ES2267243T3 - Geofono para el estudio de fenomenos de ondas elasticas. - Google Patents

Abstract

Geófono para la detección de ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente, comprendiendo como mínimo un par de transductores electromecánicos, siendo cada uno de dichos transductores apropiado para la detección de dichas ondas de cizalladura horizontalmente polarizadas (ondas SH) y ondas de compresión (ondas P), en el que cada transductor comprende un primer terminal de salida con una primera polaridad y un segundo terminal de salida con una segunda polaridad, siendo dicha segunda polaridad de signo opuesto a dicha primera polaridad; cada transductor tiene un eje principal al que está asociado un vector, de modo que un movimiento del terreno en el mismo sentido del vector se transforma en una diferencia de potencial con el mismo signo, convencionalmente definida positiva, entre los terminales respectivos del transductor y un movimiento del terreno en sentido opuesto al vector siempre se transforma en una diferencia de potencia con un mismo signo, convencionalmente definido negativo, quees opuesto al signo positivo, entre los terminales respectivos del transductor un terminal de salida de un transductor está conectado eléctricamente con un terminal de salida del otro transductor para lograr: una suma [P+SH] de las señales representativas de las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente y ondas de compresión P; una diferencia [P-SH] o [SH-P] entre las señales representativas de las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente (SH) y las ondas de compresión P; una compensación [[P+SH]-[P-SH]] o [[P+SH]+[SH-P]] entre dicha suma y diferencia de señales; a efectos de adquirir, en los terminales de salida de los transductores que no están conectados eléctrica y recíprocamente, una señal que es representativa de las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente con una sensibilidad aumentada y estando menos afectada por la presencia de ondas de compresión, caracterizado porque los dos transductores están dispuestos de modo que los vectores pertinentes sean simétricos en dirección y los ejes principales pertinentes estén inclinados con respecto al eje vertical del geófono (G), formando ángulos substancialmente iguales (á y â) con dicho eje vertical, estando dichos ángulos dentro del rango entre 60 y aproximadamente 87 grados.

Description

Geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas.

La presente invención se refiere a un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el suelo.

Con el objetivo de estudiar las capas inferiores de la superficie terrestre, usualmente se genera y se transmite una señal sísmica en la Tierra, desde una o más fuentes adyacentes a la superficie terrestre o situadas en la misma, y se utiliza un geófono, es decir un transductor mecánico-eléctrico de ondas elásticas, que recibe la energía resultante que es reflejada y/o refractada desde el interior de la Tierra.

A efectos de este tipo de estudios, se sitúan una serie de geófonos sobre el terreno de acuerdo con esquemas conocidos, para adquirir y almacenar varios tipos de informaciones recogidas mediante dichos geófonos, usualmente a través de un aparato denominado sismógrafo, a efectos de obtener una indicación acerca de las capas situadas por debajo de la superficie terrestre.

Los geófonos para detección de señales sísmicas generalmente comprenden dispositivos electromagnéticos que a su vez comprenden como mínimo una bobina, que represente el circuito eléctrico, y como mínimo un imán que interactúa con dicha bobina. Uno de estos dos elementos, es decir la bobina o el imán, está conectado de forma rígida con la estructura del geófono, mientras que el otro queda suspendido de forma flexible en dicha estructura.

Como respuesta a los movimientos de la Tierra generados por la señal sísmica transmitida para realizar el estudio, todos los elementos fijos del geófono se mueven de forma integral con dicha estructura; además, el elemento suspendido presentará tendencia a moverse bajo el efecto de la inercia, pero con un retraso con respecto al elemento no suspendido, produciéndose de este modo un movimiento relativo entre los dos, es decir entre la bobina y el imán.

Este movimiento relativo inducirá una corriente eléctrica en la bobina, conformando dicha corriente la señal de salida del geófono.

Los geófonos de acuerdo con el tipo mencionado anteriormente son utilizados para detectar numerosos tipos de señales sísmicas generadas durante la exploración de las capas terrestres.

La señal más común está representada por las denominadas ondas de compresión, u ondas longitudinales, u ondas tipo P, en las que la propagación se produce a través de refracciones y compresiones alternativas en el material; por lo tanto, el movimiento de los infinitos planos en los que el cuerpo rocoso puede estar fracturado, se produce hacia y a través (hacia delante y hacia atrás) en la dirección de propagación de la onda.

El segundo tipo de ondas está representado por las ondas de cizalladura, u ondas tipo S, en las que el movimiento de las partículas rocosas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

Las ondas de cizalladura en las que el movimiento de las partículas está orientado perpendicularmente con respecto a la dirección de propagación y en un plano horizontal se denominan ondas de cizalladura horizontal u ondas SH, mientras que las ondas en las que el movimiento de las partículas está orientado perpendicularmente a la dirección de propagación y sobre un plano vertical son denominadas ondas de cizalladura vertical u ondas SV.

Las ondas de compresión tipo P son las señales más comúnmente utilizadas en la exploración subterránea y pueden ser generadas de diferentes maneras, como por ejemplo mediante la detonación de explosivos, la caída de pesos o la utilización de aparatos que generen pulsos elásticos o trenes de pulsos elásticos en el terreno durante un procedimiento denominado energización. Durante el transcurso de las campañas de adquisición de datos también es de práctica normal para el operario encargado de la detección golpear el terreno con martillos especiales para generar ondas de compresión tipo P.

