non-dynamite source

石油/天然ガス用語辞典

非爆薬震源

読み方： ひばくやくしんげん
【英】: non-dynamite source
同義語: アクアパルス  エアガン  ノン・ダイナマイト法  バイブロサイス  

地震探査の波源に火薬類を用いない方法をまとめて呼ぶ俗称である。 火薬類とそれ以外のものの間に区別がつけにくいこともあって範囲は明確ではない。地震探査の波源としては、陸域・海域を問わず、火薬類、それも主にダイナマイトを用いることが最も多かった。現在でも陸域ではダイナマイトではないにせよ、爆発物例えば硝酸アンモニウムを用いているものが多い。この最大の理由は、エネルギーが十分に大きくて、鋭いパルス状の波形は火薬類の爆発を利用すると容易に得られるからである。しかし、エネルギーが大きく鋭い波形の波を出すという特色は、逆にいろいろな障害も引き起こしている。陸域では地表建造物や地面そのものを損傷することがあり、このためには地下数 m 以深に火薬を置かなければならず、これには作孔作業が必要となる。海域では海中生物を殺傷するため、水産業に重大な影響を与える。いずれにしても危険物であるため保安上に心配があり、作業能率も高めることができない。 非爆薬震源の多くは、このような難点を解決するために考え出されたものである。その発震機構から、機械的、電気的、空気放出、水放出、ガス燃焼に大別することができる。これまでに開発され実用化されている主要な方法を＜表＞に示す。 非爆薬震源機械的方法のうち最も単純な方法は重錘落下法である。これは名の示すとおり1トン程度の重錘を 3m ぐらいの高さから落とすのであるが、地震探査で要求される 1ms（1 秒の 1,000 分の 1 ）の精度を保つために工夫がこらされている。バイブロサイス（Vibroseis, Conoco の商標）は、単に火薬の代替というものではなく、他の方法とは異なり、発震波形を制御している点に特色がある。つまり、バイブロサイスから出る波形は表のように 10 秒ぐらいも続く振動波形であり、これを用いて記録をとり、発震波形との相互相関をとることで信号波形を取り出すというものである。この方法は発震波形が既知であり、しかも制御できるという点で通信理論にかなった優れた着想といえる。与えた周波数帯域以外の波は受信しない利点がある。主として陸上調査に用いられている。電気的方法は水中での瞬間放電を利用するもので、したがってほとんどが海域調査に用いられている。その代表的機種はスパーカーである。この方法の特色は、周波数帯域が極めて高いことから微細構造の解析に向いていることである。そのため港湾などの底質調査にはよく用いられる。通常の方法では測線直下の反射波しか観測できないが、発震、受震ともに指向性を持たせ、船の進行と直角方向に指向性を振らせることで、海底面をある幅で観測することができる。 空気放出というのは、圧縮空気を瞬間的に開放しその膨張力を利用する方法で、これも主として海域で用いられ、エア・ガンの名称がある。空気の瞬間放出の機構には巧妙な工夫がなされているが、それらに必要な装置を準備してしまえば、エネルギー源の空気がどこででも入手できるので作業上に大きな利点となり、海域の非爆薬震源としては最も多く用いられている。放出前に蓄える空気圧と容積および水深によって、発震波形の周波数帯域が変化する。異なったサイズのガンは異なった周波数特性を持つから、さまざまな容積のユニットを同時使用すると総合した発震波形を制御できる。このように配慮したガン配列をチューンド・アレー（tuned array）と呼ぶこともある。 一方、空気の代わりにピストン運動によって高速の水を放出するウォーター・ガンが最近注目され始めた。放出された水によって海水中に中空が形成され、次の瞬間これがつぶれるときに地震波を発生する。ウォーター・ガンの長所は、有害な二次的振動の原因となる気泡（バブル）を生じないことである。空気放出に入れるのは不適当だが、圧縮空気あるいは水蒸気で容器を膨らませ、この状態で容器を機械的に支持してから空気を抜き、その後機械的支持を取り去って水圧により容器を圧縮し、負のパルスを出すという方法がある。空気放出やガス燃焼で生じる繰り返し発展（気泡効果）がないことが特色である。（フレキシ・ショック）ガス燃焼法はゴムの袋や特別の容器中にプロパン・ガスと酸素の混合気体を入れ、点火栓によってガスを燃焼（爆発）させ、そのときの容器の膨張を利用する方法である。膨張が熱力学的に行われるため、そのままでは水圧による圧縮、膨張が繰り返され、いわゆる気泡効果があって不都合である。そのため点火後排気弁を開いて内部のガスを空中に放出する機構を備えている。この方法は陸域でも利用できる。地上においた容器の中でガスに点火し、容器の瞬間膨張で土地に衝撃を与えるのである。 陸域非爆薬震源では、プロパン・ガスと酸素の供給が比較的容易であるので重用されている。この方法の代表的機種はダイノサイス（Dinoseis）である。これらのほかに、火薬による方法に近づくものとして、導爆線を地表に延ばし点火する方法がある。実際には災害防止のため、30 ～ 50cm 埋設する。これは多孔爆破の効果をねらうものである。海域でも同様に水面下数十 cm に導爆線を流して点火する。また、海域において混生動物に危害が加わらない程度の少量爆薬を非爆薬震源と同等の作業能率で用いる方法がある。非爆薬震源は、先に述べたように主として災害防止を目的としたものであったが、実現できた方法がエネルギー源の供給を自動化でき、しかも短時間（10 秒～数 10 秒）に供給できるという利点を持っているため、1 回あたりの発震エネルギーは火薬類に及ばないにしても、作業の能率向上に資するところが大きい。これまでのダイナマイトの場合には、火薬庫からの運搬、雷管・爆破線の装着、陸域では作孔と装填、海域ではブイ取り付けと投入などという人手を要する煩雑な作業が多かった。非爆薬震源ではこれらがほとんど省略できることで、人員節減を通じてコスト低下につながっている。1 回あたりのエネルギーが小さいということは、その限りにおいては欠点であるが、多数回の繰り返し発震の結果を加算することで、有効信号を強調するとともにランダム雑音を減衰できるという利点を生んでいる。 これらの多くの優位性から、非爆薬震源は今後も発展する傾向をみせている。 実際には 5 ～ 50Hz くらいの周波数範囲を 10 秒くらいの間に出している。 表　非爆薬震源 原理 名称 適地 機械的 バイブロサイス サンパー（重錘落下） 陸、海 陸 電気的 スパーカー SSP 海 海 空気放出 エアガン 海、陸 水放出 ウォーターガン 海 ガス燃焼 ダイノサイス アクアパルス 陸、海 海