物理探査

第55巻第5号(2002)

BUTSURI‑TANSA,

387‑400頁

Vol.

No.

55

(2002) pp.

5

387‑400

重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理
一海上地震探査データヘの適用‑
松
倉

潤*･

島
本

真

.

̲*

六Jl

修

池
大久保

俊
泰

宏**･横
邦* ･徳

俊
英

田

山

之*
**

一*3･ナディール号乗船者一同*4●

Di批action‑Its

st礼cking with st礼cking velocity analysュsin a surface. seismic
surveyto marlne
data‑
re血ection
seismic
application

Jun Matsushima*,
Shinichi Kuramoto*,
Shuichi Rokugawa*3

Ike**,
Yokota*,Toshihiro
Toshiyuki
Tokuyama**,
Yasukuni
Okubo*,
IIidekazu
Nadir
Shipboadandscientific party*4

ABSTRACT
data processing
data processing

a prestacktime migration(PSTM) method whose
previous paper, we proposed
In the present
CMP
to
is
that
paper,
schemeanalogousof conventional
method.
proposedTrough.
is applied to marine seismic data collected in the Eastern Nankai
procedure

In ourThe
Post

is to reveal the feasibility of our method
in caseof application to realfielda crossby
PSTM
by(CMP stacking+sectionwithsectionconventional
methodS/N
basedon
by use ofト
both
the
ratio
sections
evaluationand studyofquantitative

purposeof this paper

comparea crossdata. Westack

migration)from random
components･
which separates
coherent components
predictionfi1tering
the effect of stacking aperture(definedas an angle range of collecting seismic traces)onx

spatial resolution of obtained crossIn order to reduce computation
distributed

also consider
the S/N ratio andsection.
time and memory

memoryThesystems.

parallel machine
has totally 1.85 million samples.
using 256 processors.

after PSTM

We

The

we
have developed
a PSTMrequirements,
code fordata size is about 1 Gbytes and the output image
canbe completed
in a practical timeprocessof PSTM

input(100 minutes)
Key: prestack

words

time

mlgration,

velocity

analysュs, Parallel processing

2002年9月2日受理
2001年12月10日原稀受付;
物理探査学会第105回学術講演会にてー部を発表*産業技術総合研究所

Manuscript〒305‑8567茨城県つくば市東トト1中央第7**東京大学海洋研究所

ference,

*3

*4

*

山口和彦,

MOE

Kyaw

Thu,

Pascal,Siegfried

Mark

Noble,

VictorSatishSingh,

Matthias

Martin,of this paper
2001.
institute

National
Tsukuba**Udrekh,Lallemant,
Herve
Nouz,

*3

central

8567,

Japan

Ocean

Research

1‑15‑1

Minamidai,

Graduate

School7‑3‑1,

Alerini*4

Hongo,

ManabuofAdvanced

Accepted

the lO5th

Sep‑

SEGJ

Con‑

Industrial

ScienceandTsukuba,

Ibaraki305‑

atpresented

orges

Martin,SEGJ

387

7,ト1‑1,MOE

Pascal,SatishHigashi,

Institute, University
Nkano‑kuof Tokyo
164‑8639,

Tokyoof Engineering,
Bunkyo‑ku,
TokyoTanahashi,

Nakamura,

◎2002

was

10, 2001;

Technology〒164‑8639東京都中野区南台ト15‑1
東京大学大学院工学系研究科〒 113‑8656東京都文京区本郷7‑311
棚橋学,芦寿一郎,中村恭之,
Georges

Decemberreceived
2, 2002.

temberA partThe

113‑8656,

Juichiro Ashi,
Kyaw

Thu,

Udrekh,Kazuhiko

Siegfried
Lallemant,
Singh, Herve
Nouz,

Japan

Universityof TokyoJapan
YasuyukiGe‑Yamaguchi,
Noble,Mark

Matthias

Alerini

Victor物理探査

388

第55巻第5号(2002)を設定することにより,柔軟な処理が行えることを述論

1.序

べ,この(散乱)重合範囲がS/N比の制御に重要なパ岩塩層に関連した構造やスラスト構造など横方向の速ラメータであることを示唆した｡

本稿では,松島ほか(2001)が提案した手法を海上度変化が大きい場合には,波線の曲がりを考慮に入れたで取得された反射法地震探査データに対して適用し,処重合前深度マイグレーション(以下ではPSDMと呼ぶ)が有効であることが多数報告されている(e.g.,etal., 1998;Youngetal.,

C血ang

理時間･NMOストレッチ除去の効果,

CMP法に基づ(散乱)重合範囲を1999)｡そのー方で,重合前時

間マイグレーション(以下ではPSTMと呼ぶ)の簡便

いた処理との比較を行った｡また,変化させた場合におけるPSTM断面のS/N比ならびに性に利点を見出し,実フィールドデータに積極的に適用

水平分解能評価を行った｡

Robein

している報告もされている(e.g.,
Hanitzsch,Gray2001)｡特に,

et

al.

and

2.海上反射法地震探査データ概要ならぴに前処理(2001)は,

PSTMのための速度推定はルーチン的に行えるように本研究で使用する海上反射法地震探査データは日仏なってきたことを指摘している｡

前報(松島ほか,

KAIKO計画のもとで取得された｡日仏KAIKO計画の2001)では,キルヒホッフ型の一経緯･目的等は徳山ほか(2000)に記載されている｡
ここではその概略ならびにデータ仕様について述べる｡

