(1)浅層反射法弾性波探査(S波及びP波)

浅層反射法弾性波探査では、使用する波種(S波、P波)により測定、解析作業が異なるため、その内容について波種別に記述する。

表1−5−3−1に各地区における浅層反射法弾性波探査の探査目的と波種を示す。

(1) 測定諸元

イ) S 波

S波を用いた地区は、飯塚市明星寺、久留米市宮園、筑紫野市上古賀、春日市上須玖である。

測線の選定は、@公道上(アスファルト舗装道路)とし、A可能な限り直線区間を確保し、B航空写真判読による断層崖の延長方向に直交する方向とした。

表1−5−3−2に各地区における測線の概要及び数量を示す。

なお、春日市上須玖地区については、測線長が短く、障害物が存在することから、機動性のよいミニバックホー(荷重1.2t)を起振板の重しに使用した。

表1−5−3−3に測定の諸元を示す。

ロ) P 波

P波を使用した地区は、吉井町福益である。

測線は公道上(アスファルト舗装道路)とし、可能な限り直線区間を確保した上で、測線長を1,800mとした。

観測は最小オフセット距離を20mとしたインライン・エンドオンオフセット展開を基本とし、測線終点側では受振器固定展開とした。起振装置として重錘落下型振源装置を用いた。この振源は、重量約 400sの重錘を油圧装置を用いて約1〜2mつり上げた後に、これを地面上に自由落下させることによって、地震を発生させるものである。受振器は固有周波数10Hz、12連のジオフォンストリングスを用いた。また、データ収録装置にDAS−1を使用した。

表1−5−3−4に測定の諸元を示す。

(2) 測定方法

イ) S 波

図1−5−3−1にS波を使用する場合の浅層反射法弾性波探査の観測作業の概要

図を、また表1−5−3−5に使用機器一覧表を示す。

観測に先立って測量を実施した。

測量では、現地に測線を設定し、受振点間隔が2mとなるようにペンキでマーキングを行い、各点の標高を測った。

観測では、以下に述べる受振器、ケーブルの設置作業、起振作業、データ収録作業を全測線にわたって繰り返し行った。

@受振器、ケーブルの設置

図1−5−3−1に示すように、測量で設定した各受振点に受振器を設置する。

次に、受振器とデータ収録器をテイクアウトケーブルで接続する。また、起振時刻を知らせるために、振源からトリガーケーブルをデータ収録器に接続する。

A起振作業

起振は木製の厚板(長さ2.2m、幅0.3m、厚さ0.15m)を2tユニックのアウトリガーで路面に圧着させ、クレーンに吊した重錘(重量約60s)で厚板の長手方向を打撃してSH波を発生させる。

Bデータ収録

Aで発生させた地震波を@で設置した受振器のうち48個で同時測定し、観測器に収録する。

なお、観測器にはスタッカーと呼ばれる加算装置があり、同一起振点の記録を数回加算して、記録のS/N比を高めることができる。観測波形はディスプレー上でモニターし、良好な波形が得られた後、デジタル記録としてハードディスクに書き込む。

ロ) P 波

図1−5−3−2にP波を使用する場合の浅層反射法弾性波探査の観測作業の概要を、また、表1−5−3−6に使用機器一覧表を示す。

S波同様に観測に先立って、受振点に距離5m間隔となるようペンキでマーキングを行い、各点の標高を測った。

観測では、以下に述べる受振器・ケーブルの設置作業、起振作業、データ収録作業を全測線にわたって繰り返し行った。

@受振器・ケーブルの設置

図1−5−3−2のように、測量でマーキングした位置に受振器(ジオフォンストリングス、12連)を設置する。本探査の観測では、各受振器の間隔を2m、アレイ長を22mとした。次に受振器とデータ収録器を専用ケーブル(CDPケーブル)で接続する。また、起振時刻の伝達用に、振源からのトリガーケーブルをデータ収録器に接続する。

