JP2014500961A - 岩石層の地盤特性を調査するシステム及び方法 - Google Patents
岩石層の地盤特性を調査するシステム及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2010年11月12日に出願された米国仮特許出願第61/413,173号からの優先権を主張するものであり、この出願の全内容が引用により本明細書に組み入れられる。
本発明は、米国エネルギー省によって認められた共同研究開発契約(CRADA)の契約番号DE−AC52−06NA25396に基づく米国政府の支援を得てなされた。米国政府は本発明について所定の権利を有する。
図5(a)、図5(b)、及び図5(c)は、2つの一次波がビーム間相互作用のビームである場合における表1の選択規則の数値シミュレーションを示す。図5(a)に示されている25kHzの圧縮ビームと図5(b)に示されている18kHzせん断ビームとが混合して、図5(c)に示されている周波数が7kHz(=25kHz−18kHz)の第3のビームが生成される。この例では、前記平面波予測に従って、周波数(f1−f2)でP(f1)波に対して133°の角度を有する第3の後方伝播Pビームが、P(f1)とSV(f2)ビームとが重なる領域での非線形混合によって生成される。
f3=f1−f2 (2)
k3=k1−k2 (3)
又は、
f3=f1+f2 (4)
k3=k1+k2 (5)
ここで、k1、k2及びk3は、波動ベクトルである。f3=f1−f2が成り立つ第1の周波数条件は、ボアホール近くの岩石層の特性を調査する際に特に関連する。図9に示すように、条件(2)及び条件(3)は、波動ベクトル三角形の形成によって表され、以下の関係(6)、(7)及び(8)によって満足される。
多くの堆積岩においてVp/Vs速度比は1.5〜3.0の範囲にあるので、図9aに示す構成においてボアホールに戻るように伝播する二次せん断波SVの生成を許容する収束角θと周波数比f1/f2(本明細書においてdで表される。)との組み合わせが存在する。
相関処理された信号Mは、(1−d)*fnの全周波数を含むバンド幅を有する鋭い帯域制限スパイク(band−limited spike)である。パルス数Nが大きい場合には、n=1,2,…,Nである。「帯域制限」スパイク(band−limited spike)という語は、本明細書において、制限された周波数帯域幅を有するスパイク信号を意味する。一実施形態において、パルス数Nを増加させてブロードキャストの持続時間を増加させることにより、線形相互作用により生成された信号やそれ以外の雑音を抑圧しつつ、相関処理された信号M中の非線形相互作用により生成される信号を改善することができる。コード化信号パターンを用いる相関技術は、非線形相互作用により生成された信号を抽出し改善するための多くの方法の1つであることに留意されたい。パターン認識や周波数バンドフィルタリング等の代替的な信号処理技術も、信号の抽出や改善のために同様に用いられる。
本開示の一部の態様において、一次音響信号におけるコード化音響ビームは、ボアホールに戻ってくる非線形信号の振幅及びフォーカシングを高めるために用いることもでき、信号検出感度及び信号対雑音非を改良するために用いることもできる。図14a〜14dは、数値シミュレーションによって生成されたノイズを有する時系列信号に対するコード化信号の仕組みの適用例を示す。ノイズを有する時系列信号は、非線形相互作用の結果としてのボアホールに戻る信号をシミュレートする。非線形相互作用信号の振幅よりも10%大きい振幅を有するホワイトガウスノイズが、コード化テンプレートとの相関処理が適用される前に、非線形モデル内の波伝播の数値シミュレーションによって生成される時系列信号に対して追加される。この構成は図12a〜12d及び図13a〜13dに示される構成と同一である。図14bは、ノイズを含み、受信器アレイ1403の6つの受信器において記録されるシミュレートされた受信信号を示す。図14dは、図14cに示される12のパルスのコード化テンプレートus(t)との相関処理のときに、同じ受信器上でノイズを有する信号(この場合、シミュレートされたノイズを有する信号)から取り出される信号を示す。この符号化体系は、このように、非線形相互作用から信号を効果的に抽出しノイズを最小化することを示し、実際の適用における有益な特徴である。
以下において、非線形特性の3D画像の構築や各領域のVp/Vs比を利用し、VpやVs等の他の岩石特性を決定する画像化方法やワークフローを説明する。このワークフローの非限定的な例を以下に説明する。
送信されたビームが混合ゾーン805において交差し非線形に相互作用する。
時間差δは、伝播時間差t1−t2に等しい。
選択規則が満たされる。すなわち、符号化体系において用いられる周波数比dは式(19)の条件を満たす。
ここで、Vp/Vsは、圧縮ゾーン805における圧縮速度対せん断速度比であり、θは、第1の送信ビームと第2の送信ビームとの間の収束角である。Vp/Vs比及び収束角θは、ビームの幾何学的配置、位置、ビームの方向パラメータ(z1,z2,z3,φ1,φ2,α1及びα2)、及び探査される岩石領域の圧縮速度Vp及びせん断速度Vsのモデルに基づくレイトレーシングによって計算できる。
予測パルス到達時間Tp=t1p+t3p及び時間差δp=t1p−t2pは、圧縮速度Vp及びせん断速度Vsモデルに基づいて予測され、次に、実際の記録Ms(t,δ,d,z3r)で観測された帯域制限スパイクの到着時間TNL及び時間差δNLと比較される。Vp及びVs速度モデルが岩石層の実際のVp及びVsを正しく近似することができれば、予測時間(Tp、δp)は、観測される時間(TNL,δNL)に等しくなる。予測時間と観測時間との間に差があれば、この差は、伝播Vp及びVs速度モデルを更新し、その差を最小化してモデル化データと観測データとの整合性を実現するために用いられる。伝播Vp及びVsモデル(propagating Vp and Vs model)を更新するために、地震処理における画像化の技術分野において経験を有する者によく知られた様々な反復速度トモグラフィー反転(iterative velocity tomographic inversion)法を用いることができる。
図18aは、抗井の垂直部分に受信機を有する垂直な抗井及び側線の例を示す。図18bは、本発明の態様に従って、受信機が側線内に設けられている垂直なパイロットホール及び水平な側線の他の例を示す。主垂直ボアホール1800は、音響エネルギー1804の垂直円錐を生成するように構成された送信機1801を備え、一方、側線ボアホール1806は、音響円錐1805を生成するように抗井された送信機1802を備える。受信機1803は、その用途に応じて、図18aに示すように主垂直ボアホール1800内に設けられても良く、側線ボアホール1806内や主ボアホール1800と側線ボアホール1806の両方に設けられてもよい。図17a〜図17cの例に示したものと同様に、送信機1801、1802及び受信機1803は、それぞれ送信機アレイ及び受信機アレイを含んでも良い。側線ボアホール1806内の送信機1802は、主垂直ボアヒール1800内の送信機1801の上方に設けられても良くその下方に設けられても良い。
一実施形態において、構成要素又はモジュール1909〜1929を用いて実現されるデータ取得処理は、抗井中の複数の位置(z3)において、様々なビーム配置を用いて、繰り返し行われてもよい。一実施形態において、既に記録されているデータを、取得パラメータの変化を導くために用いることができる。例えば、記憶装置1921に記憶されたデータは、例えば前処理及びホドグラム処理モジュール1930におけるホドグラム分析により、さらに強化されてもよい。記憶装置1921に記憶されているデータは、画像化モジュール1931において非線形特性及び/又はVp/Vs比を生成するために、初期速度モデルモジュール1906からの初期速度モデルとともに用いられる。これらは、取得設計モジュールによるモデリング、及び/又は、データ取得制御部1908によって制御される取得パラメータを精緻化するために用いられる。
Claims (238)
- ボアホール外部の岩石層の情報を調査するシステムであって、
第1の周波数を有する第1の音響圧縮波を生成するように構成された第1の音響源と、
第2の周波数を有する第2の音響圧縮波を生成するように構成された第2の音響源と、
を備え、
当該第1及び第2の音響源は、前記ボアホール内の局所的な領域内に配置され、前記第1及び第2の音響波は、前記ボアホール外部の交差領域において交差し、
前記ボアホール内に配置され、
さらに第3の周波数を有する第3の音響波を受信する受信機を備え、
前記第3のせん断音響波は、前記交差領域内の非線形混合ゾーンにおける非線形混合処理によりボアホール内に帰還し、前記第3の周波数は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい、
システム。 - 前記第1の音響圧縮波及び前記第2の音響圧縮波は音響ビームである、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の音響源、前記第2の音響源又はその両方は、トランスデューサの線形アレイを備えるように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記受信機は、前記ボアホールの壁部に固定されるように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の周波数における前記第1の音響波、前記第2の周波数における前記第2の音響波、又はその両方を方位角及び仰角について所定の方向において走査する、請求項1に記載のシステム。
- コンピュータ読み取り可能な命令を処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、当該命令は、実行時に、前記プロセッサに、前記帰還する第3の音響波を分析させ、非線形相互作用が前記ボアホール内での帰還エネルギーとなった場合に、前記岩石層内の前記混合領域の位置を決定させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の音響源の軸は、前記第2の音響源の軸に対して傾斜している、請求項1に記載のシステム。
- 前記第2の周波数の前記第1の周波数に対する比は、前記非線形混合ゾーンにおける前記非線形混合処理の混合係数を最大化するように選択される、請求項1に記載のシステム。
- 時間変動属性又は周波数変動属性又はその両方で、前記第1の音響波、前記第2の音響波、又はその両方を符号化するように構成されたエンコーダをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記受信した第3のせん断音響波に対応するデータを記録するように構成された記憶装置と、コンピュータ読み取り可能な命令を処理するように構成されたプロセッサと、をさらに備え、
前記命令は、実行されたときに、前記プロセッサに、周波数比と収束角との関係を支配する選択規則に従って圧縮速度対せん断速度比を推定させ、又は、前記記憶装置の前記記録データを用い、さらに、前記第1の周波数の前記第1の音響波の生成、前記第2の周波数の前記第2の音響波の生成、前記ボアホールへ帰還する前記第3の音響波の受信、及び前記第1の音響源及び前記第2の音響源の配置及び前記第1の音響源と前記第2の音響源の複数の方向に基づく前記交差領域の位置の特定を繰り返すことにより、前記ボアホール周囲の前記岩石層の非線形特性を推定させる、
請求項1に記載のシステム。 - 前記受信した第3のせん断音響波に対応するデータを記録するように構成された記憶装置と、コンピュータ読み取り可能な命令を処理するように構成されたプロセッサと、をさらに備え、
前記命令は、実行されたときに、前記プロセッサに、前記記憶装置の前記記録データを用い、さらに、前記第1の周波数の前記第1の音響波の生成、前記第2の周波数の前記第2の音響波の生成、前記ボアホールへ帰還する前記第3の音響波の受信、及び前記第1の音響源及び前記第2の音響源の配置及び前記第1の音響源と前記第2の音響源の複数の方向に基づく前記交差領域の位置の特定を繰り返すことにより、岩石層の非線形特性の3次元画像又は圧縮波速度対せん断波速度比の3次元画像を計算させる、
請求項1に記載のシステム。 - ボアホール外部の岩石層の情報を調査する方法であって、
第1の音響源によって第1の周波数を有する第1の圧縮波を生成する工程と、
第2の音響源によって第2の周波数を有する第2の圧縮波を生成する工程と、
を備え、
当該第1及び第2の音響源は、前記ボアホール内の局所的な領域内に配置され、前記第1及び第2の音響波は、前記ボアホール外部の交差領域において交差し、
さらに第3の周波数の第3のせん断音響波を受信する工程を備え、
前記第3のせん断音響波は、前記交差領域内の非線形混合ゾーンにおける非線形混合処理によりボアホール内の受信機に帰還し、前記第3の周波数は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい、
方法。 - 前記第1の圧縮波を生成する工程及び前記第2の圧縮波を生成する工程は、第1の音響ビーム及び第2の音響ビームを生成する、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の音響源、前記第2の音響源又はその両方を、トランスデューサの線形アレイとして配置する工程さらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記受信機を前記ボアホールの壁部に固定する機構をさらに備え、前記受信機は3成分受信機アレイを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の周波数の前記音響波、前記第2の周波数の前記第2の音響波、又はその両方を、方位角、仰角、又はその両方において向きを調整するすることにより、所定の方向において走査する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記帰還エネルギーを分析する工程と、非線形相互作用が前記ボアホール内で前記帰還する第3の音響波となった場合に、前記岩石層の前記混合領域の位置を決定する工程と、をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記第1の音響源の軸方向を、前記第2の音響源の軸方向に対して傾斜するように配置する工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。
- エンコーダを用いて、時間変動属性又は周波数変動属性又はその両方で、前記第1の音響波、前記第2の音響波、又はその両方を符号化する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記混合ゾーンの位置を、前記第1の音響源及び前記第2の音響源の配置及び前記帰還エネルギーの方向に基づいて計算する工程をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 複数の方向において前記第1の音響波及び前記第2の音響波の生成及び受信を繰り返すことにより、圧縮速度対せん断速度比、前記ボアホール周辺の岩石層の非線形特性、又はその両方を推定する工程をさらに備える、請求項20に記載の方法。
- 前記非線形混合ゾーンにおける前記非線形混合処理の混合係数を決定する工程と、前記混合係数を最大化するために、前記第2の周波数と前記第1の周波数との比を選択する工程と、をさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 音響信号源からのコード化信号を用いてボアホール外部の岩石層の情報を調査するシステムであって、
時系列として配列された第1の複数のパルスを備える第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源であって、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっている、第1の音響源と、
時系列として配列された第2の複数のパルスを備える第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源であって、前記第2の複数のパルスは時間的に分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは第2の変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記第2の変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記第1の変調信号の前記中心周波数の選択された分数である、第2の音響源と、
を備え、
前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記ボアホール内に配置されており、前記第1及び第2の音響信号の軌跡が前記ボアホールの外部にある交差領域において交差するように制御可能であり、
前記ボアホール内に配置された受信機であって、前記ボアホールに帰還する帰還信号を検出するように構成され、前記受信信号は、前記非線形交差領域内の非線形混合領域において、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号を含む、受信機と、
雑音、線形相互作用プロセスにより生成される信号、又はその両方から抽出するように、前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号に対してデータ処理を行うように構成されたプロセッサと、
をさらに備える、
