JP2005315741A - Earth crust survey system and method - Google Patents

Earth crust survey system and method Download PDF

Info

Publication number
JP2005315741A
JP2005315741A JP2004134215A JP2004134215A JP2005315741A JP 2005315741 A JP2005315741 A JP 2005315741A JP 2004134215 A JP2004134215 A JP 2004134215A JP 2004134215 A JP2004134215 A JP 2004134215A JP 2005315741 A JP2005315741 A JP 2005315741A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse intensity
wave
elastic wave
pulse
intensity modulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004134215A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Otake
雄次 大竹
Masayuki Saeki
昌之 佐伯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2004134215A priority Critical patent/JP2005315741A/en
Publication of JP2005315741A publication Critical patent/JP2005315741A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an earth crust survey system and method capable of discriminating a direct arrival wave from a focus to an observation point from a wave from a reflection face of an earth crust, in a substantially real time, without complicating analysis. <P>SOLUTION: A pulse intensity modulating artificial focus 1 controlled by a focus control circuit 2 generates a single frequency of carrier wave synchronized with a reference signal from a GPS satellite, imparts pulse intensity modulation onto the carrier wave, and outputs a pulse intensity modulated elastic wave. A narrow frequency band seismometer 3 observes the output pulse intensity modulated elastic wave. A synchronization detection observation device 4 extracts an envelope of the observed pulse intensity modulated elastic wave. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強度変調（ＡＭ）をかけた単一周波数の弾性波を用いた地殻探査装置及び方法に関する。   The present invention relates to a crustal exploration apparatus and method using a single frequency elastic wave subjected to intensity modulation (AM).

陸域地殻の探査手法として、地中に仕掛けたダイナマイトによる***によって弾性波を放出する手法（以下、「第１の従来手法」と称する。）や、油圧機器によって地面を叩いて弾性波を発生するバイブロサイズを用いた手法（以下、「第２の従来手法」と称する。）がこれまで提案されている。これらの手法により発生した弾性波パルスは、数ｋｍから数十ｋｍ離れた遠方で地震計のアレーにより検出され、取得されたデータは、地殻のトモグラフィーに利用されている。   As exploration methods for the terrestrial crust, elastic waves are generated by blasting with dynamite installed in the ground (hereinafter referred to as the “first conventional method”), and elastic waves are generated by hitting the ground with hydraulic equipment. A technique using the vibro size (hereinafter referred to as “second conventional technique”) has been proposed. Elastic wave pulses generated by these methods are detected by a seismometer array at a distance of several kilometers to several tens of kilometers, and the acquired data is used for tomography of the crust.

第１の従来手法では、発生力が大きいために数十ｋｍ以上離れた遠方まで弾性波が到達するが、弾性波の発生が単発的であるとともに、破壊的であり、さらに、弾性波の発生強度及び波形が不明確である、という不都合を有する。したがって、定常的な地殻の監視には適切でない。   In the first conventional method, since the generated force is large, the elastic wave reaches far away several tens of kilometers or more, but the generation of the elastic wave is single and destructive, and further, the generation of the elastic wave It has the disadvantage that the intensity and waveform are unclear. Therefore, it is not suitable for regular crust monitoring.

第２の従来手法では、破壊的ではないものの、油圧機器を使用するために実際には故障が生じやすい、という不都合を有するため、定常的な運転には適切でない。また、発生力が小さいという不都合もあるため、弾性波が到達し得る距離は、最大でも数ｋｍ程度である。   Although the second conventional method is not destructive, it has a disadvantage that a failure is likely to occur due to the use of hydraulic equipment, and thus is not suitable for steady operation. In addition, since the generated force is small, the distance that the elastic wave can reach is about several kilometers at the maximum.

第１及び第２の従来手法の上記不都合を解消し、地殻の地震などに先行する変動を定常的に監視するために、偏心荷重を回転させてサイン波を発生させる人工震源アクロスが開発され、かかる人工震源アクロスを使った地殻探査手法（以下、「第３の従来手法」という。）が研究されている（例えば、非特許文献１参照）。   In order to eliminate the above-mentioned inconveniences of the first and second conventional methods and to constantly monitor fluctuations preceding a crustal earthquake, etc., an artificial seismic source across that rotates a eccentric load and generates a sine wave was developed. A crust exploration method using such an artificial seismic source across (hereinafter referred to as “third conventional method”) has been studied (see, for example, Non-Patent Document 1).