種であるPSTMのー手法(=重合速度解析をともなう

Fig. 1に調査領域を示す｡調査領域である東海沖の海散乱重合法)を提案した｡この手法の特徴は,均質速度に対する散乱重合記録を多くの速度に対して作成し,そ

域ではフィリピン海プレートの西南日本弧への沈み込み

こから各イメージ点ついて最適な速度を重合速度解析を用いて求めるため,速度場推定のための繰り返し処理をる｡このため,この海域には5つの活断層系(南から,必要とせず,従来型のCMP重合法と同様な処理スキー

銭洲,前線,東海,小台場,遠洲断層系)が存在し(東ムで処理が行える点である｡また松島ほか(2001)は,海沖海底活断層研究会,

重合前マイグレーションの利点として,水平分解能向上

生メカニズムと密接に関係していることが指摘されておばかりでなく,と,伊豆一小笠原弧の本州弧への衝突･付加が起きていり,地震発生帯域と主すべり面(マスターデコルマン)

S/N比向上についてもCMP重合法と比との関係を解明する目的で三次元地震探査が実施された｡

べてさらなる効果があることを数値実験により指摘した｡さらに,

1999),東海沖での巨大地震発

Fig. 1において,三次元地震探査領域を長方形の囲み

PSTMを実施する際に(散乱)重合範囲

Linel

Line51

.‥

50

5km

1
36

35
C}

勺
∋

･3
eg
■■■l

34

33

137

Fig. 1

Location
and
m

5 km

of study

wide,interval.

area,

which

bathymetryis located

40)

137

50)

138

00)

138

layoutof survey

lines. Three‑dimensionalin the Eastern

NankaiTrough. In this area,fifty‑one

and

10)

138

marine20?

seismic

surveysurveylines arearea

is 50 kmlong

locatedat every100松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理一海上地震探査データヘの適用‑

/

＼ーノ/

389

(8)隣接トレース単純加算:2トレース加算→1トレーで示している(この領域を以下では3D‑BOXと呼ぶ)｡
3D‑BOXのサイズはインライン方向約50km,クロスス

上記の手順により前処理を実施した後の前処理後のデライン方向約5kmであり,測線間隔を100mとして,長軸方向に測線長を50kmとして51本の測線が設定しータ仕様は,以下の通りである｡総発震点数1006点,てある｡それぞれの測線においては,間隔50mでエア受振チャンネル数180で合計181080トレース,各トレーガンによる発震を行い(総発震点数は1本の測線あた

スは1250サンプル数で構成されている｡前処理後のデり約1000地点),受振側は全長4500m,チャンネル数

ータ規模は,約1ギガバイトである｡前処理後の共通
発震点記録例をFig.
2に示す｡

360,受振器間隔12.5mの仕様で1本のストリーマケーブルを深度15mで曳航することにより調査が実施された｡サンプリング間隔は2msec,サンプリング長は
15sec

3.重合前時間マイクレーション処理(サンプリング数7500に相当)である｡以上のデータ規模は, 1測線あたり約11ギガバイトであり,線仝データ規模は約561ギガバイトとなる｡本研究で51測前述した前処理後データに対して,松島ほか(2001)
が提案した二次元のPSTM処理を適用した｡以下にそのデータ処理の概略を述べる｡

は,上記の51測線のうち1測線(3D‑BOXのうち西側(1)速度解析地点を適当な間隔で設定する｡

から46本日の測線:(2)各速度解析地点では,以下の方法で速度解析パネル

Fig.1におけるLine46に相当する)に対して二次元のデータ処理を実施した｡なお,を作成する｡各イメージ点において様々な均質速度を仮Line46での発震点数は1006点である｡

定し,その点で励起されるであろう散乱波パターンに前処理は,下記の手順により行った｡

沿って振幅を加算する｡この場合,様々な均質速度にお(1)トレース編集

ける加算効果を表現する指標(この場合は単純に重合し(2)時間リサンプリング(2ms‑8ms)た振幅値)を計算し,その値を速度解析パネル内に設定(3)時間ウィンドウ(0.Osec〜10.Osec)していく｡他のイメージ点に関しても同様な作業を繰り(4)帯域通過フィルタ(5,8,50,55Hz)返すことによりパネルを完成させる｡完成された速度解(5)振幅補正析パネルにおいていくつかのピークが存在すると,その幾何的拡散補正

ピーク箇所はそのイメージ点において最もイメージ効果

AGC:ウィンドウ長2000msecの高い均質速度であることを意味する｡

トレースバランシング:各トレースをそのトレースの(3)すべての速度解析パネルにおいて速度ピックを行

RMS振幅で割ることによる正規化(6)デコンポリューション:スパイキングタイプ,オペ
レータ長300ms,ノイズレベル0.5%6000(7)帯域通過フィルタ(5,8,50,55Hz)

Distance
0

1250

0

(m)

2500

3750

4500

0
′￣＼
●

U
4J
∽

=4

已

'占
h
c6

i
I

e

き6
↑4
4)

∽
＼‑･′

4)

已
芦
6

5000

Velocity

(m/s)