A起振作業

所定の起振点に起振車を移動し、重錘を高さ1〜2mまで引き上げる。重錘の落下点には、舗装面の保護のためウレタンマットを敷き、その横には重錘の落下時間を感知するトリガーセンサーを設置する。本部の合図を受け、重錘を落下させ振動を発生させる。

Bデータ収録

観測本部では、起振点位置に応じて96個の受振器を選択し、起振車の準備完了の合図を受けて、受振器のノイズ状況をモニターして、比較的ノイズの小さい時に起振車に連絡し、重錘を落下させる。重錘が落下すると、その横に置いたトリガーセンサーからの信号を受け、データ収録器が作動し、各受振器に到達した地震波を収録する。

観測器の機能はS波と同じである。

観測波形はディスプレイ上でモニターし、良好な波形が得られた後、デジタル記録としてハードディスクに書き込む。

以上のA、Bが1起振あたりの測定である。なお、Bで記録の良否を判断し、否であれば再度打撃と測定を繰り返し、良であれば起振車及び受振器96個を1起点間の距離10mだけ測点終点側へ移動し、A、Bを繰り返し、測定を順次進める。

(3) 解析方法

観測時に得られた記録には、通過する車両や店や工場等の機械より発生する振動や電磁波、さらに屈折波や表面波といったコヒーレントノイズ等、さまざまなノイズが含まれている。反射法の波形処理の主な目的は、これらのノイズを多く含んだ波形データから必要な反射波だけを抽出することである。

現場でハードディスクに収録した起振毎のデジタル波形記録は、ワークステーション(SUN Ultra)に転送し、反射法探査解析システムProMAX(LandMark社製)を用いて処理を行った。図1−5−3−3に解析処理のフローチャートを示す。

以下に主要な処理の概要を述べる。

@ジオメトリ編集

各観測波形データと、それが得られた起振点位置、受振点位置などを関連付けるための処理である。

A静補正

測線が起伏に富んでいたり、弾性波速度が岩盤と比較して著しく小さい表層で層厚の変化がある場合、仮に地下深部の反射面が水平であっても、反射波の到達時間にばらつきが生じる。このような地表付近の不均質に起因する

時間のずれを補正する処理が静補正である。静補正にはいくつかの方法があるが、ここでは標高により補正を施す処理と、屈折波の初動走時を読み取り、走時より各起振点と受振点での遅延時間(ディレイタイム;Delay Time)を求め、この表層部の伝播時間で補正を施す処理(Refraction statics)の2つを用いた。

Bバンドパスフィルター(Band pass filter)周波数フィルターの一種。観測された記録には、表面波のような反射波以外の波やバックグラウンドノイズが含まれている。これらのいわゆるノイズと反射波の周波数帯域の違いに着目して、反射波の信号と異なる周波数をもつノイズを減少させる処理である。

Cデコンボリューションフィルター(Deconvolution filter)

観測された反射波形は、地層の音響インピーダンス変化に伴う反射係数列と、地下を伝わる波の基本波形のコンボリューションであると考えられる。したがって、基本波形の逆特性を持つフィルターを設計し、これに観測波形を入力すると、地下の反射係数列を得ることができる。このような処理をデコンボリューションフィルターと呼ぶ。この処理により、多重反射波が除去ないし弱められ、反射波はインパルスに近い波に変換される。

DAGC(Automatic Gain Control)

観測された記録は、屈折波や表面波の振幅が大きく、反射波の振幅はこれらの波に比べて小さいのが普通である。このような振幅の小さい反射波を、初動付近の波の振幅と同程度の大きさになるように強制的に増幅する処理を

AGCと呼ぶ。

ECDPソーティング(CDP Sorting)