システム。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項23に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、波形認識法を用いて抽出するように構成される、請求項23に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、前記非線形混合プロセスが起こる前記領域における非線形混合の選択規則に従って、前記非線形信号の予測特性に基づいて、バンドパスフィルタを用いて抽出する、請求項23に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、前記非線形混合プロセスが起こる前記領域における非線形混合の選択規則に従って、前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号を用いて前記検出信号を相関処理することにより抽出する、請求項23に記載のシステム。
- 前記非線形混合プロセスによって生成される前記信号は、時系列に構成され時系列に到達する第3の複数のパルスを備え、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、
前記第3の複数のパルスの各パルスは、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスのうちの対応する各パルスにおいて、前記第1の中心周波数と前記第2の中心周波数との差に等しい第3の中心周波数を有する第3の変調信号を含み、
前記第3の複数のパルスの各パルスの前記受信器における到達時刻は、前記第1の音響源から前記混合領域の中央までの前記伝播時間及び前記混合領域の前記中央から前記受信器までの前記伝播時間の合計によって前記第1の複数のパルスの対応するパルスの生成に対して遅延した時刻である、
請求項23に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、
複数の混合ゾーンにおいて生成された信号を得るための開始時刻差の範囲及び周波数分数dの範囲に対し、前記第1の信号の生成及び前記第2の信号の生成を繰り返すように前記第1の音響源及び前記第2の音響源を制御し、
前記ボアホールに帰還した前記受信信号の検出を繰り返すとともに、雑音、線形相互作用プロセスによって生成された信号、又はその両方から、前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号を抽出するように当該受信信号に対するデータ処理を繰り返すように前記受信機を制御する、
請求項23記載のシステム。 - 前記混合ゾーンにおける非線形相互作用により生成される前記信号は、前記第2の音響源の第2の複数のパルスと前記第1の音響源の第1の複数のパルスとの間の開始時間差が前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との伝播時間差に等しい場合にのみ生成され検出される、請求項23に記載のシステム。
- 雑音若しくは線形相互作用プロセスによって生成された信号又はこれらの両方からの非線形混合プロセスによって生成された前記信号の識別性を向上させるために、前記第1の複数のパルスの数を増加させ、前記第2の複数のパルスの数を増加させる、請求項23記載のシステム。
- 前記第1の信号は、複数のパルスの和を含み、各パルスは包絡線関数と変調信号関数との積に等しい信号振幅を有する、請求項23に記載のシステム。
- 前記第2の信号は、複数のパルスの和を含み、各パルスは包絡線関数と変調信号関数との積に等しい信号振幅を有する、請求項23に記載のシステム。
- 前記第2の信号u2(tーδ)は以下の形式であり、
E2n(t−(Tn+δ)は、前記第2の複数のパルスのうちn番目のパルスの包絡線に対応し、
exp(i2π*d*fn*(t−(Tn+δ))は、前記第2の複数のパルスのうちn番目のパルスにおける前記第2の変調信号に対応し、
d*fnは、前記第2の複数のパルスのうちの前記n番目のパルスの前記変調信号の周波数であり、
dは、選択された周波数比であり、
tは、信号時間であり、
(Tn+δ)は、前記第32複数のパルスにおけるn番目のパルスがブロードキャストされる時間であり、
δは、前記第2の音響源のブロードキャストの開始時間と前記第1の音響源のブロードキャストの開始時間との差であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項23に記載のシステム。 - 非線形混合プロセスにより生成される前記信号は、第3の複数のパルスの数にわたって、各パルスの包絡線関数と各パルスについての変調信号関数との積を合計したものに比例する、請求項23に記載のシステム。
- 非線形混合プロセスによって生成される前記信号u3(t)は以下の形式であり、
E3n(t−(Tn+T)は、前記第1の信号及び前記第2の信号の非線形混合によって生成される前記信号u3の第3の複数のパルスの包絡線であり、
exp(i2π*(1−d)*fn*(t−(Tn+T))は、前記第3の複数のパルスのうちn番目のパルスにおける前記第3の変調信号に対応し、
(1−d)*fnは、前記第1の複数のパルスのn番目のパルス内の前記第1の変調信号の中心周波数fn及び前記第2の複数のパルスのn番目のパルス内の前記第2の変調信号の中心周波数d*fn間の差異である前記第3の複数のパルスにおけるn番目のパルス内の前記変調信号の周波数であり、
dは、選択された周波数比であり、
tは、信号時間であり、
(Tn+T)は、前記第3の複数のパルスにおけるn番目のパルスが前記受信機に到達する時間であり、
Tは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンから前記受信機までの伝播時間との合計の伝播時間であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項23に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記非線形混合プロセスにより生成された信号を、前記検出信号をテンプレート信号で相関処理することにより抽出し、前記テンプレート信号は、複数のパルスの和を含み、各パルスは包絡線関数と変調信号関数との積に等しい信号振幅を有する、請求項23に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記非線形混合プロセスにより生成された信号を、前記検出信号をテンプレート信号で相関処理することにより抽出し、前記テンプレートusは、以下の形式であり、
Wn(t−Tn)は前記テンプレート信号におけるn番目のパルスの振幅包絡線であり、
exp(i2π*g(fn)*(t−Tn))は、前記テンプレート信号の複数のパルスのうちn番目の変調信号に対応し、
g(fn)は前記テンプレートの前記複数のパルスにおけるn番目のパルス内の前記変調信号の選択された関数であり、
tは伝播時間であり、
Tnは前記複数のパルスにおけるn番目のパルスが前記受信器に到達するとシミュレートされた時間であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項23に記載のシステム。 - 前記プロセッサが、
前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、音響波の非線形相互作用の選択規則に従って、前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号を用いて前記検出信号を相関処理することにより抽出し、
前記第2の複数のパルス及び前記第1の複数のパルス間の複数の開始時刻差δに対し、及び、前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数及び前記第1の複数のパルスにおける対応する各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数間の複数の周波数比dに対し、各開始時刻差δ及び各周波数比dに対して、前記テンプレート信号と前記検出信号との間の相関処理を繰り返して、各開始時間差δ及び各周波数比dについて非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成する、
ように構成された、請求項23に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された信号の発生に対応する相関処理された帯域制限スパイク信号の存在に関し、到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定する、請求項40に記載のシステム。
- 前記非線形プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号が前記相関処理信号M(t、δ、d)内で発生する場合に、前記決定された開始時間差δNLは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との差に実質的に等しい、請求項41に記載のシステム。
- 前記非線形プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号が前記相関処理信号M(t、δ、d)内で発生する場合に、前記決定された到着時間TNLは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンの中心から受信機までの伝播時間との合計の伝播時間に実質的に等しい、請求項41に記載のシステム。
- ボアホール外部の岩石層の情報を調査する方法であって、
時系列として配列された第1の複数のパルスを備える第1の音響信号を第1の音響源によって生成し、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっており、
時系列として配列された第2の複数のパルスを備える第2の音響信号を第2の音響源によって生成し、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数dであり、前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記ボアホール内に配置されており、前記第1及び第2の音響信号の軌跡が前記ボアホールの外部にある交差領域において交差するように制御可能であり、
前記ボアホール内に配置された受信機によって、前記ボアホールに帰還する検出信号を受信し、当該検出信号は、前記非線形交差領域内の非線形混合領域において、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号を含み、
プロセッサによって、前記受信信号に対するデータ処理を行い、雑音、線形相互作用プロセスにより生成される信号、又はその両方から、前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号を抽出する、
方法。 - 前記第1の音響信号の生成は、前記第1の複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きくなるように前記第1の音響信号を生成することを含む、請求項44に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、波形認識法を用いて抽出する、請求項44に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、前記非線形混合プロセスが起こる前記領域における非線形混合の選択規則に従って、前記非線形信号の予測特性に基づいて、バンドパスフィルタを用いて抽出する、請求項44に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、前記非線形混合プロセスが起こる前記領域における非線形混合の選択規則に従って、前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号を用いて前記検出信号を相関処理することにより抽出する、請求項44に記載の方法。
- 前記非線形混合プロセスによって生成される前記信号は、時系列に配置された時間的に分離された第3の複数のパルスを備え、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第44の複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、
前記第3の複数のパルスの各パルスは、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスのうちの対応する各パルスにおいて、前記第1の中心周波数と前記第2の中心周波数との差に等しい第3の中心周波数を有する第3の変調信号を含み、
前記第3の複数のパルスの各パルスの前記受信器における到達時刻は、前記第1の音響源から前記混合領域の中央までの前記伝播時間及び前記混合領域の前記中央から前記受信器までの前記伝播時間の合計によって前記第1の複数のパルスの対応するパルスの生成に対して遅延した時刻である、請求項44に記載の方法。 - 前記帰還信号の前記受信機による検出を繰り返すために、前記第1の信号の生成工程及び前記第2の信号の生成を繰り返し、複数の混合ゾーンにおいて生成された信号を得るために開始時刻差の範囲及び周波数分数dの範囲に対し、雑音、線形相互作用プロセスによって生成された信号、又はその両方にわたって前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号を抽出するために、前記受信信号のデータ処理の実行を繰り返す、請求項44に記載の方法。
- 前記混合ゾーンにおける非線形相互作用により生成される前記信号を、前記第2の音響源の第2の複数のパルスと前記第1の音響源の第1の複数のパルスとの間の開始時間差が前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との伝播時間差に等しい場合にのみ検出する、請求項44に記載の方法。
- ノイズ若しくは線形相互作用プロセスによって生成された信号又はこれらの両方からの非線形混合プロセスによって生成された前記信号の識別性を向上させるために、更に、前記第1の複数のパルスの数を増加させ、前記第2の複数のパルスの数を増加させる請求項44記載の方法。
- 前記第1の信号の生成は、複数のパルスの和である第1の信号を生成することを含み、各パルスは包絡線関数及び変調信号関数の積に等しい信号振幅を有する、請求項44に記載の方法。
- 前記第2の信号の生成は、複数のパルスの和である第2の信号を生成することを含み、各パルスは包絡線関数及び変調信号関数の積に等しい信号振幅を有する、請求項44に記載の方法。
- 前記第2の信号の生成は、以下の形式の第2の信号u2(tーδ)を生成することを含み、
E2n(t−(Tn+δ)は、前記第2の複数のパルスのうちn番目のパルスの包絡線に対応し、
exp(i2π*d*fn*(t−(Tn+δ))は、前記第2の複数のパルスのうちn番目のパルスにおける前記第2の変調信号に対応し、
d*fnは、前記第2の複数のパルスのうちの前記n番目のパルスの前記変調信号の周波数であり、
dは、選択された周波数比であり、
tは、信号時間であり、
(Tn+δ)は、前記第32複数のパルスにおけるn番目のパルスがブロードキャストされる時間であり、
δは、前記第2の音響源のブロードキャストの開始時間と前記第1の音響源のブロードキャストの開始時間との差であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項44に記載の方法。 - 前記非線形混合プロセスによって生成される前記信号は、複数のパルスの和を含み、各パルスは包絡線関数と変調信号関数との積に等しい信号振幅を有する、請求項44に記載の方法。
- 非線形混合プロセスによって生成される前記信号u3(t)は以下の形式であり、
E3n(t−(Tn+T)は、前記第1の信号及び前記第2の信号の非線形混合によって生成される前記信号u3の第3の複数のパルスの包絡線であり、
exp(i2π*(1−d)*fn*(t−(Tn+T))は、前記第3の複数のパルスのうちn番目のパルスにおける前記第3の変調信号に対応し、
(1−d)*fnは、前記第1の複数のパルスのn番目のパルス内の前記第1の変調信号の中心周波数fn及び前記第2の複数のパルスのn番目のパルス内の前記第2の変調信号の中心周波数d*fn間の差異である前記第3の複数のパルスにおけるn番目のパルス内の前記変調信号の周波数であり、
dは、選択された周波数比であり、
tは、信号時間であり、
(Tn+T)は、前記第3の複数のパルスにおけるn番目のパルスが前記受信器に到達するときの時間であり、
Tは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンから前記受信機までの伝播時間との合計の伝播時間であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項44に記載の方法。 - 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成される前記信号を、前記検出信号をテンプレート信号で相関処理することにより抽出し、前記テンプレート信号は、複数のパルスの和を含み、各パルスは包絡線関数と変調信号関数との積に等しい信号振幅を有する、請求項44に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスにより生成された信号を、前記検出信号をテンプレート信号で相関処理することにより抽出する工程をさらに備え、前記テンプレートusは、以下の形式であり、
ここで、Wn(t−Tn)は前記テンプレート信号におけるn番目のパルスの振幅包絡線であり、
exp(i2π*g(fn)*(t−Tn))は、前記テンプレート信号の複数のパルスのうちn番目の変調信号に対応し、
g(fn)は前記テンプレートの前記複数のパルスにおけるn番目のパルス内の、前記変調信号の選択された関数であり、
tは伝播時間であり、
Tnは前記複数のパルスにおけるn番目のパルスが前記受信器に到達することをシミュレートした時刻であり、
ζnは各パルスnの位相であり、exp(iζn)は各パルスnの位相期間である、
