JP2866209B2 - 三次元地中聴音器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大地内の過渡地震信号を
検出するための地震計、より詳細には、地上あるいは浅
瀬の水の環境内においてこのような信号の直交成分を検
出するためのセンサーに関する。

【０００２】反射法探査は、大地内に人工的に導入され
た反射音響インパルスを使用して大地内の地層を調べる
ための方法である。このような探査を行なうためには、
大地の表面に沿ってアレイの地震ケーブルが位置され、
これによって、一連の地中聴音器が中央に位置する記録
ステーションに相互接続される。伝統的には、個々の地
中聴音器は、上方向に伝播する波が検出されるように大
地の表面に対して垂直に方位された単一のセンサー ユ
ニットを持ち、従って、地震信号の一つの成分、例え
ば、垂直成分のみを記録できる。但し、地震信号の水平
成分が地球物理学者にとって非常に重要なものとなって
いる。地震信号の水平及び垂直成分を検出するために
は、通常、各々がそれらの感度の軸が互いに直角に方位
するように位置された三つの地中聴音器が使用される。
この構成においては、これら三つのセンサーは、二つの
水平成分及び一つの垂直成分を検出し、これらが計算的
に結合され、大地内の伝播特性が決定される。

【０００３】先行技術による三次元（３−Ｄ）地中聴音
器ユニットは、個々がそれらの感度の軸が互いに直交す
るように同一平面内に位置される三つの別個の地中聴音
器を使用する。オイオ社（Oye Corporation ）のモデル
ＳＣ−３Ｄ及びマーク プロダクト社（Mark Products
）のモデルＬ−４００は、同一平面内にお互いに等距
離だけ離れて位置される三つの地中聴音器を持つ円形ハ
ウジングを持つ。ウエスタン アトラス インターナシ
ョナル（Western Atlas International ）社の支社であ
るＬＲＳ（以前のリトン リゾース システム社）は、
ハウジングの縦軸に沿って位置される三つの地中聴音器
を持つ長方形ハウジングを使用する。これら３−Ｄ地中
聴音器は、単一地中聴音器ユニットと比較して、かなり
大きく重い。個々のユニットが大きいために、個々の地
震ケーブルが、現場で実際にこの地中聴音器を表面位置
に運ぶことができるように短いことが要求される。従っ
て、同数の３−Ｄ地中聴音器を設置するために、同数の
単一地中聴音器ユニットを設置するよりも多くのマン
パワーが必要とされる。単一地中聴音器アプリケーショ
ンの場合と同一範囲をカバーできるよりコンパクトでよ
り軽い３−Ｄ地中聴音器アセンブリーの必要性が従来か
ら感じられており、未だに実現されてない。

【０００４】地中聴音器は、一般的に、浅瀬におかれる
とき、水浸しになる傾向を持つ。上に述べられた中聴音
器ユニットもこの問題を持つ。水浸しになる一つの原因
は、ハウジングへの電気ケーブルの入り口である。現場
での長期の使用に十分に耐えるように頑丈であり、さら
にその耐水性を保持するような地中聴音器ハウジングに
対する必要性が従来より感じられており、未だに解決さ
れてない。

【０００５】先行技術には上述のような短所があるが、
本発明の１つの目的は、取扱いが簡単で、かつサイズの
小さな３−Ｄ地中聴音器を提供することにある。これに
より、ケーブルの単位長さあたりについてより多くの地
中聴音器を設置することが可能となる。本発明のもう１
つの目的は、浅い水の中に置かれたとき防水／耐水性を
示す３−Ｄ地中聴音器を提供することにある。

【０００６】本発明によれば、コンパクトなハウジング
を持つ改良された３−Ｄ地中聴音器が提供される。重力
垂直に対するハウジングの方位決定を助けるためのあわ
水準器がハウジングの外側に設けられる。このハウジン
グ内に３つの地中聴音器が配置され、これらの１つは、
ハウジングのサイズを小さくするため互いに積み重ねら
れる。個々の地中聴音器は、ハウジング内に、感度の軸
が互いに直交するように方位される。地中聴音器を遠隔
記録ユニットと相互接続するためのケーブルは、ハウジ
ング内の開口を通過し、圧縮スリーブ及び固定ナットに
よって保持される独特のシールによって包囲される。地
中聴音器組立体の底部からは、大地に突刺さり大地と地
中聴音器ハウジングとの間の改良された結合を提供する
ための少なくとも１つの好ましくは３つのスパイクが伸
びる。