En la actualidad, se encuentran disponibles varios tipos de geófonos, concretamente:

- geófonos horizontales, para estudiar ondas tipo S, dotados con dos terminales de salida;

- geófonos verticales, para estudiar ondas tipo P, dotados también con dos terminales de salida;

- geófonos bifónicos, para estudiar por ejemplo las ondas superficiales con polarización elíptica R, dotados con cuatro terminales de salida;

- geófonos de tres ejes, para estudiar ondas P, SH y SV, dotados con seis terminales de salida.

El documento DE 195 28 480 da a conocer un geófono con sensibilidad horizontal mejorada mediante la combinación de dos transductores en paralelo conectados en direcciones opuestas.

Además, la Patente US Nº 4.813.029 da a conocer un aparato capaz de detectar las ondas de compresión P y las ondas de cizalladura horizontal SH, y además un método de exploración que utiliza dicho aparato.

El aparato dado a conocer en la Patente US Nº 4.813.029 presenta un primer y un segundo geófonos montados en una placa portadora común, en la que los ejes de dichos geófonos están inclinados en direcciones opuestas con un ángulo de 45º respecto de la vertical aproximadamente.

En la realización preferente de dicho aparato, los ejes de los geófonos están localizados en el mismo plano vertical, que es substancialmente perpendicular a una línea que se extiende desde la fuente sísmica hasta el aparato, o en planos verticales paralelos.

Cada geófono de dicho aparato detecta las ondas de compresión tipo P y las ondas de cizalladura SH transmitidas a la placa portadora, y cada geófono genera una señal de salida proporcional a la energía sísmica detectada por el mismo.

En una segunda etapa, las dos señales individuales de salida de los dos geófonos son sumadas para producir una pista de ondas de compresión y/o restadas para producir una pista de ondas de cizalladura.

Por lo tanto, de acuerdo con la práctica actual, los técnicos en la materia no tienen la capacidad de obtener una pista puramente de ondas de cizalladura, es decir no contaminada por ondas de compresión, en la salida de los geófonos, a pesar de la cantidad de geófonos disponibles en el terreno de acuerdo con los esquemas de optimización.

Además, en el mejor de los casos deben ser utilizados geófonos de tres ejes, y por lo tanto el aparato apto para el almacenamiento de las señales de salida de dichos geófonos, es decir el sismógrafo, recibe detecciones de ondas de tipo P, SH y SV de forma alternativa, de modo que los canales de dicho sismógrafo están todos acoplados después de la ejecución de una cantidad relativamente limitada de detecciones.

De acuerdo con el estado actual de la técnica, otra desventaja asociada con la utilización de geófonos conocidos es que requieren primero una energización en una dirección y luego en la dirección opuesta (es decir, cerca de los dos lados opuestos del dispositivo), a efectos de lograr ondas de igual intensidad pero con direcciones opuestas, y llevar a cabo la suma o substracción de las ondas de acuerdo con el tipo de onda requerida, tal como ha sido descrito previamente en el presente documento.

Este procedimiento no sólo aumenta los tiempos de detección, sino que además no garantiza una igualdad absoluta de la señal generada por la fuente, como en la mayoría de los casos en los que se practica una energización manual (es decir, obtenida mediante los martillos mencionados anteriormente), cuya intensidad y dirección no pueden ser reproducidas de forma exacta con el paso del tiempo.

Otra desventaja asociada con la técnica anterior es que la señal de salida debe ser enviada a circuitos de procesamiento de señal apropiados, extendiendo de este modo el tiempo necesario para el procesamiento de los da-
tos.

Además, otra desventaja es que las señales de las dos terminales de un geófono deben ser almacenadas, ocupando de este modo espacio en la memoria del sismógrafo.

La presente invención tiene el propósito de solucionar las desventajas mencionadas anteriormente y dar a conocer un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el terreno, mejorado y más eficiente en comparación con las soluciones conocidas y con una sensibilidad mejorada a las ondas de cizalladura polarizadas horizontal-
mente.

Dentro de este marco, un primer objetivo de la presente invención es dar a conocer un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el terreno, que tenga una sensibilidad mejorada a las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente, que permita la adquisición de datos que resulten afectados en menor medida por la presencia de ondas P en comparación con las técnicas conocidas hasta la actualidad, y que reduzca las operaciones de adquisición de datos.

Un segundo objetivo de la presente invención es dar a conocer un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el terreno, que permita la reducción del tiempo necesario para la campaña de adquisición de datos, necesitando sólo una energización para cada medición en lugar de dos, tal como es el caso en el estado actual de la técnica.

Un tercer objetivo de la presente invención es dar a conocer un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el terreno, que permita reducir el tiempo necesario para el procesamiento de la señal de salida, asistiendo al tipo especial de montaje de transductores en la tarea de mejora de un componente a lo largo de una dirección y la atenuación de otro componente en una dirección diferente y ortogonal a la primera.

Un cuarto objetivo de la presente invención es optimizar la utilización de memoria del sismógrafo asociado con el geófono de acuerdo con la presente invención para, por una parte, evitar el almacenamiento de señales de las dos terminales del aparato y, por otra parte, permitir la utilización de toda la memoria del sismógrafo exclusivamente para las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente.

A efectos de lograr los propósitos mencionados anteriormente en el presente documento, el objetivo de la presente invención es un geófono para el estudio de fenómenos de ondas elásticas en el terreno que incorpora las características de las reivindicaciones adjuntas, que forman una parte integral de esta descripción.

