FR2469719A1

FR2469719A1 - Acoustic geophysical prospecting system - uses two exciter plates vibrating vertically in antiphase to produce shearing waves

Info

Publication number: FR2469719A1
Application number: FR7927920A
Authority: FR
Inventors: Hans A K Dr Ing Edelmann
Original assignee: Prakla Seismos GmbH
Current assignee: Geco Prakla GmbH
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1981-05-22
Also published as: FR2469719B1

Abstract

A system of geological prospecting involves the use of Swaves propagated through the ground. One or more vibrator plates are placed on the ground and actuated to move in a vertical direction. Typically, two adjacent plates may be used, vibrated in antiphase. A horizonta geophone is placed between the two plates of the typical wave exciting device. There may be a line of these geophone extending perpendicular to the line joining the centres of th two exciting plates.

Description

a présente invention concerne un procédé de prospection géophysique du sous-sol à laide ondes de cisaillement (ondes S) par utilisation dDau moins un vi breur9 dont le pied est amené par surcharge en contact de couplage avec la surface du sol. The present invention relates to a method of geophysical prospecting of the subsoil using shear waves (S waves) by using at least one vi breur9, the foot of which is brought by overload into coupling contact with the ground surface.

Des mesures sismiques par réflexion sont effectuées habituellement de manière telle que par exemple, par explosion ou à l'aide d'un ou de plusieurs vibreurs, des oscillations soient engendrées dans ou sur la surface ce du sol, qui sont essentiellement des ondes de pression (ondes P) qui sont reçues, après réflexion dans le sous-sol, e aide de géophones usuels9 c'est-à-dire par exemple à 1 aida de microphones électrodynamiques ou ana logues disposés verticalement.En complétant ces mesures par génération et réception d'ondes de cisaillement, on obtient la possibilité de calculer la constante de
Poisson pour des réflexions caractéristiques individuelles a partir du quotient des vitesses des ondes P et S, qui donne a son tour une indication à propos des proprié tés lithologiques de l'horizon de réflexion.Des rapports détaillés a propos de la génération et de la re ception ondes de cisaillement sont reproduits dans
Geophysics 1968, pages 229 à 254, ainsi que dans d'autres documents Ces travaux reposent principalement sur la mise an oeuvre de vibreurs particuliers, voir les brevets américains Nos 3 959 2329 3 959 233 et 3 205 971.Seismic reflective measurements are usually carried out in such a way that, for example, by explosion or using one or more vibrators, oscillations are generated in or on the surface of the ground, which are essentially pressure waves. (P waves) which are received, after reflection in the basement, with the help of usual geophones9 that is to say, for example with the help of electrodynamic or analog microphones arranged vertically. By completing these measurements by generation and reception of shear waves, one obtains the possibility of calculating the constant of
Poisson for individual characteristic reflections from the quotient of the P and S wave velocities, which in turn gives an indication about the lithological properties of the reflection horizon. Detailed reports about generation and re ception shear waves are reproduced in
Geophysics 1968, pages 229 to 254, as well as in other documents These works are mainly based on the use of specific vibrators, see American patents Nos. 3,959 2,329 3,959,233 and 3,205,971.

Il s'agit là d'appareils qui sont réalisés dans le but particulier d'engendrer des ondes de cisaillement. Ils permettent d'engendrer pratiquement exclusivement des ondes de cisaillement de type SH, c'est-à-dire avec une polarisation dans le plan de l'horizon de réflexion. Par utilisation de géophones polarises appropriés, des séismo- grammes d'ondes de cisaillement satisfaisants ont été établis lors de ces recherches0
les vibreurs utilisés lors des recherches connues, voir également les brevets américains précités, satisfont aux exigences physiques de manière presque idéale pour ce type particulier d'enregistrement sismiques par réflexion. Les vibreurs présentent cependant en utilisation pratique des inconvénients considérables.Du fait du mouvement horizontal de la masse, les éléments utilisés pour le guidage de cette masse s'usent très rapIdeent. En vue de la transmission des forces de cisaillement au sous-sol, les vibreurs connus sont équipés d'une plaque d'acier qui comporte des nodules ou des prolongements pyramidaux sur le coté à coupler au sol.These are devices that are made for the specific purpose of generating shear waves. They make it possible to generate almost exclusively SH type shear waves, that is to say with a polarization in the plane of the reflection horizon. By using suitable polarized geophones, seismograms of satisfactory shear waves were established during this research.
the vibrators used during known research, see also the aforementioned US patents, meet the physical requirements almost ideally for this particular type of seismic reflection recording. However, vibrators have considerable drawbacks in practical use. Due to the horizontal movement of the mass, the elements used to guide this mass wear out very quickly. In order to transmit shear forces to the basement, the known vibrators are equipped with a steel plate which has nodules or pyramidal extensions on the side to be coupled to the ground.