観測に際しては、1回の起振で同時観測チャンネル分の波形記録が得られ、1起振毎の記録として収録される。以下の処理を行うためには、すべての記録がCDPギャザー毎に並んでいる方が扱いが安易なため、起振点毎の記録をCDPギャザー毎に並び変える作業を行う。この並び変えを、CDPソーティングと呼ぶ。ここでCDPギャザーとは、図1−5−3−4(a)に示したような起振・受振点配置の観測データを並び変え、図1−5−3−4(b)に示すように反射点が共通な記録、すなわち起振点と受振点の中点が同じ位置となる記録を集めた記録群のことである。最終的には微弱な反射波を強調させる目的で、この記録群すなわちCDPギャザーの波形記録を加算する。このような手法は、CDP重合法(CDPスタック)と呼ばれ、反射法探査の標準的な解析法として用いられている。

F速度解析

速度解析は、CDPスタックを実行する際に必要な速度を知るために、CDPギャザー内の反射走時Ti(X)が、オフセット距離X(起振点と受振点間の距離)、垂直往復走時T(2−Way Timeと呼ばれオフセット距離(X)=0での反射面までの往復走時と言う)、平均速度Vstk(CDPギャザー内での反射位相のみかけの平均速度)によって次式のように表されることを利用し、VstkとTを決定する作業である。

      Ti(X)={(T,I)2+(X/Vstk,I)2}1/2

        ここに、  i:i番目の反射面を表す添字

              X:オフセット距離

              T:垂直(X=0での)往復走時

             Vstk:CDPギャザー内の反射位相のみかけの平均速度

GNMO補正、ミュート、CDPスタック

図1−5−3−5にNMO補正からCDスタック処理までの過程を示す。CDPスタックの目的は、CDPギャザー内の記録を加算(重合)し、CDP位置に地下情報を表す1個の波形記録を作成することである。CDPスタックに先立ち、CDPギャザー内の各オフセット距離の波形記録をオフセットがゼロの場合の記録に変換する必要がある。この処理をNMO(Normal Moveout)補正と呼ぶ(図1−5−3−5(b))。次にNMO補正によって波形が大きく歪んだ部分や、初動付近の屈折波等の不要な部分を消去するミュートを行う。

最後に、CDPスタックして各オフセット距離の波形記録を重合する(図1−5−3−5c))。CDPスタックを行うことによって、みかけの平均速度Vstkを持つ反射位相だけが重ね合わされ強調される。一方、多重反射波や表面波などのVstkと異なる速度を持つ波の振幅は、相対的に抑制される。重合後は、各CDP地点につき1本の波形記録となり、各々のCDP点の記録として、断面表示(時間断面)される。

H残差静補正

静補正では、補正できなかった起振点や受振点近傍の地表条件の違いによる反射波の走時のばらつきを補正する処理を言う。ここで用いたMaximum power autostatics は、NMO補正後のCDPギャザーにおいて、あらかじめ

指定したウインドウ内でのスタック結果のパワーが最も大きくなるような補正値を各受振点、起振点別に求め、これをすべてのCDPに対して行い、測線全体を通して最もスタック結果のパワーが大きくなる各受振・起振点の補正量を自動反復計算によって求めるものである。

Iマイグレーション

CDPスタックにより得られる時間断面は、反射面が傾斜していたり、凹凸があった場合には見かけの構造しか示さない。このような時間断面を真の構造に近い断面に変換する処理をマイグレーションと言う。ここでは、周波数−空間領域で真の傾斜へ変換するF−Kマイグレーションを用いた。

J深度変換

ここまで述べたような処理を行って得られる時間断面図の縦軸は、時間を表している。縦軸を深度で表す深度断面図を得るためには、速度解析で求めた速度値あるいは、速度検層での速度値やボーリング資料から推定される速度値を用いて、時間を深度に変換する必要がある。この処理を深度変換という。

以上にのべた 解析処理過程の結果については、各地区毎に資料集に示す。また、オリジナル記録をSEG−Yフォーマットにてデジタルテープに収録したものを提出する。