海底地震計

海底地震計（OBS）は、人工および自然の地震発生源から海や湖の下の地球の動きを記録するように設計された 地震計です。

海底のセンサーは、音響および地震の現象を観測するために使用されます。地震および音響信号は、地震や微動だけでなく人工的な発生源によっても発生する可能性があります。データの計算と分析により、発生源の種類に関する情報が得られ、自然地震の場合は、海底および深部地殻の地球物理学的および地質学的な情報が得られます。プロファイルに沿って OBS を展開すると、沖合地域の地殻と上部マントルの深部構造に関する情報が得られます。OBS には、ハイドロフォンに加えて最大で 3 コンポーネントのジオフォンが装備される場合があり、適切なMCS プロファイリングの最小値である 144 MB を超える容量が必要です。一般的な調査では、機器は数日間 (展開は 12 か月を超える場合があります) 動作する必要があり、[ 1 ] 500 MByte を超えるデータ保存容量が必要です。 3D 調査内のトモグラフィー調査や地震モニタリングなどの他の実験では、さらに大きな容量が必要になります。

計器パッケージ

2001年初頭、バルバドス沖で海洋調査船オーシャナス号の舷側に設置された海底地震計。この地震計は、船が機器回収のため戻るまで最大1年間、長周期・低周波の地震波を記録する予定だ。（写真：ウッズホール海洋研究所、ジョン・ホワイトヘッド）

OBS は、センサー、電子機器、海底で 10 日間持続するのに十分なアルカリ電池、音響リリースを内蔵したアルミニウムの球体で構成されています。2 つの球体は O リングと金属製のクランプで接合され、半分ずつが固定されます。球体にはわずかに真空がかけられ、密閉性が高まります。球体自体は浮くため、機器を海底に沈めるにはアンカーが必要です。この場合、アンカーは直径 40 インチ (1.02 メートル) の平らな金属板です。機器は、ほぼすべての船舶で展開および回収できるように設計されている。展開および回収に必要なのは、機器とアンカーを収容できる十分なデッキ スペースと、デッキから OBS を持ち上げて旋回させ、水中に沈めることができるブームだけです。OBS はアンカーにボルトで固定し、船外に (静かに) 降ろします。

働く

地震計は慣性の原理を利用して動作します。地震計本体は海底にしっかりと固定されています。内部では、2つの磁石の間にあるバネに重い重りがぶら下がっています。地球が動くと地震計と磁石も動きますが、重りはしばらくその位置に留まります。重りが磁場中を振動すると電流が発生し、それを計測器が測定します。地震計自体は小さな金属製の円筒形で、フットロッカーほどの大きさの海底地震計（OBS）の残りの部分は、地震計を作動させるための装置（データロガーと電池）、海底に沈めるための重り、遠隔操作による音響放出装置、そして地震計を海面に戻すための浮力装置で構成されています。

OBSの種類

地震によって引き起こされる地盤の揺れは、極めて小さいもの（1ミリメートル未満）から大きいもの（数メートル）まで様々です。小さな揺れは高頻度で発生するため、監視には1秒間に何度も動きを測定する必要があり、膨大なデータが生成されます。大きな揺れは発生頻度が非常に低いため、機器はメモリ容量とバッテリー消費を抑え、長期間の運用に耐えられるよう、データ記録の頻度を下げる必要があります。この変動性を考慮し、エンジニアは2種類の基本的な地震計を設計しました。

短周期OBS

高周波（1秒間に最大数百回）の地震動を記録します。周期の短い小さな地震も記録でき、海底外縁部数十キロメートルの調査にも役立ちます。WHOI D2とScripps L-CHEAPOの2つのモデルの技術詳細をご覧ください。

長周期OBS

1秒あたり約10回から1分あたり1～2回の頻度で、より広範囲の地震動を記録します。中規模の地震や機器から離れた場所での地震活動の記録に使用されます。WHOI長距離展開型海底地震計（OBS）とScripps長距離展開型OBSの2つのモデルの技術詳細。

カスタムOBS

地震学の分野では観測範囲の拡大の必要性が高まり[ 2 ]、恒久的な設置が必要になるため、カスタム OBS の開発が始まっています。地震計のデータ品質を改善するためのカスタマイズ方法の 1 つは、海底の柔らかい堆積物に安定性を持たせるために、アルミニウム製のケースに入れた地震計を地表 (約 1 m) まで掘削することです。 [ 2 ]もう 1 つのカスタマイズ方法としては、地震計の周囲の圧力がどのように変化しているかを把握するために、差圧計 (DPG) や流速計を追加することが挙げられます。 [ 2 ]また、データロガーとバッテリーをガラス製の Benthos 球に収納し、遠隔操作型海底探査機 (ROV)を使用して船舶に接続できるようにすることも実用的です。[ 3 ]これは、OBS を恒久的に設置し、維持するために必要な進歩です。

これはP波（赤）がS波（青）に変換される様子を示しています。P波は海中を伝わり、海面から反射して地震計に届きます。これにより、地震計の上部に自由空気がある場合には存在しない水波倍数が発生します。[ 4 ]

