海底地震計

海底地震計（OBS）は、人為的および自然的発生源による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、音響および地震の観測に使用されます。地震および音響信号は、地震や微動、人工的な発生源など、さまざまな発生源によって引き起こされ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情報が得られます。プロファイルに沿って OBS を配置すると、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、機器は数日間動作する必要があります (配置は 12 か月を超える場合があります)。^[1]これには、500 MB を超えるデータストレージ容量が必要です。 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

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、および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、半分ずつを固定します。密閉性を高めるために、球体にはわずかな真空がかけられます。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ます。展開および回収に必要なのは、機器とアンカーを保持するのに十分なデッキスペースと、OBS をデッキから持ち上げて旋回させて水中に降ろす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され、船外に (ゆっくりと) 落とされます。

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質量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、質量はしばらくその場所に留まります。質量が磁場内で振動すると、電流が発生し、計測器がそれを測定します。地震計自体は小さな金属の円筒で、フットロッカーほどの大きさの OBS の残りの部分は、地震計を作動させる装置 (データロガーとバッテリー)、地震計を海底に沈める重り、遠隔操作の音響リリース装置、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

地震による地盤の揺れは、非常に小さいもの (1 ミリメートル未満) から大きいもの (数メートル) まであります。小さな揺れは高頻度で発生するため、監視するには 1 秒間に何度も動きを測定する必要があり、膨大な量のデータが生成されます。大きな揺れははるかにまれであるため、機器はメモリ容量とバッテリー電力を節約して長期間の運用を可能にするために、データを記録する頻度を低くする必要があります。この変動性のため、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

これらは高周波の動きを記録します (1 秒あたり最大数百回)。小規模で短周期の地震を記録でき、海底の外側数十キロメートルを調査するのにも役立ちます。2 つのモデル (WHOI D2 および Scripps L-CHEAPO) の技術詳細。

長周期OBS

これらは、1 秒あたり約 10 回から 1 分あたり 1 回または 2 回の頻度で、はるかに広範囲の動きを記録します。これらは、機器から離れた場所にある中規模の地震や地震活動を記録するために使用されます。WHOI 長期展開 OBS と Scripps 長期展開 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、カスタムの OBS が開発され始めています。地震計のデータ品質を向上させるためのカスタマイズの 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]可能な別のカスタマイズは、地震計の周囲の圧力がどのように変化しているかを理解するために、差圧計(DPG) や流速計を追加することです。 ^{[2]また、データロガーとバッテリーをガラス製の Benthos 球に保管し、}遠隔操作型無人探査機 (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、恒久的な OBS の設置と維持に必要な進歩です。

利点

非常に安定した時計により、遠く離れた多くの地震計の測定値を比較することができます。(信頼できるタイムスタンプがなければ、異なる機械のデータは使用できません。) これらの時計の開発は、地球内部を研究する地震学者にとっ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差し込むことで、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。地震計を係留施設または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、大地震に急いで対応しなければならない地質学者にとって大きな利点です。

デメリット

これらの設置環境では、一般的な陸上観測所の上空の自由大気とは対照的に、地震計の上に海があるため、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]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によって発生するノイズのため、信号対雑音比も低下します。 ^[6]この長周期運動と地震計の周りを流れる流れにより、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) 堆積物は地震計が傾きやすいためであり^[7]、理想的には、水平成分は動かず、重力に対して垂直になって地震計から最良の結果が得られます。飽和した堆積物により、信号対雑音比も大幅に低下します^{[8]。これは、}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て、エネルギー保存則により大きな振幅のリンギングが発生するためです。

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) 実験です。^[9]では、東太平洋海膨で約 100 台の OBS が使用され、マグマ生成と海嶺の発達を理解することを目指しました。カスケーディアイニシアティブ^[10]^{[8]は、海上/陸上展開で、}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断層地震から火山弧構造までさまざまなトピックを観測します。ハワイアン PLUME (プルーム - リソスフェア海底溶融実験) ^{[11]は、陸上/海上 (主に海上) 展開で、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理解することを目的としています。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台のOBSを配備し、太平洋プレートと北米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

^ 「ホーム」. obsip.org .
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^ 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全体のリソスフェア構造の制約」、AGU アブストラクト (コントロール ID 1807272)、2013 年秋季会議。
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^ 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、最初の展開を無事完了」。AGU秋季会議要旨。-1 : 0657。Bibcode : 2006AGUFM.V13B0657L。
^ “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)

外部リンク

「フランスのOBS」
「https://woodshole.er.usgs.gov/operations/obs/whatobs.html」
「クムオブス」
「GEOMARテクノロジー」

[1] 「ホーム」. obsip.org .

[romano-2] Romanowicz, Barbara他「MOISE: 長期海底地質物理観測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洋底観測所」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全体のリソスフェア構造の制約」、AGU アブストラクト (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 6.9 (2005)。

[7] Duennebier, Frederick K.、Grant Blackinton、George H. Sutton。「海底地震計に記録された電流生成ノイズ」Marine Geophysical Researches 5.1 (1981): 109–115。

[A_comprehensive_quality_analysis_of-8] Yang, Xiaotao (2019年1月3日). 「カスケーディアの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、最初の展開を無事完了」。AGU秋季会議要旨。-1 : 0657。Bibcode : 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)