第３の従来手法では、震源の発信強度及び周波数が高安定かつ高精度であるとともに、震源関数が明確であり、さらに、発信弾性波がコヒーレントであるので、スタッキングによる高いＳ／Ｎ比を実現することができ、その結果、高感度に信号を抽出できる。
大竹雄次など 調和弾性波動場を圧制する人工震源装置アクロスの開発「東京大学地震研究所の弥生１号、２号について」 日本ＩＦＴｏＭＭシンポジウム ｐｐ．36−41 In the third conventional method, the transmission intensity and frequency of the epicenter are highly stable and accurate, the seismic source function is clear, and the transmitted elastic wave is coherent, realizing a high S / N ratio by stacking. As a result, a signal can be extracted with high sensitivity.
Yuji Otake, etc. Development of the artificial seismic source apparatus Across that controls harmonic elastic wave fields "About Yayoi No. 1 and No. 2 at the University of Tokyo Earthquake Research Institute" Japan IFToMM Symposium pp. 36-41

しかしながら、第３の従来手法では、発信弾性表面波がサイン波であるために、震源から観測点までの直達波と地殻の反射面からの波との区別を、観測だけで即座に行うことができない。また、既知の地殻の層構造などのモデルがなければ、これらの波の正確な区別が困難になる。   However, in the third conventional method, since the surface acoustic wave transmitted is a sine wave, the direct wave from the epicenter to the observation point and the wave from the reflection surface of the crust can be immediately distinguished by observation alone. Can not. Moreover, it is difficult to accurately distinguish these waves without a known model such as the crust layer structure.

また、遠距離における波の走時は、震源にＦＭ変調をかけて数日以上の信号のスタッキングによって求めているため、リアルタイム性にも欠けている。さらに、ＦＭ変調をかけることによって震源の発信強度が周波数の２乗に比例して変化するため、解析が複雑になる。   In addition, when the wave travels at a long distance, it is obtained by stacking signals for several days or more by applying FM modulation to the epicenter, so it lacks real-time characteristics. Furthermore, since the intensity of the epicenter changes in proportion to the square of the frequency by applying FM modulation, the analysis becomes complicated.

本発明の目的は、解析を複雑にすることなく、震源から観測点までの直達波と地殻の反射面からの波との区別をほぼリアルタイムで行うことができる地殻探査装置及び方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a crustal exploration apparatus and method capable of distinguishing a direct wave from an epicenter to an observation point and a wave from a crustal reflection surface in almost real time without complicating analysis. It is.

本発明による地殻探査装置は、
所定の信号に同期して単一周波数の搬送波を発生し、その搬送波にパルス強度変調をかけ、パルス強度変調弾性波を出力する手段と、
出力されたパルス強度変調弾性波を観測する手段と、
観測したパルス強度変調弾性波のエンベロープを抽出する手段とを具えることを特徴とする。 The crustal exploration device according to the present invention
Means for generating a single frequency carrier wave in synchronization with a predetermined signal, applying pulse intensity modulation to the carrier wave, and outputting a pulse intensity modulated elastic wave;
Means for observing the output pulse intensity modulated elastic wave;
And means for extracting an envelope of the observed pulse intensity modulated elastic wave.

本発明による地殻探査方法は、
所定の信号に同期して単一周波数の搬送波を発生し、その搬送波にパルス強度変調をかけ、パルス強度変調弾性波を出力するステップと、
出力されたパルス強度変調弾性波を観測するステップと、
観測したパルス強度変調弾性波のエンベロープを抽出するステップとを具えることを特徴とする。 The crustal exploration method according to the present invention
Generating a single frequency carrier wave in synchronization with a predetermined signal, applying pulse intensity modulation to the carrier wave, and outputting a pulse intensity modulated elastic wave;
Observing the output pulse intensity modulated elastic wave;
Extracting the envelope of the observed pulse intensity modulated elastic wave.

本発明によれば、所定の信号に同期して単一周波数の搬送波（サイン波）を発生し、その搬送波にパルス強度変調をかけ、パルス強度変調弾性波を出力する。出力されたパルス強度変調弾性波が観測されると、パルス強度変調弾性波のエンベロープを抽出できる。   According to the present invention, a single frequency carrier wave (sine wave) is generated in synchronization with a predetermined signal, pulse intensity modulation is applied to the carrier wave, and a pulse intensity modulated elastic wave is output. When the output pulse intensity modulated elastic wave is observed, the envelope of the pulse intensity modulated elastic wave can be extracted.

このように発信弾性波として、サイン波の代わりにパルス強度変調された波を使用し、解析の際に、ＦＭ変調の代わりに弾性波のエンベロープの抽出を行っているので、解析を複雑にすることなく、震源から観測点までの直達波と地殻の反射面からの波との区別をほぼリアルタイムで行うことができる。   In this way, a pulse intensity modulated wave is used instead of a sine wave as a transmitted elastic wave, and the elastic wave envelope is extracted instead of the FM modulation at the time of analysis, so the analysis is complicated. Therefore, it is possible to distinguish the direct wave from the epicenter to the observation point and the wave from the reflection surface of the crust in almost real time.

