JP2862171B2 - 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 - Google Patents
地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法Info
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- JP2862171B2 JP2862171B2 JP9126157A JP12615797A JP2862171B2 JP 2862171 B2 JP2862171 B2 JP 2862171B2 JP 9126157 A JP9126157 A JP 9126157A JP 12615797 A JP12615797 A JP 12615797A JP 2862171 B2 JP2862171 B2 JP 2862171B2
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地層の物理特性の音響
波を用いた非破壊測定方法に係り、特に、土木工事や基
礎工事の計画、設計のための土質調査に用いるのに好適
な、例えば海底堆積層における、間隙率、透水率、堆積
物の変化や、剪断変形率、剪断力等の断面分布状況を得
るためのものである。より詳細に述べると、本発明は、
擬似ランダムバイナリシークエンスコードで駆動された
音響伝達の使用に関するものである。
波を用いた非破壊測定方法に係り、特に、土木工事や基
礎工事の計画、設計のための土質調査に用いるのに好適
な、例えば海底堆積層における、間隙率、透水率、堆積
物の変化や、剪断変形率、剪断力等の断面分布状況を得
るためのものである。より詳細に述べると、本発明は、
擬似ランダムバイナリシークエンスコードで駆動された
音響伝達の使用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】“Ｓynthetic Ｓeismograms for Ｍar
ine Ｓediments and Ｄeterminationof Ｐorosity an
d Ｐermerbility （海底堆積層の合成震動記録及び間隙
率と透水率の決定）”（Ｇeophysics ，Ｖolume ５３，
Ｎo.８（１９８８年８月），１０５６−１０５７頁）と
称する発明者の論文で、発明者は、海底堆積層の垂直方
向の地震プロファイルの数値計算シミュレーションを発
表している。この論文中で引用した形の垂直方向の震動
プロファイルは、沖積鉱床の探査や、地質工学上の問題
解決や、水中構造物プロジェクトの建設に非常に有効で
ある。典型的な垂直方向の震動プロファイルにおいて
は、高出力の電気的震動源を用いて海底堆積層の研究が
行われていた。そのような研究において使用可能な周波
数範囲は、ほぼ１００Ｈz から２００Ｈz であることが
発見されており、これによって、海底堆積層中の透過距
離は、１０００m 以上にも達することがあった。
ine Ｓediments and Ｄeterminationof Ｐorosity an
d Ｐermerbility （海底堆積層の合成震動記録及び間隙
率と透水率の決定）”（Ｇeophysics ，Ｖolume ５３，
Ｎo.８（１９８８年８月），１０５６−１０５７頁）と
称する発明者の論文で、発明者は、海底堆積層の垂直方
向の地震プロファイルの数値計算シミュレーションを発
表している。この論文中で引用した形の垂直方向の震動
プロファイルは、沖積鉱床の探査や、地質工学上の問題
解決や、水中構造物プロジェクトの建設に非常に有効で
ある。典型的な垂直方向の震動プロファイルにおいて
は、高出力の電気的震動源を用いて海底堆積層の研究が
行われていた。そのような研究において使用可能な周波
数範囲は、ほぼ１００Ｈz から２００Ｈz であることが
発見されており、これによって、海底堆積層中の透過距
離は、１０００m 以上にも達することがあった。
【０００３】前記論文中で記載した一連の試験において
は、単一の探査孔を用いて、この同じ探査孔の中に地震
エネルギの発生源と受信器を共に配置して、垂直方向の
震動プロファイルを得るようしていた。前述の論文で詳
細に報告しているように、このような配置条件の元で
も、非常に興味ある結果が得られた。
は、単一の探査孔を用いて、この同じ探査孔の中に地震
エネルギの発生源と受信器を共に配置して、垂直方向の
震動プロファイルを得るようしていた。前述の論文で詳
細に報告しているように、このような配置条件の元で
も、非常に興味ある結果が得られた。
【０００４】前記論文で記載したように、垂直方向の震
動プロファイルを用いることによって、理論的にも実際
的にも有効な結果を得ることができる。Ｂiot の理論と
垂直方向の震動プロファイル方法によって得られた結果
を用いて、合成例についてスペクトル比を計算すれば、
海底堆積層の間隙率や透水率を決定することができる。
しかしながら、堆積層の物理特性をより正確に決定する
こと、特に、間隙率や透水率や堆積物の変化の正確な断
面分布状況を得ることが、待ち望まれていた。
動プロファイルを用いることによって、理論的にも実際
的にも有効な結果を得ることができる。Ｂiot の理論と
垂直方向の震動プロファイル方法によって得られた結果
を用いて、合成例についてスペクトル比を計算すれば、
海底堆積層の間隙率や透水率を決定することができる。
しかしながら、堆積層の物理特性をより正確に決定する
こと、特に、間隙率や透水率や堆積物の変化の正確な断
面分布状況を得ることが、待ち望まれていた。
【０００５】“Ｍeasurements of Ａcoustic Ｗave
Ｖelocities and Ａttenuation in Ｍarine
Ｓediments（海底堆積層における音響波速度と減衰の測
定）”（Ｔurgut and Ｙamamoto 、Ｊ．Ａcoust ．
Ｓoc． Ａm ．´８７（６）、１９９０年６月）にお
いて、堆積層の物理特性を測定するための非破壊方法が
論じられている（特開平４−１９８７９４参照）。この
方法は、特に海底堆積層に適用され、間隙率や透水率の
値の断面分布を得るのに有用である。この方法は、又、
堆積物質の変化や、剪断変形率及び剪断力も明らかにす
る。この方法において、速度の測定結果は、震動エネル
ギ信号を、発振源から受信器に、直接探査孔間トモグラ
フィ（断層写真法）によって直接伝播させることによっ
て得られる。この方法は、従来の探査孔間測定技術を用
いることなく、これ迄よりも、非常に優れた精度及び明
確さをもたらす。震動エネルギは、２つ以上の、互いに
離れて配置された垂直探査孔間に照射される。
Ｖelocities and Ａttenuation in Ｍarine
Ｓediments（海底堆積層における音響波速度と減衰の測
定）”（Ｔurgut and Ｙamamoto 、Ｊ．Ａcoust ．
Ｓoc． Ａm ．´８７（６）、１９９０年６月）にお
いて、堆積層の物理特性を測定するための非破壊方法が
論じられている（特開平４−１９８７９４参照）。この
方法は、特に海底堆積層に適用され、間隙率や透水率の
値の断面分布を得るのに有用である。この方法は、又、
堆積物質の変化や、剪断変形率及び剪断力も明らかにす
る。この方法において、速度の測定結果は、震動エネル
ギ信号を、発振源から受信器に、直接探査孔間トモグラ
フィ（断層写真法）によって直接伝播させることによっ
て得られる。この方法は、従来の探査孔間測定技術を用
いることなく、これ迄よりも、非常に優れた精度及び明
確さをもたらす。震動エネルギは、２つ以上の、互いに
離れて配置された垂直探査孔間に照射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉄鋳造
所のような雑音の多い環境下で、そのような技術を用い
る際には困難な点があり、１つの断面探査孔から他の断
面探査孔まで離すことのできる距離について、限度があ
った。更に、そのような測定技術を、高い周波数で用い
る際にも問題点があった。
所のような雑音の多い環境下で、そのような技術を用い
る際には困難な点があり、１つの断面探査孔から他の断
面探査孔まで離すことのできる距離について、限度があ
った。更に、そのような測定技術を、高い周波数で用い
る際にも問題点があった。
【０００７】即ち、従来の発振源は、爆薬、重垂落下、