請求項44に記載の方法。 - 前記プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を、音響波の非線形相互作用の選択規則に従って、前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号を用いて前記検出信号を相関処理することにより抽出し、前記第2の複数のパルス及び前記第1の複数のパルス間の複数の開始時刻差δに対し、及び、前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数及び前記第1の複数のパルスにおける対応する各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数間の複数の周波数比dに対し、各開始時刻差δ及び各周波数比dに対して、前記テンプレート信号と前記検出信号との間の相関処理を繰り返して、各開始時間差δ及び各周波数比dについて非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成する、請求項44に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された信号の発生に対応する相関処理された帯域制限スパイク信号の存在に関し、到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定する、請求項61に記載の方法。
- 前記非線形プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号が前記相関処理信号M(t、δ、d)内で発生する場合に、前記決定された開始時間差δNLは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との差に実質的に等しい、請求項62に記載の方法。
- 前記非線形プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号が前記相関処理信号M(t、δ、d)内で発生する場合に、前記決定された到着時間TNLは、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンの中心から受信機までの伝播時間との合計の伝播時間に実質的に等しい、請求項62に記載の方法。
- ボアホール外部の岩石層の情報を調査するシステムであって、
第1の周波数を有する第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源と、
第2の周波数を有する第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源と、
を備え、
前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が前記ボアホール外部の交差領域において交差し、前記第2の音響信号と前記第1の音響信号との間で開始時間の差が設けられるように、前記ボアホール内に配置及び設置され、
前記ボアホール内に配置され、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有する前記ボアホールへの帰還信号を受信するように構成されており、前記検出信号は、前記非線形交差領域内の非線形混合領域において、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成される受信機と、
前記検出信号を記録し、前記検出信号を記憶装置に記憶し、また、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを記憶するように構成された記録システムと、
をさらに備えるシステム。 - 前記第1の音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の音響信号のブロードキャストの開始時間との間の開始時間差の範囲を走査し、前記開始時間差の範囲が前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが実質的に同時に前記混合ゾーンに到達する時間差を含むようにする、請求項65に記載のシステム。
- 前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との相互作用から得られる受信信号が逆の極性を持つように、前記第1の音響信号又は前記第2の音響信号の位相を制御するように構成されたハードウェア、ソフトウェア又はその両方をさらに備える、請求項65に記載のシステム。
- 前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との相互作用から得られる逆の極性を有する信号が、雑音、線形相互作用から生じる信号、又はその両方に対して、前記非線形相互作用によって生成される信号を強化するために結合される、請求項67に記載のシステム。
- 前記非線形相互作用によって生成される前記検出信号の少なくとも一部が、前記第1の音響信号の振幅と前記第2の音響信号の振幅との積に比例する、請求項65に記載のシステム。
- 非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域幅を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを検出信号に適用する時変バンドパスフィルタ装置をさらに備え、前記狭い周波数帯域幅は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項65に記載のシステム。
- 前記第1の音響信号は、時系列として配列された第1の複数のパルスを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数における変調信号を含み、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっており、
前記第2の音響信号は、時系列として配列された第2の複数のパルスを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備え、前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記第2変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルス内の前記第1変調信号の前記中心周波数の選択小部分(selected fraction)であり、
前記開始時間は、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が前記混合領域において交差するように制御される、
請求項65に記載のシステム。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項71に記載のシステム。
- 前記検出信号を複数のパルスを含むテンプレート信号と相関処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記複数のパルスは、時系列に配置されるとともに時間的に分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、前記複数のパルスにおける各パルスは、前記非線形混合ゾーンにおける非線形相互作用によって生成される前記信号を含む相関信号を得るために、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスの対応する各々のパルス内に、前記第1の変調信号の中心周波数と前記第2の変調信号の中心周波数との差に等しい中心周波数を有する変調信号を含む、請求項71に記載のシステム。
- 複数の検出信号を受信するように構成された複数の受信機を備え、前記プロセッサは、多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を、前記複数の受信機によって受信される前記複数の検出信号に適用するように構成される、請求項73に記載のシステム。
- 前記受信機は、ハイドロフォン、多成分検出器、又はその両方を備え、前記検出信号は、前記ハイドロフォンによって検出される圧両信号、前記多成分検出器によって検出される多成分信号、又はその両方を含む、請求項73に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記検出信号に対するホドグラム分析を実行するように構成される、請求項75に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、ホドグラム分析を、垂直せん断SV信号、水平せん断SH信号、及び圧縮P信号を含む前記3つの検出された成分信号に適用するように構成される、請求項76に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、多次元フィルタリング、反射伝播時間差分析及びスタッキング法、又はその両方を、前記3つの検出器によって受信される前記3つの検出された成分信号に適用するように構成され、又は、多次元フィルタリング、反射伝播時間差分析及びスタッキング法、又はその両方を、前記ハイドロフォンにより検出される前記圧力信号に適用するように構成される、請求項77に記載のシステム。
- 非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域幅を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを検出信号に適用する時変バンドパスフィルタ装置をさらに備え、前記狭い周波数帯域幅は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項77に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記第1の音響源、前記第2の音響源、前記受信機を制御し、信号対雑音比を改選するために、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、前記検出信号と前記テンプレート信号との相関処理、前記ホドグラム分析の適用、及び信号の前記結合を複数回繰り返すように構成される、請求項79に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記開始時間差を変化させ、圧縮モードP、垂直せん断モードSV、及び水平せん断モードSHを含む異なる伝播信号モードを分離するために、3つの検出信号の各々について、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、前記検出信号と前記テンプレート信号との相関処理、及び前記ホドグラム分析の適用を繰り返すように構成される、請求項79に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記開始時間差を変化させ、前記第1の信号の生成、前記第2の信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、及びハイドロフォンにより検出される信号の前記テンプレート信号との相関処理を複数回繰り返すように構成される、請求項79に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記第1の音響源、前記第2の音響源、及び前記受信機を制御して、前記第1の音響信号の複数の方位角及び仰角、前記第2の音響信号の複数の方位角及び仰角、又は前記受信機の位置を走査し、また、前記第1音響信号の生成、前記第2音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用によるフィルタ信号の取得、及び前記成分信号を圧縮モードP、垂直せん断モードSV、及び水平せん断モードSHを含む異なる伝播信号モードを含む異なる伝播信号モードに分離するための前記3つの検出された成分信号に対する前記ホドグラム分析、を複数回繰り返す、ように構成される、請求項79に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、複数の信号測定値を得るために、前記第1の音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差の変更を繰り返し、前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比の変更を繰り返し、また、前記第1の音響信号の前記複数の方位角及び仰角、前記第2の音響信号の前記複数の方位角及び仰角、及び前記受信機の位置の操作を繰り返すように構成される、請求項83に記載のシステム。
- 前記プロセッサと通信する記憶装置をさらに備え、前記記憶装置は、取得された複数の信号測定値を記憶するように構成される、請求項84に記載のシステム。
- ボアホール外部の岩石層を調査する方法であって、
第1の音響源によって第1の周波数の第1の音響信号を生成し、
第2の音響源によって第2の周波数の第2の音響信号を生成し、
前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が前記ボアホール外部の交差領域において交差し、前記第2の音響信号と前記第1の音響信号との間で開始時間の差が設けられるように、前記ボアホール内に配置及び設置され、
受信機によって、前記ボアホールに帰還する検出信号を受信し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記非線形交差領域内の非線形混合ゾーンにおいて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記検出信号を記録し、前記検出信号を記憶装置に記憶し、また、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを記憶する、
方法。 - 前記第1の音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の音響信号のブロードキャストの開始時間との間の開始時間差の範囲を走査し、前記開始時間差の範囲が前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが実質的に同時に前記混合ゾーンに到達する時間差を含むようにする、請求項86に記載の方法。
- 前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との相互作用から得られる受信信号が逆の極性を持つように、前記第1の音響信号又は前記第2の音響信号の位相を制御する、請求項86に記載の方法。
- 前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との相互作用から得られる逆の極性を有する信号を、雑音、線形相互作用から生じる信号、又はその両方に対して、前記非線形相互作用によって生成される信号を強化するために結合する、請求項88に記載の方法。
- 前記非線形相互作用によって生成される前記検出信号の少なくとも一部が、前記第1の音響信号の振幅と前記第2の音響信号の振幅との積に比例する、請求項86に記載の方法。
- 時変バンドパスフィルタによって、非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域幅を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを検出信号に適用し、前記狭い周波数帯域幅は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項86に記載の方法。
- 前記第1の音響信号の生成は、時系列として配列された第1の複数のパルスを生成することを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっており、
前記第2の音響信号の生成は、時系列として配列された第2の複数のパルスを生成することを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数dであり、
前記開始時間は、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が前記混合領域において交差するように制御される、
請求項86に記載の方法。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項92に記載の方法。
- プロセッサによって、前記検出信号を複数のパルスを含むテンプレート信号で相関処理し、前記複数のパルスは、前記非線形混合プロセスによって生成される前記信号は、時系列に構成されるとともに時間分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、前記複数のパルスにおける各パルスは、前記非線形混合ゾーンにおける非線形相互作用によって生成される前記信号を含む相関信号を得るために、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスの対応する各々のパルス内に、前記第1の変調信号の中心周波数と前記第2の変調信号の中心周波数との差に等しい中心周波数を有する変調信号を含む、請求項92に記載の方法。
- 複数の検出信号を複数の受信機で受信し、前記プロセッサによって、多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を、前記複数の受信機によって受信される前記複数の検出信号に適用する、請求項94に記載の方法。
- ハイドロフォンによって圧力信号を検出し、又は、前記受信機の3つの検出器の各々によって多成分信号を検出する、請求項94に記載の方法。
- 前記受信機の3つの検出器の各々の前記受信信号の3つの成分信号の各々を検出する、請求項94に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、ホドグラム分析を前記検出信号に対して実行する、請求項97に記載の方法。
