[論文レビュー] On the retrieval of attenuation from the azimuthally averaged coherency of a diffuse field

Richard L. Weaver|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2012

Seismic Waves and Analysis参考文献 9被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、環境騒音の方位平均コherェンスから地震的減衰を復元できるという一般的な仮定に疑問を呈し、それを減衰付きベッセル関数と比較することで検証している。方向性を持つノイズ場がコherェンスに減衰依存性をもたらさないことを示し、空間的・方位的平均化が減衰効果を模倣する位相キャンセレーションを引き起こす可能性があるため、このような推定手法の信頼性が損なわれる。

ABSTRACT

It has been suggested that seismic attenuation αcan be inferred from comparisons of empirical coherencies (the cross spectra of pre-whitened ambient seismic noise records) with attenuated Bessel functions Jo(ωr/c) exp(-αr). Analysis shows here, however, that coherency depends strongly on the directionality of ambient noise intensity. Even if coherency is azimuthally averaged, the suggested attenuation dependence exp(-αr) does not apply. Indeed in highly directional noise fields, coherency is independent of attenuation. It is also argued that spatial and azimuthal averages of coherency can incur phase cancellations related to variations in wavespeed that may mimic factors like exp(-αr). Inference of attenuation from comparison of empirical coherencies to Jo(ωr/c) exp(-αr) is problematic.

研究の動機と目的

• 環境地震騒音の経験的コherェンスから地震的減衰を信頼性高く復元できるかどうかを調査すること。
• 経験的コherェンスを標準的な減衰付きベッセル関数モデル Jo(ωr/c) exp(−αr) と比較することで減衰復元の妥当性を評価すること。
• 方向性のあるノイズ強度がコherェンスおよび減衰推定に与える影響を検討すること。
• コherェンスの空間的および方位的平均化が、減衰効果を模倣するアーチファクトを引き起こすかどうかを評価すること。
• 方位平均化がコherェンス測定における方向依存性を除去するという仮定に疑問を呈すること。

提案手法

• 方向性ノイズ強度分布を有する拡散場におけるコherェンスの理論的分析。
• 高方向性場を含むさまざまなノイズ方向性仮定のもとでのコherェンス式の導出。
• 経験的コherェンスと標準的な減衰付きベッセル関数モデル Jo(ωr/c) exp(−αr) の比較。
• 空間的および方位的平均化に起因する位相キャンセレーションの検討。
• 波速の変動を位相シフトの原因とし、それが減衰として誤解される可能性の検証。
• 異なるノイズ場の幾何構造および減衰条件におけるコherェンス挙動の数学的モデリング。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境騒音の方位平均コherェンスから地震的減衰を信頼性高く復元できるか？
• RQ2 方向性ノイズ強度は、コherェンスの減衰依存性にどのように影響するか？
• RQ3 コherェンスの空間的および方位的平均化が、減衰を模倣する位相キャンセレーションをどの程度引き起こすか？
• RQ4 なぜ標準モデル Jo(ωr/c) exp(−αr) は現実的な方向性ノイズ場におけるコherェンスを正確に記述できないのか？
• RQ5 波速の変動が、コherェンスを減衰の代理として解釈することに与える影響は何か？

主な発見

• 高方向性ノイズ場におけるコherェンスは減衰に依存せず、exp(−αr) を復元モデルとして用いることは無効である。
• 方位平均化は、ノイズが等方的でない限り、コherェンスにおける方向依存性を排除しない。
• 空間的および方位的平均化は、波速の変動に起因する位相キャンセレーションを引き起こす可能性があり、これが減衰効果を模倣する場合がある。
• 標準モデル Jo(ωr/c) exp(−αr) は、現実的な環境騒音シナリオにおけるコherェンスを正確に表現していない。
• これらの物理的・数学的不整合のため、このモデルを用いた経験的コherェンスからの減衰推定は根本的に問題がある。
• 本論文は、方向性ノイズおよび平均化に起因するアーチファクトを踏まえて、コherェンスに基づく減衰復元手法の再評価が不可欠であると結論づける。