板たたき等であり、規則波でなかったため、従来の音響
波では、周囲の雑音、騒音との識別が難しかった。特に
土中における発振音響波の減衰は著しく、１０m 以上の
長距離間の測定は不可能であった。
板たたき等であり、規則波でなかったため、従来の音響
波では、周囲の雑音、騒音との識別が難しかった。特に
土中における発振音響波の減衰は著しく、１０m 以上の
長距離間の測定は不可能であった。
【０００８】従って、本発明は、特に、雑音の多い環境
下で実施された場合であっても、間隙率や透水率の値や
それらにの変化の、正確な断面分布を得て、正確で明確
な測定結果を得ることが可能な、新規で、非常に正確
な、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法を
提供することを目的とする。
下で実施された場合であっても、間隙率や透水率の値や
それらにの変化の、正確な断面分布を得て、正確で明確
な測定結果を得ることが可能な、新規で、非常に正確
な、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法を
提供することを目的とする。
【０００９】本発明の他の目的は、この方法を、１マイ
ル（１．６Ｋm ）以上の距離のように、非常に離れた探
査場所間で実施することにある。
ル（１．６Ｋm ）以上の距離のように、非常に離れた探
査場所間で実施することにある。
【００１０】更に、本発明の他の目的は、これ迄は不可
能であった高い周波数での、新規で高精度の非破壊測定
方法を提供することにある。
能であった高い周波数での、新規で高精度の非破壊測定
方法を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、高周波数の音響トモ
グラフィによって、間隙率や透水率を正確に評価するこ
とにある。
グラフィによって、間隙率や透水率を正確に評価するこ
とにある。
【００１２】本発明の更に他の目的は、地層の透水率分
布を、迅速、且つ、正確に決定するための新規な方法を
提供することにある。
布を、迅速、且つ、正確に決定するための新規な方法を
提供することにある。
【００１３】本発明の他の重要な目的及び効果は、以下
の明細書や図面によって更に明らかになるであろう。
の明細書や図面によって更に明らかになるであろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、地層の物理特
性の音響波を用いた非破壊測定方法において、地中の既
知の位置に受信器を配置し、地中の、前記受信器に関し
て既知の位置に、擬似ランダムコード震動エネルギの発
振源を配置し、前記擬似ランダムコードに従って該発振
源を励起して、該発振源から前記受信器に震動エネルギ
を伝播させ、前記発振源の位置から前記受信器の位置に
向かって伸びる経路中の前記震動エネルギの擬似ランダ
ムコード地震波特性を測定することにより、前記目的を
達成したものである。
性の音響波を用いた非破壊測定方法において、地中の既
知の位置に受信器を配置し、地中の、前記受信器に関し
て既知の位置に、擬似ランダムコード震動エネルギの発
振源を配置し、前記擬似ランダムコードに従って該発振
源を励起して、該発振源から前記受信器に震動エネルギ
を伝播させ、前記発振源の位置から前記受信器の位置に
向かって伸びる経路中の前記震動エネルギの擬似ランダ
ムコード地震波特性を測定することにより、前記目的を
達成したものである。
【００１５】更に、前記発振源を前記受信器に対して移
動し、該発振源を再び励起して、前記受信器に向かって
伸びる新しい経路中の擬似ランダムコード地震波特性を
更に測定するようにしたものである。
動し、該発振源を再び励起して、前記受信器に向かって
伸びる新しい経路中の擬似ランダムコード地震波特性を
更に測定するようにしたものである。
【００１６】又、前記震動エネルギの発振源を、圧電セ
ラミック変換器としたものである。
ラミック変換器としたものである。
【００１７】又、前記地震波特性の測定に際して、伝播
した震動エネルギの固有減衰及び速度を測定するように
したものである。
した震動エネルギの固有減衰及び速度を測定するように
したものである。
【００１８】又、前記測定された地震波特性が、縦波速
度の周波数特性や固有減衰の周波数特性を含むようにし
たものである。
度の周波数特性や固有減衰の周波数特性を含むようにし
たものである。
【００１９】又、前記擬似ランダム信号の周波数が変化
するようにしたものである。
するようにしたものである。
【００２０】又、前記擬似ランダムコードのキャリア周
波数が、ほぼ１、２、４、８及び１０ＫＨz の所で変化
するようにしたものである。
波数が、ほぼ１、２、４、８及び１０ＫＨz の所で変化
するようにしたものである。
【００２１】発明者の研究の結果、擬似ランダムバイナ
リシークエンス（Ｐseude −Ｒandom Ｂinary Ｓequenc
e ；以下ＰＲＢＳと称する）の形の規則波の擬似雑音源
を使った電磁音響システムを使い、震動エネルギ信号を
発振源から受信器に直接伝播させることにより、堆積層
の特性を測定することが非常に重要であることがわかっ
た。擬似ランダムバイナリシークエンスは、例えば図１
に示すように、所定の不規則なパターンを有する繰返し
シークエンスを持つ、不規則な形状のマルチレベル信号
である。この繰返しシークエンスは、キャリア信号とも
呼ばれる。
リシークエンス（Ｐseude −Ｒandom Ｂinary Ｓequenc
e ；以下ＰＲＢＳと称する）の形の規則波の擬似雑音源
を使った電磁音響システムを使い、震動エネルギ信号を
発振源から受信器に直接伝播させることにより、堆積層
の特性を測定することが非常に重要であることがわかっ
た。擬似ランダムバイナリシークエンスは、例えば図１
に示すように、所定の不規則なパターンを有する繰返し
シークエンスを持つ、不規則な形状のマルチレベル信号
である。この繰返しシークエンスは、キャリア信号とも
呼ばれる。
【００２２】地層を探査する際に、このような擬似ラン
ダムバイナリシーエンスを使用すれば、エンジンノイズ
や他の外来の干渉が存在する、雑音の多い環境下であっ
ても、効率の良い正確な動作が可能となり、実験者が、
６００フィート（９６０m ）又は１マイル以上のような
非常に離れた距離を通して探査信号を送っても、素晴ら
しい結果を得ることができるようになる。
ダムバイナリシーエンスを使用すれば、エンジンノイズ
や他の外来の干渉が存在する、雑音の多い環境下であっ
ても、効率の良い正確な動作が可能となり、実験者が、
６００フィート（９６０m ）又は１マイル以上のような
非常に離れた距離を通して探査信号を送っても、素晴ら
しい結果を得ることができるようになる。
【００２３】即ち、図２に製鉄所における測定例を示す
如く、受信した音響波に、杭打ちや重機の走行等による
雑音や騒音と、ＰＲＢＳコードによる信号が入り混ざっ
ている場合でも、ＰＲＢＳコードとの相関をとることに
より、他の雑音と識別でき、発振から受信迄の時間測定
が可能となる。
如く、受信した音響波に、杭打ちや重機の走行等による
雑音や騒音と、ＰＲＢＳコードによる信号が入り混ざっ
ている場合でも、ＰＲＢＳコードとの相関をとることに
より、他の雑音と識別でき、発振から受信迄の時間測定
が可能となる。
【００２４】ＰＲＢＳの使用は、非常に高い周波数であ
っても、素晴らしい動作を可能とする。ＰＲＢＳエネル
ギの発振源は、これまでに使われていた圧電セラミック
変換器、又は、受信器としてのハイドロホン（Ｈydroph
one ；水中聴音器）を含む探査孔から離れた、もう１つ
の探査孔中の既知の場所に置かれたときに単一レベルの
規則波を発生する、スパーカ（Ｓparker）と呼ばれるも
のとは、大いに異なり、優れている。
っても、素晴らしい動作を可能とする。ＰＲＢＳエネル
ギの発振源は、これまでに使われていた圧電セラミック
変換器、又は、受信器としてのハイドロホン（Ｈydroph
one ；水中聴音器）を含む探査孔から離れた、もう１つ
の探査孔中の既知の場所に置かれたときに単一レベルの
規則波を発生する、スパーカ（Ｓparker）と呼ばれるも
のとは、大いに異なり、優れている。
【００２５】従って、本発明によれば、断面分布分析結
果を得るための地層の物理特性の音響波を用いた非破壊
測定方法を得ることができる。本発明では、地中の所定
位置に配置された、ハイドロホンやジオホン（Ｇeohon