Objetivos, características y ventajas adicionales de la presente invención quedarán claros a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos, que son suministrados sólo a modo de ejemplo no limitativo, en las que:

- la figura 1 es una vista isométrica de un transductor de ondas elásticas electromecánico de acuerdo con el estado conocido de la técnica;

- la figura 2 muestra una disposición particular de planos y líneas rectas en el espacio para un mejor entendimiento de la presente invención;

- la figura 3 muestra un diagrama general de un geófono con sensibilidad mejorada a las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente de acuerdo con la presente invención;

- la figura 4 muestra una segunda disposición particular de planos geométricos en el espacio para una mejor comprensión de una primera variante posible de la presente invención;

- la figura 5 muestra un diagrama general de una segunda variante posible de la presente invención;

- la figura 6 muestra una tercera disposición particular de planos geométricos en el espacio para una mejor compresión de una tercera variante posible de la presente invención;

- la figura 7 muestra un diagrama general de una tercera variante posible de la presente invención;

- la figura 8 muestra una cuarta disposición particular de planos geométricos en el espacio para una mejor comprensión de una cuarta variante posible de la presente invención;

- la figura 9 muestra un diagrama general de una quinta variante posible de la presente invención.

Haciendo referencia a la figura 1, se muestra un diagrama general de un geófono conocido, utilizando un transductor electromecánico de fenómenos de ondas elásticas.

Dicho geófono, indicado como un todo por el número (1), comprende un alojamiento externo sustancialmente con forma de caja, indicado por (C). El alojamiento (C) puede tener un puntal integral con el mismo, no mostrado, que es apropiado para su introducción en el terreno estudiado.

Dentro del alojamiento (C) existe montada una base de soporte (8), integral con el extremo inferior de un imán (9) que tiene una forma substancialmente cilíndrica; en el extremo superior del imán (9) está montado, integral con el mismo, un cabezal superior (7).

El número (2) indica un cuerpo suspendido que consiste en la carcasa específica de un elemento anular que rodea como mínimo una parte del imán (9); anillos de circuito, indicados de forma esquemática con (10) y (11) son enrollados en dicho cuerpo suspendido (2).

El cuerpo suspendido o bobina (2) está conectado a través de medios elásticos apropiados, tal como resortes, con la base de soporte inferior (8) y el cabezal superior (7); de forma específica, los números (3) y (4) indican los medios elásticos de conexión del cuerpo suspendido (2) con el cabezal superior (7), mientras que los números (5) y (6) indican los medios elásticos con conexión del cuerpo suspendido (2) con la base de soporte inferior (8).

Los números (12) y (13) indican un polo positivo y un polo negativo conectados con el cabezal superior (7), respectivamente; los números (14) y (15) indican medios de conexión eléctrica, tal como cables de salida, que salen de los polos (12) y (13), respectivamente.

El funcionamiento del geófono (1) conocido mostrado en la figura 1 es como se describe a continuación.

El geófono (1) es conducido hacia el terreno que será evaluado mediante el puntal anteriormente mencionado.

Como respuesta a un movimiento de la Tierra, tal como ha sido descrito inicialmente en el presente documento, todos los elementos "fijos" del geófono (1), es decir la base (8), el cabezal (7) y el imán (9) se mueven de forma integral con el alojamiento (C); además, el cuerpo suspendido (2) tiende a moverse, pero está retrasado con respecto a dichos elementos fijos del geófono (1) debido al efecto de la inercia.

Por lo tanto, puede determinarse un desplazamiento relativo entre el imán (9) y los anillos de circuito (10) y (11), soportados por el cuerpo suspendido (2). Este desplazamiento induce una corriente eléctrica en los anillos de circuito (10) y (11), que constituye la señal de salida del geófono (1), detectable mediante los cables (14) y (15), respectivamente en las terminales del polo positivo (12) y del polo negativo (13).

La interpretación de las señales generadas por el geófono (1), obtenida en la práctica mediante un sismógrafo conectado con los cables (14) y (15), puede describirse brevemente a modo de ejemplo tal como se explica a continuación. Con esta finalidad, en lo siguiente, el eje (A) del geófono (1) hará referencia a la línea recta que pasa a través del centro geométrico del geófono (1) mostrado en la línea 1 paralelo a las paredes verticales de su alojamiento (C).

Si se define un vector (V) asociado con el eje vertical (A) del geófono (1), la oscilación de signo convencionalmente positivo que aparece primero en la cola de dicho vector (V), es decir primero en el lado inferior del geófono (1), se traduce en una oscilación positiva del voltaje diferencial existente entre el polo positivo (12) y el polo negativo (13), de acuerdo con el módulo de dicho vector (V). Si, por el contrario, una oscilación positiva aparece primero en la punta de dicho vector (V), se traduce en una oscilación negativa del voltaje de salida entre el polo positivo (12) y el polo negativo (13), de acuerdo con el módulo de dicho vector (V).

Estos datos son grabados por el sismógrafo, al cual está conectada una serie de geófonos (1); a continuación de una calibración apropiada, proporcionarán indicaciones referentes a la morfología de las capas debajo del terreno.

La figura 2 muestra una disposición especial de planos geométricos y líneas rectas en el espacio, que facilita la comprensión clara y simple de la presente invención, tal como se muestra en la figura 3.

De acuerdo con la disposición de la figura 2, los planos (16) y (17) están definidos ortogonales entre sí; a su vez, definen una línea recta (18) que interseca los planos (16) y (17); además, queda definida una línea recta (19) que es ortogonal a la línea recta (18) y que está contenida en el plano (17).

La figura 3 muestra un diagrama general de un geófono según la presente invención, en el que el plano de la hoja de la figura 3 corresponde al plano (17) de la figura 2.