4000

3000

2000

1100

物理探査

390

第55巻第5号(2002)に示す｡

い,パネル内において線形な速度関数を決定し,パネル

Fig.4において測線方向は33.3mでサンプリ

間でも線形内挿により速度関数を推定する｡

ングされている｡このように推定された速度モデルは,(4) (3)で推定された速度モデルを用いてPSTMを実施

各イメージ点におけるPSTMのための重合効果のあるする｡このとき,それぞれのイメージ点同士は別々の均最適なマイグレーション速度(均質)である｡

質速度を用いて独立にPSTM処理が実施される｡

マイグレーション速度を用いてPSTMを実施した結果をFig.5に示す｡前述したように,それぞれのイメー

今回のデータ処理にあたっては,速度解析地点を約

Fig.4の1.7kmおきに合計30点設定した｡速度解析においてジ点同士は別々の均質速度を用いて独立にPSTM処理

は,速度を1100〜6000m/secの範囲で100m/secおきが実施される｡に変化させて速度解析パネルを作成した｡

方向は33.3mでサンプリングされている｡

North

/￣＼

･West

Fig.5においても測線
Fig.5の長方形領域で囲んでいる領域(往復走時7秒前後)におFig.3に速度解析パネル例とその速度ピック例を示す｡ピックされた点に基づいて測線方向ならびに時間方向に対して線形内挿により速度を推定した結果をFig.

Fig.4と同様に,いて,反射面が強くイメージされており,当地域におけ4る先行研究(東海沖海底活断層研究会,

South･East

1999)より判

松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理一海上地震探査データヘの適用‑

断して,この強反射面はデコルマンと推定される｡

Horizontal

391

Distance
Xd

4.並列処理Time

上述のPSTM処理は,産業技術総合研究所先端情報

計算センター(以下,トル計算機HITACHIを用いて並列処理した｡(Normal

time)

藍∑∑

SR8Kの基本スペックは,総合

Ns

Image

演算性能512ギガフロツプス,メモリ512ギガバイトで

0

Depth

xt

TACCと呼ぶ)所有の並列ベク
SR8000(以下, SR8Kと呼ぶ)=

Nr

Amplitude(SValuel=,R,Xt)

S=1R=1

あり,プロセッサは250MHzのPowerPCアーキテク

チャを元に擬似ベクトル機構,拡張レジスタ,拡張命令

Fig. 6等を追加したプロセッサを用いている｡またHトUX/

the

MPPと呼ばれるUNIX系のOSが搭載されている｡現

在TACCに導入されているSR8Kは,

Illustration of parameters
for prestack timeneededfor horizontal dis‑
Xd is the parameter
mlgration.
tance,
Xt is for vertical direction. S and R indicate
Ns

64個のノードかof source
and receiver, respectively.
indicate the total numberof sourceandnumberNrandreceiver,respectively.

ら構成されており,各ノード間は二次元クロスバーネッ
トワークと呼ばれる高速なネットワークで結合されている(ピーク通信性能:1ギガバイト/秒)｡さらに各ノー
ド内には8個のプロセッサが搭載され,●Serial Processlng

ParallelProcessing

8ギガバイトの主記憶を共有しており,ノードあたりの総合演算性能は8ギガフロツプスである｡
以上の性質により,ノードを単位としてシステムは分
散メモリマシン,個々のプロセッサを単位としてノードは共有メモリマシンである｡従ってSR8Kの標準的な使用方法はノード内ではコンパイラ等による自動並列を行いノード間では通信ライブラリを用いノード間並列を行う｡一方,各ノード内(主記憶8ギガバイト)に存在する8個のプロセッサを独立に使用できる(個々のプロセッサは主記憶1ギガバイトを有する)分散メモ
リシステムも可能であり,この場合は最高512個のプロセッサを使用した並列計算が可能になる｡本研究では,Fig. 7Comparison

of且owchartsof prestacktion between

serial andparallel processlng.

of parallel processlng,
data whichsmaller

processors

256個のプロセッサ(ノード数としては32個に相当)をsor

使用する分散メモリシステムによる並列処理を行った｡

andfinallysors

並列処理に関する詳細な検討は別塙に譲る｡

can

total

data

be

asslgnedprestack
the results

mlgrationare

via communication

mlgra‑

In caseis divided(data decomposition) andperform

time

into

to

different

each

proces‑data

for its own

collected from all procesI
library (MPI).

並列処理アルゴリズムに関して,その概略をFig.6

ならびにFig.7を用いて説明する｡まず始めに単体処理の場合を説明し,それを並列処理に変更する方法について述べる｡

Fig.6に,任意の点においてPSTMイメとりを行い,外側のループからXd,S*R,Xtと順にループ処理を行い,最後にファイルに結果を書き出す｡

以上の単体処理アルゴリズムを以下の手順で並列処理ージを実施するのに必要なパラメータとその計算式を示す｡任意の点の空間的な位置を表すパラメータは,水平アルゴリズムに変更する｡仝データの読み込みが終了す

方向距離(Xd)と深度方向垂直時間(Xt)の2つであると,そのデータを使用プロセッサ数で分割し,分割さる｡この点においてすべての発震点･受振点の組を用いれたデータをそれぞれのプロセッサに割り当てる｡それてPSTM処理を行うとき,イメージ点における値はぞれのプロセッサでは割り当てられたデータについてのFig. 6に示した式に基づいて得られる｡入力データを表

