モデルと 3 次元モデルに変換されます。-
得られた画像からは、断層系、速度変動、地質境界、地殻構造、その他の特徴が明らかになる可能性があります。これらの特徴を明らかにするには、大規模な活動的な震源調査が必要です。-
従来の地震探査に対する周囲騒音地震画像の利点
周囲ノイズ地震画像の採用の増加は、現代の地球物理学の広範な変化を反映しています。研究者は、人工エネルギー源に完全に依存したり、重大な地震イベントを待つのではなく、自然に発生する振動から情報を抽出する方法をますます模索しています。
人工地震源は不要
最も重要な利点の 1 つは、周囲ノイズのイメージングに制御された爆発、振動トラック、またはその他のアクティブな地震源が必要ないことです。地球は、海洋で発生する微地震、大気のプロセス、人間の活動を通じて、利用可能なエネルギーを継続的に供給しています。{1}
コストの削減と環境への影響の削減
アクティブなソースの必要性がなくなると、現場作業が簡素化され、物流要件が軽減され、探査コストが大幅に削減されます。この方法は、環境に敏感な地域、人口密集地域、および従来の地震探査が運用上の制約に直面している場所で特に価値があります。
継続的な監視機能
周囲の地震ノイズは 24 時間存在するため、研究者は長期間にわたって継続的に地下の変化を監視できます。これにより、特定の時点でのみ実施される従来の調査では見逃される可能性のある時間的変動の検出が可能になります。
最新のテクノロジーによる画質の向上
地震センサー、高密度アレイの導入、ハイパフォーマンス コンピューティングの進歩により、周囲騒音イメージングの有効性が大幅に向上しました。{0}多くのアプリケーションにおいて、結果として得られる速度モデルは、従来の地震探査方法から得られるものと同等の解像度と詳細レベルを達成しています。
周囲騒音地震画像の応用
周囲騒音地震画像処理は現在、地球科学および工学分野の幅広い分野で使用されています。活発な地震源がなくても地下情報を提供できるその機能は、大規模な科学研究と実際の監視アプリケーションの両方にとって価値があります。-
地殻構造と地殻構造の研究
最も初期かつ最も確立された応用の 1 つは、地殻とリソスフェアの構造の研究です。
研究者は周囲の地震ノイズを使用して地域の地質学的特徴をマッピングし、地殻構造プロセスを調査し、プレートの相互作用、地殻の進化、大規模な地球の力学についての理解を深めるのに役立っています。-
都市地質調査
都市は、交通システム、産業活動、建設などによって大量の周囲振動を発生させます。
これらの信号は、日常の活動を中断することなく、浅い地下の状態を画像化し、地下空洞を特定し、基礎の安定性を評価し、都市インフラ計画をサポートするために使用できます。
石油、ガス、地熱貯留層のモニタリング
継続的なパッシブ モニタリングは、エネルギー関連プロジェクトでますます使用されています。{0}}
地震波速度の経時的変化を追跡することにより、研究者は、貯留層の挙動を評価し、流体の動きを監視し、石油、ガス、地熱、および地下貯蔵所の運用における地下の状態の変化を評価することができます。
地下水探査と水文地質学
周囲騒音イメージングは地下水調査にも役立ちます。
受動的地震データから得られた地下速度モデルは、帯水層と水理地質単位の特徴付けに役立ち、従来の地下水探査方法を補完できる情報を提供します。
惑星地震学と月探査
この技術は惑星科学でも役割を果たし始めています。
アポロ-時代の地震データを使用した研究では、ノイズ相関法により月の浅い構造を明らかにできることが実証されており、将来の月や惑星の探査ミッションにおける受動的地震画像処理の可能性が強調されています。
自然に発生する地面の振動を意味のある地質学的情報に変換することにより、パッシブ地震イメージングは、従来の地震調査に代わる実用的でますます強力な代替手段を提供します。継続的に稼働し、環境への影響を最小限に抑え、人工地震源を使用せずに情報を抽出できるその能力は、地質学、地下水探査、エネルギー開発、インフラ研究、惑星科学にわたる新たな機会を生み出しています。
観測ネットワーク、コンピューティング技術、および画像化アルゴリズムが進歩し続けるにつれて、周囲ノイズ地震画像化は将来の地球物理学的調査においてさらに大きな役割を果たすことが期待されています。かつてはノイズと考えられていたものが、現在では地球の表面の下に隠された構造を洞察する重要な情報源になりつつあります。
信頼性の高い周囲騒音の調査は、高度な処理技術だけでなく、高品質の現場データにも依存します。{0}地震ノード システムやデジタル地震計から受振器や受動監視ネットワークに至るまで、最新の地震機器は、世界中で増加する周囲騒音トモグラフィーや受動的地震探査の採用をサポートし続けています。当社は、幅広い地質環境における受動的地震モニタリング、周囲振動研究、および地下イメージング プロジェクトをサポートするように設計された地震探査および地球物理学的調査機器を提供しています。
参考文献
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