Dicho geófono, indicado como un todo con la letra (G), comprende un alojamiento (26) para dos transductores electromecánicos que llevan a cabo la función de transductores de ondas elásticas, indicados con (20) y (21). El número (27) indica un puntal, mediante el cual el geófono (G) está asociado con el terreno.

En el ejemplo descrito anteriormente puede asumirse que los transductores (20) y (21) son en sí mismos geófonos, fabricados de acuerdo con la técnica conocida descrita con referencia a la figura 1; resulta obvio que, en este caso, los geófonos (20) y (21) no requieren puntales.

Los transductores (20) y (21) están sujetados de forma fija al alojamiento (26), de forma que los vectores (OS1) y (OS2), asociados respectivamente con los ejes verticales (32) y (33) de los transductores (20) y (21), están en el mismo plano, es decir el plano (17) de la figura 2.

Además, los dos transductores (20) y (21) están dispuestos de modo que los vectores (OS1) y (OS2) sean simétricos en dirección y sentido con respecto a un eje (31), correspondiente a la línea (19) de la figura 2, tengan la misma amplitud o módulo, y formen ángulos iguales \alpha y \beta, dentro del rango entre 60 y 120 grados, con respecto a dicho eje (31). Específicamente, en una realización preferente del geófono (G) según la presente invención, los ángulos \alpha y \beta son de 87 grados aproximadamente.

Los transductores (20) y (21) tienen polos o terminales positivos (22) y (23) y polos o terminales negativos (24) y (25), respectivamente. Los polos positivos (22) y (23) de los transductores (20) y (21) están conectados entre sí a través de medios de conexión eléctrica (30), tal como un cable eléctrico, en el que la señal de los polos negativos (24) y (25) de los transductores es llevada al exterior del geófono (G) mediante cables de salida (28) y (29).

Tal como puede apreciarse, de acuerdo con la presente invención, los dos transductores (20) y (21) están conectados eléctricamente, estando conectadas las dos polaridades de igual signo una a la otra, y formando las otras dos polaridades formando la señal de salida. Tal como resultará evidente más adelante, esto permite la obtención de beneficios significativos en términos de pureza de la señal de salida.

Asumiendo que el módulo del vector (OS1) puede ser asociado con la frecuencia de respuesta del transductor (20) y que el módulo del vector (OS2) puede ser asociado a la frecuencia de respuesta del transductor (21), deberá tenerse cuidado en que el alojamiento (26) no genere picos de resonancia en la banda de frecuencias útil; además, las respuestas en frecuencia dentro de la banda útil, las frecuencias naturales o de resonancia, los cuerpos, en la medida que sea posible las impedancias extrañas y las impedancias complejas dentro de la banda útil deben ser las mismas para los dos transductores (20) y (21) conectados eléctricamente en un mismo geófono (G).

Por lo tanto, en resumen, los técnicos en la materia deberán tener cuidado en que, basándose en los procedimientos conocidos, los dos transductores (20) y (21) tengan comportamientos electromecánicos substancialmente idénticos.

El geófono (G) de acuerdo con la presente invención es apropiado para proporcionar la pista relacionada con las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente, no contaminadas por ondas de tipo P; esto es porque mediante la disposición de los transductores (20) y (21) descrita anteriormente el geófono (G) es capaz de atenuar un componente de un fenómeno ondulatorio a lo largo de la línea (19), y amplificar el componente a lo largo de la línea recta (18) de la figura 2.

Específicamente, el funcionamiento del geófono (G) de acuerdo con la presente invención es como se describe a continuación.

En la utilización práctica, el geófono (G) es conectado con el terreno mediante su puntal (27) y los cables de salida (28) y (29) son conectados de forma directa con un cable multipolar no mostrado en la figura 3 por razones de simplicidad, que está conectado con un sismógrafo de tipo conocido.

Entonces, el operario determina un movimiento en la Tierra, también de acuerdo con procedimientos conocidos (puede hacerse referencia en este caso al comienzo de la presente descripción).

Tal como se ha mencionado, la señal elástica relacionada con la pista de las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente será obtenida en los cables de salida (28) y (29), sin estar contaminadas por las ondas de tipo P.

De hecho, debido a la conexión eléctrica específica de los dos transductores (20) y (21) (dos polaridades con el mismo signo conectadas entre sí y las otras dos polaridades formando la señal de salida del geófono), se genera de forma automática una señal en los cables de salida (28) y (29)

(P + SH) - (P - SH) = 2SH

(en la que P y SH indican los tipos de ondas descritas en el comienzo de la presente descripción), que forma la pista relacionada con las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente, no contaminadas por ondas de tipo P.

En la práctica, debido a la disposición específica en el espacio de los dos transductores, substancialmente reciben las mismas ondas P; en el caso de las ondas SH es distinto, dado que en un transductor aparece primero en la cola del vector asociado con la misma, mientras que en el otro transductor aparece primero en la punta del vector asociado con la misma.

Tal como se ha descrito previamente en el presente documento, una oscilación que aparece primero en la cola del vector se traducirá en una oscilación positiva, mientras que una oscilación que aparece primero en la punta del vector será traducida en una oscilación negativa.

Consecuentemente, un transductor transformará la onda SH con un signo positivo, y el otro transductor con un signo negativo. La diferencia entre las dos señales (P+SH) y (P-SH) recibidas es generada por la conexión especial anti-serie de los dos transductores.

De este modo, se obtiene una señal no afectada por la presencia de ondas P, cuya amplitud es substancialmente dos veces la que se obtendría con un solo transductor.

Las características de la presente invención son evidentes a partir de la descripción anterior, como también quedan claras las ventajas de la misma.