【０００７】本発明のより深い理解は、本発明の以下の
より詳細な説明及び付録の図面を参照することによって
得られるものである。

【０００８】

【実施例】図１は、反射法探査の概要を示す。地球１０
の表面は、対象とされる地下領域の上の地表付近に分布
される複数個の地中聴音器１２を持つ。地表付近の別の
ポイントには、震源１４が位置する。当技術分野におい
て周知のように、好ましくは複数の震源１４がポイント
震源として挙動するように実質的に同一ポイントに配置
される。このような震源の例としては、機械式振動機、
爆薬あるいは共振器あるいは空気ガン等のようなボアホ
ール ソースが含まれる。震源１４の作動は、大地内に
地震信号１６を発生させる。これら信号１６は、球状に
広がる波面として下側方向に伝播し、様々な地下層１８
に当たり、これら地層間の音響インピーダンスの差をも
って地表に向かって反射される。地表１０の所に到達す
る反射地震信号２０が複数の地中聴音器１２によって検
出され、電気あるいは光信号に変換され、相互接続ケー
ブル２６を通して中央記録ユニットあるいはデバイス２
３に送られ、これら信号は、ここで後の処理のために記
録される。

【０００９】図２ａは、本発明によって提案され、図１
の反射法探査において採用される一例としての地中聴音
器１２の拡大された斜視図である。この地中聴音器１２
は、注入成形あるいはその他の周知の製造技術によって
形成されたポリカーボネート材料から成る概ね長方形の
ハウジング２２を持つ。地中聴音器１２の底部には、当
技術分野において周知の複数の大地結合スパイク２４が
結合される。１つあるいは複数の導線ケーブル２６が、
地中聴音器１２の内側から外側へと延長され、聴音器１
２に内蔵されたセンサーを遠隔記録ユニットに結合す
る。

【００１０】図２ｂ−２ｃは、図２ａの地中聴音器の異
なる断面図を示す。ハウジング２２は、片方の端がキャ
ップ３０を受けるように設計された下側ケース２８を含
む。ゴム ガスケットのようなシール３２が、ケース２
８とキャップ３０の間で、かつケースの上側部分にそっ
て区画されるリップ３４の回りに配置される。キャップ
３０は、ケースを閉じ、そしてキャップ３０はこれがね
じ３６によって固定されたときシール３２を圧縮し、防
水シールを実現する。ケースの底部は、前述の結合スパ
イク２４を受けるための複数のナットあるいはねじ山を
持つ柱３８を含む。これらスパイク及び様々な結合の可
能性は、当技術分野において周知であるからここでは議
論されない。

【００１１】ケースの内側は、単一のチャンバーを含む
こともできるが、本発明の１つの好ましい実施態様にお
いては、２つのチャンバー４０及び４２が区画される。
個々のチャンバーは、実質的に２つのチャンバーの上部
に伸びる壁４４によって互いに部分的に分離される。チ
ャンバー４０及び４２は、ケース内において中心を異に
する。チャンバー４０は、概ね円筒の形状を持ち、その
円筒の長手方向の軸が垂直になる方位を持つ。チャンバ
ー４２も半円筒状の凹部あるいは谷を持ち、その円筒の
長手方向の軸が水平方向に方位する。個々のチャンバー
４０あるいは４２の寸法は、電気接続のために十分な余
裕を与えられ、後に説明されるセンサーの外寸と実質的
に同一とされる。