e；地中聴音器）のような受信器を用いる。擬似ランダ
ムバイナシリシークエンス発振器の形をとる雑音源は、
地中の、前記受信器に関して既知の位置に配置され、励
起されて、該エネルギ源から全受信器に地震波エネルギ
を伝播させる。発振源の位置から受信器の位置に伸びる
多数の経路について、発振源から受信器に直接伝播され
た地震波の特性と経路を測定するに際して、重要な測定
は、地層の特性に関するものである。更に、発振器を地
中で別の既知の位置に動かして再び発振器を励起するこ
とによって、受信器に向かって伸びる多数の新しい経路
についての測定を行うことができる。このような一連の
測定の結果を組合せることによって、堆積物の正確で且
つ信頼性の高い断面の値や変化を得ることが可能であ
る。ＰＲＢＳ信号を直接伝播させ受信することによって
得られた結果は、従来利用可能なものに比べて、はるか
に信頼性の高い結果をもたらす。
果を得るための地層の物理特性の音響波を用いた非破壊
測定方法を得ることができる。本発明では、地中の所定
位置に配置された、ハイドロホンやジオホン（Ｇeohon
e；地中聴音器）のような受信器を用いる。擬似ランダ
ムバイナシリシークエンス発振器の形をとる雑音源は、
地中の、前記受信器に関して既知の位置に配置され、励
起されて、該エネルギ源から全受信器に地震波エネルギ
を伝播させる。発振源の位置から受信器の位置に伸びる
多数の経路について、発振源から受信器に直接伝播され
た地震波の特性と経路を測定するに際して、重要な測定
は、地層の特性に関するものである。更に、発振器を地
中で別の既知の位置に動かして再び発振器を励起するこ
とによって、受信器に向かって伸びる多数の新しい経路
についての測定を行うことができる。このような一連の
測定の結果を組合せることによって、堆積物の正確で且
つ信頼性の高い断面の値や変化を得ることが可能であ
る。ＰＲＢＳ信号を直接伝播させ受信することによって
得られた結果は、従来利用可能なものに比べて、はるか
に信頼性の高い結果をもたらす。
【００２６】本発明によって、ＰＲＢＳ音響波の減衰を
用いて直接速度を測定することにより、長距離にわたっ
て信頼性の高い間隙率や透水率が得られ、より正確な透
水率の値を得ることができるということは、非常に重要
なことである。これは、石油の探鉱等の地下水関連問題
を解決するときに、非常に重要である。本発明による間
隙率の測定は、石油の探鉱の場合に、非常に有益であ
る。何故ならば、大部分の石油は堆積層の孔隙に吸収さ
れており、通常は、埋蔵されている石油のほんの少しの
割合しか発見できないからである。本発明の方法を利用
すれば、孔隙率が最も小さな場所、即ち、堆積層の孔隙
に吸収されていない自由な石油が存在する確率の高い場
所を正確に予測することができ、従って、透水率分布に
基づいて、石油の探査及び採取に好適な位置を示すこと
ができる。
用いて直接速度を測定することにより、長距離にわたっ
て信頼性の高い間隙率や透水率が得られ、より正確な透
水率の値を得ることができるということは、非常に重要
なことである。これは、石油の探鉱等の地下水関連問題
を解決するときに、非常に重要である。本発明による間
隙率の測定は、石油の探鉱の場合に、非常に有益であ
る。何故ならば、大部分の石油は堆積層の孔隙に吸収さ
れており、通常は、埋蔵されている石油のほんの少しの
割合しか発見できないからである。本発明の方法を利用
すれば、孔隙率が最も小さな場所、即ち、堆積層の孔隙
に吸収されていない自由な石油が存在する確率の高い場
所を正確に予測することができ、従って、透水率分布に
基づいて、石油の探査及び採取に好適な位置を示すこと
ができる。
【００２７】なお、本発明の適用対象は石油の探査に限
定されず、例えば切削トンネル前方の地中障害物の発見
にも、用いることができる。
定されず、例えば切削トンネル前方の地中障害物の発見
にも、用いることができる。
【００２８】本発明の一実施形態においては、発振源と
して、圧電音響素子を用いて、ＰＲＢＳキャリア周波数
を１、２、４、８及び１０ＫＨz で変化させることによ
り、圧電発振源からの音響伝播を利用し、受信器とし
て、堆積層の表面に沿って、又、前記圧電発振源を含む
探査孔から離れた場所の独立した探査孔内を下に向かっ
て伸びるように配置したハイドロホンを用いて実験を行
うことができる。探査孔内の発振源の場所を変えること
によって、同じ方法で追加の実験が行われる。
して、圧電音響素子を用いて、ＰＲＢＳキャリア周波数
を１、２、４、８及び１０ＫＨz で変化させることによ
り、圧電発振源からの音響伝播を利用し、受信器とし
て、堆積層の表面に沿って、又、前記圧電発振源を含む
探査孔から離れた場所の独立した探査孔内を下に向かっ
て伸びるように配置したハイドロホンを用いて実験を行
うことができる。探査孔内の発振源の場所を変えること
によって、同じ方法で追加の実験が行われる。
【００２９】一例として、前記離隔した探査孔は、堆積
物中にほぼ鉛直方向に伸びることができる。これらの探
査孔は、互いに、例えば約７０−２００m だけ離して配
置することができ、発振源から全てのハイドロホンに対
して、直接的な伝播が行われるようにして、探査孔間の
縦波（圧縮波）速度及び固有減衰を測定するように、各
ハイドロホンからの信号を、アンプ及び／又はレコーダ
を介して測定することができる。固有減衰の測定は、ス
ペクトル比による方法を用いて行うことができ、縦波速
度及び固有減衰は、位相スペクトル及び伝達関数から容
易に計算することができる。
物中にほぼ鉛直方向に伸びることができる。これらの探
査孔は、互いに、例えば約７０−２００m だけ離して配
置することができ、発振源から全てのハイドロホンに対
して、直接的な伝播が行われるようにして、探査孔間の
縦波（圧縮波）速度及び固有減衰を測定するように、各
ハイドロホンからの信号を、アンプ及び／又はレコーダ
を介して測定することができる。固有減衰の測定は、ス
ペクトル比による方法を用いて行うことができ、縦波速
度及び固有減衰は、位相スペクトル及び伝達関数から容
易に計算することができる。
【００３０】即ち、Ｂiot の理論より、縦波速度Ｖ及び
固有減衰Ｑ-1は、次式で表わされる。
固有減衰Ｑ-1は、次式で表わされる。
【００３１】 Ｖ＝Ｖ0 ＋［（Ｒ2 −Ｒ1 ）f ×３６０°］／θ …（１） Ｑ-1＝［Ｖ／｛πf （Ｒ2 −Ｒ1 ）｝］・｛ｌn （Ｒ1 ／Ｒ2 ） ＋ln （Ａ1 ／Ａ2 ）｝ …（２）
【００３２】ここで、Ｖ0 は基準周波数ω0 における縦
波速度、Ｒ1 、Ｒ2 は、発振源から２つの受信器までの
距離、f は発振周波数、θは位相角、Ａ1 ／Ａ2 は、２
つの信号の振幅比である。
波速度、Ｒ1 、Ｒ2 は、発振源から２つの受信器までの
距離、f は発振周波数、θは位相角、Ａ1 ／Ａ2 は、２
つの信号の振幅比である。
【００３３】このようにして、本発明による地中トモグ
ラフィは、空間的な異質部分をチェックするのに使用さ
れる。
ラフィは、空間的な異質部分をチェックするのに使用さ
れる。
【００３４】従って、本発明においては、堆積物質中で
の音響パルス伝播が行われ、特に固有減衰が最大である
特定の周波数範囲を含んで伝播性のある縦波速度を示す
ことが判った。間隙率及び透水率は、前記Ｂiot の理論
を用いることによって、縦波速度及び固有減衰から容易
に評価される。なお、その詳細は、全て、我々の“Ｍea
surements of acoustic wave velocities and atten
uation in marine sediments（海底堆積層中の音響波速
度及び減衰の測定）”Ｊ．Ａcoust ．Ｓoc．Ａm ．，Ｖ
ol．８７，Ｎo.６（１９９０年６月），２３７６−２３
８３頁に詳細に記載されているので、詳しい説明は省略
する。
の音響パルス伝播が行われ、特に固有減衰が最大である
特定の周波数範囲を含んで伝播性のある縦波速度を示す
ことが判った。間隙率及び透水率は、前記Ｂiot の理論
を用いることによって、縦波速度及び固有減衰から容易
に評価される。なお、その詳細は、全て、我々の“Ｍea
surements of acoustic wave velocities and atten
uation in marine sediments（海底堆積層中の音響波速
度及び減衰の測定）”Ｊ．Ａcoust ．Ｓoc．Ａm ．，Ｖ