Específicamente, se ha descrito un geófono, que es apto para el estudio de fenómenos de ondas elásticas del tipo que tiene una sensibilidad mejorada a las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente; el dispositivo de acuerdo con la presente invención permite obtener una pista de ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente que no está conta-
minada por ondas de compresión, reduciendo además el tiempo y los costos de la campaña de adquisición de datos.

El geófono de acuerdo con la presente invención ofrece la ventaja de evitar una doble operación de energización, es decir, la producción de pulsos elásticos o trenes de pulsos elásticos en el terreno estudiado. Este hecho asegura una mayor precisión de medición con respecto al presente estado de la técnica y un ahorro de tiempo considerable.

Además, la presente invención tiene la ventaja de que no requiere cálculos adicionales, tal como una adición o una sustracción de señales digitales para elaborar la señal recibida, dado que la conexión especial entre los transductores devolverá una señal directamente utilizable, reduciendo de este modo los costos y el tiempo de procesamiento de señal.

Otra ventaja de la presente invención está representada por la menor ocupación de memoria en el sismógrafo que recibe las señales de salida procedentes del geófono de acuerdo con la presente invención, dado que ya no requiere la introducción de datos a continuación de una doble energización, por lo que la memoria del sismógrafo puede ser utilizada de forma conveniente para llevar a cabo detecciones adicionales.

Además, la presente invención presenta la ventaja de que obtiene ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente cuya amplitud es aproximadamente dos veces la que se obtendría con un solo transductor alineado con la dirección de desplazamiento de las partículas del componente de la onda sísmica que será adquirida, aumentando de este modo la sensibilidad.

En el ejemplo descrito haciendo referencia a la figura 3, los dos transductores (20) y (21) están conectados eléctricamente de modo que las dos polaridades de signo positivo están conectadas entre si, formando las dos polaridades negativas las dos terminales para la señal de salida.

En cualquier caso, queda claro para las personas especializadas que la presente invención puede ser implementada mediante la conexión mutua de las dos polaridades con signo negativo, mientras que en este caso las dos polaridades positivas formarán las terminales para la señal de salida.

Además, debe indicarse que la disposición de los transductores (20) y (21) puede ser distinta si fuera necesario, respecto a la disposición descrita con referencia a la figura 3, pero sin cambiar la conexión mutua de las dos polaridades con el mismo signo, formando las otras dos polaridades la señal de salida del geófono.

Con esta finalidad, la figura 4 muestra otra disposición de planos geométricos en el espacio, para una mejor comprensión de una posible variante de realización de la presente invención; en dicha figura, los números de referencia (34) y (35) indican planos que son paralelos entre si y ortogonales al plano (36).

De acuerdo con la variante sugerida, el geófono según la presente invención puede ser construido montando los dos transductores (20) y (21) con los vectores (OS1) y (OS2) contenidos en los planos (34) y (35), paralelos entre si y ortogonales al plano (36), de modo que el vector (OS1) pertenece al plano (34) y el vector (OS2) al plano (35).

De acuerdo con esta realización, los dos vectores (OS1) y (OS2) deben estar dispuestos de forma que dichos vectores (OS1 y OS2) sean simétricos respeto al plano ortogonal (34), (35) y (36), y estén contenidos en los planos (34) y (35), formando con dicho plano ángulos iguales dentro del rango entre 60 y 120 grados.

La figura 5 muestra otra realización posible de la presente invención. En esta figura, el alojamiento exterior del geófono de acuerdo con la presente invención y su puntal pertinente no son representados por razones de simplicidad.

En esta figura, (G2) indica un geófono que consiste en un par de transductores (37) y (38), y un transductor vertical (40) asociado con un vector (OS3) y dispuesto paralelo a la línea recta (41), que está en el eje de simetría vertical del par de transductores (37) y (38).

Los ejes (39), (53) y (41) pertenecientes a los transductores (38), (37) y (40) están contenidos en el mismo plano.

También en este caso, los transductores (37), (38) y (40) pueden ser en sí mismos geófonos hechos de acuerdo con la técnica conocida descrita anteriormente en el presente documento haciendo referencia a la figura 1.

Los transductores (37), (38) y (40) están dotados con polos positivos indicados con (42), (43) y (46), respectivamente, y polos negativos, indicados con (44), (45) y (47), respectivamente.

También de acuerdo con esta realización, los polos o terminales positivos (42) y (43) de los transductores (37) y (38) están conectados entre sí, a través de medios de conexión eléctrica (48), y las señales de salida en el extremo de los polos o terminales negativos (44) y (45) de los transductores (38) y (37) son extraídas del geófono (G2) a través de los cables de salida (49) y (50); de manera similar, las señales de los transductores (40) son extraídas del geófono (G2) a través de los cables de salida (51) y (52).

En este caso, por lo tanto, los cables de salida son cuatro: dos cables (49) y (50) derivados del par de transductores (38) y (37) y el otro par de cables (51) y (52) derivados del transductor (40).

Tal como puede verse, en el caso de que los transductores (37), (38) y (40) sean transductores de ondas elásticas, este montaje permite la recepción de información limpia y separada de ondas SH y ondas P con sólo una energización.

Resulta evidente para los técnicos en la materia que el geófono (G2) puede estar construido ensamblando los transductores (38) y (37) para que tengan sus vectores asociados (OS1) y (OS2) dentro de los planos (34) y (35) de la figura 4, paralelos entre si y ortogonales al plano (36) de la figura 4, de modo que el vector (OS1) pertenece al plano (34) de la figura 4 y el vector (OS2) pertenece al plano (35) de la figura 4.