- ホドグラム分析の実行には、ホドグラム分析を、垂直せん断SV信号、水平せん断SH信号、及び圧縮P信号を含む前記3つの検出された成分信号に適用することを含む、請求項98に記載の方法。
- 多次元フィルタリング、反射伝播時間差分析及びスタッキング法、又はその両方を、前記3つの検出器によって受信される前記3つの検出された成分信号に適用し、又は、多次元フィルタリング、反射伝播時間差分析及びスタッキング法、又はその両方を、前記ハイドロフォンにより検出される前記圧力信号に適用する、請求項99に記載の方法。
- 非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域幅を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを検出信号に適用し、前記狭い周波数帯域幅は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項99に記載の方法。
- 信号対雑音比を改選するために、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、前記検出信号と前記テンプレート信号との相関処理、前記ホドグラム分析の適用、及び信号の前記結合を複数回繰り返す、請求項101に記載の方法。
- 前記開始時間差を変化させ、また、圧縮モードP、垂直せん断モードSV、及び水平せん断モードSHを含む異なる伝播信号モードを分離するために、3つの検出信号の各々について、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、前記検出信号と前記テンプレート信号との相関処理、及び前記ホドグラム分析の適用を繰り返す、請求項101に記載の方法。
- 前記開始時間差を変化させ、前記第1の信号の生成、前記第2の信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用、及びハイドロフォンにより検出される信号の前記テンプレート信号との相関処理を複数回繰り返す、請求項103に記載の方法。
- 前記第1の音響信号の複数の方位角及び仰角、前記第2の音響信号の複数の方位角及び仰角、又は前記受信機の位置を走査し、また、前記第1音響信号の生成、前記第2音響信号の生成、前記検出信号の受信、前記時変周波数バンドパスフィルタの適用によるフィルタ信号の取得、及び前記成分信号を圧縮モードP、垂直せん断モードSV、及び水平せん断モードSHを含む異なる伝播信号モードを含む異なる伝播信号モードに分離するための前記3つの検出された成分信号に対する前記ホドグラム分析、を複数回繰り返す、請求項97に記載の方法。
- 前記第1の音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差の変更を繰り返し、前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比の変更を繰り返し、また、複数の信号測定値を得るために、前記第1の音響信号の前記複数の方位角及び仰角、前記第2の音響信号の前記複数の方位角及び仰角、及び前記受信機の位置の操作を繰り返す、請求項105に記載の方法。
- 前記プロセッサと通信する記憶装置に前記取得された複数の信号測定値を記憶する、請求項106に記載の方法。
- 岩石層の3次元画像を生成する方法であって、
第1の音響源によって第1の音響信号を生成し、前記第1の音響信号は、時系列に配列された第1の複数のパルスを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっており、
第2の音響源によって第2の音響信号を生成し、当該第2の音響信号は時系列に配列された第2の複数のパルスを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数であり、
前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記ボアホール内に配置されており、前記第1及び第2の音響信号の軌跡が前記ボアホールの外部にある交差領域において交差するように制御可能であり、
前記ボアホール内に配置された受信機によって、前記ボアホールに帰還する検出信号を受信し、当該検出信号は、前記非線形交差領域内の非線形混合領域において、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号を含み、
プロセッサによって、雑音、線形相互作用プロセスにより生成される信号、又はその両方から抽出するように、前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号に対してデータ処理を行い、
前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号に基づいて、圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、岩石層の非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する、
方法。 - 前記第1の音響信号の生成は、前記第1の複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きくなるように前記複数のパルスを生成することを含む、請求項108に記載の方法。
- 前記圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、岩石層の非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像の生成は、キルヒホッフ画像処理、ビーム画像処理、又は波動方程式画像処理を用いて実行される、請求項108に記載の方法。
- トモグラフィー速度反転法(tomographic velocity inversion)、全波形逆解析法(full wave form inversion)、又はトモグラフィー速度反転法と組み合わされた反復画像法(iterative imaging)を用いて、伝播圧縮速度の値、せん断速度の値、又はその両方を決定する、請求項110に記載の方法。
- 前記圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、岩石層の非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像の生成は、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定する工程、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算する工程、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算する工程、
受信機によって、前記混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算する工程であり、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号である工程、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算する工程、
各開始時間差δ及び各周波数比dについて、相関処理信号M(t、δ、d)を生成するために、前記受信機において受信された信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出する工程であって、前記信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含む工程、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定する工程、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較する工程、
前記計算された到着時間Tpが測定された到着時刻TNLと異なるか否か、及び、前記計算された開始時刻差δPが測定された開始時刻差δNLと異なるか否かを決定し、異なる場合には、前記計算された到着時刻と計算された到着時刻との差及び前記計測定れた開始時刻差と計算された開始時刻差に基づいて、前記伝播速度モデルを更新する工程、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返す工程、
伝播圧縮速度、伝播せん断速度、圧縮速度対せん断速度比、非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する工程、
の各工程を含む分析法又はマッピング法を用いて実行される、
請求項108に記載の方法。 - プロセッサによって、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出するために前記受信信号に対するデータ処理を実行することは、前記検出信号を非線形媒体における非線形相互作用の選択規則に従って前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号と相関処理することにより、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出すること、及び、前記第2の複数のパルスと前記第1の複数のパルスとの間の複数の開始時間差δについて、また、前記第2の複数のパルスの各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数と前記第1の複数のパルスの対応する各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数との複数の周波数比dについて、前記テンプレート信号と前記検出信号との相関処理を繰り返して、各開始時間差δ及び各周波数比dについて、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成することを含む、請求項108に記載の方法。
- 伝播速度モデルに基づいて、第1の音響源から放射される前記第1の音響信号及び第2の音響源から放射される前記第2の音響信号の軌道を、前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を用いて計算する、請求項112に記載の方法。
- 前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角に基づいて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が非線形性の相互作用を行う混合ゾーンの位置を決定する、請求項114に記載の方法。
- 前記2つの音響信号が非線形に相互作用する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算する、請求項115に記載の方法。
- 前記相関処理信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記混合ゾーンにおける前記岩石層の前記非線形特性に対応する前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングする、請求項116に記載の方法。
- 周波数比dNL及び前記収束角に基づき、圧縮速度とせん断速度の速度比、周波数比、及び収束角と前記混合ゾーンの前記空間座標の全比計算された速度比との選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算する、請求項117に記載の方法。
- 前記相関処理信号M(TNL、δNL、dNL)を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすること、又は、前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすること、又はその両方を、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて繰り返し、繰り返しの測定により測定された値を組み合わせることにより、前記非線形特性の強さの3次元画像、前記速度比の3次元画像又はその両方を得る、請求項118に記載の方法。
- 前記伝播圧縮速度の値、前記伝播せん断速度の値、又は圧縮速度対せん断速度比の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを決定する、請求項108に記載の方法。
- 前記伝播圧縮速度の値、前記伝播せん断速度の値、又は圧縮速度対せん断速度比の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを決定することは、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定する工程、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算する工程、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算する工程、
受信機によって、混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算する工程であって、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号である工程、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算する工程、
各開始時間差δ及び各周波数比dについて、相関処理信号M(t、δ、d)を生成するために、前記受信機において受信された信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出する工程であって、前記信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含む工程、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定する工程、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較する工程、
前記計算された到着時間Tpが測定された到着時刻TNLと異なるか否か、及び、前記計算された開始時刻差δPが測定された開始時刻差δNLと異なるか否かを決定し、異なる場合には、前記計算された到着時刻と計算された到着時刻との差及び前記計測定れた開始時刻差と計算された開始時刻差に基づいて、前記伝播速度モデルを更新する工程、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返す工程、
の各工程を備えるマッピング法を用いて実行される、請求項108に記載の方法。 - 伝播速度モデルに基づいて、前記第1の音響源から放射される前記第1の周波数を有する前記第1の音響信号及び前記第2の音響源から放射される前記第2の周波数を有する前記第2の音響信号の軌道を、前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記受信機の位置を用いて計算する、請求項121に記載の方法。
- 前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角に基づいて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が非線形性の相互作用を行う混合ゾーンの位置を決定する、請求項122に記載の方法。
- 前記2つの音響信号が非線形に相互作用する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算する、請求項123に記載の方法。
- 周波数比dNL及び前記収束角に基づき、圧縮速度とせん断速度の速度比、周波数比、及び収束角と前記混合ゾーンの前記空間座標の計算された速度比との選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算する、請求項124に記載の方法。
- 前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすることを、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて繰り返し、前記ボアホール周囲の前記岩石層の領域に関する前記速度比の値を得る、請求項125に記載の方法。
- 岩石層の非線形特性の3次元画像を生成する方法であって、
プロセッサによって、第1の周波数を有する第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを読み取り、
前記プロセッサによって、相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、前記相関処理信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、前記岩石層内の混合ゾーンにおける第1の音響信号及び第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成される信号を含み、
前記プロセッサによって、初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記プロセッサによって、前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、前記混合ゾーンの中心と前記ボアホールに帰還する前記検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記プロセッサにより、前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算し、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記プロセッサによって、前記第1の音響信号の仰角及び前記第1の音響源の位置、並びに、前記第2の音響信号の仰角及び前記第2の音響源の位置を用い、前記伝播圧縮速度及びせん断速度モデルに基づいて、音響伝播の軌道を計算し、