み解析を行う｡すべてのプロセッサで処理が終了する

すパラメータは発震点と受振点番号であるが,実際にはと,すべてのプロセッサで得られた処理結果を通信ライ

その組み合わせであるトレース数(S*R本)が入力デブラリを使用して集計し,ファイルに書き出す(Fig.7

ータのパラメータとなる｡の右側図)｡なお本研究では通信ライブラリとしてMPI(Message Passing interface)を用いた｡

以上より,

PSTM処理を行うためのパラメータとしては3つ存在し(Xd,Xt,S*R),それぞれループ計算を要するので,Fig.7に示したフローに従ってそれぞれのパラメータにおけるループ処理を行う｡

Fig.7の左側のフローは単体処理の場合を示す｡始めにデータの読み

上記の並列アルゴリズムに基づいてPSTM処理を行いFig.5の結果を得るのに要した時間は下記の通りである｡速度解析(30地点)に約50分,

作成(1480トレース,

PSTMトレース

185万サンプル)に約50分,合計

392

物理探査

第55巻第5号(2002)

で約100分であり,現実的な時間内で処理が行えた｡

この(1)式は散乱波定時と垂直往復走時とを関係づけ(1)式を垂直往復走時T(0)で偏微分る式であるので,NMOストレッチの影響とその除去5.

することにより得られる以下の(2)式において,散乱波

CMP重合の際に実施するNMO補正においては,反走時の変化量と垂直往復走時の変化量との関係を評価で射面への入射角が大きくなる場合,その部分に該当する

きる｡

イベントは時間方向に引き伸ばされる(NMOストレッdti,チ)｡このようなストレッチが生じる原因は以下のよう(竿)2.

に考えることができる｡いま,観測記録の時間軸をtと
すると,

T(0)

=

dT(0)

4

+

NMO処理によりこの時間軸tは垂直往復走時
i, Tの微小変化をそれぞれ

At,ATとすると,

V2

T(0)

+

(竿)z･

4

At/ATが1であるならば時間方向の(2)(R,‑B)22.

の時間軸Tに変換される｡(sl‑B)2

V2

ストレッチは生じない(ゼロオフセット記録の場合はこれに相当する)が,反射面への入射角の大きさに応じてNMOストレッチが∬パーセント生じたとするいま,(2)式で表現された偏微分係数とNMOストレッチ

At/ATは1より小さくなる｡これは,垂直方向に伝播と,していない波を垂直方向の時間軸に変換しているためにの関係は以下の(3)式になる｡

生ずると解釈することもできる｡ある割合以上引き伸ばされる部分は,重合の際にはミュートにより削除される(NMOミュート)｡PSTM処理を行う場合においても,同様にNMOス

dtl,

1 00

dT(0)

100+x

(3)

トレッチが発生し,これに対してNMOミュートを実施

各イメージ点において,(2)式で表現された偏微分係数を計算し,さらに(3)式によりNMOストレッチの程する必要がある｡

度が計算できる｡データ処理の中では,ある値以上のCMP重合法の場合には入射角と反射角は等しいため入射角の大小を考慮すれば良いが,NMOストレッチが生じている場合はイメージに寄与さ

PSTM処理の場合には散乱波仮定の場合は入射角と反せない制限を設ける｡

射角は等しくないので,入射角と反射角との和の大小をFig.5に示したPSTM断面は30パーセント以上の考慮する必要がある｡

NMOストレッチが生じた場合にNMOミュートを実施
Fig. 8に地表反射法地震探査の幾何式が基本式である｡

的配置と観測配置の各種パラメータを示す｡ Siはi番目の震源の基準位置からの距離,

Rjは同様にj番目の受振器の基準位置からの距離である｡

βはイメージ地点の基準位置からの水平距離,
復走時,

NMOミュート

する設定で作成された｡これに対して,松島ほか(2001)に基づくPSTM処理は以下の(1)T(0)はゼロオフセット時の往

Ⅴは波の伝播速度である｡このときFig.8にNMOスを行わなかったPSTM断面をFig.9に示す｡

トレッチの影響は基本的には浅部において顕著に現れる｡
NMOミュートをFig.9に示した四角で囲んだ領域と,行った場合の断面Fig.5における同じ領域とを比較す
ると,以下のことがわかる｡

NMOミュートを実施していない場合においては,反射面のイメージが不鮮明ある
NMOミュートを行うことによ示した波(i番目の震源で発振されj番目の受振器で受いは連続性が悪いが,振)の伝播時間(tij)は(1)式で表現される｡

り,反射面がより明瞭になっており連続性が良くなって+=(si‑B)2 +(R,‑B)2いることがわかる｡

(竿)z･
2.

2.

(竿)

tij

V2

V2

(1)

6.
ここでは,

CMP重合処理との比較

PSTM処理により得られた断面(Fig.

5)‑とCMP重合法に基づいて得られた断面との比較を行う｡
PSTM処理と同様に,CMP重合処理のための速度解析

地点を約1.7kmおきに合計30点設定した｡

一R:‑

CMP間隔

を10mとしてCMP重合断面を作成した(Fig.10

sill(a))｡また,

Source

CMP重合断面に対して重合速度解析によって得られた重合速度を利用したFKマイグレーショ

Receivqンを適用した(Fig.10(b))｡面とFig.