例えば、前記所定の信号を、ＧＰＳ衛星からの基準信号とし、前記パルス強度変調弾性波を、人工震源アクロスによって出力する。好適には、前記パルス強度変調弾性波を、パルス強度変調の周波数帯域をカバーする帯域を用いて観測し、前記エンベロープを、ロックインアンプを用いて抽出する。その結果、高いＳ／Ｎ比の観測が可能となる。   For example, the predetermined signal is used as a reference signal from a GPS satellite, and the pulse intensity modulated elastic wave is output by an artificial seismic source across. Preferably, the pulse intensity modulated elastic wave is observed using a band covering a frequency band of pulse intensity modulation, and the envelope is extracted using a lock-in amplifier. As a result, it is possible to observe a high S / N ratio.

本発明による地殻探査装置及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による地殻探査装置の実施の形態を示す図である。この地殻探査装置は、パルス強度変調人工震源（パルスＡＭ人工震源）１と、震源制御回路２と、狭周波数帯域地震計３と、同期検波観測装置４とを具える。 Embodiments of a crustal exploration apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a crustal exploration device according to the present invention. The crustal exploration device includes a pulse intensity modulation artificial seismic source (pulse AM artificial seismic source) 1, an epicenter control circuit 2, a narrow frequency band seismometer 3, and a synchronous detection observation device 4.

パルスＡＭ人工震源１は、震源制御回路２の制御の下で、ＧＰＳ衛星からの基準信号に正確に同期した単一周波数の搬送波（サイン波）を発生させ、その波にパルス強度変調をかける。パルスＡＭ人工震源１は、後に詳しく説明するように、偏心荷重を回転させ、錘の重心位置を変更することによってパルス強度変調を行う。   Under the control of the epicenter control circuit 2, the pulse AM artificial seismic source 1 generates a single frequency carrier wave (sine wave) accurately synchronized with a reference signal from a GPS satellite, and applies pulse intensity modulation to the wave. As will be described in detail later, the pulse AM artificial seismic source 1 performs pulse intensity modulation by rotating an eccentric load and changing the position of the center of gravity of the weight.

観測点では、ＧＰＳ衛星の基準周波数信号を基に振り子の自然周期を正確に制御した狭周波数帯域地震計３によって、パルスＡＭ人工震源１からのパルス強度変調弾性波（パルスＡＭ弾性波）５を観測する。観測に際し、同期検波観測装置４による同期検波の手法を使用する。このような同期検波は、数十ｋｍ以上の射程を持つ弾性波震源による探査では前例がなく、全く新しいものである。   At the observation point, the pulse intensity modulated elastic wave (pulse AM elastic wave) 5 from the pulse AM artificial seismic source 1 is generated by a narrow frequency seismometer 3 in which the natural period of the pendulum is accurately controlled based on the reference frequency signal of the GPS satellite. Observe. At the time of observation, a synchronous detection method by the synchronous detection observation device 4 is used. Such synchronous detection has no precedent for exploration by an elastic seismic source having a range of several tens of kilometers or more, and is completely new.

狭周波数帯域地震計３は、ＧＰＳ衛星の基準信号から作ったパルスＡＭ人工震源１の発信周波数に、振り子の自然周波数を磁気ばねによって合わせ、振り子の自然周波数近傍の共振カーブ特性を利用した狭周波数帯域（狭帯域、バンドパス特性）でパルスＡＭ弾性波を測定する。なお、磁気ばねは、スピーカのボイルコイルと同様な形態でソレノイドコイルの中に棒磁石を挿入したものであり、振り子の復元力に対して正負の力を加えて自然周期を変更することができる。   The narrow frequency seismometer 3 uses a magnetic spring to match the natural frequency of the pendulum with the transmission frequency of the pulse AM artificial seismic source 1 created from the GPS satellite reference signal, and uses the resonance curve characteristics near the natural frequency of the pendulum. A pulse AM elastic wave is measured in a band (narrow band, band pass characteristic). Note that the magnetic spring is obtained by inserting a bar magnet into the solenoid coil in the same form as the speaker coil, and can change the natural period by applying a positive or negative force to the restoring force of the pendulum. .

狭周波数帯域地震計３からの出力信号であるパルスＡＭ弾性波５は、後に詳しく説明するように同期検波装置４のロックインアンプを用いた狭帯域の同期検波手法で搬送波が取り除かれ、変調パルス６からエンベロープ７のみが抽出され及び測定される（図２参照）。ロックインアンプを用いることによって、１０００倍以上のノイズから０．１％の精度及び１２０ｄB以上のダイナミックレンジでリアルタイムに信号を観測することができる。   The pulse AM elastic wave 5 which is an output signal from the narrow frequency band seismometer 3 is a modulated pulse obtained by removing a carrier wave by a narrow band synchronous detection method using a lock-in amplifier of the synchronous detection device 4 as will be described in detail later. Only the envelope 7 is extracted from 6 and measured (see FIG. 2). By using a lock-in amplifier, a signal can be observed in real time with a precision of 0.1% and a dynamic range of 120 dB or more from noise of 1000 times or more.