前記非線形混合プロセスにより生成された前記帯域制限信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する相互作用混合ゾーンの空間座標にマッピングし、
前記帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)の前記相互作用混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の音響信号の仰角の複数の値、前記第1の音響信号の方位角の複数の値、前記第2の音響信号の仰角の複数の値、もしくは前記第2の音響信号の方位角の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記非線形混合プロセスの強さの3次元画像を生成する、
方法。 - 前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を用いて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が交差する前記混合ゾーンの位置を決定する、請求項127に記載の方法。
- 岩石層の伝播圧縮速度、伝播せん断速度、圧縮速度対せん断速度比、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する方法であって、
プロセッサによって、第1の周波数を有する第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを読み取り、
前記プロセッサによって、相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、前記相関処理信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、前記岩石層内の混合ゾーンにおける第1の音響信号及び第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成される信号を含み、
前記プロセッサによって、初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記プロセッサによって、ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の前記岩石層の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定し、
前記プロセッサによって、前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、混合ゾーンの中心と前記ボアホールに帰還する前記検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記プロセッサにより、前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算し、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較し、
前記測定された到着時間と前記計算された到着時間との差を用い、前記計算された到着時間が前記測定時間と異なる場合、又は、前記計算された開始時間差と前記測定された開始時間差とを用い、前記計算された開始時間差が前記測定された開始時間差と異なる場合に、トモグラフィー速度反転法(tomographic velocity inversion)又は全波形逆解析法(full wave form inversion)によって、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返し、
圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する、
方法。 - 前記伝播圧縮速度の値、前記伝播せん断速度の値、又は圧縮速度対せん断速度比の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを決定する、請求項129に記載の方法。
- 前記2つの音響信号が交差する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算する、請求項129に記載の方法。
- 測定された周波数比dNL及び計算された収束角に基づいて、圧縮速度とせん断速度との比、周波数比、及び収束角の間の選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算する、請求項131に記載の方法。
- 前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすることを、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて繰り返し、前記速度比の3次元画像を得る、請求項132に記載の方法。
- 岩石層の3次元画像を生成するシステムであって、
時系列に配列された第1の複数のパルスを含む第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源であって、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっている、第1の音響源と、
時系列に配列された第2の複数のパルスを含む第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源であって、前記第2の複数のパルスは時間的に分離されており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数である、第2の音響源と、
を備え、
前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記ボアホール内に配置されており、前記第1及び第2の音響信号の軌跡が前記ボアホールの外部にある交差領域において交差するように制御可能であり、
前記ボアホール内に配置され、前記ボアホールに帰還する受信信号を受信するように構成された受信機であって、当該受信信号は、前記非線形交差領域内の非線形混合領域において、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号を含む受信機と、
雑音、線形相互作用プロセスにより生成される信号、又はその両方から抽出するように、前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号に対してデータ処理を行うように構成された第1のプロセッサと、
前記非線形混合プロセスによって生成された前記信号に基づいて、圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、岩石層の非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成するように構成された第2のプロセッサと、
をさらに備えるシステム。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項134に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサは、キルヒホッフ画像処理、ビーム画像処理、又は波動方程式画像処理を用いて、前記圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、岩石層の非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成するように構成された、請求項134に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサは、トモグラフィー速度反転法(tomographic velocity inversion)、全波形逆解析法(full wave form inversion)、又はトモグラフィー速度反転法と組み合わされた反復画像法(iterative imaging)を用いて、伝播圧縮速度の値、せん断速度の値、又はその両方を決定する、請求項136に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定し、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
受信機によって、前記混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算し、
各開始時間差δ及び各周波数比dについて、相関処理信号M(t、δ、d)を生成するために、前記受信機において受信された信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出し、前記信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含み、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較し、
前記計算された到着時間Tpが測定された到着時刻TNLと異なるか否か、及び、前記計算された開始時刻差δPが測定された開始時刻差δNLと異なるか否かを決定し、異なる場合には、前記計算された到着時刻と計算された到着時刻との差及び前記計測定れた開始時刻差と計算された開始時刻差に基づいて、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返し、
圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、非線形特性、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する、
ように構成されている、請求項134に記載のシステム。 - 前記第1のプロセッサが、前記検出信号を非線形媒体における非線形相互作用の選択規則に従って前記信号の予測特性に従って設計されるテンプレート信号と相関処理し、前記第2の複数のパルスと前記第1の複数のパルスとの間の複数の開始時間差δについて、また、前記第2の複数のパルスの各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数と前記第1の複数のパルスの対応する各パルス内の前記変調信号の前記中心周波数との複数の周波数比dについて、前記テンプレート信号と前記検出信号との相関処理を繰り返して、各開始時間差δ及び各周波数比dについて、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成することにより、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出するように構成されている、請求項134に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、伝播速度モデルに基づいて、第1の音響源から放射される前記第1の音響信号及び第2の音響源から放射される前記第2の音響信号の軌道を、前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を用いて計算するように構成されている、請求項138に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角に基づいて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が非線形性の相互作用を行う混合ゾーンの位置を決定するように構成されている、請求項140に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記2つの音響信号が非線形に相互作用する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算するように構成されている、請求項141に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記相関処理信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記混合ゾーンにおける前記岩石層の前記非線形特性に対応する前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングするように構成されている、請求項142に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、周波数比dNL及び前記収束角に基づき、圧縮速度とせん断速度の速度比、周波数比、及び収束角と前記混合ゾーンの前記空間座標の全比計算された速度比との選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算するように構成されている、請求項143に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて、前記相関処理信号M(TNL、δNL、dNL)を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングし、又は、前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングし、又はその両方を行って、繰り返しの測定により測定された値を組み合わせることにより、前記非線形特性の強さの3次元画像、前記速度比の3次元画像又はその両方を得るように構成されている、請求項144に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記伝播圧縮速度の値、前記伝播せん断速度の値、又は圧縮速度対せん断速度比の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを決定するように構成されている、請求項134に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定し、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
受信機によって、前記混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δを計算し、
各開始時間差δ及び各周波数比dについて、相関処理信号M(t、δ、d)を生成するために、前記受信機において受信された信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出し、前記信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含み、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較し、
前記計算された到着時間Tpが測定された到着時刻TNLと異なるか否か、及び、前記計算された開始時刻差δPが測定された開始時刻差δNLと異なるか否かを決定し、異なる場合には、前記計算された到着時刻と計算された到着時刻との差及び前記計測定れた開始時刻差と計算された開始時刻差に基づいて、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返す、
ように構成されている、請求項146に記載のシステム。 - 前記第2のプロセッサが、伝播速度モデルに基づいて、第1の音響源から放射される前記第1の音響信号及び第2の音響源から放射される前記第2の音響信号の軌道を、前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を用いて計算するように構成されている、請求項147に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記2つの音響信号が非線形に相互作用する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算するように構成されている、請求項148に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、周波数比dNL及び前記収束角に基づき、圧縮速度とせん断速度の速度比、周波数比、及び収束角の間の選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算し、計算された速度比を前記混合ゾーンの空間座標にマッピングするように構成されている、請求項149に記載のシステム。
- 前記第2のプロセッサが、前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすることを、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて繰り返し、前記ボアホール周囲の前記岩石層の領域に関する前記速度比の値を得るように構成されている、請求項150に記載のシステム。
- 岩石層の非線形特性の3次元画像を生成するプロセッサを備えたシステムであって、当該プロセッサは、
第1の周波数を有する第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを読み取り、
相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、前記相関処理信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、前記岩石層内の混合ゾーンにおける第1の音響信号及び第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成される信号を含み、