【００１２】チャンバー４０内には、センサー４６が設
置され、地震信号に対するセンサーの感度の軸は、チャ
ンバーの軸に対して、平行になるように置かれる。チャ
ンバー４２内には、第２のセンサー４８が、その感度の
軸が、これもまた、チャンバーの軸と平行になるように
配置される。水平センサー４８の真上には、可撓性部材
５２によって分離される第３のセンサー５０が、その感
度の軸が他の２つのセンサー４６及び４８の軸に対して
直交するように配置される。センサー４８と５０の間の
可撓性部材５２は、サドル タイプのマウントであり、
センサー４８をチャンバー４２内にしっかりと固定し、
また、第３のセンサー５０を揺りかごのように受ける。
サドル マウント５２は、好ましくは、弾性材料、例え
ばネオプレーン ゴムから製造され、これはキャップ３
０がケース２８に対して固定されるとき上側センサーに
よって圧縮される。当業者においては、地中聴音器組立
体内に使用されるべきタイプのセンサーは容易に理解で
きるものであり、従って、ここでは、これについての詳
細な説明は行われない。但し、一般的に言うと、（個々
に地中聴音器としても知られる）センサーは、２つの剛
性ばねによって磁界内に宙吊りにされたワイヤー コイ
ルから成る。コイルの任意の距離に対して、任意の特定
の自然周波数における動作の最大傾斜角度は予測できる
ものである。典型的な垂直１４ヘルツ センサーは、典
型的には、これが動作を停止するまでに約５５度傾斜で
きる。１０ヘルツ センサーは、通常これが動作不能と
なるまでに約３５度傾斜する。従って、センサーの自然
周波数が低ければ低いほどこれが動作を停止するまでの
傾斜角度が鋭くなる。水平センサーの動作傾斜角度の限
界は、垂直センサーのそれよりも、重力の異なるベクト
ル回復力のために非常に厳しくなる。水平センサーの組
み立て手順は、垂直センサーの組み立て手順とほぼ同一
である。但し、その構造において、底部ばねは、コイル
組立体を支持するよう逆にされ、周知の保持リングによ
って定位置に固定される。この構成においては、この垂
直センサーがここでの水平センサーとなる。垂直センサ
ーとは異なり、ここでは、上部ばねと底部ばねとが正反
対となる。センサーの自然共振周波数は同一であり変わ
ることはない。これらばねからは、実質的に回復力は要
求されない。センサーが水平面内にとどまる限り、セン
サーは正常に動作しその電気特性が維持される。

【００１３】図面にもどる。センサー４６の上には、保
持プレート５４が横たわるが、これは、センサーをチャ
ンバ内に保持するように設計される。この保持プレート
の上部に結合され、スペーサ５６によってこれから分離
されたプリント回路（ＰＣ）基板５８が存在する。保持
プレート５４及びＰＣ基板５８の両者は、ねじ６０によ
ってケース２８に固定される。ＰＣ基板５８は、複数の
センサーと上に述べた導線ケーブルとの間の交信路とし
て機能し、センサーと導線ケーブルとを相互接続するた
めに十分な数の導線コンタクトを持つ。

【００１４】ケース２８のキャップ３０内には、ハウジ
ングが地上に設置されたとき水平であるか否かを決定す
るための水平手段が提供される。この水平手段は、好ま
しくは、凹み、つまり、カウンター シンク６４内に搭
載されたあわ水準器から成る。凹み６４内の底部内のあ
わ水準器６２とキャップ３０との間には、クッションと
して働くＯ−リング シール６６が存在する。水準器６
２は、この凹み内に耐久性透明カバー及び複数のねじ
（図示なし）によってキャップ３０に対して固定された
第２のＯ−リング７０によって保持される。この透明カ
バー６８は、好ましくは、その周囲が複数の突起７４に
よって取り巻かれたレンズ７２を持つ。レンズ７２は、
この凹み６４内のあわを拡大する。レンズを取り巻く突
起７４は、より高い盛り上げを提供し、レンズの摩滅を
防止する障壁として働き、また外来物による衝撃を軽減
する働きを持つ。