同期検波に使用するパルスＡＭ人工震源１の発信周波数に同期したパルス（震源回転同期パルス）８は、パルスＡＭ人工震源１がＧＰＳ衛星からの信号に同期しているので、ＧＰＳ衛星からの基準信号から作る。なお、このようにロックインアンプを用いた手法は、一般的な広帯域の地震計でも可能である。また、同期検波観測装置４は、ネットワークを通じてパルスＡＭ人工震源１の回転周波数などの情報を、後に説明するアナログ／デジタルフィードバック回路に提供する。   The pulse (seismic rotation synchronization pulse) 8 synchronized with the transmission frequency of the pulse AM artificial seismic source 1 used for the synchronous detection is synchronized with the signal from the GPS satellite, so that the reference signal from the GPS satellite is used. Make from. Note that the method using the lock-in amplifier as described above is also possible with a general broadband seismometer. Further, the synchronous detection observation device 4 provides information such as the rotation frequency of the pulse AM artificial seismic source 1 to an analog / digital feedback circuit described later through a network.

上記実施の形態によれば、震源から搬送波にのせたパルスを放射するので、観測点で直達波と地殻の反射面からの波を識別することができる。また、変調パルスの発生時間や形状を正確に制御し、観測点でのパルスの到達時間と波形の歪を測定することによって、パルスＡＭ人工震源１と狭周波数帯域地震計３（観測点）との間の地殻内の地震波の走時や伝達関数を推定することができる。   According to the above embodiment, since the pulse placed on the carrier wave is emitted from the seismic source, the direct wave and the wave from the reflection surface of the crust can be identified at the observation point. In addition, by accurately controlling the generation time and shape of the modulated pulse and measuring the pulse arrival time and waveform distortion at the observation point, the pulse AM artificial seismic source 1 and the narrow frequency seismometer 3 (observation point) The travel time and transfer function of seismic waves in the crust can be estimated.

本実施の形態では、さらに、パルスＡＭ人工震源１で強度変調するパルスを、短時間でバースト状に繰り返す。パルスＡＭ人工震源１からの直達波と地殻反射面からの波とが曲がるのを防止するために、バースト時間は、直達波が観測点に達する時間から地殻反射面からの波が観測点に到達するまでの時間に比べて十分短くする。このようにバースト時間が短ければ、バースト内のパルスの各々をスタキングして一つに変換し、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。   In the present embodiment, the pulse whose intensity is modulated by the pulse AM artificial seismic source 1 is repeated in a burst form in a short time. In order to prevent the direct wave from the Pulse AM artificial seismic source 1 and the wave from the crust reflection surface from bending, the burst time reaches the observation point from the time when the direct wave reaches the observation point. Make it sufficiently shorter than the time to do. Thus, if the burst time is short, each of the pulses in the burst can be stacked and converted into one to improve the S / N ratio.

図３は、パルスＡＭ人工震源が有する弾性波出力可変型アクロスを示す図である。このアクロスは、回転している偏心荷重１１の内部に動力を伝えて錘の位置を変えることによって重心を変更するものであり、回転中の波の出力を変更可能とするタイプのものである。   FIG. 3 is a diagram showing an elastic wave output variable type across that the pulse AM artificial seismic source has. This across is a type in which the center of gravity is changed by transmitting power to the rotating eccentric load 11 to change the position of the weight, and the output of the rotating wave can be changed.

このアクロスは、遊星作動ギア１２を使った２重同軸構造となっており、内軸１３には偏心荷重１１が付いている。主モータ１４で内軸１３を回転させて搬送波（サイン波）９を発生させる（図４参照）。内軸１３と外軸１５は、遊星作動ギア１２を有する作動装置で結合され、同一回転数で同期して運転される。差動装置は、内軸１３と外軸１５との間に、変調モータ１６の回転に比例した速度（回転）差を発生させる。内軸１３と外軸１５の回転差によって、偏心荷重１１の内部の回転座標中に動力（回転）を伝達する。伝達された動力は、荷重体内部の直線摺動ギア機構を用いて錘の位置を動かし、荷重体の重心位置を変更する。   This across has a double coaxial structure using a planetary operating gear 12, and an eccentric load 11 is attached to the inner shaft 13. The inner shaft 13 is rotated by the main motor 14 to generate a carrier wave (sine wave) 9 (see FIG. 4). The inner shaft 13 and the outer shaft 15 are coupled by an operating device having a planetary operating gear 12 and are operated in synchronism with the same rotational speed. The differential device generates a speed (rotation) difference proportional to the rotation of the modulation motor 16 between the inner shaft 13 and the outer shaft 15. Power (rotation) is transmitted into the rotation coordinates inside the eccentric load 11 by the rotation difference between the inner shaft 13 and the outer shaft 15. The transmitted power moves the position of the weight using a linear sliding gear mechanism inside the load body, and changes the position of the center of gravity of the load body.