ol．８７，Ｎo.６（１９９０年６月），２３７６−２３
８３頁に詳細に記載されているので、詳しい説明は省略
する。
【００３５】前記地中トモグラフィに、ＰＲＢＳ発生器
を備えた圧電音響変換器を用いることによって、縦波だ
けでなく横波も発生する。従って、横波速度の知識か
ら、堆積形状内の横波速度分布も正確に測定でき、従っ
て、堆積物の剪断変形率及び剪断力も決定することがで
きる。これらは、構造物を建設する目的や、石油やガス
のような炭化水素を正確に決定したり、存在を知る場合
に重要である。
を備えた圧電音響変換器を用いることによって、縦波だ
けでなく横波も発生する。従って、横波速度の知識か
ら、堆積形状内の横波速度分布も正確に測定でき、従っ
て、堆積物の剪断変形率及び剪断力も決定することがで
きる。これらは、構造物を建設する目的や、石油やガス
のような炭化水素を正確に決定したり、存在を知る場合
に重要である。
【００３６】横波速度の値は、直接、堆積物の剪断変形
率や剪断強度の値を決定する。縦波速度の値に加えて横
波速度の値を知ることにより、堆積形状内における、石
油やガスのような炭化水素の存在や非存在に関する重要
な情報を得ることができる。
率や剪断強度の値を決定する。縦波速度の値に加えて横
波速度の値を知ることにより、堆積形状内における、石
油やガスのような炭化水素の存在や非存在に関する重要
な情報を得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００３８】図３は、音響トモグラフィ測定のエネルギ
伝播源として使われる、探査孔１１内に配置されたＰＲ
ＢＳ発振源１０を示すものである。探査孔１１は、例え
ば直径５インチ（１２．７cm）のプラスチックケーシン
グで作ることができる。符号１２は、堆積層の表面に沿
って間隔を空けて配置された多数のハイドロホンを示
し、符号１３は、沿直方向に伸びる探査孔１４内で互い
に沿直方向に間隔を空けて配置された多数のハイドロホ
ンを示している。探査孔１４と１１は、図示の如く、互
いに、例えば７０−２００m 又はそれ以上の距離だけ離
れて配置されており、各探査孔自体も、例えば３−１０
m の深さとされ、互いに平行とされている。従って、測
定は、好ましくは、発振源によって伝播される波動エネ
ルギに関して、異なる角度の広い範囲に亘って同時に行
われる。そのような測定は全て、堆積層内のエコー又は
他の現象を必要とすることなく、ＰＲＢＳ発振源１０か
ら受信器であるハイドロホン１２、１３への直接伝播を
基礎として行われる。
伝播源として使われる、探査孔１１内に配置されたＰＲ
ＢＳ発振源１０を示すものである。探査孔１１は、例え
ば直径５インチ（１２．７cm）のプラスチックケーシン
グで作ることができる。符号１２は、堆積層の表面に沿
って間隔を空けて配置された多数のハイドロホンを示
し、符号１３は、沿直方向に伸びる探査孔１４内で互い
に沿直方向に間隔を空けて配置された多数のハイドロホ
ンを示している。探査孔１４と１１は、図示の如く、互
いに、例えば７０−２００m 又はそれ以上の距離だけ離
れて配置されており、各探査孔自体も、例えば３−１０
m の深さとされ、互いに平行とされている。従って、測
定は、好ましくは、発振源によって伝播される波動エネ
ルギに関して、異なる角度の広い範囲に亘って同時に行
われる。そのような測定は全て、堆積層内のエコー又は
他の現象を必要とすることなく、ＰＲＢＳ発振源１０か
ら受信器であるハイドロホン１２、１３への直接伝播を
基礎として行われる。
【００３９】発振源は、ＰＲＢＳコード発生器２１とパ
ワーアンプ２０によってパワーを与えられ、受信信号
は、アンプ２３で増幅されて、レコーダ２２で記録され
る。
ワーアンプ２０によってパワーを与えられ、受信信号
は、アンプ２３で増幅されて、レコーダ２２で記録され
る。
【００４０】図の位置１０′に発振源１０を置いて多数
の測定を行った後、発振源は、他の位置１０′′に下げ
られ、測定プロセスが繰返される。ハイドロホン１２、
１３のいずれも移動させることなく、発振源探査孔内で
の他の様々な位置で更に他の測定が行われる。
の測定を行った後、発振源は、他の位置１０′′に下げ
られ、測定プロセスが繰返される。ハイドロホン１２、
１３のいずれも移動させることなく、発振源探査孔内で
の他の様々な位置で更に他の測定が行われる。
【００４１】本発明の１実施形態においては、ＰＲＢＳ
信号を発生し測定するために用いられる主な装置は、発
振源、ハイドロホンアレイ、信号アンプ及びフィルタ、
ＰＲＢＳ発生器、周波数シンセサイザ、パワーアンプ、
関数発生器、データ獲得ボックス、Ａ／Ｂスイッチボッ
クス、直流電源及びコンピュータである。この装置は、
図４に示され、以下、更に詳細に説明する。
信号を発生し測定するために用いられる主な装置は、発
振源、ハイドロホンアレイ、信号アンプ及びフィルタ、
ＰＲＢＳ発生器、周波数シンセサイザ、パワーアンプ、
関数発生器、データ獲得ボックス、Ａ／Ｂスイッチボッ
クス、直流電源及びコンピュータである。この装置は、
図４に示され、以下、更に詳細に説明する。
【００４２】一般的に３０で示される周波数シンセサイ
ザ（Ｆrequency Ｓynthesizer）は、変調可能な、一定
振幅、周波数及び位相のキャリア波を発生する。変調
は、ここで使用されたように、ＰＲＢＳ発生器によって
引き起され、キャリア波の周波数、位相及び／又は振幅
の制御された変化を生じる。これは、信号波を伝播する
ために、任意の周波数を取ることができる。周波数シン
セサイザ３０は、ライン５４から電力を受取る。
ザ（Ｆrequency Ｓynthesizer）は、変調可能な、一定
振幅、周波数及び位相のキャリア波を発生する。変調
は、ここで使用されたように、ＰＲＢＳ発生器によって
引き起され、キャリア波の周波数、位相及び／又は振幅
の制御された変化を生じる。これは、信号波を伝播する
ために、任意の周波数を取ることができる。周波数シン
セサイザ３０は、ライン５４から電力を受取る。
【００４３】周波数シンセサイザは、ライン５７を通し
て、一般的に３２で示されている擬似ランダムバイナリ
シークエンス（ＰＲＢＳ）コード発生器（ＰＲＢＳ Ｃ
odeＧenerator）に接続されている。ＰＲＢＳコード発
生器３２は、ライン５６を通して電力を受取る。このＰ
ＲＢＳコード発生器３２は、例えば、２12又は４０９６
ビットまでの長さの擬似ランダムバイナリシークエンス
を発生する。この発生器からの出力信号は、振幅、位相
又はパルス変調器によって変調され得る。ＰＲＢＳコー
ド発生器３２の出力コードの周波数は、例えば周波数シ
ンセサイザ３０によって発生される周波数の１／６４と
されている。
て、一般的に３２で示されている擬似ランダムバイナリ
シークエンス（ＰＲＢＳ）コード発生器（ＰＲＢＳ Ｃ
odeＧenerator）に接続されている。ＰＲＢＳコード発
生器３２は、ライン５６を通して電力を受取る。このＰ
ＲＢＳコード発生器３２は、例えば、２12又は４０９６
ビットまでの長さの擬似ランダムバイナリシークエンス
を発生する。この発生器からの出力信号は、振幅、位相
又はパルス変調器によって変調され得る。ＰＲＢＳコー
ド発生器３２の出力コードの周波数は、例えば周波数シ
ンセサイザ３０によって発生される周波数の１／６４と
されている。
【００４４】ＰＲＢＳコード発生器３２は、ライン５８
を通して、一般的に３４で示されている可変出力スイッ
チングパワーアンプ（Ｐower Ａmplifier）に接続され
ている。パワーアンプ３４は、任意の最大電力出力及び
最大電圧出力を持つことができる。都合のいい例では、
それぞれ４k ＶＡと１４００ボルトである。出力で最大
電圧を得るために、パワーアンプ３４に対する入力は、
ライン６６及び６８を介して、例えば＋−１．０ボルト
に制限されるべきである。パワーアンプ３４は、ライン
６４を通してグラウンドに接続されている。パワーアン
プ３４は、全ての種類の短絡や過大入力に耐える。パワ
ーアンプ３４の周波数応答は、好ましくは７００Ｈz か
ら２０k Ｈz の間で実質的に平坦とされる。
を通して、一般的に３４で示されている可変出力スイッ
チングパワーアンプ（Ｐower Ａmplifier）に接続され
ている。パワーアンプ３４は、任意の最大電力出力及び
最大電圧出力を持つことができる。都合のいい例では、
それぞれ４k ＶＡと１４００ボルトである。出力で最大
電圧を得るために、パワーアンプ３４に対する入力は、