竺製型
2

ScatterFig. 8Parameters
scatteredduringFig.

10(a)においてAと記した四角で示した領域の拡大部分について,of a traveltime
diffraction stacking.

for the calculation
wave

するために,

pointof aFig.10に示した2つの断5に示したPSTM断面との差異を詳細に確認

PSTM断面,重合後マイグレーション断面をFig.
ぞれ示す｡

CMP断面,

ll(a)〜(c)にそれ松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理一海上地震探査データへの適用‑(

0

North･West
10I)istance(km)

South‑East

30

40

20

393

+
50

0

/￣＼●

U
4)
∽

=4

≡

:β
礼
Cg

喜6

き

10
Fig. 9Prestacktime migrated
section without NMO
are
by NMO
Fig. 5. Reflectors
contaminated(a) (Comparewith the section
stretch mute.
at lower than 2.0 sec..

North･West

0

10

with

NMO

stretchstretchDistance(km)

20South‑East

30

+

40

50

0

2
′‑＼●

U
4)
∽

=4
≡

t‑‑

A
Cg

喜6
占

10

(b )

North･West

010Distance(km)

South‑East

30

40

20

‑う‑

0

/￣ヽ
●

U
4)
班

=4
已

'B
A
d

>6
0

き
8

10
Fig. 10(a) CMP

stackedsection,(b) After

poststacktime

migration(FK).

50

mute

shown

in

物理探査

394

Distance

(a)
35

20

(km)
45

40

2

第55巻第5号(2002)

50o

CMP+n4i

◆

PSTM

15

A

CMP

+

●

U
q)
班
､ヽ‑/

0

4)

'B
eg

･B4

芸10

A
d

i

∽

O

き

5

+
+

6

(b)

+

Distance

45

0Fig. 12

/￣＼●

U
A)
班

10

30

(km)

50

40

ratio calculated byトⅩ predictionbyNakagami
etproposedal.
(1994).Signal‑to‑noise ration is calculated at ev‑

丘1ter

qJ

已

20
Distance

Signaトto‑noise

＼J

4

'B

+

0

50

2

+

輿

那

(km)

40

35

◆

ery

A
Cg

/

i
○

500

methodm.

Circle=CMP,

Cross=CMP+poststacktion, Filled diamond=prestackmigra‑

time

mlgration.

貞夕により,断面におけるイベントをコヒーレント成分と6Distance(c)35

ランダム成分に分離し,それぞれのRMS振幅を各トレ

(km)
45

40

2

50

ースで計算し,それらの比によりS/N比を計算する｡
この手法によりFig.5ならびにFig.
10で示したそれぞれの断面においてS/N比を計算した結果をFig.

A
●

U
q)
∽
q)

≡

'B

間引いて500m間隔で表示している)｡

4

h
C6

のことがわかる｡

i

適用断面,

○

き

Fig.

12に

示す(実際には各トレースで計算しているがそれらから＼J

Fig. 12より以下

CMP断面,重合後マイグレーション

PSTM断面の中で全体的にS/N比が最も高いのは重合後マイグレーション適用断面であり,最も低CMP断面に重合後マイグレ
いのはCMP断面である｡
ll

Enlargement
beled

A

shown

of the partin Fig.

enclosedin rectangle

10(a). (a) Prestack

la‑
time

(c)

stackedsection,migrated
section, (b) CMP
After poststacktime migration (FK).

ーションを適用することにより,すべての箇所においてS/N比が向上している｡またCMP断面とPSTM断面との比較では,水平距離が0〜20kmの領域ではCMP
断面よりPSTM断面の方がS/N比が高いが,それ以外の領域では両者に大きな差はない｡水平距離が0〜20kmの領域において両者のS/N比に差がでた理由の1

また,デコルマン(Fig.

5においてDecollementと記した領域)に着目して比較すると,PSTM断面に比べつとして,該当する範囲のPSTM断面ではデコルマンが明瞭にイメージされているが,一方,CMP断面では

明瞭ではないためと考えられる｡てCMP断面ではその反射面が不明瞭であるものの,以上のように,トⅩ予測フィルタによる定量的な比較

CMP断面に対してマイグレーションを施すと,デコルを行うと,重合後マイグレーション適用断面が最も高い

PSTM断
マンがより阻瞭になっていることがわかる｡
面, CMP断面,重合後マイグレーション断面を比較す

S/N比を有するという評価結果になったが,この問題

ると,断面の品質を目視により判断すると,については次節の重合範囲の比較において議論する｡

PSTM断面>重合後マイグレーション断面>CMP断面の順であると判断されると以上の断面の品質比較の議論は目視により行われた

また, CMP断面に比べてPSTM断面の方がS/N比が高くなるという結論は,松島ほか(2001)が行った
数値実験によっても得られている｡松島ほか(2001)

が,以下ではS/N比の定量的な比較を行う｡中神ほか

はこの理由についてホイヘンスの原理に基づいて考察し(1994)はf‑Ⅹ予測フィルタを用いてS/N比を定量的にており,評価する手法を提案した｡この手法は,めとしている｡

f‑Ⅹ予測フィル

CMP重合法はPSTM法の近似処理であるた松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理一海上地震探査データヘの適用‑

最後に,CMP重合断面ならびに重合後マイグレー

分,重合後マイグレーション処理に約3分を要した｡

ション断面を得るのに要した処理時間を以下に述べる｡
PentiumIIIIGHzのプロセッサ,

7.重合範囲を変化させた場合のPSTM断面の変化

1Gbyteのメモリを搭載したパーソナルコンピュータを使用し,処理のための速度解析に約1分,

395

CMP重合

松島ほか(2001)は,CMP重合処理に約30

13

PSTM処理を行う際にFig.