【００１５】図２ｃ、３ａ及び３ｂは、地中聴音器と導
線ケーブルの間の結合関係を示す。図２ｃに示されるよ
うに、少なくとも１つ、好ましくは、２つの穴８０及び
８２がハウジング２８の壁にあけられる。図面内に示さ
れるこの２つの穴のうちの穴８２のみが実際にハウジン
グ内を貫通する。図示されるように、もう１つの穴８０
は、後に説明される理由によって完全には貫通されず、
場合によっては、キャップがかぶせられる。個々の穴の
外側部分には、相補的にねじ山を作られたキャップある
いは固定ナットを受けるように８４の所にねじ山を持
つ。穴８２は、センサーを遠隔記録ユニットに結合する
ための十分な数の導線を持つ導線ケーブル２６のための
通路を与える。複数の地中聴音器が直列に配置されるよ
うな運用状態においては、第２の導線ケーブルが提供さ
れ、これを穴８０に通過させて類似の方法にてセンサー
を遠隔記録ユニットに結合する。地球物理探査の分野に
おける専門家であれば、このような運用状態における基
本的電気要件は明白である。

【００１６】図３ａ及び３ｂは、図２ａから図２ｃ内に
示される導線ケーブルに対する密閉構成を拡大して示す
ものである。弾性材料、例えば、ネオプレーン ゴムか
ら製造されるブーツ９０が導線ケーブル２６に沿って同
心円状に設けられ、この回りにしっかりと取り付けられ
る。ネオプレーン ゴムが示唆されたが、他の材料も同
様に使用することができる。ブーツ９０は先細りの外側
表面９２を持つが、これは、薄い遠方端９４から伸び、
厚い近端９６に向かって厚さを増し、穴８２内に受けら
れる。ブーツ９０の近端９６付近は実質的に一定の直径
部分１００をもつ、またこのブーツの形状は中程に比較
的急な傾斜の部分９８を有する。ブーツ９０の近端９６
の所に、穴８２の円周と実質的に同一の円周を持つ外側
フランジ１０２が形成される。フランジ１０２の端面１
０４は、ブーツの軸に対し同心円状に設けられた凹み１
０６を含む。この凹み内には、ケーブル アンカー１０
８が置かれ、ここでケーブル アンカー１０８は、凹み
内に形成される内側フランジ１１０によって保持され
る。ケーブル アンカー１０８は、導線ケーブル２６内
の複数の導線を受けてそれらを通過させるための複数の
穴を持つディスクである。このディスクは、導線間の電
気的短絡を防止するために絶縁材で製造される必要があ
る。ケーブル アンカーは、ケーブル アンカーの内側
の個々の導線に半田ブロック１１４を付けることによっ
て伝送ケーブル２６を保持し、こうしてケーブル アン
カーを通して導線が引きずり出されるのを防止する。

【００１７】ブーツ９０の一定の直径部分１００の外径
よりも少し小さな内径を持つ圧縮スリーブ１２０が導線
２６にそって同心円状に設けられ、部分的にブーツ９０
を包囲する。スリーブ１２０の一端において、内径が減
少され、圧縮リング１２２が形成される。スリーブの反
対端は外側フランジ１２４を持ち、この外寸はブーツの
フランジ１０２とほぼ等しい。圧縮スリーブ１２０は、
固定ナット１２６によって包囲される。固定ナット１２
６のねじ山は穴８２内のねじ山８４と噛み合い、締めつ
けられたとき、伝送ケーブル、ブーツ及び圧縮スリーブ
をケース２８に対して固定する。穴８２内で固定ナット
が締めつけられると、固定ナットの端が圧縮スリーブ１
２０の外側フランジ１２４と密着し、スリーブをブーツ
の先細の表面９２に対して上に押し付ける。固定ナット
が実質的に全部締めつけられると、圧縮リング１２２が
ブーツにおける比較的急な傾斜の部分９８を越えて移動
し、ブーツをケーブルの回りに圧縮し、防水密閉を実現
する。伝送ケーブルの回りにブーツを圧縮するのに加え
て、固定ナット１２６は、圧縮スリーブ１２０の外側フ
ランジ１２４をブーツの近端９６に追いやり、ブーツの
フランジ１０２及び１１０を穴８２の端に押しつけ、こ
こでもハウジングとの防水密閉を実現する。