ライン６６及び６８を介して、例えば＋−１．０ボルト
に制限されるべきである。パワーアンプ３４は、ライン
６４を通してグラウンドに接続されている。パワーアン
プ３４は、全ての種類の短絡や過大入力に耐える。パワ
ーアンプ３４の周波数応答は、好ましくは７００Ｈz か
ら２０k Ｈz の間で実質的に平坦とされる。
【００４５】一般的に３６で示される圧電音響変換器
（Ｓource ）は、ライン７０を通して、一般的に３４で
示されるパワーアンプに接続される。圧電音響変換器３
６は、電気信号である電圧を発生する。圧電音響変換器
は、音響波を発生する。圧電音響変換器３６は、例えば
ビルトインされた４倍の電圧トランスを有している。従
って、圧電音響変換器３６に送られる電圧は、好ましく
は該圧電音響変換器３６の最大電圧定格の約１／４に限
定されるべきである。
（Ｓource ）は、ライン７０を通して、一般的に３４で
示されるパワーアンプに接続される。圧電音響変換器３
６は、電気信号である電圧を発生する。圧電音響変換器
は、音響波を発生する。圧電音響変換器３６は、例えば
ビルトインされた４倍の電圧トランスを有している。従
って、圧電音響変換器３６に送られる電圧は、好ましく
は該圧電音響変換器３６の最大電圧定格の約１／４に限
定されるべきである。
【００４６】一般的に３８で示されるハイドロホンアレ
イ（Ｈydrophone Ａrray）を作り出すために、例えば２
４個のハイドロホンが、所定の固定されたパターンで配
列されている。ハイドロホンアレイ３８は、例えば、油
によって封入された２４素子のアレイである。このハイ
ドロホンは、水に媒介される音波に応答する電気音響変
換器であり、本質的に等価な電気波を発生する。各ハイ
ドロホンは、周波数が１．０Ｈz 又はそれ以下の低い信
号を感知することができる。一般的に４０で示される１
２ボルト直流電源（１２ Ｖolt ＤＣ Ｓupply ）は、
ライン７２を通してハイドロホンアレイ３８に電力を与
える。
イ（Ｈydrophone Ａrray）を作り出すために、例えば２
４個のハイドロホンが、所定の固定されたパターンで配
列されている。ハイドロホンアレイ３８は、例えば、油
によって封入された２４素子のアレイである。このハイ
ドロホンは、水に媒介される音波に応答する電気音響変
換器であり、本質的に等価な電気波を発生する。各ハイ
ドロホンは、周波数が１．０Ｈz 又はそれ以下の低い信
号を感知することができる。一般的に４０で示される１
２ボルト直流電源（１２ Ｖolt ＤＣ Ｓupply ）は、
ライン７２を通してハイドロホンアレイ３８に電力を与
える。
【００４７】一般的に７４と７６で示されるケーブル
は、ハイドロホンアレイ３８を、一般的に４２で示され
るＡ／Ｂスイッチボックス（Ａ／Ｂ Ｓwitch Ｂox）に
接続する。例えば１２個のハイドロホンが、端子Ａに接
続され、残りの１２個のハイドロホンが、端子Ｂに接続
される。
は、ハイドロホンアレイ３８を、一般的に４２で示され
るＡ／Ｂスイッチボックス（Ａ／Ｂ Ｓwitch Ｂox）に
接続する。例えば１２個のハイドロホンが、端子Ａに接
続され、残りの１２個のハイドロホンが、端子Ｂに接続
される。
【００４８】一般的に８４で示される、好ましくはＲＳ
２３２ケーブル等であるケーブルが、Ａ／Ｂスイッチボ
ックスを、一般的に４４で示されるカスタム信号増幅フ
ィルタ（Ｓignal Ａmplifier Ｆilter ）に接続する。
信号増幅フィルタ４４は、ライン９０を通してグラウン
ドに接続されている。信号増幅フィルタ４４は、ライン
８６を通して１５ボルト、ライン８８を通して−１５ボ
ルトのような低い電圧に接続される。信号増幅フィルタ
４４は、好ましくは、可変ゲイン、差動入力、回路の一
方がアースされた出力信号の増幅器等である。入力差動
信号は、好ましくは、５００Ｈz の近傍で、３０ dＢ高
域通過される。この信号は、それから、好ましくは、例
えば、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２０
０、５００、１０００、２０００のゲインのいずれかに
よって増幅される。この特別のアンプ４４は、例えば１
２チャンネルを、上記ゲインによって、同時に増幅する
ことができる。しかしながら、１２チャンネル以上又は
以下の増幅が可能な他のアンプも使用できる。一般的に
５２で示される手動スイッチが、信号増幅フィルタ４４
に接続されている。
２３２ケーブル等であるケーブルが、Ａ／Ｂスイッチボ
ックスを、一般的に４４で示されるカスタム信号増幅フ
ィルタ（Ｓignal Ａmplifier Ｆilter ）に接続する。
信号増幅フィルタ４４は、ライン９０を通してグラウン
ドに接続されている。信号増幅フィルタ４４は、ライン
８６を通して１５ボルト、ライン８８を通して−１５ボ
ルトのような低い電圧に接続される。信号増幅フィルタ
４４は、好ましくは、可変ゲイン、差動入力、回路の一
方がアースされた出力信号の増幅器等である。入力差動
信号は、好ましくは、５００Ｈz の近傍で、３０ dＢ高
域通過される。この信号は、それから、好ましくは、例
えば、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２０
０、５００、１０００、２０００のゲインのいずれかに
よって増幅される。この特別のアンプ４４は、例えば１
２チャンネルを、上記ゲインによって、同時に増幅する
ことができる。しかしながら、１２チャンネル以上又は
以下の増幅が可能な他のアンプも使用できる。一般的に
５２で示される手動スイッチが、信号増幅フィルタ４４
に接続されている。
【００４９】一般的に９２で示される、好ましくはＲＳ
２３２Ｃケーブルであるケーブルが、信号増幅フィルタ
４４を、一般的に４６で示されるデータ獲得ボックス
（Ｄata Ａcquisition Ｂox）に接続する。ＰＲＢＳコ
ード発生器３２は、又、ライン６０を通してデータ獲得
ボックス４６に接続されている。更に、ＰＲＢＳコード
発生器３２は、ライン６２を通して、一般的に５０で示
されるファンクションゼネレータ（Ｆunction Ｇenerat
or）に接続され、これは次に、ライン６３を通してデー
タ獲得ボックス４６に接続されている。データ獲得ボッ
クス４６は、好ましくは接続ボックスとして作用し、Ｐ
ＲＢＳ発生器３２及び信号増幅フィルタ４４を、一般的
に９６で示される、好ましくはフラットケーブルである
ケーブルへ接続し、このケーブル９６は次に、３８６／
３３ＭＨz ＩＢＭコンパチブルコンピュータのような、
膨大な記憶容量を備えた、一般的に４８で示されるコン
ピュータ（Ｃomputer ）中に内臓されたマルチチャンネ
ルアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）ボードに接続される。
このＡ／Ｄボードは、１６チャンネルを有することがで
きるが、それ以上又は以下であってもよい。このＡ／Ｄ
ボードは、好ましくは、ハイドロホンからの感知信号を
チャンネル１−１２を通して受取り、ＰＲＢＳ発生器の
出力信号をチャンネル１３を通して受取り、外部クロッ
クをチャンネル１５を通して受取る。
２３２Ｃケーブルであるケーブルが、信号増幅フィルタ
４４を、一般的に４６で示されるデータ獲得ボックス
（Ｄata Ａcquisition Ｂox）に接続する。ＰＲＢＳコ
ード発生器３２は、又、ライン６０を通してデータ獲得
ボックス４６に接続されている。更に、ＰＲＢＳコード
発生器３２は、ライン６２を通して、一般的に５０で示
されるファンクションゼネレータ（Ｆunction Ｇenerat
or）に接続され、これは次に、ライン６３を通してデー
タ獲得ボックス４６に接続されている。データ獲得ボッ
クス４６は、好ましくは接続ボックスとして作用し、Ｐ
ＲＢＳ発生器３２及び信号増幅フィルタ４４を、一般的
に９６で示される、好ましくはフラットケーブルである
ケーブルへ接続し、このケーブル９６は次に、３８６／
３３ＭＨz ＩＢＭコンパチブルコンピュータのような、
膨大な記憶容量を備えた、一般的に４８で示されるコン
ピュータ（Ｃomputer ）中に内臓されたマルチチャンネ
ルアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）ボードに接続される。
このＡ／Ｄボードは、１６チャンネルを有することがで