に示した重合範囲を設定することを提案し,この重合範囲が断面のS/N比を制御する重要なパラメータである
ことを示唆した｡

Fig. 13において網掛け部分に含まれるトレースは,鏡面反射波を中心として任意の角度範囲

ection内に含まれるトレースで,これらのトレースを選択的に利用することにより柔軟にPSTM処理を実施できる｡
ここでは,Fig. 13で定義された重合範囲を変化させた

場合にFig.

5の断面(重合範囲を360度と設定)がどのように変化するかを検証する｡

重合範囲を18種類(2, 6, 12, 18,24,30,36,45,
90, 120, 144, 180,200,240,

5種類(6,24,45,
120度)の重合範囲に対応する断面をFig. 14(a)〜(e)にそれぞれ示す｡以下では, S/N比と水平分解能の72,
Definition
throughof aperture
shadow

zone

(a)

;

angle. The
areraypaths

golng

stacked.

North･West
10

Distance
20(km)South･East

30

40

(km)

South‑East

30

40

‑→
50

0

2
/￣■■＼
●

U
A)
∽

=4
≡

'J=
A
eC

喜6
き

10

(b) 0

Distance

No rth･West1072,300,360度)に設定した場合における断面を作成した｡そのうち,Fig. 13

60,

20

0

/￣＼
●

U
4)
班

=4
已

'J3
A
Cg

喜6

き

8

10

Fig.14(a), (b)

50

物理探査

396

(c)

第55巻第5号(2002)

North‑West010Distance
20(km)South‑East

30

40

(km)

South･East

30

40

(km)

South･East

30

40

‑→
50

0

′‑＼●

U
Q)
∽

=4
≡

'B

A
Cg

喜6
き

10

North‑West

(d)1

10

0

I)istance
20

+
50

0

/￣＼
●

くJ
q)
∽

=4
已

'B

h
CC

喜6

き

8

10

(e)

North･West
100Distance
20

+
50

0

2
/‑＼
●

U
4)
∽

=4

≡

A‑I<

A
C6

喜6

き

10
Fig. 14Prestacktime

migrated

sections

with different aperturedeg., (d) 72 deg., (e) 120
angles. (a) 6 deg., (b) 24 deg., (c) 45

deg‥

2つの観点からFig.
する｡

14に示したそれぞれの断面を比較

S/N比に関しては,前述の方法により定量的な評価を行い,上記5種類(6,24,45,72,

120度)の重合範囲

松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理‑海上地震探査データヘの適用‑

397

20

汁

0

ら °eg

+

24

◆

45 de9了2 de9120deg

ロ

15

I

de9

+

〜

0

'B

+

◆

妻

◆

=

芸10

+

初

◆

◆
I[D

5

0

◆

⊂】

+◆□
【コ

q>l壷

I

㌔喜'

f払'rl
lp

cp:ぬ
0

+

◆

̲き+

+

?.o.oQi
+士･tt

●
●

I+

3

o

◆

･も･･*･.Q
‖

I

班
+

0

ore

･

流

I･;･･…･r･.･

I】

lI?l

oIIOl

Fig. 15も+〜 +o+
0

0

繭鱗

+

l苛苧

ロl?I,転J

20

30

40

Distance

(km)

10

5

芸4

0

+

□

,

I

0

+

◆

‑品･'

◆十J+◆

+
◆
0

◆

+

1オ

①
'B
d

+

+

d

=ll甲llll

050

0ratio calculated byトⅩ predictionbyNakagamietmethodproposedal.
(1994).Signal‑to‑noise ration is calculated at ev‑

Signaトto‑noise

500

Fig. 1645 °eg., Square=72

200

250

300

350

(degree)ratio calculated byトⅩ prediction
Signal‑to‑noise
ratio is calculated atand the averageof S/N ratio results is

fi1ter method.
each

trace

calculated°eg., Cross=24

150

Signal‑to‑noisem.

Circle=6100Åperturefi1terery

50

withineach

section.

°eg., Filled diamond二°eg., Bar=120

deg‥

0
2

における結果をFig.

15に示す(Fig. 12と同様に500m

間隔でS/N比を表示している)｡

盲4

Fig.15において,水山=6

平距離20〜30kmの箇所では,重合範囲の違いによるPI

大きな差異はないが,それ以外では重合範囲の違いによE34)
Fig.12

りS/N比が大きく変化していることがわかる｡

8

10の結果(CMP重合は重合範囲がほぼ0度の場合であり,Fig.5に示したPSTM断面は重合範囲360度)とも併せて全体的な傾向を比較すると,

:＼

J

●

3000
0

m/s
10

が重合範囲がほぼ0度の場合のCMP重合処理であり,
6,24度と重合範囲が増加するに従い,

S/N比は高くなり,最も高いのは重合範囲が24度の場合である｡
72,

120,

360度と重合範囲がさらに増加するに従い,Fig. 1745,

S/

Scatterer●

12

S/N比が最も低いの+

20
Distance

30

Numerical

for evaluation

tion.

point

model
Eighteen

uniformly
3000

in a medium

40

(km)
of spatial resolu‑

withplacedarescatterers
constant

velocityofm/s.