初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間を計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δpを計算し、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記第1の音響信号の仰角及び前記第1の音響源の位置、並びに、前記第2の音響信号の仰角及び前記第2の音響源の位置を用い、前記伝播圧縮速度及びせん断速度モデルに基づいて、音響伝播の軌道を計算し、
前記非線形混合プロセスにより生成された前記帯域制限信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する相互作用混合ゾーンの空間座標にマッピングし、
前記帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)の前記相互作用混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の音響信号の仰角の複数の値、前記第1の音響信号の方位角の複数の値、前記第2の音響信号の仰角の複数の値、もしくは前記第2の音響信号の方位角の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記非線形混合プロセスの強さの3次元画像を生成する、
ように構成されているシステム。 - 前記第1の音響源の位置、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、及び、前記第2の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角を用いて、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号が交差する前記混合ゾーンの位置を決定する、請求項152に記載のシステム。
- 岩石層の伝播圧縮速度、伝播せん断速度、圧縮速度対せん断速度比、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成するプロセッサを備えたシステムであって、当該プロセッサは、
第1の周波数を有する第1の音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号の仰角及び方位角を含む測定パラメータを読み取り、相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、前記相関処理信号M(t、δ、d)は、到着時間t、開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、前記岩石層内の混合ゾーンにおける第1の音響信号及び第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成される信号を含み、
初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定し、
前記第1の音響信号の前記第1の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記第2の音響信号の前記第2の音響源から前記混合ゾーンまでの伝播時間を計算し、
前記混合ゾーンと前記ボアホールに帰還する検出信号を受信する受信機との間の第3の伝播時間を計算し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記混合ゾーン内の前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記第1の伝播時間と前記第3の伝播時間を加算することにより、前記ボアホールに帰還する信号の合計伝播時間に対応する到着時間Tpを計算するとともに、前記第1の伝播時間と前記第2の伝播時間との開始時間差δpを計算し、
前記相関処理信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの全ての値を検索し、前記非線形混合プロセスによって生成された帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)が発生する到着時間TNL、開始時間差δNL、及び周波数比dNLを決定し、
前記計算された到着時間Tpを測定された到着時刻TNLと比較し、前記計算された開始時刻差δPを測定された開始時刻差δNLと比較し、
前記測定された到着時間と前記計算された到着時間との差を用い、前記計算された到着時間が前記測定時間と異なる場合、又は、前記計算された開始時間差と前記測定された開始時間差とを用い、前記計算された開始時間差が前記測定された開始時間差と異なる場合に、トモグラフィー速度反転法(tomographic velocity inversion)又は全波形逆解析法(full wave form inversion)によって、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の前記方位角、前記第2の音響信号の前記方位角、前記第1の音響信号の前記仰角、前記第2の音響信号の前記仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて、前記計算された到着時刻が測定された到着時間と実質的に等しくなるか、前記計算された開始時間差が測定された開始時間差と等しくなるか、その両方となるまで、上記工程を反復して繰り返し、
圧縮速度の伝播、せん断速度の伝播、圧縮速度対せん断速度比、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの3次元画像を生成する、
ように構成されたシステム。 - 前記プロセッサが、前記伝播圧縮速度の値、前記伝播せん断速度の値、又は圧縮速度対せん断速度比の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを決定するように構成されている、請求項154に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、前記2つの音響信号が交差する前記混合ゾーンの空間座標を計算し、前記第1の音響信号の仰角及び方位角、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響信号の仰角及び方位角、及び前記第2の音響源の位置に基づいて、前記第1の音響源からの前記第1の音響信号と前記第2の音響源からの前記第2の音響信号との間の収束角を計算するように構成されている、請求項154に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、測定された周波数比dNL及び計算された収束角に基づいて、圧縮速度とせん断速度との比、周波数比、及び収束角の間の選択規則の関係を用いて、前記混合ゾーンにおける前記圧縮速度と前記せん断速度との速度比を計算するように構成される、請求項156に記載のシステム。
- 請求項157に記載の方法。前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングすることを、前記第1の音響源の位置の値、前記第2の音響源の位置の値、前記受信機の位置の値、前記第1の音響信号の方位角の値、前記第2の音響信号の方位角の値、前記第1の音響信号の仰角の値、もしくは前記第2の音響信号の仰角の値、又はこれらのうちの2以上の任意の値の組み合わせについて繰り返し、前記速度比の3次元画像を得る、
- ボアホール外部の岩石層を調査する方法であって、
ボアホール内に配置された第1の音響源によって、第1の周波数でのブロードキャストである第1の円錐音響信号を生成し、
ボアホール内に配置された第2の音響源によって、前記第1の周波数と異なる第2の周波数でのブロードキャストである第2の円錐音響信号を生成し、前記第1の周波数及び前記第2の周波数は、約500Hzから500kHzの間の周波数範囲にあり、
前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが前記ボアホール外部の所望の交差領域において交差するように、前記第1の音響源及び前記第2の音響源を構成し、
前記ボアホール内に配置された受信機によって、前記ボアホールに帰還する検出信号を受信し、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記非線形交差領域内の非線形混合ゾーンにおいて、前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号であり、
前記検出信号を記録し、前記検出信号を記憶装置に記憶し、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向、及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを前記記憶装置に記憶する、
方法。 - 前記第1の円錐音響信号の生成及び前記第2の円錐音響信号の生成は、前記第1の音響源及び前記第2の音響源が単一のボアホールに配置されている間に前記第1の円錐音響信号の生成及び前記第2の円錐音響信号を生成することを含む、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号が共線関係にない対称の軸を有するように、前記ボアホールは、直線状ではないか、又は、前記ボアホールは側線を備える、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の円錐音響信号を生成することは、時系列に配列された第1の複数のパルスを含む第1の音響信号を生成することを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっている、請求項159に記載の方法。
- 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項160に記載の方法。
- 前記第2の円錐音響信号を生成することは、符号化された時系列に配列された第2の複数のパルスを生成することを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数周波数比dである、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との間の複数の開始時間の差について、また、前記第1の周波数と前記第2の周波数との複数の周波数比について、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、及び前記検出信号の受信を繰り返す、請求項164に記載の方法。
- 前記第1の音響信号の生成及び前記第2の音響信号の生成は、前記ブロードキャスト信号が反対の極性を有するように、前記第1の円錐音響信号の位相、前記第2の円錐音響信号の位相、又はその両方を制御することを含む、請求項159に記載の方法。
- 非線形相互作用信号を強化し線形相互作用信号及び雑音を最小化するために、前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号から前記混合プロセスによって生成され前記受信機で検出された信号を、反対の極性を有する前記第1の円錐音響信号及び反対の極性を有する前記第2の円錐音響信号から前記混合プロセスによって生成され前記受信機で検出された信号に加える、請求項166に記載の方法。
- 複数の検知器によって複数の検知信号を受信し、多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を、前記複数の検知器によって受信される前記複数の検出信号に適用する、請求項159に記載の方法。
- 前記複数の検知器による前記検知信号の受信は、前記複数の検知器の各々の複数の成分検知器による前記検知信号の各々の検出成分信号を受信することを含み、多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を、前記複数の検知器の各々の前記複数の成分検知器によって受信される前記複数の検出成分信号に適用する、請求項168に記載の方法。
- 前記第1の音響源の異なる位置、前記第2の音響源の異なる位置、前記受信機の異なる位置、前記第1の音響源のブロードキャスト円錐角、前記第2の音響源のブロードキャスト円錐角、又はこれらの2つ以上の任意の組み合わせについて、前記第1の円錐音響信号の生成、前記第2の円錐音響信号の生成、及び前記検出信号の受信を繰り返す、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の音響源及び前記第2の音響源から前記岩石層内における非線形相互作用により生成された前記記録検出信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出及び強化し、また、線形相互作用プロセスもしくは雑音又はその両方によって生成された信号を抑圧する、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の円錐音響信号の生成は、符号化された時系列に配列された第1の複数のパルスを生成することを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっている、
前記第2の円錐音響信号を生成することは、符号化された時系列に配列された第2の複数のパルスを生成することを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは第2の変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記第2の変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記第1の変調信号の前記中心周波数の選択された分数周波数比dであり、
前記記録データを読み取り、プロセッサを用いて、前記検出信号を時系列に配列された複数のパルスを含むテンプレート信号と相関処理し、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と実質的に同じであり、前記複数のパルスにおける各パルスは、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスの対応する各々のパルス内に、前記第1の変調信号の中心周波数と前記第2の変調信号の中心周波数との差に等しい中心周波数を有する変調信号を含む、
請求項159に記載の方法。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項172に記載の方法。
- 複数の開始時間差δについて、また、前記第1の周波数と前記第2の周波数との複数の周波数比dについて、前記テンプレート信号と前記検出信号との相関処理を繰り返し、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成する、請求項172に記載の方法。
- 非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを前記検出信号に適用し、前記狭い周波数帯域幅は、各パルスの前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項174に記載の方法。
- プロセッサを用いて、前記検出信号のホドグラム分析を実行する、請求項172に記載の方法。
- 前記岩石層内の音響信号の非線形相互作用に関する選択規則に従って、前記相互作用領域における前記混合ゾーンの位置を制御するために、前記第1の周波数の前記第2の周波数に対する周波数比もしくは開始時間差の範囲を走査し、又は、その両方を走査する、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の音響源を前記ボアホール内で第1の軸方向に配置し、前記第2の音響源を前記ボアホール内で第2の軸方向に配置し、前記第1の軸方向と前記第2の軸方向は、非共線方向又は非平行である、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号の交差軌跡に配置されている前記交差領域内で特定の混合ゾーンを選択するために、前記第1の周波数と前記第2の周波数の前記周波数比及び前記開始時間差を制御する、請求項178に記載の方法。
- 前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記混合ゾーンの中心から前記受信機までの伝播時間との合計によって、又は、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号との間の前記混合ゾーンへの収束角によって、前記第1の音響信号、前記第2の音響信号、又はその両方の収束角及び周波数比の間の非線形相互作用選択規則関係に従って、前記第1の円錐ブロードキャストと前記第2の円錐ブロードキャストとの交差軌跡に配置されている混合ゾーンの間で区別する、請求項179に記載の方法。
- 第1のボアホール内に前記第1の音響源を配置し、第2のボアホール内に前記第2の音響源を配置し、前記受信機を前記第1のボアホール、前記第2のボアホール又は第3のボアホールのいずれかに配置する、請求項159に記載の方法。
- 前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号が前記ボアホール周囲の前記岩石層内の目標領域において交差するように、前記円錐角もしくは円錐軸又はその両方を選択する、請求項181に記載の方法。
- ボアホール周囲の岩石層の領域における圧縮速度の値もしくはせん断速度の値又はその両方を伝播時間トモグラフィー反転法(travel time tomographic inversion)によって決定する方法であって、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定そ、
プロセッサにより、第1の円錐音響信号をブロードキャストする第1の音響源及び第2の円錐音響信号をブロードキャストする第2の音響源の位置及び前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号の仰角に基づいて、混合ゾーンの空間座標を計算し、
