平成２５年度「地熱貯留層探査技術」における弾性波探査の現況調査

地熱地域における反射法データの最新技術による断裂系イメージング〇青木直史・新部貴夫・阿部進（JGI），
岡部高志・高梨幸志郎（GERD），福田真人（JOGMEC）
平成26年6月13日

反射法地震探査とは•人工振源により発生させた弾性波を受振器で観測し，データ処理により反射波を抽出して，構造形態や物性を推定する調査法。

•

陸上地震探査の振源には、ダイナマイトのほか、非爆薬振源（バイブロサイス、インパクターなど）がある。
陸上地震探査の調査法には、2次元調査が従来より用いられているが、近年は3次元調査も一般的になった。
日本の地熱地域では、1959年の松川地震探査より、計30の2次元調査が知られている。ただし2000年以降は、秋ノ宮（2000年）と武佐岳（2010年）の2調査に限られる。

••

観測車(ディジタル記録システム)
受振器（地震計）
起振車

反射波
屈折波

地層境界

データ取得作業模式図

一般道での起振車による発振作業風景 2最新の処理技術を用いた既存データの再処理・再解析
調査年

地域名

測線数

H6 年

葛根田

１測線

H8 年

大霧

５測線

H10 年

雄勝

１測線

H12 年

秋ノ宮

１測線（雄勝と接続）

雄勝・秋ノ宮葛根田

大霧

評価した新技術
反射法・屈折法の統合
屈折トモグラフィー解析
石油分野で標準的なイメージング・ワークフロー

Data

複合型ノイズ抑制処理

高精度イメージング• 広角反射法• 屈折トモグラフィーに基づくPSDM処理

新たな解析手法の検討
トモグラフィーに基づく
静補正
既往処理の再現

クロスディップ解析

共通反射面重合法
3（CRS/MDRS法）

屈折トモグラフィーと反射法記録の統合
葛根田地域の例

データ提供：石油資源開発株式会社
協
力：東北水力地熱株式会社
4

屈折トモグラフィー• 地熱地域における速度推定の問題– 地熱地域における著しい速度不均質構造を、反射法データに基づく速度解析から、精度よく推定することは難しい。

• 屈折トモグラフィーとは？
– 屈折トモグラフィーは初動走時から地盤の速度構造を推定する弾性波調査である。

• 屈折トモグラフィーと反射法記録の統合– 測線長の長い反射法調査では、屈折トモグラフィーが適用可能である。
– 本再解析では、屈折トモグラフィーにより推定される速度構造を、反射法の解釈およびイメージングに役立てることを検討した。

5葛根田
地質構造概要葛根田地熱発電所 貫入岩

海抜(m)

1000

溶岩

玄武洞
溶結凝灰岩類0-1000-2000-3000

NEDO (1995)• 断層や褶曲活動に伴った複雑な地質構造を呈する。
• 地熱貯留層は、断層や褶曲に伴うフラクチャー、デイサイトの貫入沿辺部、および葛根田花崗岩が貫入する先第三系に形成されている。
• 表層には，鳥越ノ滝付近でデイサイトの貫入および溶岩が，それ以東では玉川熔結凝灰岩および新期火山岩類が露出する。

6

葛根田
発振記録例

地熱発電所

TWO WAY TIME IN SECOND

データ品質レーダーチャート

SP896

SP563

SP311

チャネル数700を用い10 m 間隔の稠密展開で取得されたデータ。夜間計測により工事車両ノイズの低減が図られており、測線全体で明瞭な屈折初動が観測されている。一方、反射波は振源起因ノイズに被覆されており、発振記録上では必ずしも明瞭ではないが、200を超す重合数により、重合記録のS/N比はまずまずである。
7[m]

葛根田

2800
3000
3200

3800

屈折トモグラフィーと地質解釈断面の対比

3800

2600
2800
3000

4000
4200
4400

3000

3200
3400
3600

2600
3000 2800
3200

3000

4600
4000

屈折トモグラフィー
記録にはデイサイ
ト（貫入岩および溶岩）および溶結凝灰岩類と関連した高速度域が捉えられている。

24800

3
45

貫入岩
葛根田地熱発電所

海抜(m)Velocity[km/s]

4600

溶岩

溶結凝灰岩類

H:V = 1:1
玄武洞

1000

0-1000-2000-3000

NEDO (1995)8CMP

反射法・屈折法統合深度断面

葛根田

屈折トモグラフィー
記録は反射法記録と概ね調和的であり、構造解釈の傍証して有効と考えられる。

Depth [masl]