tors de l'utilisatIon de ces vibreurs, des dégâts ccûteux sont occasionnés en particulier aux chaussées et aux routes. Un inconvénient très important de ces vi- breurs connus réside dans le fait que pour la puissance actuellement mise en Oeu et pour la masse nécessaire à celle-ci, un montage dans des vibreurs usuels existan-ts pour ondes P n'est pas possible de façon simple.When using these vibrators, costly damage is caused in particular to roadways and roads. A very significant drawback of these known vibrators lies in the fact that for the power currently put into operation and for the mass necessary for this, mounting in usual vibrators existing for P waves is not possible. simple way.

D'une manière générale, is recherches effectuées récemment aux Etets-UTnis avec des ondes de ci saillement pour des travaux de prospection sismique ont montré que des résultats satisfaisants peuvent être obtenus dans des conditions géologiques et de terrain les plus diverses. Dans presque tous les domaines, à l'exception de sables meubles et de sédiments saturés d'eau, des vibreurs à ondes de cisaillement peuvent en soi etre utilisés comme générateurs d'ondes de cisaillement de type SH, Dans beaucoup de domaines des signaux d'ondes de cisaillement sont observés pour une altiplicité suffisamment grande. La multiplicité est cependant jusqu' ici toujours au moins le double de celle observée dans le cas de l'enregistrement d'ondes de compression.En association avec les enregistrements effectués jusqu' ici, ont été également développés des procédés d'évalua tion et d'interprétation, qui ont surtout pour but de découvrir des anomalies lithologiques. In general, the research carried out recently in the USA and UTnis with high waves for seismic prospecting work has shown that satisfactory results can be obtained under the most diverse geological and field conditions. In almost all areas, with the exception of soft sands and water-saturated sediments, shear wave vibrators can in themselves be used as shear wave generators of the SH type. shear waves are observed for a sufficiently large altiplicity. The multiplicity is, however, so far always at least double that observed in the case of the recording of compression waves. In association with the recordings carried out so far, evaluation and evaluation methods have also been developed. 'interpretation, which mainly aims to discover lithological anomalies.

I1 va sans dire que pour l'enregistrement des ondes SH les plus intéressantes, des géophones horizontaux particuliers sont nécessaires. L'équipement de l'équipe de mesure en géophones horizontaux supplémentaires constitue cependant un problème bien~moins sérieux que la nécessité d'avoir a sa disposition des appareils particuliers de génération d'ondes S. L'objet de l'invention est par conséquent de lever cette diffi cuité. A cette fin, l'invention part d'un procédé du type mentionné dans le préambule. le procédé selon l'invention prévoit d'associer deux vibreurs à ondes P et de les exciter et de les commander en opposition de phase avec le même balayage.De préférence, les vibreurs sont disposés de part et d'autre, écartés identiquement, transversalement à l'axe du profil. It goes without saying that for the recording of the most interesting SH waves, special horizontal geophones are necessary. The equipment of the measurement team in additional horizontal geophones however constitutes a problem much less serious than the need to have at its disposal particular apparatuses for generating S waves. The object of the invention is therefore to overcome this difficulty. To this end, the invention starts from a process of the type mentioned in the preamble. the method according to the invention provides for associating two P wave vibrators and for exciting and controlling them in phase opposition with the same sweeping. Preferably, the vibrators are arranged on either side, identically separated, transversely to the axis of the profile.