きるが、それ以上又は以下であってもよい。このＡ／Ｄ
ボードは、好ましくは、ハイドロホンからの感知信号を
チャンネル１−１２を通して受取り、ＰＲＢＳ発生器の
出力信号をチャンネル１３を通して受取り、外部クロッ
クをチャンネル１５を通して受取る。
【００５０】周波数シンセサイザ３０は、ＰＲＢＳコー
ド発生器３２中のデジタル動作に必要なキャリア周波数
を供給する。このＰＲＢＳコード発生器は、キャリア波
を変調して、擬似ランダムバイナリシークエンス信号波
を伝達する。パワーアンプ３４は、この信号波を増幅す
る。圧電変換器３６は、この増幅された信号波を伝達す
る。
ド発生器３２中のデジタル動作に必要なキャリア周波数
を供給する。このＰＲＢＳコード発生器は、キャリア波
を変調して、擬似ランダムバイナリシークエンス信号波
を伝達する。パワーアンプ３４は、この信号波を増幅す
る。圧電変換器３６は、この増幅された信号波を伝達す
る。
【００５１】ハイドロホンアレイ３８は、擬似ランダム
バイナリシークエンス信号波を感知する。ハイドロホン
アレイ３８は、２４個の各ハイドロホンを含むことがで
きる。１２個のハイドロホンによって感知された信号波
は、好ましくは、Ａ／Ｂスイッチボックス４２の端子Ａ
に伝えられる。他の１２個のハイドロホンによって感知
された信号波は、好ましくは、Ａ／Ｂスイッチボックス
４２の端子Ｂに伝えられる。信号増幅フィルタ４４に取
付けられたスイッチ５２は、信号増幅フィルタ４４が、
該スイッチ５２の位置に依存して、端子Ａ又は端子Ｂか
ら、感知された信号波を受取るようにする。信号増幅フ
ィルタ４４は、各ハイドロホンによって感知された信号
波を増幅してフィルタを通し、この情報をデータ獲得ボ
ックス４６に出力する。データ獲得ボックス４６は、外
部クロック信号及びＰＲＢＳ発生器３２からの元の擬似
ランダムバイナリシークエンス信号も受取っている。デ
ータ獲得ボックス４６は、更に、ファンクションゼネレ
ータ５０からの入力も受取っている。データ獲得ボック
ス４６は、この情報を、３８６／３３ＭＨz ＩＢＭコン
パチブルコンピュータのようなコンピュータ４８中に内
蔵されたマルチチャンネルアナログ／デジタル（Ａ／
Ｄ）ボードに伝える。
バイナリシークエンス信号波を感知する。ハイドロホン
アレイ３８は、２４個の各ハイドロホンを含むことがで
きる。１２個のハイドロホンによって感知された信号波
は、好ましくは、Ａ／Ｂスイッチボックス４２の端子Ａ
に伝えられる。他の１２個のハイドロホンによって感知
された信号波は、好ましくは、Ａ／Ｂスイッチボックス
４２の端子Ｂに伝えられる。信号増幅フィルタ４４に取
付けられたスイッチ５２は、信号増幅フィルタ４４が、
該スイッチ５２の位置に依存して、端子Ａ又は端子Ｂか
ら、感知された信号波を受取るようにする。信号増幅フ
ィルタ４４は、各ハイドロホンによって感知された信号
波を増幅してフィルタを通し、この情報をデータ獲得ボ
ックス４６に出力する。データ獲得ボックス４６は、外
部クロック信号及びＰＲＢＳ発生器３２からの元の擬似
ランダムバイナリシークエンス信号も受取っている。デ
ータ獲得ボックス４６は、更に、ファンクションゼネレ
ータ５０からの入力も受取っている。データ獲得ボック
ス４６は、この情報を、３８６／３３ＭＨz ＩＢＭコン
パチブルコンピュータのようなコンピュータ４８中に内
蔵されたマルチチャンネルアナログ／デジタル（Ａ／
Ｄ）ボードに伝える。
【００５２】この装置を、最も好適に動作させるため
に、ＰＲＢＳコード発生器３２によって発生される周波
数レートは、好ましくは、発振源周波数の４倍の範囲で
ある。Ａ／Ｄボードのコンピュータサンプリングレート
が高くなるほど、同時に測定可能なハイドロホンの数が
少なくなる。何故ならば、Ａ／Ｄボードでの入力レート
は、チャンネルとサンプリングレートを掛けた数に等し
く走査しなければならないからである。好ましくは、１
つのハイドロホンにつき１チャンネルある。これは、も
し４個のハイドロホンのみが一時にサンプリング可能で
あれば、コンピュータは好ましくは、始めの４個のハイ
ドロホン、それから、２番目の４個のハイドロホン、そ
の後、３番目の４個のハイドロホンからの感知データを
サンプリングし、又は記録する。コンピュータは、この
サンプリングを常に繰返すことができる。
に、ＰＲＢＳコード発生器３２によって発生される周波
数レートは、好ましくは、発振源周波数の４倍の範囲で
ある。Ａ／Ｄボードのコンピュータサンプリングレート
が高くなるほど、同時に測定可能なハイドロホンの数が
少なくなる。何故ならば、Ａ／Ｄボードでの入力レート
は、チャンネルとサンプリングレートを掛けた数に等し
く走査しなければならないからである。好ましくは、１
つのハイドロホンにつき１チャンネルある。これは、も
し４個のハイドロホンのみが一時にサンプリング可能で
あれば、コンピュータは好ましくは、始めの４個のハイ
ドロホン、それから、２番目の４個のハイドロホン、そ
の後、３番目の４個のハイドロホンからの感知データを
サンプリングし、又は記録する。コンピュータは、この
サンプリングを常に繰返すことができる。
【００５３】平均化は、ＰＲＢＳ信号のような多重シー
クエンス長を取入れて、互いの上に積重ねていき、雑音
を軽減して信号を強調する処理である。平均化がいつも
必要でない場合には、コンピュータの内部クロックは、
感知データを記録するのに使用される。
クエンス長を取入れて、互いの上に積重ねていき、雑音
を軽減して信号を強調する処理である。平均化がいつも
必要でない場合には、コンピュータの内部クロックは、
感知データを記録するのに使用される。
【００５４】コンピュータ４８、ファンクションゼネレ
ータ５０及びＰＲＢＳコード発生器３２からの外部クロ
ックは、共同して平均化を実行するように作用する。Ｐ
ＲＢＳコード発生器からの外部クロックは、感知信号を
ＰＲＢＳ信号と同期させる。平均化に際して、ＰＲＢＳ
発生器からの外部クロックは、発振源信号とハイドロホ
ンによって測定された信号の間でドリフトが発生しない
ように使われるべきである。ファンクションゼネレータ
５０は、いつ擬似ランダムバイナリシークエンスが終了
したかをコンピュータに伝える。バイナリシークエンス
の指定された数が感知されると、これらのシークエンス
は、違いの上に積重ねられて雑音を軽減し、信号を強調
する。発振源周波数の４倍であるＰＲＢＳ発生器の周波
数レートは、入力周波数に適合するように、ファンクシ
ョンゼネレータを使って分周される。例えば、１k Ｈz
では、外部クロックの周波数は４k Ｈz であり、８k Ｈ
zのサンプリングレートで１チャンネルを測定するため
に、この信号は、ファンクションゼネレータによって１
４サイクルに分周される。従って、Ａ／Ｄボードの外部
クロックチャンネルに適用される入力レートは５６k Ｈ
z になる。Ａ／Ｄボードのチャンネル１５からくる方形
パルスは、外部クロックが使用中であることを示す。
ータ５０及びＰＲＢＳコード発生器３２からの外部クロ
ックは、共同して平均化を実行するように作用する。Ｐ
ＲＢＳコード発生器からの外部クロックは、感知信号を
ＰＲＢＳ信号と同期させる。平均化に際して、ＰＲＢＳ
発生器からの外部クロックは、発振源信号とハイドロホ
ンによって測定された信号の間でドリフトが発生しない
ように使われるべきである。ファンクションゼネレータ
５０は、いつ擬似ランダムバイナリシークエンスが終了
したかをコンピュータに伝える。バイナリシークエンス
の指定された数が感知されると、これらのシークエンス
は、違いの上に積重ねられて雑音を軽減し、信号を強調
する。発振源周波数の４倍であるＰＲＢＳ発生器の周波
数レートは、入力周波数に適合するように、ファンクシ
ョンゼネレータを使って分周される。例えば、１k Ｈz
では、外部クロックの周波数は４k Ｈz であり、８k Ｈ
zのサンプリングレートで１チャンネルを測定するため
に、この信号は、ファンクションゼネレータによって１
４サイクルに分周される。従って、Ａ／Ｄボードの外部
クロックチャンネルに適用される入力レートは５６k Ｈ
z になる。Ａ／Ｄボードのチャンネル１５からくる方形
パルスは、外部クロックが使用中であることを示す。
【００５５】コンピュータのメモリに蓄えられたデータ
獲得プログラムは、ハイドロホンからの感知信号を読み
取り、感知信号をメモリに蓄え、平均化のような計算を
実行するために、外部又は内部クロックを使用する。