反射法・屈折法
統合深度断面
Velocity[km/s]

2345

背景は再処理された重合後時間マイグレーション深度変換記録

海抜(m)
1000

H:V = 1:1

葛根田地熱発電所

0-1000

-2000

-3000

NEDO (1995)

9

複合型ノイズ抑制処理による断裂イメージの改善
大霧地域の例

データ提供：石油資源開発株式会社
協力：日鉄鉱業株式会社
九州電力株式会社
10

複合型ノイズ抑制処理• 地熱地域における反射法データのS/N比の問題– 表面波、散乱波、多重反射波などのノイズの卓越– 深部への振源エネルギーの未到達• 複合型ノイズ抑制処理によるS/N比改善– 地熱地域の反射法調査で卓越する各種ノイズの特徴に準拠した、最新のノイズ抑制処理を複合適用することで、S/N比の改善を図った。

11大霧Line-1測線図と地質断面図
発大電霧所地熱錆河川断層

銀湯断層

白水越断層

― 発振測線― 受振測線― 重合測線

大霧地熱発電所の主貯留層を形成する銀湯断層の特徴•走向N71°E，•傾斜63° NW，•断層長1,200 m以上，•強変質の破砕帯は数m程度（児玉ら，1988及び御幸，1995）。

児玉ら(1988)

12大霧Line-1における発振記録例
データ品質レーダーチャート
Line-1

地熱発電所

V1 SP 1557
TWO WAY TIME IN SECOND

0V1 SP 1020

屈折多重反射波

振源起因ノイズが顕著である。振源の効きが低下する北西部の記録では、ファーオフセット側でバックグラウンドノイズの影響が相対的に大きい。表層付近の速度コントラストを反映し屈折多重反射も強く現れている。卓越周波数が低い。

5

強振幅ノイズ

バックグラウンドノイズ

コヒーレントノイズ

反射波ノイズ13各種ノイズの分類と抑制手法
分類種類特徴抑制手法

Swell noise

縦縞と球状の小塊
低周波数ランダム性

ローカットフィルター and/or
予測型（共通オフセット領域）

ランダム性

予測型（発振記録）

パルスノイズ

パルス状

予測型（発振記録）
or エディット型

歩行者ノイズ

パルス状

予測型（発振記録）

パルス状

予測型（共通受振点領域） or
エディット型

自然ノイズ
波打ち際ノイズ

風雨ノイズ
バックグラウンドノイズ
突発ノイズ

車両ノイズ
振動ノイズ

振源由来ノイズ繰り返し波

インダクションノイズ

周期性（単一周波数）予測型（発振記録）or
ノッチフィルター

表面波

線形性、強振幅
分散と散乱低速度、低周波数走時差準拠型（発振記録 and/or
エディット型

音波

線形性、低速度

走時差準拠型（発振記録）

繰り返し、線形性

多重反射波抑制手法 or
走時差準拠型（発振記録）

ケーブルノイズ

線形性、低周波数
初動前でも存在予測型（共通オフセット領域） or
走時差準拠型（発振記録）

ship noise
seismic interference

直線・双曲線状
初動前でも存在予測型（共通オフセット領域） or
ノイズ源位置推定型

側方散乱波

直線・双曲線状
100%記録で線形性

ノイズ源位置推定型 or
走時差準拠型（発振記録）

屈折多重反射波
海底面多重反射波（浅海域）

コヒーレントノイズ
ケーブルノイズ

強振幅側方伝播波

平成21年度 JOGMEC「ノイズ・多重反射波除去技術に関する技術動向調査」
赤字：大霧データで顕著なノイズ

14

本再解析で採用したノイズ抑制手法
分類

主な抑制対象ノイズ抑制手法

予測型

ランダムノイズF-X予測フィルター

エディット型

局所的な強振幅ノイズ

F-Xエディット

走時差準拠型

コヒーレントノイズ全般（特に線形ノイズ）

F-X速度フィルター

多重反射波抑制手法

屈折多重反射波Surface Consistent
Deconvolution

15

発大電霧
所地
熱

大霧Line-1
複合型ノイズ抑制結果― 発振測線― 受振測線― 重合測線

既往深度断面
-1

錆河川
断層

銀湯断層

再処理深度断面
白水越断層

錆河川断層

銀湯断層

白水越断層

DEPTH [kmbmsl]