このような重心変更動作が搬送波のパルス強度変調（パルスＡＭ）に相当し、かかる強度変調の信号Sｍ（ωｔ）を搬送波Ａｃｏｓ（ωｃｔ）及び変調された波Ａｍｓｉｎ（ωｍｔ）で表すと、

Figure 2005315741

となり、変調パルス６に変換される（図４参照）。ここで、ｔを時間とし、Ａ及びＡｍをそれぞれ搬送波及び変調された波の振幅とし、ω，ωｃ及びωｍを、上記信号の角周波数とする。 Such an operation of changing the center of gravity corresponds to the pulse intensity modulation (pulse AM) of the carrier wave, and the signal S m (ωt) of the intensity modulation is converted into the carrier wave A cos (ω c t) and the modulated wave A m sin (ω m t )
Figure 2005315741
And converted into a modulated pulse 6 (see FIG. 4). Here, the time t, and the amplitude of the wave A and A m are respectively the carrier and modulation, omega, a ωc and .omega.m, the angular frequency of the signal.

図５は、図１の狭周波数帯域地震計を詳細に説明するための図であり、図６は、図５の振り子の特性を示す図である。図５に示す狭周波数帯域地震計の検出周波数は、図６に示すような振り子の自由振動の周波数ｆ０又はサーボ型地震計（振り子の位置制御）の一順伝達関数（外力に対する応答でバンドパス又はローパス特性）の高いコーナ周波数である。弾性波の検出帯域は、パルスＡＭの周波数帯域をカバーする共振カーブの幅δｆ（例えば、±５Ｈｚ程度）である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the narrow frequency band seismometer of FIG. 1 in detail, and FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of the pendulum of FIG. The detection frequency of the narrow frequency seismometer shown in FIG. 5 is the frequency f0 of the free vibration of the pendulum as shown in FIG. 6 or the forward transfer function of the servo seismometer (pendulum position control) (Or low-pass characteristics). The detection band of the elastic wave is a resonance curve width δf (for example, about ± 5 Hz) covering the frequency band of the pulse AM.

観測に使用する振り子２１の自然周波数又はサーボのコーナ周波数は、ＧＰＳ衛星２２からの基準信号に同期させる。振り子２１の自然周期の校正（安定化）やＧＰＳ衛星２２との同期は、振り子２１に付属した磁気ばね２３で振り子２１の復元力を調整して行う。また、サーボ型の場合には、このような復元力の変更に加えてゲインなどの制御パラメータでコーナ周波数を変更することもできる。   The natural frequency of the pendulum 21 or the servo corner frequency used for observation is synchronized with a reference signal from the GPS satellite 22. Calibration (stabilization) of the natural period of the pendulum 21 and synchronization with the GPS satellite 22 are performed by adjusting the restoring force of the pendulum 21 with a magnetic spring 23 attached to the pendulum 21. In the case of the servo type, in addition to changing the restoring force, the corner frequency can be changed using a control parameter such as a gain.

電圧制御発信器２４、周波数乗算器２５及び位相比較器２６からなるフェーズロックループ２７によって、ＧＰＳ受信機２８によって受信された基準信号から震源の基準発信周波数が作られる。磁気ばね２３により、常に振り子２１の自然周期を基準発信周波数に合わせられる。震源の現在の発信周波数の情報は、コンピュータネットワークを通じてアナログ／デジタルフィードバック回路２９が取り込む。   A reference oscillation frequency of the epicenter is generated from a reference signal received by the GPS receiver 28 by a phase-locked loop 27 comprising a voltage-controlled oscillator 24, a frequency multiplier 25 and a phase comparator 26. The natural period of the pendulum 21 can always be adjusted to the reference transmission frequency by the magnetic spring 23. Information on the current transmission frequency of the epicenter is captured by the analog / digital feedback circuit 29 through a computer network.

このように正確に合わされた振り子２１を使用することによって、温度などによるばね定数の変化による地震計の特性変化（自然周期の変化）がほとんどなくなり、検出特性の安定度が必要な狭帯域バンドパス特性での搬送波の検出を可能にし、検出位相は、周波数に比例して変化するために平坦でないとしても、常に一定の位相で検出される。   By using the pendulum 21 that is accurately adjusted in this way, there is almost no change in the characteristics of the seismometer (change in the natural period) due to changes in the spring constant due to temperature or the like, and a narrow band pass that requires stability of the detection characteristics The detection of the carrier wave with the characteristic is possible, and the detection phase is always detected with a constant phase even if it is not flat because it changes in proportion to the frequency.