獲得プログラムは、ハイドロホンからの感知信号を読み
取り、感知信号をメモリに蓄え、平均化のような計算を
実行するために、外部又は内部クロックを使用する。
【００５６】ファンクションゼネレータ５０、ＰＲＢＳ
コード発生器３２及び適当なデータ獲得プログラムを備
えたコンピュータ４８が、発振源信号と測定信号の相関
を取り、平均化処理を実行するために、共同で作用す
る。この相関の出力は、１つの特定発振源位置で各ハイ
ドロホンの１つに対して一連の時間で見ることができ
る。これから、横波速度、縦波速度、剪断力、間隙率、
透水性及び標準貫通力が決定され得る。標準貫通力は、
貫通させるためにパイプを打撃しなければならない回数
によって定義される。
コード発生器３２及び適当なデータ獲得プログラムを備
えたコンピュータ４８が、発振源信号と測定信号の相関
を取り、平均化処理を実行するために、共同で作用す
る。この相関の出力は、１つの特定発振源位置で各ハイ
ドロホンの１つに対して一連の時間で見ることができ
る。これから、横波速度、縦波速度、剪断力、間隙率、
透水性及び標準貫通力が決定され得る。標準貫通力は、
貫通させるためにパイプを打撃しなければならない回数
によって定義される。
【００５７】
【実施例】本発明の一実施例に従い、６０m の深さの２
本の深い探査孔を使って、探査孔間測定を行った。圧電
音響変換器３６は、一方の探査孔中に配置され、ハイド
ロホンアレイ３８は、他方の探査孔中に配置された。探
査孔間の距離は６６．２１m であった。シークエンス長
さ４０９５を有するＰＲＢＳコードが、１７０ dＢの発
振源を、３k Ｈz のキャリア周波数で励起するために使
用された。４回の測定の平均が取られた。コンピュータ
のサンプリングレートは１２k Ｈz であった。最初に感
知されたデータは、図５及び図６の時間経過グラフに示
す如くであった。これらのグラフは、信号が最初にハイ
ドロホンアレイ３８に着いた時の時刻を示している。伝
播時間倒置法のコンピュータプログラムを使って、縦波
速度のトモグラフを作成することができた。一般的な合
同ストレス割合を仮定して、縦波速度プロファイルか
ら、間隙率、横波速度、剪断力及びＳＰＴ（標準貫通
力）打撃回数を決定し、それからトモグラフを作ること
ができる。最後に、透水性及び粒度が、２つの異なるＰ
ＲＢＳキャリア周波数で測定した縦波速度トモグラフか
ら評価できた。
本の深い探査孔を使って、探査孔間測定を行った。圧電
音響変換器３６は、一方の探査孔中に配置され、ハイド
ロホンアレイ３８は、他方の探査孔中に配置された。探
査孔間の距離は６６．２１m であった。シークエンス長
さ４０９５を有するＰＲＢＳコードが、１７０ dＢの発
振源を、３k Ｈz のキャリア周波数で励起するために使
用された。４回の測定の平均が取られた。コンピュータ
のサンプリングレートは１２k Ｈz であった。最初に感
知されたデータは、図５及び図６の時間経過グラフに示
す如くであった。これらのグラフは、信号が最初にハイ
ドロホンアレイ３８に着いた時の時刻を示している。伝
播時間倒置法のコンピュータプログラムを使って、縦波
速度のトモグラフを作成することができた。一般的な合
同ストレス割合を仮定して、縦波速度プロファイルか
ら、間隙率、横波速度、剪断力及びＳＰＴ（標準貫通
力）打撃回数を決定し、それからトモグラフを作ること
ができる。最後に、透水性及び粒度が、２つの異なるＰ
ＲＢＳキャリア周波数で測定した縦波速度トモグラフか
ら評価できた。
【００５８】堆積物データの処理及び解釈は、定性的及
び定量的性質を共に有する。堆積物データ処理の品質
は、処理データをいかに上手く解釈するかによって測定
される。図５及び図６に示した時間グラフは、非常に優
れた性質の結果を受取っている。
び定量的性質を共に有する。堆積物データ処理の品質
は、処理データをいかに上手く解釈するかによって測定
される。図５及び図６に示した時間グラフは、非常に優
れた性質の結果を受取っている。
【００５９】この実施例においては、図４に示される本
発明の実施形態を用い、コンピュータ４８は、１２個の
ハイドロホンからのデータを受取ることが可能な、Ａ／
Ｄボードを含んでいた。もしＡ／Ｄボードが、２４チャ
ンネルを受信可能であったならば、Ａ／Ｂスイッチボッ
クス４２及びスイッチ５２は不要だったであろう。
発明の実施形態を用い、コンピュータ４８は、１２個の
ハイドロホンからのデータを受取ることが可能な、Ａ／
Ｄボードを含んでいた。もしＡ／Ｄボードが、２４チャ
ンネルを受信可能であったならば、Ａ／Ｂスイッチボッ
クス４２及びスイッチ５２は不要だったであろう。
【００６０】この例においては、図４に示される実施形
態を用いて、１７０ dＢの発振源が使用されていた。も
し発振源の dＢが大きければ、１．０マイル離れた探査
孔間の品質の高い測定結果を得ることができるであろ
う。
態を用いて、１７０ dＢの発振源が使用されていた。も
し発振源の dＢが大きければ、１．０マイル離れた探査
孔間の品質の高い測定結果を得ることができるであろ
う。
【００６１】更に、実験に際して、４回の平均が行われ
ていた。しかしながら、本発明を利用する際には、任意
の回数の平均を行うことができる。
ていた。しかしながら、本発明を利用する際には、任意
の回数の平均を行うことができる。
【００６２】本発明は、ある特定の実施例を引用して説
明されていたが、本発明の精神及び範囲から離れること
なく、様々な変形を行うことができることは明らかであ
る。例えば、本発明による探査孔を用いることなく地中
のトモグラフィを測定することができる。又、それぞれ
の位置が判っていれば、ＰＲＢＳ発振源と受信器間の位
置の多くの相対的な位置関係や変形を用いることができ
る。更に、様々な理論や関係式を用いることによって、
空隙率、透水性、透水性プロファイル、剪断変形率や剪
断力のような特性の決定及び計算が行われていたが、Ｐ
ＲＢＳ発振源が地中の所定位置に位置され、地中の、該
ＰＲＢＳ発振源から離れた別の所定位置に単一又は複数
の受信器が位置され、ＰＲＢＳ発振源が励起されて受信
器に向けて地震エネルギが伝播され、ＰＲＢＳ発振源と
受信器間で測定が直接行われるような、本発明に従う方
法の結果に基づくものである限り、他の分析的な方法を
利用することも可能である。
明されていたが、本発明の精神及び範囲から離れること
なく、様々な変形を行うことができることは明らかであ
る。例えば、本発明による探査孔を用いることなく地中
のトモグラフィを測定することができる。又、それぞれ
の位置が判っていれば、ＰＲＢＳ発振源と受信器間の位
置の多くの相対的な位置関係や変形を用いることができ
る。更に、様々な理論や関係式を用いることによって、
空隙率、透水性、透水性プロファイル、剪断変形率や剪
断力のような特性の決定及び計算が行われていたが、Ｐ
ＲＢＳ発振源が地中の所定位置に位置され、地中の、該
ＰＲＢＳ発振源から離れた別の所定位置に単一又は複数
の受信器が位置され、ＰＲＢＳ発振源が励起されて受信
器に向けて地震エネルギが伝播され、ＰＲＢＳ発振源と
受信器間で測定が直接行われるような、本発明に従う方
法の結果に基づくものである限り、他の分析的な方法を
利用することも可能である。
【００６３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、擬
似ランダムバイナリシークエンスコードを発振音響波に
用いて、相関により他の雑音と識別するようにしたの
で、杭打ちや重機の走行等の雑音がある場所でも、地層
の非破壊測定が可能となる上に、一回の測定可能距離が
数百メートルに及び、精度も著しく向上することができ
るという優れた効果を有する。
似ランダムバイナリシークエンスコードを発振音響波に
用いて、相関により他の雑音と識別するようにしたの
で、杭打ちや重機の走行等の雑音がある場所でも、地層
の非破壊測定が可能となる上に、一回の測定可能距離が
数百メートルに及び、精度も著しく向上することができ
るという優れた効果を有する。
【００６４】発明者の実験によれば、製鉄所内の、杭打
ち機や、ブルドーザが走行する雑音の多い場所におい
て、２２０m スパンまで測定可能であることが実際に確
認できた。
ち機や、ブルドーザが走行する雑音の多い場所におい
て、２２０m スパンまで測定可能であることが実際に確
認できた。
【図１】本発明で用いられる擬似ランダムバイナリシー
クエンスコード信号の例を示すタイムチャート