Además, de acuerdo con esta variante, los dos transductores (38) y (37) deben estar dispuestos de manera que los vectores (OS1) y (OS2) sean simétricos con respecto a un plano ortogonal a los planos (34), (35) y (36) de la figura 4.

Debe indicarse que el mismo resultado de eliminación de la señal perteneciente a las ondas P y la duplicación de la señal perteneciente a las ondas SH, tal como ha sido descrito anteriormente en el presente documento, puede lograrse también invirtiendo el sentido de un vector (OS1) u (OS2) asociado con el transductor (20), (38) y (21), (37), obteniendo una disposición equidireccional, y mediante una conexión eléctrica en serie entre los transductores (20) y (21) o (37) y (38).

De este modo se obtiene un geófono, en el que las ondas P, debido a la disposición espacial de los vectores (OS1) y (OS2) asociados con los transductores (20), (38) y (21), (37), son adquiridas con una polaridad opuesta mediante los transductores (20), (38) y (21), (37) y eliminadas de la señal eléctrica resultante a partir de la suma producida por la conexión en serie de la polaridad eléctrica de dichos transductores (20), (38) y (21), (37).

Las ondas SH, en el otro extremo, debido a la disposición espacial de los vectores (OS1) y (OS2) asociados con los transductores (20), (38) y (21), (37), son adquiridas con la misma polaridad a través de los transductores (20), (38) y (21), (37), y son sumadas en la señal eléctrica resultante a partir de la conexión en serie de la polaridad eléctrica de dichos transductores (20), (38) y (21), (37).

Consecuentemente, de acuerdo con la misma simbología ya utilizada, en el caso de una disposición equidireccional de los vectores (OS1) y (OS2) asociados con los transductores (20), (38) y (21), (37), y una conexión en serie de la polaridad eléctrica de dichos transductores (20), (38) y (21), (37), se obtendrá:

(P + SH) + (- P + SH) = 2SH

Para una mejor comprensión de lo dicho anteriormente, en las figuras 6 a 9 se indican variantes adicionales de la presente invención; dichas figuras hacen uso de los mismos números de referencia que las figuras anteriores, para indicar componentes técnicamente equivalentes.

La figura 6 muestra una disposición especial de planos geométricos y línea rectas en el espacio, que facilita una comprensión de forma clara y simple de una variante adicional de la presente invención, tal como se muestra en la figura 7.

De acuerdo con la disposición de la figura 6, los planos (16) y (17) están definidos ortogonales entre si; y a su vez, definen una línea recta (18) que interseca con los planos (16) y (17); además, también se define una línea recta (19) que es ortogonal a la línea recta (18) y que pertenece al plano (17).

La figura 7 muestra un diagrama general de un geófono de acuerdo con la variante de la presente invención, en la que el plano de la hoja representado en la figura 7 corresponde al plano 17 de la figura 6.

Dicho geófono, indicado como un todo con (G), comprende un alojamiento (26) para dos transductores electromecánicos que cumplen la función de transductores de ondas elásticas, indicados con (20) y (21). El número (27) indica un puntal, mediante el cual el geófono (G) está asociado al terreno. Además, en este ejemplo, puede asumirse que los transductores (20) y (21) son en sí mismos geófonos fabricados de acuerdo con la técnica conocida descrita anteriormente en el presente documento haciendo referencia a la figura 1. Los dos transductores (20) y (21) están sujetados de forma fija al alojamiento (26), de modo que los vectores (OS1) y (OS2), asociados respectivamente con los ejes verticales (32) y (33) de los transductores (20) y (21), están contenidos en el mismo plano, es decir el plano (17) de la figura 6.

Además, los dos transductores (20) y (21) están dispuestos de forma que los vectores (OS1) y (OS2) sean simétricos con respecto a un eje (31), correspondiente con la línea (19) de la figura 2, tengan el mismo sentido (disposición equidireccional) y amplitud o módulo, y formen con respecto a dicho eje (31) ángulos iguales \alpha y \beta que están dentro del rango entre 60 y 120 grados. En la realización preferente del geófono (G) de acuerdo con la variante propuesta, los ángulos \alpha y \beta valen 87 grados aproximadamente.

Los transductores (20) y (21) tienen polos o terminales positivos (22) y (23) y polos o terminales negativos (24) y (25), respectivamente. El polo positivo (22) del transductor (20) está conectado al polo negativo (25) del transductor (21) a través de medios de conexión eléctrica (30), tal como por ejemplo un cable eléctrico, mientras que las señales de los polos negativos (24) del transductor (20) y el polo positivo del transductor (21) son extraídas del geófono (G) a través de los cables (28) y (29). Tal como puede apreciarse, de acuerdo con la variante propuesta, los dos transductores (20) y (21) están conectados eléctricamente en serie. Además, en este caso, tal como ha sido mencionado anteriormente en el presente documento, los técnicos en la materia deberán tener en cuenta que los dos transductores (20) y (21) tengan un comportamiento electromecánico substancialmente similar basándose en procedimientos conocidos.

Además, el geófono (G) de acuerdo con la realización alternativa de la figura 7 es apropiado para proporcionar una pista relacionada con las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente no contaminadas por ondas tipo P; esto se debe a que mediante la disposición dada a conocer anteriormente en el presente documento para los transductores (20) y (21) y su conexión eléctrica, el geófono (G) es apto para atenuar el componente de un fenómeno ondulatorio a lo largo de la línea recta (19), y amplificar el componente a lo largo de la línea recta (18) de la figura 6.