さらに、共振特性を用いるので、主に振り子２１のダンピングに依存するＱ値（特性の尖り具合）に比例して検出感度を上げることができる。また、パルスＡＭ人工震源からのＡＭ弾性波を検出するためには、パルス変調の周波数帯域である数Ｈｚ以下であることを考えると、この程度のバンド幅で十分となる。   Further, since the resonance characteristic is used, the detection sensitivity can be increased in proportion to the Q value (characteristic sharpness) mainly depending on the damping of the pendulum 21. Moreover, in order to detect AM elastic waves from a pulse AM artificial seismic source, considering that the frequency band of pulse modulation is several Hz or less, such a bandwidth is sufficient.

図７は、ロックインアンプを用いたＡＭ弾性波の検出原理を説明するための図である。ＡＭ弾性波を検出するために用いられるロックインアンプは、同期検波を行う回路であり、基本的な動作は位相検出器と同様である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of AM elastic wave detection using a lock-in amplifier. The lock-in amplifier used for detecting the AM elastic wave is a circuit that performs synchronous detection, and the basic operation is the same as that of the phase detector.

同期検波を行い、ＡＭ搬送波のエンベロープのみを検出するために、入力信号をバンドパスフィルタに通し、そのフィルタを通過した搬送波と、その波に同期して別に入力されたパルスとを乗算する。乗算動作は、入力信号の周波数の半波長ごとにそのパルスによってスイッチングし、全波整流を行うことによって行われる。   In order to perform synchronous detection and detect only the envelope of the AM carrier, the input signal is passed through a bandpass filter, and the carrier that has passed through the filter is multiplied by a pulse that is input separately in synchronization with the wave. The multiplication operation is performed by switching with a pulse every half wavelength of the frequency of the input signal and performing full-wave rectification.

かかる操作は、パルスと入力信号との間の位相検出に相当し、１２０ｄＢに達する高い検出ダイナミックレンジを得るためにこのようなスイッチング動作を行う。この同期パルスは、既に説明したように震源の発信周波数に同期する必要があり、ＧＰＳ衛星からの（例えば１０MHｚの）基準信号から分周してつくられる。   Such an operation corresponds to phase detection between a pulse and an input signal, and performs such a switching operation in order to obtain a high detection dynamic range reaching 120 dB. As described above, the synchronization pulse needs to be synchronized with the transmission frequency of the epicenter, and is generated by dividing the reference signal from the GPS satellite (for example, 10 MHz).

近年、地震予知に関連して、地震発生の約一日前からテクトニックな方向に歪が急増する現象を、伊豆において石井式の３成分ボアホール歪計が捉えている。このことは、地震予知のために前駆的な地殻の歪を捉えるのに準リアルタイム性が必要であることを意味している。   In recent years, in relation to earthquake prediction, the Ishii-type three-component borehole strain gauge captures the phenomenon in which strain increases rapidly in a tectonic direction from about one day before the occurrence of the earthquake. This means that near real-time property is necessary to capture the precursor crust distortion for earthquake prediction.

本発明によれば、従来のアクロスの機能を向上し、リアルタイム性を確保した非破壊の常時地殻探査を行うことができるため、地震予知のために前駆的な地殻の歪を捉えることができる。   According to the present invention, it is possible to perform conventional non-destructive crustal exploration that improves the function of the conventional across and secures real-time characteristics, and therefore, it is possible to capture a precursor crustal strain for earthquake prediction.

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ＧＰＳ衛星からの基準信号を用いて同期をとる場合について説明したが、他の基準信号を用いることもできる。また、人工震源アクロス以外の震源を用いることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many changes and modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, the case where synchronization is obtained using a reference signal from a GPS satellite has been described, but other reference signals may be used. In addition, seismic sources other than artificial seismic source across can be used.