0123

H:V=1:1
重合後時間マイグレーション深度変換記録による比較。既往記録よりも連続性のある反射面と、断層が明瞭に捉えられている。

16

大霧Line-1
解釈断面と地質断面の対比
既存の研究成果（NEDO,1997）をベースに暫定的な解釈を行った。

錆河川断層

銀湯断層

白水越断層

①既往調査で報告されている断層構造（錆河川断 層，銀湯断層および白水越断層）の位置は，解釈断面から推定される断層の位置 と整合的である。
重合後時間マイグレーション深度変換記録②KE1-6井およびKE1-9井の主要逸水層位置()と今回抽出された断層の位置はほぼ一致する。

H:V=1:1.65（NEDO,1997）17

高精度イメージングによる構造把握
雄勝-秋ノ宮の例
データ提供：一般財団法人電力中央研究所
三菱マテリアルテクノ株式会社
協力：三菱マテリアル株式会社
電源開発株式会社
18

高精度イメージング• 従来型手法の限界– 卓越する振源起因ノイズや著しい速度不均質の影響から、従来型の反射法処理では良質なイメージが得られない場合がある。

• 広角反射法– 地層境界における地震波の反射率が臨界角付近で増大し、強い反射波振幅（広角反射波）を持つ現象を利用して構造を把握する。
– 高いノイズレベルの克服や、垂直入射では強振幅を持たない低インピーダンス・コントラスト境界の把握を目的に適用される。

• 重合前深度マイグレーション（PSDM）– PSDM処理 は速度モデルに基づく反射法イメージング処理である。
– 屈折トモグラフィーで速度不均質構造が捉えられれば、高精度なイメージが得られると期待される。

19

雄勝-秋ノ宮地域の地質構造概要
― 雄勝
― 秋ノ宮
― 重合測線

多数の断層が発達しており，全体に地累-地溝構造を呈する。
地熱開発促進調査プログラム調査C(NEDO, 2001) から基盤岩上面深度は、測線北東部で200~300m，南西部で1,500 m以上になると推定されている。
基盤岩隆起帯に掘削された1000m級の坑井では，深度約300m以深（標高300 masl）に白亜紀花崗岩閃緑岩が確認されている。

先第三紀基盤岩上面等高線図と東西断面図

20（水谷, 2010）

雄勝-秋ノ宮地域の既往解釈断面
― 雄勝
― 秋ノ宮
― 重合測線

水谷（2010）では高傾斜断裂帯と低傾斜断裂帯の２つの断裂帯解釈が為されており、前者は北西-南東方向の左横ずれの基幹断裂（傾斜80度）で浅部にフラワー構造を伴い、後者は北東より南西方向への低角スラスト（傾斜20度）とされる。
北東部の海抜-2,500 ～-3,000m の反射イベントは櫛形の形状から固結マグマと推察される。南西部には、カルデラの縁辺が推定される。
H:V = 1:2.62

水谷(2010)21

雄勝-秋ノ宮
発振記録例

TWT[s]― 雄勝― 秋ノ宮― 重合測線

雄勝

秋ノ宮

データ品質レーダーチャート

西側では最大オフセットがやや短くなるが、環境ノイズ、振源起因ノイズともに少なく、山間部の記録としては非常にS/Nが高い。
22

― 雄勝
― 秋ノ宮
― 重合測線

TWO WAY TIME IN SECOND

雄勝-秋ノ宮複合型ノイズ抑制結果

TWO WAY TIME IN SECOND

H11既往記録

H25再処理記録

重合後時間マイグレーションでの比較
雄勝-秋ノ宮データはS/N比の高い良質なデータであったため、ノイズ抑制の効果は限定的であった。 23

雄勝-秋ノ宮
広角反射法イメージング
通常の処理法広角反射イベントの波形伸長対策を実施

TWT[s]

CMPギャザー0

TWT[s]

01

10

TWT[s]

重合後時間
マイグレー
ション断面

TWT[s]

011

広角反射イベントの波形伸長対策により、連続性の高い浅部記録が取得された。

24

雄勝-秋ノ宮
屈折トモグラフィーによる速度推定

― 雄勝
― 秋ノ宮
― 重合測線反射法・屈折法統合深度断面

東部の高速度異常（約4,500m/s）は基盤隆起帯の上面を反映していることが分かる。
基盤内の速度逆転を示す推定結果は、解析手法上、不確実性を伴うが、低傾斜断裂帯（Chaotic Event 下面）や西部カルデラからの天水流入による影響を示している可能性もある。