利点

非常に安定した時計があれば、遠く離れた多くの地震計の測定値を比較することが可能になります。（信頼できるタイムスタンプがなければ、異なる機器のデータは使えなくなります。）こうした時計の開発は、地球内部を研究する地震学者にとって極めて重要な進歩でした。海底地震計を回収した後、科学者はデータケーブルを接続するだけで機器のデータを取り出すことができます。この機能により、揺れる船上で機器の保護ケースを慎重に分解する手間が省けます。また、地震計を係留施設や観測所に接続できるため、機器のデータを即座に利用できます。これは、大地震発生時に緊急対応にあたる地質学者にとって大きな利点となります。

デメリット

これらの設置環境では、一般的な陸上ステーションの上空が自由大気であるのに対し、地震計の上空は海であるため、データ分析に使用される標準的な方法が複雑になります。[ 5 ]また、これらの地震計は、特に周期 7 秒と 14 秒の潮汐による海の動きで発生するノイズの影響で、信号対雑音比が低下します。 [ 6 ]この長周期運動と地震計の周りを流れる海流により、水平成分に長周期ノイズの問題が発生する可能性があります。これは、地震計が置かれている柔らかい (飽和した) 堆積物の方が地震計が傾きやすいためです。[ 7 ]理想的には、地震計から最良の結果を得るには、水平成分が動かず、重力に対して垂直になるようにします。飽和した堆積物はP波とS波の速度が低下し、地震波が堆積層に閉じ込められ、エネルギー保存則により大きな振幅のリンギングが生じるため、信号対雑音比も大幅に低下します[ 8 ] 。

これは、カスケーディア・イニシアティブで設置された陸上および海底観測所の地図です。（写真はhttp://cascadia.uoregon.edu/CIET/cascade-initiative-backgroundより）

注目すべき展開

これまでで最大規模の OBS 展開の 1 つは、ビッグマントル電磁トモグラフィー (Big MELT) 実験で、[ 9 ]東太平洋海膨に約 100 台の OBS を配置し、マグマ生成と中央海嶺の発達を解明することを目的としています。カスケーディア イニシアティブ[ 10 ] [ 8 ]は、ファンデフカプレートとゴルダ プレートの変形、および太平洋北西部の巨大地震から火山弧構造まで幅広いトピックを観測するための陸上/海洋展開です。ハワイアン PLUME (プルーム - リソスフェア海底溶融実験) [ 11 ]は、ハワイの下にあるマントルプルームの種類を理解し、この地域のマントルの湧昇とリソスフェアとの関係をより深く理解するための陸上/海洋 (主に海洋) 展開です。カリフォルニア沖合地域アセノスフェアおよびリソスフェア広帯域構造実験（ALBACORE）[ 12 ]では、2010年から2011年にかけて34基のOBSを配備し、太平洋プレートと北アメリカプレートの境界における地殻変動の相互作用と、太平洋プレートと近傍のマイクロプレートの変形様式の理解を深めました。

参考文献

  1. ^ 「ホーム」 . obsip.org .
  2. ^ a b cロマノヴィッツ、バーバラ、他「MOISE：長期海底地球物理観測所に向けたパイロット実験」EARTH PLANETS AND SPACE 50 (1998): 927–938
  3. ^ Stutzmann, Eléonore, et al. 「MOISE：プロトタイプのマルチパラメータ海底観測所」アメリカ地震学会誌91.4（2001）：885–892。
  4. ^ Reeves, Z.、および V. Lekic、「レシーバー関数を使用したカリフォルニア国境地帯のリソスフェア構造の制約」、AGU 抄録 (コントロール ID 1807272)、2013 年秋季会議。
  5. ^ Bostock, MG, AM Tréhu . 「海底地震記録の波動場分解」アメリカ地震学会誌102.4 (2012): 1681–1692.
  6. ^ Dolenc, David, et al. 「モントレー海底ブロードバンドステーション（MOBB）におけるインフラグラビティ波の観測」地球化学、地球物理学、ジオシステムズ6.9（2005年）。
  7. ^ Duennebier, Frederick K., Grant Blackinton, George H. Sutton. 「海底地震計に記録された海流ノイズ」Marine Geophysical Researches 5.1 (1981): 109–115.
  8. ^ a b Yang, Xiaotao (2019年1月3日). 「カスケーディア海底地震計における経験的グリーン関数の包括的な品質分析」.地震学研究レター. 90 (2): 744– 753. doi : 10.1785/0220180273 . S2CID 134750386 . 
  9. ^ 「ビッグメルト」。
  10. ^ 「カスケード・イニシアチブの背景 | カスケディア・イニシアチブ遠征チーム」。
  11. ^ Laske, Gabi; Collins, J.; Wolfe, C.; Weeraratne, D.; Solomon, Stanley; Detrick, R.; Orcutt, John; Bercovici, David; Hauri, Erik (2006年11月30日). 「ハワイアンPLUMEプロジェクト、最初の展開を成功裏に完了」 AGU秋季会議抄録. -1 : 0657.書誌コード: 2006AGUFM.V13B0657L .
  12. ^ 「アーカイブコピー」 2015年1月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年12月4日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク)
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