【００１８】いったん地中聴音器組立体が組み立てら
れ、これを伝送ケーブルに結合するために適当な配線変
更が行われると、この地中聴音器組立体とケーブルの集
合体は調査地域に運ばれる。地表にそってケーブルが付
設されると、地中聴音器組立体が現場オペレータによっ
て大地に結合される。地中聴音器組立体を大地に結合す
る場合に、オペレータは地中聴音器組立体をあわ水準器
が上を向くように方位させる。地中聴音器組立体が次に
そのスパイクが大地を突き刺すように下方に押される。
地中聴音器組立体を大地に固定しながら、オペレータ
は、あわ水準器を観察し、ハウジングが水平になるよう
に適当に調節し、次の地中聴音器組立体へと進む。

【００１９】本発明は、ある程度の具体性を持って、つ
まり、電気感知ユニットの使用との関連で説明された。
修正及び変更、例えば、この発明への光ファイバー技術
の適用は、当業者においては当然考えられるものであ
り、これらも、請求項によってのみ制約される本発明の
範囲に入るものと考えられるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射法探査の概略を図解する。

【図２ａ】本発明によって考えられ、図１の反射法探査
によって使用される地中聴音器の拡大斜視図である。

【図２ｂ】図２ａに示される地中聴音器の断面図であ
る。

【図２ｃ】図２ａに示される地中聴音器の断面図であ
る。

【図３ａ】図２ａ−２ｃ内に示される導線ケーブルに対
する密閉構成の拡大図である。

【図３ｂ】図２ａ−２ｃ内に示される導線ケーブルに対
する密閉構成の拡大図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01V 1/00 - 1/18