L'invention offre le grand avantage qu'on peut opérer avec des vibreurs usuels. Si l'on suppose que les vibreurs rayonnent dans un demi-plan homogène sensiblement avec une symétrie sphérique, dans le cas d'une association rapprochée de deux vibreurs à ondes
P et à commande en opposition de phase, les ondes P sont pratiquement supprimées, si bien que l'amplitude de la force est réduite dans le cas d'une excitation horizontale, en comparaison d'une excitation verticale en fonctionnement avec concordance de phase0 Pour cette raison, il est également recommandé d'utiliser quatre vibreurs, qui sont de préférence placée aux sommets d'un carré, pour lequel l'axe du profil forme un axe médian, de telle sorte que les vibreurs se trouvant sur le même c8té soient commandés avec la même phase entre eux, et en opposition de phase par rapport aux vibreurs se trouvant sur l'autre côté de l'axe médian. The invention offers the great advantage that can be operated with conventional vibrators. If we assume that the vibrators radiate in a homogeneous half-plane substantially with spherical symmetry, in the case of a close association of two wave vibrators
P and with phase opposition control, the P waves are practically suppressed, so that the amplitude of the force is reduced in the case of a horizontal excitation, in comparison with a vertical excitation in operation with phase concordance for this reason, it is also recommended to use four vibrators, which are preferably placed at the vertices of a square, for which the profile axis forms a median axis, so that the vibrators located on the same side are ordered with the same phase between them, and in phase opposition with respect to the vibrators located on the other side of the median axis.

Contrairement aux appareils connus, réalisés spécialement pour la génération d'ondes SH, comme décrit par exemple dans les brevets américains précités, il est possible, dans le cas de l'utilisation de vibreurs à ondes P commandés en opposition de phase, d'engendrer des ondes 6E même sur des sols qui se composent des sables relativement meubles et de sédiments saturés d'eau.On obtient ainsi un autre avantage en plus de la simplification due à l'utilisation d'appareils usuels:
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront des revendications ainsi que de la description qui va suivre et des dessins annexés, dans lesquels l'invention est expliquée et représentée à titre d'exemple Sur ces dessins :
- la figure 1 est une coupe schématique à travers un axe de profil avec une disposition de vibreurs selon l'invention
- la figure 2 représente une vue de dessus correspondant à la figure 1 sur un axe de profil avec des vibreurs disposés de part et d'autre, et
- la figure 3 représente une forme de réalisation préférée de l'invention, modifiée par rapport à la figure 2.Unlike known devices, specially made for generating SH waves, as described for example in the aforementioned American patents, it is possible, in the case of the use of P wave vibrators controlled in phase opposition, to generate 6E waves even on soils that consist of relatively loose sands and water-saturated sediments. This gives another advantage in addition to the simplification due to the use of conventional devices:
Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the claims as well as from the description which follows and from the appended drawings, in which the invention is explained and shown by way of example. In these drawings:
- Figure 1 is a schematic section through a profile axis with an arrangement of vibrators according to the invention
FIG. 2 represents a top view corresponding to FIG. 1 on a profile axis with vibrators placed on either side, and
FIG. 3 represents a preferred embodiment of the invention, modified with respect to FIG. 2.

En vue de la mise en oeuvre du procédé se lon l'invention, voir figures 1 et 2, deux vibreurs 12 et 14 sont disposés sur la surface 10 du sol de part et d'autre d'un axe de profil ou médian 24, 22, respectivement. Les vibreurs 12 et 14 représentés ici seulement de façon simplifiée, engendrent des ondes de compression ou P, ainsi qu'il est indiqué par les flèches doubles sur les dessins. Comme les vibreurs 12 et 14 sont très rapprochés l'un de l'autre, les ondes de compression qu'ils engendrent s'annulent pratiquement au moins dans la zone médiane en raison de la commande en opposition de phase0 Les ondes résultantes et se propa geant dans le sens de la flèche 20 sont des ondes a avec le sebs d'oscillation indiqué par la flèche double 18.Après réflexion dans le sous-sol, les signaux revenant à la surface du sol sont captés par des géophones horizontaux 16, qui sont reliés à un appareil d'enregistrement usuel. With a view to implementing the process according to the invention, see FIGS. 1 and 2, two vibrators 12 and 14 are arranged on the surface 10 of the ground on either side of a profile or median axis 24, 22, respectively. The vibrators 12 and 14 shown here only in a simplified manner, generate compression waves or P, as indicated by the double arrows in the drawings. As the vibrators 12 and 14 are very close to each other, the compression waves which they generate cancel each other out practically at least in the middle zone due to the control in phase opposition0 The resulting waves and propagates giant in the direction of the arrow 20 are waves a with the oscillation sebs indicated by the double arrow 18.After reflection in the basement, the signals returning to the ground surface are picked up by horizontal geophones 16, which are connected to a usual recording device.