本発明による地殻探査装置の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the crust exploration apparatus by this invention. 変調パルスからのエンベロープの抽出及び測定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating extraction and measurement of an envelope from a modulation | alteration pulse. パルスＡＭ人工震源が有する弾性波出力可変型アクロスを示す図である。It is a figure which shows the elastic wave output variable type across which a pulse AM artificial seismic source has. 搬送波の変調パルスへの変換を説明するための図である。It is a figure for demonstrating conversion to the modulation | alteration pulse of a carrier wave. 図１の狭周波数帯域地震計を詳細に説明するための図である。It is a figure for demonstrating in detail the narrow frequency band seismometer of FIG. 図５の振り子の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the pendulum of FIG. ロックインアンプを用いたＡＭ弾性波の検出原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection principle of AM elastic wave using a lock-in amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

１ パルス強度（ＡＭ）変調人工震源
２ 震源制御回路
３ 狭周波数帯域地震計
４ 同期検波観測装置
５ パルス強度（ＡＭ）変調弾性波
６ 変調パルス
７ エンベロープ
８ パルス（震源回転同期パルス）
９ 搬送波（サイン波）
１１ 偏心荷重
１２ 遊星作動ギア
１３ 内軸
１４ 主モータ
１５ 外軸
１６ 変調モータ
２１ 振り子
２２ ＧＰＳ衛星
２３ 磁気ばね
２４ 電圧制御発信器
２５ 周波数乗算器
２６ 位相比較器
２７ フェーズロックループ
２８ ＧＰＳ受信機
２９ アナログ／デジタルフィードバック回路 1 Pulse Intensity (AM) Modulation Artificial Source 2 Seismic Source Control Circuit 3 Narrow Frequency Band Seismometer 4 Synchronous Detection Observation Device 5 Pulse Intensity (AM) Modulation Elastic Wave 6 Modulation Pulse 7 Envelope 8 Pulse (seismic source rotation synchronization pulse)
9 Carrier wave (sine wave)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Eccentric load 12 Planetary operation gear 13 Inner shaft 14 Main motor 15 Outer shaft 16 Modulation motor 21 Pendulum 22 GPS satellite 23 Magnetic spring 24 Voltage control transmitter 25 Frequency multiplier 26 Phase comparator 27 Phase lock loop 28 GPS receiver 29 Analog / Digital feedback circuit

Claims (10)

所定の信号に同期して単一周波数の搬送波を発生し、その搬送波にパルス強度変調をかけ、パルス強度変調弾性波を出力する手段と、
出力されたパルス強度変調弾性波を観測する手段と、
観測したパルス強度変調弾性波のエンベロープを抽出する手段とを具えることを特徴とする地殻探査装置。 Means for generating a single frequency carrier wave in synchronization with a predetermined signal, applying pulse intensity modulation to the carrier wave, and outputting a pulse intensity modulated elastic wave;
Means for observing the output pulse intensity modulated elastic wave;
A crustal exploration device comprising means for extracting an envelope of an observed pulse intensity modulated elastic wave. 前記所定の信号を、ＧＰＳ衛星からの基準信号としたことを特徴とする請求項１記載の地殻探査装置。   The crustal exploration device according to claim 1, wherein the predetermined signal is a reference signal from a GPS satellite. 前記パルス強度変調弾性波を出力する手段が、人工震源アクロスを有することを特徴とする請求項１又は２記載の地殻探査装置。   The crustal exploration device according to claim 1 or 2, wherein the means for outputting the pulse intensity modulated elastic wave includes an artificial seismic source across. 前記パルス強度変調弾性波を観測する手段が、パルス強度変調の周波数帯域をカバーする帯域を用いて前記パルス強度変調弾性波を観測することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の地殻探査装置。   The means for observing the pulse intensity modulated elastic wave observes the pulse intensity modulated elastic wave using a band covering a frequency band of pulse intensity modulation. The crust exploration device described in the item. 前記エンベロープを抽出する手段が、ロックインアンプを有することを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の地殻探査装置。   The crustal exploration device according to any one of claims 1 to 4, wherein the means for extracting the envelope includes a lock-in amplifier. 所定の信号に同期して単一周波数の搬送波を発生し、その搬送波にパルス強度変調をかけ、パルス強度変調弾性波を出力するステップと、
出力されたパルス強度変調弾性波を観測するステップと、
観測したパルス強度変調弾性波のエンベロープを抽出するステップとを具えることを特徴とする地殻探査方法。 Generating a single frequency carrier wave in synchronization with a predetermined signal, applying pulse intensity modulation to the carrier wave, and outputting a pulse intensity modulated elastic wave;
Observing the output pulse intensity modulated elastic wave;
And a step of extracting an envelope of the observed pulse intensity modulated elastic wave. 前記所定の信号を、ＧＰＳ衛星からの基準信号とすることを特徴とする請求項６記載の地殻探査方法。   The crustal exploration method according to claim 6, wherein the predetermined signal is a reference signal from a GPS satellite. 前記パルス強度変調弾性波を、人工震源アクロスによって出力することを特徴とする請求項６又は７記載の地殻探査方法。   The crustal exploration method according to claim 6 or 7, wherein the pulse intensity modulated elastic wave is output by an artificial seismic source across. 前記パルス強度変調弾性波を、パルス強度変調の周波数帯域をカバーする帯域を用いて観測することを特徴とする請求項６から８のうちのいずれか１項に記載の地殻探査方法。   The crustal exploration method according to any one of claims 6 to 8, wherein the pulse intensity modulated elastic wave is observed using a band covering a frequency band of pulse intensity modulation. 前記エンベロープを、ロックインアンプを用いて抽出することを特徴とする請求項６から９のうちのいずれか１項に記載の地殻探査方法。   The crustal exploration method according to any one of claims 6 to 9, wherein the envelope is extracted using a lock-in amplifier.
JP2004134215A 2004-04-28 2004-04-28 Earth crust survey system and method Pending JP2005315741A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004134215A JP2005315741A (en) 2004-04-28 2004-04-28 Earth crust survey system and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004134215A JP2005315741A (en) 2004-04-28 2004-04-28 Earth crust survey system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005315741A true JP2005315741A (en) 2005-11-10