Depth [masl]

屈折トモグラフィーから浅部の速度不均質構造が捉えられた。

Velocity[km/s]
2345
背景は重合後時間マイグレーション
深度変換記録25

H:V=1:1

― 雄勝
― 秋ノ宮
― 重合測線

雄勝-秋ノ宮PSDM処理結果-1

重合後時間マイグレーション深度変換記録

PSDM記録DEPTH [kmasl]

012
既往処理

H:V=1:1

FX PSDM

屈折トモグラフィー速度に基づくPSDM記録は、広角反射イベントの波形伸長の影響が浅部に認められ、垂直分解能は既往深度断面に及ばない結果となった一方、深部では波が整理され、カルデラ深部域の反射イベント（傾斜角45度）が明瞭に捉えられた。

26

地熱地域における最新処理技術の有効性検証結果• 屈折トモグラフィーと反射法記録の統合– 屈折トモグラフィーは弾性波速度に基づいた地質状況の解釈を可能にし、反射法による、断裂系および褶曲構造解釈の傍証として役立った。

• 複合型ノイズ抑制処理– 大霧地域において反射波の連続性が改善し、断裂が顕著となった。

• 広角反射法イメージング– 雄勝-秋ノ宮では広角反射イベントの波形伸張対策を施すことで、浅部構造把握が可能となった。

• 屈折トモグラフィー速度に基づくPSDM処理– 雄勝-秋ノ宮においてはカルデラ深部域のイメージが改善された。
反射法データ処理には数々の技術の進歩がみられ、それらは地熱地域の断裂系イメージングの精度向上に寄与するものであった。
27

地熱フィールド開発に果たす反射法地震探査の役割

地熱フィールド開発費• 期待される改善効果
反射法の経済的価値① 坑井掘削の成功率向上② 地熱構造モデルの高精度化③ 上記②に基づく適切な坑井配置と生産管理• 反射法の経済的価値– 数100億円規模の地熱開発事業全体においてどの程度の価値があるかが問題。
反射法調査費Hardage, 2000に一部加筆– 反射法地震探査のコストは、地熱開発費全体のコスト抑制の視点で評価されるべきである。
– 現段階では地熱地域における反射法地震探査の事例が少なく，今後、適用事例の蓄積が望まれている。

3次元反射法地震探査の経済性判断
28

大霧地域での調査計画例
協力：日鉄鉱業株式会社

測線配置

最大オフセット•データ取得技術においても向上が見られ、従来よりも効率的に広域のデータを取得可能になっている。
•山間部の地熱地域においても、一般道路・林道を主に利用する準3次元調査では、コストを抑えつつ3次元地下情報の取得が可能と考えられる。
29

謝辞
本調査に際し、多数の方々から多大なご協力を頂きました。ここに記して感謝の意を表します。
データ提供：
一般財団法人電力中央研究所
三菱マテリアルテクノ株式会社
石油資源開発株式会社
協力：
独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
日鉄鉱業株式会社
東北水力地熱株式会社
三菱マテリアル株式会社
電源開発株式会社
九州電力株式会社
アンケート調査協力：
国内19の事業者の皆さま
30参考： データ品質レーダーチャート用設問
設問a. 卓越する最大オフセット距離
１. 1 km, ２. 2 km, ３. 3 km, ４. 4 km以上

設問d. 卓越周波数
１. 10 Hz, ２. 20 Hz, ３. 30 Hz, ４. 40 Hz

設問b. CMPギャザー上の反射波
１. 全く見えない
２. 反射波かもしれないものが見える
３. 特定のオフセットだけに認められる
４. 全てのオフセットに認められる設問e. 測線長がターゲット深度に対して１. 同程度以下, ２. 2倍, ３. 3倍, ４. 4倍以上

設問c. 重合記録上の反射波
１. 全く見えない
２. 反射波かもしれないものが見える
３. 反射波がところどころに見える
４. 反射波が連続的にしっかり見える

設問g. 受振点間隔
１. 40 m, ２. 30 m, ３. 20 m, ４. 10 m

設問f. 発振点間隔
１. 40 m, ２. 30 m, ３. 20 m, ４. 10 m

31