ジオフォン：地震性地盤動センサー

構造と動作

陸上用ジオフォンの多くは、ばねで支持された可動コイルと質量体を用いる。地面が振動すると、この質量体が磁石に対して相対的に動き、電磁誘導によって出力電圧が生じる。主な特性には、固有（共振）周波数、減衰、感度、方向応答がある。これらは有効な周波数帯域を定め、低周波信号に適するか、高周波の探査に適するかに影響する。3成分ジオフォンは、互いに直交する軸に向けたセンサーを組み合わせ、ベクトルとしての運動を測定する。

設置と地盤との結合

正確な記録には、適切な設置と地盤への良好な結合が不可欠である。ジオフォンは地表に設置するほか、浅く埋設したり、周囲雑音を低減して記録の忠実度を高める目的でボアホール内に取り付けたりすることができる。多数のジオフォンから成るアレイは、信号対雑音比を向上させ、波の伝播方向や地下速度を求めるために使用される。野外での運用では、方位、接地、水平の確保、および地面との確実な接触に注意を払う。

用途

• 鉱物、石油、天然ガスの調査における地下構造マッピングのための探査地震学。
• 自然地震および誘発地震活動を測定する地震観測ネットワーク。
• 浅部地下の調査、工学的なサイト特性評価、振動モニタリング。
• インフラ、交通、または産業活動の受動的モニタリング。

他の計器との比較

ジオフォンは本質的に粒子速度を検出する。これに対し、加速度計は加速度を測定し、広帯域地震計は非常に低い周波数への応答と、より低いノイズフロアを得るよう設計されている。ジオフォンの出力は、変位を推定するために積分したり、加速度を推定するために微分したりする電子的処理を受ける場合がある。ただし、こうした操作はノイズおよび低周波での挙動に影響するため、慎重な扱いが必要である。信号変換と調整の基本原理については、センサー変換の基礎を参照。

校正と保守

定期的な校正では、感度と周波数応答を確認する。実務上の保守には、コネクターの点検、方位の確認、損傷した部品の交換が含まれる。長期観測ネットワークでは、データ品質の評価と定期的な再校正が、研究および災害リスク評価に用いる信頼性の高い記録の維持に役立つ。

信号処理とデータ利用

記録されたジオフォン信号はデジタル化され、時刻情報が付与されたうえで、ノイズ除去、フィルター適用、走時、振幅、スペクトル成分などのパラメータ抽出が行われる。処理済みデータは、地下構造のイメージング、地震源の研究、ならびに地点応答と揺れの強さに関する工学的評価を支える。