前記プロセッサによって、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンから前記受信機までの伝播時間との合計の伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との差を計算し、
前記プロセッサによって、相関処理信号M(t、δ、d)を読み出し、当該相関処理信号M(t、δ、d)は、到達時間t、前記第2の音響信号と前記第1の音響信号との間の前記開始時間差δ、及び前記第1の音響信号の周波数と前記第2の音響信号の周波数との周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含み、
前記プロセッサによって、前記信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの値の範囲を走査し、前記到着時間TNLの複数の値、前記開始時間差δNLの複数の値、前記周波数比dNLの複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
前記プロセッサによって、前記計算された到着時間を測定された到着時間TNLと比較し、又は、前記計算された開始時間差を測定された開始時間差δNLと比較し、又はその両方を実行し、
前記計算された到着時間が前記測定された到着時間と異なり、また、前記計算された開始時間差が前記測定された開始時間差と異なる場合に、全ての受信機、第1の音響源、第2の音響源及び前記第1の円錐音響信号の仰角及び前記第2の円錐音響信号の仰角について、前記測定された到着時間と前記計算された到着時間との差及び前記計算された開始時間差と前記測定された開始時間差との差を用いて、トモグラフィー速度反転法もしくは全波形逆解析手法により、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の複数の位置、前記第2の音響源の複数の位置、前記第1の円錐音響信号の複数の仰角、及び前記第2の円錐音響信号の複数の仰角について、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時間が測定された到着時間と実質的に等しくなるまで、もしくは、前記計算された開始時間差が即知恵された開始時間差と実質的に等しくなるまで、又は、その両方が実現されるまで、上記工程を反復して繰り返す、
方法。 - 前記伝播速度モデルに基づいて、レイトレーシング又はそれ以外の音響数値モデリング技術を用い、音響伝播の軌跡及び伝播時間を計算する、請求項183に記載の方法。
- 非線形特性の3次元画像、圧縮速度対せん断速度比の3次元画像、又はこれらの2つ以上の任意の組み合わせをマッピング、キルヒホッフ画像処理、ビーム画像処理、又は波動方程式画像処理によって、前記記録信号に基づいて生成し、又は、トモグラフィー速度反転法、全波形逆解析手法又はトモグラフィー速度反転法と組み合わされた反復画像法を用いて、伝播圧縮速度、伝播せん断速度、又はその両方を、決定する、請求項183に記載の方法。
- 非線形特性の3次元画像を生成する方法であって、
プロセッサによって、第1の周波数を有する第1の円錐音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の円錐音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを読み取り、
前記プロセッサによって、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、到着時間t、前記第1の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、
前記プロセッサによって、初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記プロセッサによって、前記伝播圧縮及びせん断速度モデルに基づいて、前記第1の音響源の位置及び前記第2の音響源の位置、並びに、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を用いて、音響伝播の軌道を計算し、
前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する交差領域ゾーンの空間座標を計算し、
前記プロセッサによって、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの範囲において、前記相関信号M(t、δ、d)を計算して、前記到着時間TNLの複数の値、前記開始時間差δNLの複数の値、前記周波数比dNLの複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
前記非線形混合プロセスにより生成された前記帯域制限信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する相互作用混合ゾーンの空間座標にマッピングし、
前記帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)の前記相互作用混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記非線形混合プロセスの強さの3次元画像を得るためにマップされた相関信号を結合する、
方法。 - 圧縮速度対せん断速度比の3次元画像を生成する方法であって、
プロセッサによって、第1の周波数を有する第1の円錐音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の円錐音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを読み取り、
前記プロセッサによって、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、到着時間t、前記第1の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、
前記プロセッサによって、初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記プロセッサによって、前記伝播圧縮及びせん断速度モデルに基づいて、前記第1の音響源の位置及び前記第2の音響源の位置、並びに、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を用いて、音響伝播の軌道を計算し、
前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する交差領域ゾーンの空間座標を計算し、
前記第1の円錐音響信号の前記円錐角及び円錐軸の方向及び前記第2の円錐音響信号の前記円錐角及び円錐軸の方向、前記第1の音響源の位置、及び前記受信機の位置に基づいて、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号との間の収束角を計算し、
前記プロセッサによって、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの値の範囲において、前記相関信号M(t、δ、d)を計算して、前記到着時間TNLの複数の値、前記開始時間差δNLの複数の値、前記周波数比dNLの複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
検出された非線形信号となる前記周波数比dNLを用いて前記速度比を計算し、前記周波数比と前記収束角との間の選択規則の関係を用いて前記収束角を計算し、
前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングし、
前記速度比の前記混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記速度比の3次元画像を得るためにマップされた相関信号を結合する、
方法。 - ボアホール外部の岩石層の情報を調査するシステムであって、
ボアホール内に配置され、第1の周波数でのブロードキャストである第1の円錐音響信号を生成するように構成された第1の音響源と、
前記ボアホール内に配置され、第2の周波数でのブロードキャストである第2の円錐音響信号を生成するように構成された第2の音響源と、
を備え、
前記第1の周波数及び前記第2の周波数は、約500Hzから500kHzの間の周波数範囲にあり、前記第1の音響源及び前記第2の音響源は、前記第1及び第2の音響信号の曲線が前記媒質内の混合領域において交差するように構成され、
前記ボアホール内に配置され、前記ボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機であって、当該検出信号は、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差に等しい周波数を有するとともに、前記非線形交差領域内の非線形混合ゾーンにおいて、前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号に基づく非線形混合プロセスによって生成された信号である受信機と、
前記検出信号を記録及び記憶するとともに、前記記憶装置に記憶する、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向、及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを記録及び記憶するように構成された記憶装置と、
をさらに備えるシステム。 - 前記第1の円錐音響信号を生成する前記第1の音響源及び前記第2の円錐音響信号を生成する前記第2の音響源は、単一のボアホール内に配置される、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号が共線関係にない対称の軸を有するように、前記ボアホールは、直線状ではないか、又は、前記ボアホールは側線を備える、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の円錐音響信号は、符号化された時系列に配列された第1の複数のパルスを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっている、請求項188に記載のシステム。
- 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項191に記載のシステム。
- 前記第2の円錐音響信号は、符号化された時系列に配列された第2の複数のパルスをを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記変調信号の前記中心周波数の選択された分数周波数比dである、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の音響源及び前記第2の音響源並びに前記受信機を制御し、前記第1の音響信号と前記第2の音響信号との間の複数の開始時間の差について、また、前記第1の周波数と前記第2の周波数との複数の周波数比について、前記第1の音響信号の生成、前記第2の音響信号の生成、及び前記検出信号の受信を繰り返す、請求項193に記載のシステム。
- 前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが逆の極性を持つように、前記第1の円錐音響信号、前記第2円錐の音響信号又はその両方の位相を制御するように構成された位相制御部をさらに備える、請求項188に記載のシステム。
- 非線形相互作用信号を強化し線形相互作用信号及び雑音を最小化するために、前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号から前記混合プロセスによって生成され前記受信機で検出された信号を、反対の極性を有する前記第1の円錐音響信号及び反対の極性を有する前記第2の円錐音響信号から前記混合プロセスによって生成され前記受信機で検出された信号に加えるように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項195に記載のシステム。
- 複数の検出信号を受信するように構成された複数の検出器をさらに備え、前記複数の検出器によって受信される前記複数の検出信号に多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を適用するように構成される、請求項188に記載のシステム。
- 前記検出器は、複数の成分検出器を備え、前記検出信号、は前記成分検出器による成分検出信号を含み、 多次元フィルタリング法(multi−dimensional filtering)、反射伝播時間差分析及びスタッキング法(time moveout analysis and stacking)、又はその両方を、前記複数の成分検出器によって受信される前記検出された複数の成分信号に適用するように構成される、請求項197に記載のシステム。
- 前記第1の音響源の異なる位置、前記第2の音響源の異なる位置、前記受信機の異なる位置、前記第1の音響源のブロードキャスト円錐角、前記第2の音響源のブロードキャスト円錐角、又はこれらの2つ以上の任意の組み合わせについて、前記第1の円錐音響信号の生成、前記第2の円錐音響信号の生成、及び前記検出信号の受信を繰り返すように前記第1の音響源、前記第2の音響源及び前記受信機を制御するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の音響源及び前記第2の音響源から前記岩石層内における非線形相互作用により生成された前記記録検出信号から、前記非線形混合プロセスによって生成された信号を抽出及び強化し、また、線形相互作用プロセスもしくは雑音又はその両方によって生成された信号を抑圧するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の円錐音響信号は、符号化された時系列に配列された第1の複数のパルスを含み、前記第1の複数のパルスは時間的に分離されており、各パルスは中心周波数での第1の変調信号を備え、2つの連続するパルスの中心周波数は異なっており、
前記第2の円錐音響信号は、符号化された時系列に配列された第2の複数のパルスをを含み、前記第2の複数のパルスは時間的に隔たれており、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と同様であり、開始時刻差は前記第2の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻と前記第1の複数のパルスのブロードキャストの開始時刻との間で提供され、各パルスは前記第2の変調信号を備えると共に前記第2の複数のパルスにおける各パルス内の前記第2の変調信号の中心周波数は前記第1の複数のパルスにおける対応するパルスに対する前記第1の変調信号の前記中心周波数の選択された分数周波数比dであり、
前記記録データを読み出し、前記検出信号を、時系列に配置された複数のパルスを含むテンプレート信号と相関処理するように構成されたプロセッサをさらに備え、2つの連続するパルスの中央間の時間間隔は前記第1の複数のパルスにおける2つの対応するパルスの中央間の時間間隔と実質的に同じであり、前記複数のパルスにおける各パルスは、前記第1の複数のパルス及び前記第2の複数のパルスの対応する各々のパルス内に、前記第1の変調信号の中心周波数と前記第2の変調信号の中心周波数との差に等しい中心周波数を有する変調信号を含む、
請求項188に記載のシステム。 - 前記複数のパルスにおける2つの連続するパルスの中央間の時間間隔が各パルスの継続時間よりも大きい、請求項201に記載のシステム。
- 複数の開始時間差δについて、また、前記第1の周波数と前記第2の周波数との複数の周波数比dについて、前記テンプレート信号と前記検出信号との相関処理を繰り返し、非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項201に記載のシステム。
- 非線形相互作用により生成される前記信号の期待帯域の周囲に狭い周波数帯域を維持するために、時変周波数バンドパスフィルタを前記検出信号に適用するように構成されたプロセッサをさらに備え、前記狭い周波数帯域幅は、各パルスの前記第1の周波数と前記第2の周波数との差の周囲で選択される、請求項203に記載のシステム。
- 前記検出信号のホドグラム分析を実行するプロセッサをさらに備える、請求項201に記載のシステム。
- 前記岩石層内の音響信号の非線形相互作用に関する選択規則に従って、前記相互作用領域における前記混合ゾーンの位置を制御するために、前記第1の周波数の前記第2の周波数に対する周波数比もしくは開始時間差の範囲を走査し、又は、その両方を走査するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の音響源は、前記ボアホール内で第1の軸方向に配置され、前記第2の音響源は、前記ボアホール内で第2の軸方向に配置され、前記第1の軸方向と前記第2の軸方向は、非共線方向又は非平行である、請求項188に記載のシステム。
- 前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号の交差軌跡に配置されている前記交差領域内で特定の混合ゾーンを選択するために、前記第1の周波数と前記第2の周波数の前記周波数比及び前記開始時間差を制御するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項207に記載のシステム。