La utilización del geófono (G) de la figura 7 es la misma que la del geófono de la figura 3, y la señal eléctrica relacionada con la pista de las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente será obtenida en los cables de salida (28) y (29), no contaminada por ondas tipo P.

De hecho, debido a la conexión eléctrica en serie de los dos transductores (20) y (21) y la disposición equidireccional de los vectores (OS1) y (OS2), una señal es generada de forma automática en los cables de salida (28) y (29) según la ecuación:

(P + SH) + (- P + SH) = 2SH

(donde P y SH indican los tipos de ondas descritas al comienzo de la presente descripción), que forman la pista relacionada con las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente, no contaminadas por ondas de tipo P.

Tal como se ha mencionado anteriormente, en la práctica, debido a la disposición espacial de los vectores (OS1) y (OS2), las ondas P son adquiridas con polaridades opuestas por los transductores (20) y (21), y eliminados de la señal eléctrica resultante a partir de la suma producida por la conexión en serie de las polaridades eléctricas opuestas de dichos transductores (20) y (21). Por la misma razón, las ondas SH son adquiridas, en cambio, con la misma polaridad por los transductores (20) y (21) y sumadas en la señal eléctrica resultante mediante la conexión en serie de las polaridades eléctricas de dichos transductores (20) y (21).

De hecho, debido a la disposición espacial particular de los transductores, las ondas SH que reciben son substancialmente las mismas. En el caso de las ondas P es diferente, dado que en un transductor aparece primero en la cola del vector asociado con la misma, mientras que en el otro transductor aparece primero en la punta del vector asociado con la misma. Debe considerarse nuevamente que una oscilación que aparece primero en la cola del vector se traducirá en una oscilación positiva, mientras que una oscilación que aparece primero en la punta del vector se traducirá en una oscilación negativa; consecuentemente, un transductor transmitirá la onda P con un signo positivo, y el otro transductor con un signo negativo. La suma entre las dos señales (P+SH) y (-P+SH) recibidas es generada a través de la conexión en serie de los dos transductores. De este modo, se obtiene una señal no afectada por la presencia de ondas P, cuya amplitud es substancialmente dos veces la que se obtendría con un solo transductor.

Tal como puede verse, también en este caso existe un vector asociado con cada transductor de modo que un movimiento en el terreno en el mismo sentido del vector es siempre transformado en una diferencia de potencial entre los polos pertinentes con un mismo signo, convencionalmente positivo, y un movimiento en el terreno en el sentido opuesto al del vector es siempre transformado en una diferencia de potencial entre los polos pertinentes con un mismo signo, convencionalmente negativo, opuesto al signo positivo; de acuerdo con una variante, la primera terminal de salida de un transductor está conectada eléctricamente con la segunda terminal de salida del otro transductor, conformando las restantes terminales de salida de los transductores las terminales de salida del geófono.

La figura 8 muestra otra disposición de planos geométricos en el espacio, para una mejor comprensión de una cuarta realización posible de la presente invención; en dicha figura, los números de referencia (34) y (35) indican planos paralelos entre sí y ortogonales al plano (36).

De acuerdo con una variante sugerida, el geófono de acuerdo con la presente invención puede ser construido ensamblando los dos transductores (20) y (21) con vectores (OS1) y (OS2) pertenecientes a los planos (34) y (35), paralelos entre si y ortogonales al plano (36), de modo que el vector (OS1) pertenece al plano (34) y el vector (OS2) pertenece al plano (35). Los dos vectores (OS1) y (OS2) deben estar dispuestos de forma que dichos vectores (OS1 y OS2) sean simétricos en dirección con respecto a un plano ortogonal a los planos (34), (35) y (36), tengan el mismo sentido (disposición equidireccional) y amplitud o módulo y, estando contenidos en los planos (34) y (35), formen con dicho plano ortogonal ángulos iguales dentro del rango entre 60 y 120 grados.

La figura 9 muestra otra realización posible de la presente invención. En esta figura la referencia (G2) indica un geófono que consiste en un par de transductores (37) y (38), y un transductor vertical (40), asociado a un vector (OS3), posicionado de forma paralela la línea recta (41), que es el eje de simetría vertical del par de transductores (37) y (38). Los ejes (39), (35) y (41) pertenecientes respectivamente a los transductores (38), (37) y (40) están contenidos en un mismo plano; además, en este caso, los transductores (37), (38) y (40) pueden ser geófonos hechos de acuerdo con la citada técnica conocida.

Los transductores (37), (38) y (40) están dotados con polos positivos indicados con los números de referencia (42), (43) y (46) respectivamente, y polos negativos, indicados con los números de referencia (44), (45) y (47) respectivamente.

También de acuerdo con esta realización, los polos o terminales (43) y (44) de los transductores (37) y (38) están conectados entre sí, a través de medios de conexión eléctrica (48), y las señales de salida al final de los polos o terminales (45) y (42) de los transductores (38) y (37) son extraídas del geófono (G2) a través de los cables de salida (49) y (50); de forma similar, las señales de los transductores (40) también son extraídas del geófono (G2) a través de los cables de salida (51) y (52).

En este caso, por lo tanto, los cables de salida son cuatro: dos cables (49) y (50) derivados del par de transductores (38) y (37) y el otro par de cables (51) y (52) derivados del transductor (40). Tal como puede apreciarse, en el caso de que los transductores (37), (38) y (40) sean transductores de ondas elásticas, este montaje permite la recepción de información limpia y separada de ondas SH y ondas P con sólo una energización.