Family

ID=35443327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004134215A Pending JP2005315741A (en) 2004-04-28 2004-04-28 Earth crust survey system and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005315741A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015092180A (en) * 2015-01-06 2015-05-14 鹿島建設株式会社 Geological exploration system
CN105987660A (en) * 2016-03-29 2016-10-05 中国地震局地震研究所 Earth tide observation device based on electrostatic force balance feedback control
CN106052540A (en) * 2016-03-29 2016-10-26 中国地震局地震研究所 Two-degree-of-freedom earth crust deformation inclination and rotation observation sensor
WO2016170676A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 Survey method, seismic vibrator, and survey system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015092180A (en) * 2015-01-06 2015-05-14 鹿島建設株式会社 Geological exploration system
WO2016170676A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 Survey method, seismic vibrator, and survey system
JPWO2016170676A1 (en) * 2015-04-24 2018-02-22 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 Survey method, generator and survey system
US10775523B2 (en) 2015-04-24 2020-09-15 Japan Oil, Gas And Metals National Corporation Survey method, seismic vibrator, and survey system
CN105987660A (en) * 2016-03-29 2016-10-05 中国地震局地震研究所 Earth tide observation device based on electrostatic force balance feedback control
CN106052540A (en) * 2016-03-29 2016-10-26 中国地震局地震研究所 Two-degree-of-freedom earth crust deformation inclination and rotation observation sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Saccorotti et al. Seismic noise by wind farms: a case study from the Virgo Gravitational Wave Observatory, Italy
Bagaini Low-frequency vibroseis data with maximum displacement sweeps
Stachnik et al. Determination of New Zealand ocean bottom seismometer orientation via Rayleigh-wave polarization
Rolland et al. Detection and modeling of Rayleigh wave induced patterns in the ionosphere
US8467267B2 (en) Asynchronous operation of seismic sources in a seismic survey
Häberling et al. Assessment of high-rate GPS using a single-axis shake table
AU2013200589B2 (en) Sweep design for seismic sources
Lognonné et al. Modeling of atmospheric-coupled Rayleigh waves on planets with atmosphere: From Earth observation to Mars and Venus perspectives
Antonovskaya et al. New seismic array solution for earthquake observations and hydropower plant health monitoring
Brokešová et al. New portable sensor system for rotational seismic motion measurements
Grapenthin et al. Single‐frequency instantaneous GNSS velocities resolve dynamic ground motion of the 2016 Mw 7.1 Iniskin, Alaska, earthquake
CN109407144A (en) A kind of single hole boulder three-dimensional probe method based on more waves
Ringler et al. Observations of rotational motions from local earthquakes using two temporary portable sensors in Waynoka, Oklahoma
RU2436130C2 (en) Method and system for radar probing earth interior
Dahm et al. Seismic broadband ocean-bottom data and noise observed with free-fall stations: Experiences from long-term deployments in the North Atlantic and the Tyrrhenian Sea
Özmen et al. Microtremor array measurements for shallow S‐wave profiles at strong‐motion stations in Hatay and Kahramanmaras Provinces, Southern Turkey
CN108594301B (en) A kind of method and processing terminal of the seismic data fusion with difference characteristic
Fee et al. Characterizing infrasound station frequency response using large earthquakes and colocated seismometers
JP2005315741A (en) Earth crust survey system and method
Naughton et al. Ambient noise correlations on a mobile, deformable array
Dunn et al. Detection of atmospheric infrasound with a ring laser interferometer
US2235089A (en) Modulated steady state reflection seismic surveying
Dahal et al. Method for determination of depths and moment magnitudes of small‐magnitude local and regional earthquakes recorded by a sparse seismic network
Moschas et al. Phase effect in time-stamped accelerometer measurements–an experimental approach
AU2014412808A1 (en) Downhole clock calibration apparatus, systems, and methods

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070306

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20070306

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080707

A977 Report on retrieval

Effective date: 20080730

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080819

A02 Decision of refusal

Effective date: 20090106

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02