観測時で得られた記録中には、通過する車両や構造物の中の大きな機械より発する振動等のノイズや、電磁波によるノイズ、また屈折波や表面波といった起振に伴うノイズ(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。反射法の解析処理の主な目的は、これらのノイズを多く含んだ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各起振毎のデジタル記録は、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4−1−2に解析処理のフローチャートを示す。
図4−1−2 解析処理のフローチャート
以下に主要な処理の概要を述べる。
(1)ジオメトリ編集
各観測波形データと、それが得られた震源位置、受振点位置などを関連ずけるための処理である。
(2)静補正
測線が起伏に富んでいたり、弾性波速度が非常に小さい表層の層厚変化があった場合、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、地表の凹凸より表層を伝播する時間の差を求め補正値とするelevation staticsを用いた。
(3)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持つノイズを減少させる処理である。
(4)AGC(Automtic 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。
(5)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ともな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と呼ぶ。この処理により、多重反射波が除去され(弱められ)、反射波はインパルスに近い(周波数が高く独立している)波に変換される。
(6)CDPソーティング(CDP Sorting)
観測に際しては、1回の起振で96受振点の波形記録が得られ、1起振点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ギャザーごとに並んでいる方が扱い易いため、起振点毎の記録をCDPギャザーごと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。
<CDPギャザー>
図4−1−3上に示したような起振点受振点配置の観測データを並び替え、同図下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る。このような記録群をCDPギャザーと呼ぶ。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内の記録を加算する。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。
図4−1−3 CDPギャザー概念図
(7)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(起振点と受振点の距離)、2−way time T(X=0での反射面までの往復走時)、CDPギャザー内での反射位相のみかけの平均速度Vstk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
(8)NMO補正、ミュート、CDPスタック
図4−1−4にNMO補正からCDP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位置における地下情報を表す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4−1−4b)。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の屈折波等の不要な部分を消去する。この処理をミュートという。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4−1−4c)。CDPスタックを行うことによって、速度Vstkを持つ反射位相だけが重ね合わされ強調され、一方、多重反射波や表面波など、この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CDP点の記録として断面表示される(時間断面)。
図4−1−4 CDP重合概念図
(9) 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。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、発振点別に求め、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点、発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。
(10)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呼ぶ。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。
(11)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において、その縦軸は時間を表している。縦軸を深度で表す深度断面を得るためには、速度解析で求めた速度値あるいは、VSP探査やボーリング資料から推定された速度値を用いて、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。