Resulta evidente para los técnicos en la materia que el geófono (G2) puede estar construido ensamblando los transductores (38) y (37) para que tengan sus vectores asociados (OS1) y (OS2) contenidos dentro de los planos (34) y (35) de la figura 8, paralelos entre si y ortogonales al plano (36) de la figura 8, de modo que el vector (OS1) pertenezca al plano (34) de la figura 8 y el vector (OS2) pertenezca al plano (35) de la figura 8.

En los ejemplos descritos anteriormente, los transductores electromecánicos (20), (21) y (37), (38), (40) son geófonos de tipo conocido; de cualquier modo, resulta evidente para una persona especializada en la técnica que dichos elementos pueden ser reemplazados por acelerómetros apropiados.

Claims (13)

1. Geófono para la detección de ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente, comprendiendo como mínimo un par de transductores electromecánicos, siendo cada uno de dichos transductores apropiado para la detección de dichas ondas de cizalladura horizontalmente polarizadas (ondas SH) y ondas de compresión (ondas P), en el que

cada transductor comprende un primer terminal de salida con una primera polaridad y un segundo terminal de salida con una segunda polaridad, siendo dicha segunda polaridad de signo opuesto a dicha primera polaridad;

cada transductor tiene un eje principal al que está asociado un vector, de modo que un movimiento del terreno en el mismo sentido del vector se transforma en una diferencia de potencial con el mismo signo, convencionalmente definida positiva, entre los terminales respectivos del transductor y un movimiento del terreno en sentido opuesto al vector siempre se transforma en una diferencia de potencia con un mismo signo, convencionalmente definido negativo, que es opuesto al signo positivo, entre los terminales respectivos del transductor

un terminal de salida de un transductor está conectado eléctricamente con un terminal de salida del otro transductor para lograr:

una suma [P+SH] de las señales representativas de las ondas de cizalladura SH polarizadas horizontalmente y ondas de compresión P;

una diferencia [P-SH] o [SH-P] entre las señales representativas de las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente (SH) y las ondas de compresión P;

una compensación [[P+SH]-[P-SH]] o [[P+SH]+[SH-P]] entre dicha suma y diferencia de señales;

a efectos de adquirir, en los terminales de salida de los transductores que no están conectados eléctrica y recíprocamente, una señal que es representativa de las ondas de cizalladura polarizadas horizontalmente con una sensibilidad aumentada y estando menos afectada por la presencia de ondas de compresión,

caracterizado porque los dos transductores están dispuestos de modo que los vectores pertinentes sean simétricos en dirección y los ejes principales pertinentes estén inclinados con respecto al eje vertical del geófono (G), formando ángulos substancialmente iguales (\alpha y \beta) con dicho eje vertical, estando dichos ángulos dentro del rango entre 60 y aproximadamente 87 grados.

2. Geófono, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos ángulos (\alpha y \beta) son de 87 grados aproximadamente con respecto a dicho eje vertical (31) del geófono (G).

3. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer terminal de salida (22; 43) de un transductor (20; 38) de dicho par está conectado eléctricamente con el primer terminal de salida (23; 42) del otro transductor (21; 37) de dicho par, formando los segundos terminales de salida (24, 25; 45, 44) de los transductores (20, 21; 38, 37) de dicho par, los terminales de salida del geófono, en los extremos de dichos terminales de salida del geófono (24, 25; 45, 44) estando presente una señal representativa de la pista de una onda de cizalladura polarizada horizontal-
mente.

4. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos transductores (20, 21; 37, 38) están dispuestos de modo que dichos vectores (OS1, OS2) asociados con sus ejes principales tienen el mismo sentido y la misma amplitud o módulo.

5. Geófono según la reivindicación 4, caracterizado porque el primer terminal de salida (22; 43) de un transductor (20; 38) de dicho par está conectado eléctricamente con el segundo terminal de salida (23; 42) del otro transductor (21; 37) de dicho par, formando los restantes terminales de salida (24, 25; 45, 44) de los transductores (20, 21; 38, 37) de dicho par, los terminales de salida del geófono, estando presente en los extremos de dichos terminales de salida del geófono (24, 25; 45, 44), de forma particular, una señal representativa de la pista de una onda de cizalladura polarizada horizontalmente u onda SH.

6. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos transductores (20, 21; 38, 37) de dicho par están dispuestos para tener sus ejes principales (32, 33; 39, 53) contenidos en un mismo plano (17).

7. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos transductores (20, 21; 38, 37) de dicho par están dispuestos de forma que tienen sus ejes principales (32, 33; 39, 53) contenidos en planos que son paralelos entre sí.

8. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende como mínimo un transductor electromecánico adicional (40), que tiene un tercer terminal (46) con una primera polaridad y un cuatro terminal (47) con una segunda polaridad, teniendo dicha segunda polaridad signo opuesto a dicha primera polaridad.

9. Geófono según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho transductor adicional (40) tiene un eje (41) y porque dicho transductor adicional (40) está dispuesto de forma que dicho eje (41) está contenido en el mismo plano en el que están los ejes principales (39, 53) de los transductores (38, 37) de dicho par.

10. Geófono según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho tercer terminal (46) que tiene una primera polaridad y dicho cuarto terminal (47) que tiene una segunda polaridad de dicho transductor adicional (40) forman los terminales de salida para una segunda señal de salida del geófono que es representativa de una onda de compresión.

11. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque está dotado de la conexión a un sismógrafo o un aparato para el almacenamiento de dichas señales de salida.

12. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos transductores (20, 21; 37, 38, 40) comprenden un cuerpo suspendido (2) y un imán fijo (9).

13. Geófono según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos transductores (20, 21; 37, 38, 40) son acelerómetros.