- 前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と前記混合ゾーンの中心から前記受信機までの伝播時間との合計によって、又は、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号との間の前記混合ゾーンへの収束角によって、前記第1の音響信号、前記第2の音響信号、又はその両方の収束角及び周波数比の間の非線形相互作用選択規則関係に従って、前記第1の円錐ブロードキャストと前記第2の円錐ブロードキャストとの交差軌跡に配置されている混合ゾーンの間で区別するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項208に記載のシステム。
- 前記第1の音響源は第1のボアホール内に配置され、前記第2の音響源は第2のボアホール内に配置され、前記受信機は前記第1のボアホール、前記第2のボアホール又は第3のボアホールのいずれかに配置される、請求項188に記載のシステム。
- 前記円錐角もしくは円錐軸又はその両方は、前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号が前記ボアホール周囲の前記岩石層内の目標領域において交差するように選択される、請求項210に記載のシステム。
- ボアホール周囲の岩石層の領域における圧縮速度の値もしくはせん断速度の値又はその両方を伝播時間トモグラフィー反転法(travel time tomographic inversion)によって決定するプロセッサを備えたシステムであって、当該プロセッサは、
ボアホール内の採掘検層及び当該ボアホールから離れた位置の岩石層特性の水平方向の連続性に関する仮定を用いて、初期伝播速度モデルを推定し、
第1の円錐音響信号ブロードキャストの形態で第1の音響信号をブロードキャストする第1の音響源及び第2の円錐音響信号ブロードキャストの形態で第2の音響信号をブロードキャストする第2の音響源の位置、並びに、前記第1の円錐ブロードキャスト及び前記第2の円錐ブロードキャストに基づいて、混合ゾーンの空間座標を計算し、
前記第1の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間と当該混合ゾーンから前記受信機までの伝播時間との合計の伝播時間を計算し、
前記プロセッサによって、合ゾーンの中心までの伝播時間と前記第2の音響源から前記混合ゾーンの中心までの伝播時間との差を計算し、
相関処理信号M(t、δ、d)を読み出し、当該相関処理信号M(t、δ、d)は、到達時間t、前記第2の音響信号と前記第1の音響信号との間の前記開始時間差δ、及び前記第1の音響信号の周波数と前記第2の音響信号の周波数との周波数比dの関数であり、非線形相互作用信号を含み、
前記信号M(t、δ、d)内で、到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの値の全ての値を走査し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、前記周波数比dNL及びM(TNL、δNL、dNL)の複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
前記プロセッサによって、前記計算された到着時間を測定された到着時間TNLと比較し、又は、前記計算された開始時間差を測定された開始時間差δNLと比較し、又はその両方を実行し、
前記計算された到着時間が前記測定された到着時間と異なり、また、前記計算された開始時間差が前記測定された開始時間差と異なる場合に、全ての受信機、第1の音響源、第2の音響源及びブロードキャスト仰角構成(broadcast elevation configurations)について、前記測定された到着時間と前記計算された到着時間との差及び前記計算された開始時間差と前記測定された開始時間差との差を用いて、トモグラフィー速度反転法もしくは全波形逆解析手法により、前記伝播速度モデルを更新し、
測定された到着時間と実質的に等しい計算された到着時間又は測定された開始時間差と実質的に等しい計算された開始時間差又はその両方が得られる伝播速度Vp及び伝播速度Vsを得るために、前記第1の音響源の複数の位置、前記第2の音響源の複数の位置、前記第1の音響信号及び前記第2の音響信号の複数の仰角について、前記合計伝播時間に対応する前記計算された到着時間が測定された到着時間と実質的に等しくなるまで、もしくは、前記計算された開始時間差が即知恵された開始時間差と実質的に等しくなるまで、又は、その両方が実現されるまで、上記工程を反復して繰り返す、
ように構成されたシステム。 - 前記伝播速度モデルに基づいて、レイトレーシング又はそれ以外の音響数値モデリング技術を用い、音響伝播の軌跡及び伝播時間を計算するプロセッサをさらに備える、請求項212に記載のシステム。
- 非線形特性の3次元画像、圧縮速度対せん断速度比の3次元画像、又はこれらの2つ以上の任意の組み合わせをマッピング、キルヒホッフ画像処理、ビーム画像処理、又は波動方程式画像処理によって、前記記録信号に基づいて生成し、又は、トモグラフィー速度反転法、全波形逆解析手法又はトモグラフィー速度反転法と組み合わされた反復画像法を用いて、伝播圧縮速度、伝播せん断速度、又はその両方を、決定するプロセッサをさらに備える、請求項212に記載のシステム。
- 非線形特性の3次元画像を生成するプロセッサを備えたシステムであって、当該プロセッサは、
プロセッサによって、第1の周波数を有する第1の円錐音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の円錐音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを読み取り、
非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、到着時間t、前記第1の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、
初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記伝播圧縮及びせん断速度モデルに基づいて、前記第1の音響源の位置及び前記第2の音響源の位置、並びに、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を用いて、音響伝播の軌道を計算し、
前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する交差領域ゾーンの空間座標を計算し、
到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの範囲において、前記相関信号M(t、δ、d)を計算して、前記到着時間TNLの複数の値、前記開始時間差δNLの複数の値、前記周波数比dNLの複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
前記非線形混合プロセスにより生成された前記帯域制限信号M(TNL、δNL、dNL)を、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する相互作用混合ゾーンの空間座標にマッピングし、
前記帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)の前記相互作用混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記非線形混合プロセスの強さの3次元画像を得るためにマップされた相関信号を結合する、
ように構成されているシステム。 - 圧縮速度対せん断速度比の3次元画像を生成するプロセッサを備えたシステムであって、当該プロセッサは、
第1の周波数を有する第1の円錐音響信号を生成するように構成された第1の音響源の位置、第2の周波数を有する第2の円錐音響信号を生成するように構成された第2の音響源の位置、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する岩石層の混合ゾーンからボアホールに帰還する検出信号を受信するように構成された受信機の位置、及び前記第1の円錐音響信号及び前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を含む測定パラメータを読み取り、
非線形相互作用信号を含む相関処理信号M(t、δ、d)を読み取り、到着時間t、前記第1の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間と前記第2の円錐音響信号のブロードキャストの開始時間との開始時間差δ、及び前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比dの関数であり、
初期伝播圧縮及びせん断速度モデルを読み取り、
前記伝播圧縮及びせん断速度モデルに基づいて、前記第1の音響源の位置及び前記第2の音響源の位置、並びに、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向及び記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向を用いて、音響伝播の軌道を計算し、
前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号とが交差する交差領域ゾーンの空間座標を計算し、
前記第1の円錐音響信号の前記円錐角及び円錐軸の方向及び前記第2の円錐音響信号の前記円錐角及び円錐軸の方向、前記第1の音響源の位置、及び前記受信機の位置に基づいて、前記第1の円錐音響信号と前記第2の円錐音響信号との間の収束角を計算し、
到着時間t、開始時間差δ、及び周波数比dの値の範囲において、前記相関信号M(t、δ、d)を計算して、前記到着時間TNLの複数の値、前記開始時間差δNLの複数の値、前記周波数比dNLの複数の値を決定し、前記到着時間TNL、前記開始時間差δNL、及び前記周波数比dNLは、前記非線形混合プロセスによって生成される帯域制限スパイク信号M(TNL、δNL、dNL)に対応し、
検出された非線形信号となる前記周波数比dNLを用いて前記速度比を計算し、前記周波数比と前記収束角との間の選択規則の関係を用いて前記収束角を計算し、
前記計算された速度比を前記混合ゾーンの前記空間座標にマッピングし、
前記速度比の前記混合ゾーンの前記空間座標へのマッピングを、前記第1の音響源の位置の複数の値、前記第2の音響源の位置の複数の値、前記受信機の位置の複数の値、前記第1の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、前記第2の円錐音響信号の円錐角及び円錐軸の方向の複数の値、又はこれらの2以上の任意の組み合わせについて繰り返し、前記速度比の3次元画像を得るためにマップされた相関信号を結合する、
ように構成されているシステム。 - ボアホール周囲の岩石層の非線形特性を調査するシステムであって、
データ取得、データ制御及びデータ記録を実行する第1のサブシステムと、
前記第1のサブシステムと通信し、非線形性及び速度の暫定の画像化を実行するように構成された第2のサブシステムと、
前記第1のサブシステムと通信し、制御された音響ブロードキャストを放射し音響エネルギーを受信するように構成された第3のサブシステムと、
前記第1及び第3のサブシステムと通信し、前記岩石層に向かって音響波源信号を生成するように構成された第4のサブシステムと、
前記第3及び第4のサブシステムと通信し、前記岩石層の前記非線形特性を示す信号の検出を実行するように構成された第5のサブシステムと、
を備えるシステム。 - 前記第1のサブシステムは、前記第2のサブシステム及びオペレータ入力を受信するように構成された取得モデリングモジュールを備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記第1のサブシステムは、オペレータ入力及び取得設計モジュールからの入力を受信するように構成されたデータ取得制御部を備える、請求項218に記載のシステム。
- 前記第1のサブシステムは、データ前処理及び強化モジュール及びデータ記憶装置を備え、前記データ前処理及び強化モジュールは、前記データ記憶装置及び前記第2のサブシステムへの入力データを読み込むように構成される、請求項219に記載のシステム。
- 前記第2のサブシステムは、圧縮波及びせん断波のスローネス(compressional and shear slowness)に関する記録、及び、側方の連続性に関する情報を前記第1のサブシステムに提供するように構成された初期速度モデルモジュールを備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記第2のサブシステムは、混合ゾーンにおける前記非線形相互作用によって生成された測定信号の振幅に関連付けられる伝播圧縮速度及びせん断速度領域の領域、速度比の画像、非線形性の画像を初期化するように構成された画像初期化モジュールを備える、請求項221に記載のシステム。
- 前記第3のサブシステムは、第1の音響源、第2の音響源、一以上の受信機、工具運搬輸送モジュール、工具機械的制御部、前記台1の信号の方向を制御する方向制御部、及び前記第2の音響信号の方向を制御する方向制御部を備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記第3のサブシステムは、前記第1のサブシステムから、前記第3のサブシステム内で、前記第1の音響信号、前記第2の音響信号、又はその両方の方位角及び仰角を制御するために前記方向制御部を制御する命令を受信するように構成される、請求項223に記載のシステム。
- 工具構成及びブロードキャスト配置に関連する取得記録パラメータは、前記第3のサブシステムから収集され、前記第1のサブシステム内のデータ記録装置に記録される、請求項223に記載のシステム。
- 前記第4のサブシステムは、第1の信号を生成するように構成された信号生成器と、第2の取得信号を生成するように構成された信号生成器と、周波数乗算及び時間差モジュールと、コード化信号生成器と、を備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記第5のサブシステムは、前記第1のサブシステムから入力命令を受信するように構成される、請求項226に記載のシステム。
- 請求項227に記載のシステム。前記第4のサブシステムは、前記コード化信号生成モジュールを用いてパルス列を生成するために、前記第1のサブシステムから入力命令を受信するように構成される、
- 前記コード化信号生成モジュールによって生成される前記コード化信号は、第1の周波数の第1の信号を前記第1の音響源に入力するための第1の信号制御及び乗算モジュールへの入力であり、前記コード化信号生成モジュールによって生成される前記コード化信号は、周波数乗算及び開始時間差モジュールへの入力であり、また、 前記第1の信号に対する開始時間差を有するとともに前記第1の周波数の選択された分数である第2の周波数を有する第2の信号を前記第2の音響源へ提供するために、第2の信号制御及び乗算モジュールへの入力となる、請求項228に記載のシステム。
- 前記開始時間差及び前記周波数の分数は、前記第1のサブシステム内のデータ記憶装置に記録ブロードキャスト情報として記憶される、請求項229に記載のシステム。
- 前記第5のサブシステムは、一以上の受信機から信号を受信するように構成された受信モジュールと、前記信号受信モジュールによって受信された信号を強化するように構成された非線形信号強化モジュールと、テンプレート信号を生成するように構成されたテンプレート信号生成モジュールと、前記受信信号を前記テンプレート信号と相関処理する信号相関モジュールと、を備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記受信モジュールからの信号は、非線形源の成分を強化するとともに雑音を減少させるために、前記非線形信号強化モジュールによって処理され、前記受信モジュールからの信号及び強化された信号は、前記第1のサブシステム内のデータ記憶装置に記憶される、請求項231に記載のシステム。
- 前記テンプレート生成器は、テンプレート信号を生成するように構成され、前記相関モジュールは、相関処理された信号を抽出するために前記テンプレート信号を前記受信信号と相関処理するように構成され、当該相関処理された信号は、前記ボアホール周囲の前記岩石層内の非線形混合領域における第1の音響源からの第1の信号と第2の音響源からの第2の信号との交差で生成される信号を特定し、ここで、tは信号時間、では前記第1の周波数と前記第2の周波数との周波数比、δは前記第1の信号と前記第2の信号との時間遅延である、請求項231に記載のシステム。
- 前記相関処理された信号は、前記第1のサブシステム内のデータ記憶装置に記憶される、請求項233に記載のシステム。
- 前記第1のサブシステム内のデータ取得制御部は、前記第1のサブシステムの前記記憶装置内での記録を繰り返し、前記第1の音響源の位置、前記第2の音響源の位置、前記受信機の位置、前記第1の音響信号の仰角、もしくは前記第2の音響信号の仰角、又はこれらの2以上の任意の組み合わせの複数の値から、前記相関処理されたデータを抽出するように構成された、請求項234に記載のシステム。
- 前記相関処理されたデータをさらに強化するために前記記憶装置内の記憶データを処理するように構成されたホドグラム分析モジュールを備える、請求項235に記載のシステム。
- 前記第2のサブシステムと通信し、前記岩石層の非線形特性の画像化を実行し、前記岩石層内での音響信号速度を決定するように構成された第6のサブシステムをさらに備える、請求項217に記載のシステム。
- 前記第6のサブシステムは、データ前処理及び、強化モジュール、速度モデル反復モジュール、画像化反復モジュール、速度比の画像及び/又は非線形性の画像のための出力画像モジュール、決定された速度Vp、速度Vs、及び/又はVp/Vs速度比を出力する出力速度モジュール、又はこれらの2以上の任意の組み合わせを備える、請求項237に記載のシステム。
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