弾性波探査における散乱現象に関する基礎研究

弾性波散乱現象を補足的に理解するために、弾性波伝播数値シミュレータを開発した。なお数値シミュレーションにおいて、弾性波の発生・散乱をシミュレートするための数値演算ライブラリについては自作し、以下の2つの事柄について知見を得た。(1) 媒体の不均質性を評価する手法として、時系列変動を時間-周波数解析するのに有効なウェーブレット変換を利用する手法を提案した。不均質性媒体を弾性波が伝播する際に、不均質性のサイズと弾性波の波長が同程度のとき、弾性波は最も散乱される。この性質に着目して観測記録の時間-周波数解析を行うと特徴的な現象が観察されることを数値実験ならびに室内実験により示した。波動が不均質媒体を透過するとき、特定の周波数帯域が散乱され直接波の後に現れてくる。あるいは波動が凹凸を有する反射面に入射したとき、特定の周波数帯域が散乱され直接波の後に現れてくる。実際に不均質性に富んだ地熱地域で取得されたデータに適用した結果、このような特徴的な現象を確認できた。このようなウェーブレット変換による時間-周波数解析は不均質性自体が探査対象である場合にも適用可能である。(2) ランダムな速度不均質性が弾性波探査(反射法地震探査)に及ぼす影響の要因として、反射波の散乱減衰の効果、反射波走時のばらつきの効果、直接波起因の散乱波が反射波を覆い隠してしまう効果を数値実験により定量的に評価した。その結果、直接波起因の散乱波の覆い効果が支配的であることが明らかとなった。また反射波走時のばらつきの影響は最も低いこともわかった。

弾性波散乱現象を補足的に理解するために、弾性波伝播数値シミュレータを開発した。なお数値シミュレーションにおいて、弾性波の発生・散乱をシミュレートするための数値演算ライブラリについては自作し、以下の2つの事柄について知見を得た。(1) 媒体の不均質性を評価する手法として、時系列変動を時間-周波数解析するのに有効なウェーブレット変換を利用する手法を提案した。不均質性媒体を弾性波が伝播する際に、不均質性のサイズと弾性波の波長が同程度のとき、弾性波は最も散乱される。この性質に着目して観測記録の時間-周波数解析を行うと特徴的な現象が観察されることを数値実験ならびに室内実験により示した。波動が不均質媒体を透過するとき、特定の周波数帯域が散乱され直接波の後に現れてくる。あるいは波動が凹凸を有する反射面に入射したとき、特定の周波数帯域が散乱され直接波の後に現れてくる。実際に不均質性に富んだ地熱地域で取得されたデータに適用した結果、このような特徴的な現象を確認できた。このようなウェーブレット変換による時間-周波数解析は不均質性自体が探査対象である場合にも適用可能である。(2) ランダムな速度不均質性が弾性波探査(反射法地震探査)に及ぼす影響の要因として、反射波の散乱減衰の効果、反射波走時のばらつきの効果、直接波起因の散乱波が反射波を覆い隠してしまう効果を数値実験により定量的に評価した。その結果、直接波起因の散乱波の覆い効果が支配的であることが明らかとなった。また反射波走時のばらつきの影響は最も低いこともわかった。