N比は低下する傾向がわかる｡
断面の全体的なS/N比の傾向を定量的に比較するために,上記18種類の重合範囲に対して計算されたS/N

比的には最良であることを示唆する｡しかし,注意すべ比の断面内での平均値(各トレースで計算されたS/N

きは, Fig.14(b)比を断面内で総和をとり,断面内でのトレース数で除算

ントが卓越しており,必ずしもそれらが本来の地下構造を反映している,とは言い難い｡

する)を求めた(Fig.16)｡

Fig.16において,重合範囲がほぼ0度(CMP処理に相当)の場合においてS/N(の特に深部)では,水平方向のイベ比が最も低く,重合範囲を増加させるとS/N比が向上

ー方,水平分解能に関して,以下の数値実験を行っ17に示す｡均質速た｡数値実験に用いるモデルをFig.

し,ある箇所でS/N比のピークを迎え,さらに重合範皮(3000m/s)の媒体において18個の散乱点が一様に囲を増加させるとS/N比は減少し,ある重合範囲から存在するモデルであり,モデル全体は前述の海上地震探は一定となることがわかる｡このような重合範囲とS/

査の二次元測線(Line46)とほぼ同等になるように設定した｡また,発震･受振点展開は,N比との関係は,松島ほか(2001)が数値実験により得た傾向と一致している｡松島ほか(2001)は,S/N

Line46の海上地

震記録(前処理後)と同様に設定した｡すなわち,総発比のピークを与える最適な重合範囲の存在はフレネルゾ

震点数1006点,受振チャンネル数180で合計181080トレ

Fig.16に示したーンと関係していることを考察した｡
Fig･
結果からは,最適な重合範囲は25度付近であり,ース,各トレースは1250サンプル数で構成されてい14(b)に示した断面(重合範囲を24度に設定)がS/N

点,散乱点,受振点の幾何的配置で決定される波線の距る｡数値記録は以下に述べる手順により作成した｡発震第55巻第5号(2002)

物理探査

398

/ー＼●

U

旦4
4)

≡

'B
A
CC

>

6

1〇

占

10
0

0

20

10

Distance(km)I)istance

(km)

30

40

30

40

(b)

/■ヽ●

U

旦4
A)

≡

'B

礼
d

>

6

0

占

20

10

Fig.18離を媒質逐度で除算することにより散乱波走時を求め(a),(b)により,S/N比の観点からは,重合範囲を24度に設定る｡その定時に相当する箇所にインパルスを立て,さらした場合が最良であったが,水平分解能の観点からは最に帯域通過フィルタ(5, 8, 50,

良ではなく,重合範囲を大きく設定するほど水平分解能

55Hz)を施した｡なお,

この帯域は前述の海上地震探査の前処理の際に用いたもは向上することがわかる｡最良の断面を得るためには,のと同様である｡

S/N比と水平分解能の最適なバランスを与える最適な

上記の数値実験データに対して,

Fig.

14(a)〜(e)な

らびにFig.5に示した断面の場合と同様に,
24, 45,72, 120,

6種類(6,

360度)の重合範囲に対応する断面を作

重合範囲の決定が必要であり,このバランスは記録の品
質や地下構造に依存すると考えられる｡
また,重合範囲が360度の場合の断面Fig.

5におい成した｡それらをFig.18(a)〜(f)にそれぞれ示す｡て,往復走時6.0秒以深ではマイグレーション処理に特

Fig.18(a)〜(f)より,重合範囲を大きく設定するにし有のスマイリング構造がみられることがわかる｡数値実

たがって,水平分解能が向上していることがわかる｡ま験データに対して重合範囲を360度に設定して処理された,深度方向については,深度が大きくなるほど水平分た断面Fig.

解能が低下していくことがわかる｡

散乱点のイメージングの際には水平分解能の低下はみら

実フィールドデータに対する断面(Fig.14(a)〜(e)17(f)においては,最も深い位置に存在する

れないことから,上述のスマイリング構造は,

PSTM

ならびにFig.5)とそれに相当する数値実験データの断処理を実施する際の重合速度の精度誤差であると考えら面(Fig.18(a)〜(f))とを比較すると以下のことがわれる｡

かる｡往復走時6.0秒以深では,
Fig.

Fig.14(a)あるいは14(b)では水平方向に広がるイベントが顕著に見られるが,Fig.18(a)ならびに(b)を参照すると,この重合範囲においては水平分解能が低いことがわかる｡
以上のS/N比と水平分解能の両者の観点からの評価

8.結論

本稿では,松島ほか(2001)が提案した重合前時間
マイグレーションの手法(=重合速度解析をともなう散乱重合法)を海上で取得された反射法地震探査データに

松島他:重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理一海上地震探査データへの適用‑

399

(c)
0

10
0

0

20

10

一･

Distance(km)

Distance

(km)

30

40

30

40

(d)