Par l'appareil d'enregistrement non représenté, par l'intermédiaire d'une liaison par fil ou sans fil 29, est excité un générateur de balayage 28, qui délivre des signaux de balayage qu'il engendre à un dispositif de commande 26. Du dispositif de commande 26, les signaux de balayage engendrés par le générateur 28 sonttransmis aux canaux de liaison 30 et 32 des vibreurs 12 et 14, le dispositif de commande 26 assurant que les signaux dans le canal 30 sont identiques en fréquence et en amplitude, mais en opposition de phase à ceux du canal 32. By the recording device (not shown), via a wire or wireless link 29, a scanning generator 28 is excited, which delivers scanning signals which it generates to a control device 26. From the control device 26, the scanning signals generated by the generator 28 are transmitted to the connecting channels 30 and 32 of the vibrators 12 and 14, the control device 26 ensuring that the signals in the channel 30 are identical in frequency and in amplitude, but in phase opposition to those of channel 32.

Sur la figure 3, une forme de réalisation préférée de l'invention est représentée, à savoir l'utilisation de vibreurs à ondes de compression usuels, qui sont reliés à l'aide d'appareils supplémentaires simples. In FIG. 3, a preferred embodiment of the invention is shown, namely the use of conventional compression wave vibrators, which are connected using simple additional devices.

Bes deux vibreurs 112, 114 sont raccordés respectivement par l'intermédik ire d'une commande usuelle 126a, 126b, à un générateur de balayage 128a, 128b, qui est excité par l'intermédiaire d'une liaison par ou sans fil I29a, 129b, par le poste d'enregistrement. Bes two vibrators 112, 114 are respectively connected by the intermediary of a conventional control 126a, 126b, to a scanning generator 128a, 128b, which is energized by means of a wired or wireless link I29a, 129b , by the registration station.

Afin de garantir que les deux vibreurs 112, 114 transmettent au sol des signzux de même amplitude et de phases opposées, un comparateur 133 est prévu, qui est relié par l'intermédiaire de dispositifs d'exploration 134a, 1-34b, aux dispositifs de vibration proprement dits. Les signaux rayonnés par les vibreurs 112, 114 sont comparés entre eux dans le comparateur 133, qui engendre une tension transmise en vue de la correction d'amplitude et de phase d'un des vibreurs, dans l'exemple du vibreur 112, par l'intermédiaire de la liaison par fil 136, à un régulateur 137. te régulateur 137 assure que le balayage engendré par le générateur 128a est en opposition de phase, mais pour le reste identique au balayage du générateur 128b. Le dispositif décrit dans le présent mémoire permet en outre de prendre totalement en considération une influence quelconque du sol. In order to guarantee that the two vibrators 112, 114 transmit to the ground signals of the same amplitude and of opposite phases, a comparator 133 is provided, which is connected by means of exploration devices 134a, 1-34b, to the devices of vibration proper. The signals radiated by the vibrators 112, 114 are compared with each other in the comparator 133, which generates a voltage transmitted with a view to the amplitude and phase correction of one of the vibrators, in the example of the vibrator 112, by l 'Intermediate wire connection 136, to a regulator 137. The regulator 137 ensures that the sweep generated by the generator 128a is in phase opposition, but for the rest identical to the sweep of the generator 128b. The device described in this memo also makes it possible to take totally into account any influence of the soil.

Sauf ces dispositifs supplémentaires, qui provoquent la commande en opposition de phase, on utilise pour la mise en oeuvre de ltinvention uniquement des dispositifs usuels, en particulier des vibreurs à ondes P usuels. Except for these additional devices, which cause the control in phase opposition, only conventional devices are used for the implementation of the invention, in particular conventional P-wave vibrators.

Claims

1) Method of geopbysical prospecting of the subsoil using shear waves by using at least one vibrator, the foot of which is brought by overload into coupling contact with the ground surface, characterized in that two vibrators for the generation of compression waves are associated side by side and are excited and controlled in phase opposition with the same sweep.

2) Method according to claim 1, characterized in that on both sides, identically spaced, transversely with respect to the axis of the profile, an identical number of compression wave vibrators are closely associated side by side.

3) Device for generating shear waves polarized substantially horizontally using several vibrators, characterized in that an even number of compression wave vibrators (12, 14 112, 114), which are closely associated and symmetrical relative to a median axis (24; 124), are connected by a control in phase opposition (26; 137, 136, 133, 134a, 134b).

4) Device according to claim 3, characterized in that the vibrators are connected by means of exploration devices (134a, 134b) to a comparator (133) which controls a regulator (137) which is disposed between the generator scanning (128a) and the actual vibration generator of at least one vibrator (112).

5) Device according to claim 3, characterized in that the compression wave vibrators (12, 14) are connected, by means of a phase opposition control (26), to a common scanning generator,