クエンスコード信号の例を示すタイムチャート
【図２】同じく受信した音響波と相関をとった後の音響
波の例を示す線図
波の例を示す線図
【図３】音響トモグラフィのための発振源と受信器の配
置を含む、本発明の一実施形態を示すための、堆積層の
垂直断面を示す断面図
置を含む、本発明の一実施形態を示すための、堆積層の
垂直断面を示す断面図
【図４】本発明の一実施形態で使用された装置を示すブ
ロック線図
ロック線図
【図５】あるハイドロホンによって感知された初期デー
タを示す線図
タを示す線図
【図６】他のハイドロホンによって感知された初期デー
タの例を示す線図
タの例を示す線図
１０…ＰＲＢＳ発振器 １１、１４…探査孔 １２、１３…ハイドロホン ２１、３２…ＰＲＢＳコード発生器（ＰＲＢＳ Ｃode
Ｇenerator） ３０…周波数シンセサイザ（Ｆrequency Ｓynthesize
r） ３６…圧電音響変換器（Ｓource ） ３８…ハイドロホンアレイ（Ｈydrophone Ａrray） ４４…信号増幅フィルタ（Ｓignal Ａmplifier Ｆilte
r ） ４６…データ獲得ボックス（Ｄata Ａcquisition Ｂo
x） ４８…コンピュータ（Ｃomputer ） ５０…ファンクションゼネレータ（Ｆunction Ｇenerat
or）
Ｇenerator） ３０…周波数シンセサイザ（Ｆrequency Ｓynthesize
r） ３６…圧電音響変換器（Ｓource ） ３８…ハイドロホンアレイ（Ｈydrophone Ａrray） ４４…信号増幅フィルタ（Ｓignal Ａmplifier Ｆilte
r ） ４６…データ獲得ボックス（Ｄata Ａcquisition Ｂo
x） ４８…コンピュータ（Ｃomputer ） ５０…ファンクションゼネレータ（Ｆunction Ｇenerat
or）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−198794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−173776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01V 1/02
Claims (7)
- 【請求項１】地中の既知の位置に受信器を配置し、 地中の、前記受信器に関して既知の位置に、擬似ランダ
ムコード震動エネルギの発振源を配置し、 前記擬似ランダムコードに従って該発振源を励起して、
該発振源から前記受信器に震動エネルギを伝播させ、 前記発振源の位置から前記受信器の位置に向かって伸び
る経路中の前記震動エネルギの擬似ランダムコード地震
波特性を測定することを特徴とする地層の物理特性の音
響波を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項２】請求項１において、更に、前記発振源を前
記受信器に対して移動し、該発振源を再び励起して、前
記受信器に向かって伸びる新しい経路中の擬似ランダム
コード地震波特性を更に測定することを特徴とする地層
の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項３】請求項１又は２において、前記震動エネル
ギの発振源が圧電セラミック変換器であることを特徴と
する地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項４】請求項１又は２において、前記地震波特性
の測定に際して、伝播した震動エネルギの固有減衰及び
速度を測定することを特徴とする地層の物理特性の音響
波を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項５】請求項１又は２において、前記測定された
地震波特性が、縦波速度の周波数特性や固有減衰の周期
数特性を含むことを特徴とする地層の物理特性の音響波
を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項６】請求項１又は２において、擬似ランダム信
号の周波数が変化することを特徴とする地層の物理特性
の音響波を用いた非破壊測定方法。 - 【請求項７】請求項６において、前記擬似ランダムコー
ドのキャリア周波数が、ほぼ１、２、４、８及び１０Ｋ
Ｈz の所で変化することを特徴とする地層の物理特性の
音響波を用いた非破壊測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9126157A JP2862171B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9126157A JP2862171B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21891992A Division JPH0820438B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068779A JPH1068779A (ja) | 1998-03-10 |
| JP2862171B2 true JP2862171B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=14928093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9126157A Expired - Lifetime JP2862171B2 (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2862171B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU1117200A (en) * | 1998-10-16 | 2000-05-08 | Strm, Llc | Method for 4d permeability analysis of geologic fluid reservoirs |
| JP2003014863A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-15 | Fujita Corp | 地山探査方法 |
| JP3919015B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2007-05-23 | 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 音響トモグラフィを用いた樹木内部の非破壊検査方法及び装置 |
| JP5186538B2 (ja) * | 2010-07-12 | 2013-04-17 | 株式会社フジタ | 地山探査方法 |
| JP2013194362A (ja) * | 2012-03-15 | 2013-09-30 | Maeda Corp | 液状化対策における地盤改良工法 |
| WO2016170676A1 (ja) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 | 調査方法、発震器及び調査システム |
| JP7051050B2 (ja) * | 2018-04-02 | 2022-04-11 | 株式会社Ihi | 物理探査方法及び音源 |
| JP7060533B2 (ja) * | 2019-02-26 | 2022-04-26 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | せん断波速度測定装置 |
| CN115266514B (zh) * | 2022-05-11 | 2024-07-02 | 中国石油大学(华东) | 一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法 |
-
1997
- 1997-05-16 JP JP9126157A patent/JP2862171B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1068779A (ja) | 1998-03-10 |
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