10
0

20

10

Fig.18

適用し,処理時間,

NMOストレッチ除去の効果,(c), (d)(3) CMP重合法に基づいた処理との比較
3

CMP重合法に基づいた処理との比較,重合範囲を変化させた場合のPSTM断面のS/N比ならびに水平分解能

psTM断面,

CMP重合断面ならびに重合後マイグレ評価の各項目について検討した｡その結果以下のことがーション適用断面との比較を行った｡目視による断面の品質比較では,PSTM断面>重合後マイグレーション

わかった｡

断面>CMP断面の順であると判断された｡一方,断面(1)処理時間の定量的なS/N比の評価として,中神ほか(1994)が松島ほか(2001)が提案したPSTMの手法を分散メ提案したトⅩ予測フィルタを用いたS/N比定量化手法を適用した結果では,重合後マイグレーション断面>

モリシステム型の並列計算機(256個のプロセッサを使用)に実装することにより処理時間の短縮を試みた｡本

PSTM断面>CMP断面の順であり,目視の評価とは異稿で扱う1ギガバイト程度の規模のデータ(約180000

なった｡これは,断面の品質を評価するには,トレース)に対しては速度解析(30地点)に50分,
185万サンプル)に
psTM断面作成(1480トレース,の観点と分解能の観点が重要であることを意味すると考えられる｡例えば,水平分解能の点で考えると,正しい50分,合計約100分を要し,現実的な時間で処理が行え

重合後マイグレーション断面を得るには,非成層構造にた｡

おけるCMP重合法の性能の優劣(いかに正確なゼロオ(2) NMOストレッチ除去の効果
PSTMの処理の際に,フセットを作成できるか)に依存することを考慮する必NMOに伴う波形のストレッチ量を計算する過程を導入し,NMOストレッチ除去(30%以上のストレッチは除去)の効果を確認し,NMOストレッチ除去により浅部の反射面が明瞭にイメージされた｡

S/N比要がある｡(4)重合範囲を変化させた場合のPSTM断面のS/N比ならびに水平分解能評価
重合範囲を変化させた場合の断面の変化について,
S/N

S/N比ならびに水平分解能の観点から評価した｡

比に関しては中神ほか(1994)の方法により定量的な

400

物理探査

第55巻第5号(2002)

(e)

A

●

U
a)

∽
＼ー

d)

≡

'B

A
eg

i
￠

き

10

20
Distance(km)

Distance

(km)

30

40

30

40

(f)

′′■■＼
●

U
4)

初
＼̲.■′′

4)

≡

'B

h
c6

i
1〇

き

0

Fig. 18

Prestacktime(d) 72deg.,

migrated(e) 120deg.,20

10sections for numerical(f)360deg.

data

with

評価を行い,水平分解能に関しては数値実験による定性D.

的な評価を行った｡

prototype

S/N比の観点からは,最良のS/N比を与える最適な重合範囲が存在することがわかった｡

Gray,

最後に今後の課題について述べる｡本研究で実施した

K.

69th

C.

T.,

Meng,

Ann.

Internat.

(2001) :Geophysics,(2001) : Bene丘tsof pre‑stackP.,

in Walker

Mtg.,

D.

solutions,Ⅹ., Montecchi,
imaging: Frommigrationparallel processor

massively

and

Soc.

Ridge,

Expl.

in the

66,

time
South

Notfors,C.
andGulf of Mexico,

Geophys.,

Expanded

1099‑1102.

東海沖海底活断層研究会(1999)が生ずる｡どれくらいの速度不均質性まで耐えられるの:東海沖の活断層,東大出版会,東京.
徳山英一,池か,速度不均質性による影響はどのように断面上で現れ

oges

るのか,について検討していきたい｡

Pascal,俊宏,倉本真一,横田俊之,松島Siegfried

Lallemant

潤, Gel(2000) :日仏KAIKO計

画による東海沖地震発生帯の3Dマルチチャンネル地震探
2671272.
査,物理探査学会第103回学術講演会論文集,

辞

中神康一,村山隆平,渡辺克哉(1994):f‑Ⅹ予測フィルタを用いたS/N比定量化の試み,物理探査学会第90回学術講

匿名の査読者から本論文改善のための有益な助言をいただきました｡ここに記して深甚なる謝意を表します｡∫.,Solano,

in aproblems

Hanitzsch,

Abstracts,

ため,地下の速度不均質性によりイメージング精度誤差

班., VanDyke,

E. and(1999) : Subsalt

PSTM処理は各イメージ点で均質速度を仮定している

Chang,

prestackKirchhoffdepth

production

history
in modelbuilding : a casemlgration
CasplanSea, First Break,
19, 183‑189.
Young,

考(b) 24 deg., (c) 45 deg.,

Geophysics,
63, 546‑556.
environment,
S. H., Etgen, ∫.,Dellinger, ∫.,and Whitmore,

Robein,S/N比と水平分解能の最適なかが重要である｡

参

tomigration
1622‑1640.

バランスによって決定され,いかにバランスを決定する

謝(1998) : 31D

Seismic

一方,水平分解能の観点からは,重合範囲を大きく設定
するほど水平分解能は向上することがわかった｡したがって,最良の断面は,angles. (a) 6 deg.,different aperture

文

献

M.,

McMechan,

演会論文集,
松島

G. andEpili,

125‑127.

潤,六川修一,横田俊之(2001):重合速度解析をともなう散乱重合法による反射法地震探査データ処理,物理探査, 54, 73‑89.