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過渡地震信号の直交成分を検出するため
   の装置（１２）において、該装置が （ａ）互いに重ね合わせて閉じられ得る２つの部分（２
   ８、３０）から成るハウジング、 （ｂ）該ハウジング内に互いに直交して配置される複数
   の振動センサー（４６、４８、５０）であって、少なく
   とも１つの振動センサー（５０）が取り外し可能なスペ
   ーサとしての可撓性部材（５２）を介して別の振動セン
   サー（４８）の上に積み重ねられている複数の振動セン
   サー、ここで該可撓性部材は、該２つの部分（２８、３
   ０）を閉じて該ハウジングを形成する際に隣接する振動
   センサーの間で圧縮されるものであり、 （ｃ）該振動センサーを遠隔記録ユニット（２３）と相
   互接続するための導体手段であって、該ハウジングの内
   部から外部へと延長される導体手段（２６）、 （ｄ）該導体手段と該ハウジングを実質的に密閉するた
   めの手段（９２）、及び （ｅ）該密閉するための手段内の該導体手段を該ハウジ
   ングに固定するための手段（１０８）を含むことを特徴
   とする装置。
2. 【請求項２】 媒体（１８）を通じて伝播する過渡地震
   信号の直交成分を検出するための組立体（１２）におい
   て、該組立体が （ａ）該媒体に結合されるハウジングであって、互いに
   重ね合わせて閉じられ得る２つの部分（２８、３０）か
   ら成るハウジング、 （ｂ）該ハウジング内に互いに直交して配置される複数
   の振動センサー（４６、４８、５０）であって、少なく
   とも１つの振動センサー（５０）が取り外し可能なスペ
   ーサとしての可撓性部材（５０）を介して別の振動セン
   サー（４８）の上に積み重ねられている複数の振動セン
   サー、ここで該可撓性部材は、該２つの部分（２８、３
   ０）を閉じて該ハウジングを形成する際に隣接する振動
   センサーの間で圧縮されるものであり、 （ｃ）該振動センサーを遠隔記録ユニット（２３）に相
   互接続するための導体手段であって、該ハウジングの内
   部から外部へと延長される導体手段（２６）、 （ｄ）該導体手段のまわりに同心円状に配置され該導体
   手段と該ハウジングとを実質的に密閉するための手段
   （４２）、 （ｅ）該ハウジング内に置かれる手段であって、該ハウ
   ジングが重力の垂直方向に対して好ましい方位にあるか
   否かを決定するための手段（６８）、及び （ｆ）該導体手段を該ハウジングと固定するための、該
   密閉手段内に統合される手段（１０８）を含むことを特
   徴とする組立体。
3. 【請求項３】 大地を通じて伝播する過渡地震信号の直
   交成分を検出するための３次元地中聴音器組立体（１
   ２）において、該組立体が （ａ）中に空洞（４０）を区画し、またこの側面を貫通
   する少なくとも１つの開口を有するハウジングであっ
   て、互いに重ね合わせて閉じられ得る２つの部分（２
   ８、３０）から成るハウジング、 （ｂ）該空洞内に互いに直交して配置される複数の振動
   センサー（４６、４８、５０）であって、少なくとも１
   つの振動センサー（５０）が取り外し可能なスペーサと
   しての可撓性部材（５２）を介して別の振動センサー
   （４６、４８）のうちの１つのものの上に積み重ねられ
   ている複数の振動センサー、ここで該可撓性部材は、該
   ２つの部分（２８、３０）を閉じて該ハウジングを形成
   する際に隣接する振動センサーの間で圧縮されるもので
   あり、 （ｃ）該複数の振動センサーを遠隔記録ユニットと相互
   接続するための伝送手段であって、該ハウジング内の該
   開口から外部に延長される伝送手段（２６）、 （ｄ）該開口及び該伝送手段と密着する先細り外部表面
   を有する可撓性ブーツ（９２）、 （ｅ）該可撓性ブーツの該先細り外部表面のまわりに同
   心円状に設けられ該先細り外部表面と密着する圧縮スリ
   ーブであって、該ブーツを該伝送手段のまわりに圧着さ
   せるための圧縮スリーブ（１２０）、 （ｆ）該圧縮スリーブ及び該ハウジングと密着する固定
   ナットであって、該ブーツを該ハウジング及び該伝送手
   段のまわりに圧着させるよう保持するための固定ナット
   （１２６）、 （ｇ）該ハウジングの重力垂直に対する所定の方位を示
   すための手段であって、該ハウジングに結合される手段
   （６８）、及び （ｈ）該ハウジングに結合される手段であって、大地を
   突き刺し該ハウジングをこれに結合するための手段（２
   ４）を含むことを特徴とする３次元地中聴音器組立体。
4. 【請求項４】 該振動センサーを遠隔記録ユニットに相
   互接続するための、該ハウジングの内部から外部へと延
   長される該導体手段が、 その中に少なくとも１つの導体を持つ少なくとも１つの
   ケーブルを含むことを特徴とする請求項１の装置。
5. 【請求項５】 該導体手段と該ハウジングとを実質的に
   密閉するための該手段が、 （ａ）該ハウジングに近いケーブルの一部分を包囲する
   ためのブーツ（９２）、 （ｂ）該ブーツのまわりに同心円状に設けられる圧縮ス
   リーブ（１２０）、及び （ｃ）該圧縮スリーブのまわりに同心円状に設けられる
   固定ナット（１２６）を含み、該固定ナットが該ハウジ
   ングに対してねじの形式で挿入され、該圧縮スリーブを
   上の方向にブーツを越えて押しやり、これによって該ブ
   ーツをケーブルのまわりに固く圧縮し、該ブーツを該ハ
   ウジングに圧着させることを特徴とする請求項４の装
   置。
6. 【請求項６】 該導体手段のまわりに同心円状に配置さ
   れ該導体手段と該ハウジングとを実質的に密閉するため
   の該手段が、 （ａ）弾性ブーツ（９２）、及び （ｂ）該ハウジングと結合され、かつ該ブーツのまわり
   に同心円状に設けられる手段であって、該ハウジング及
   び該導体手段の双方に対して該ブーツを圧縮させるため
   の手段（１２０、１２６）を含むことを特徴とする請求
   項２の組立体。
7. 【請求項７】 該ハウジングが水平であるか否かを決定
   するための手段（６８）がさらに含まれることを特徴と
   する請求項１の装置。
8. 【請求項８】 該導体手段が、その中に少なくとも単一
   の導体を含む導体ケーブルを含むことを特徴とする請求
   項２の装置。
9. 【請求項９】 該伝送手段を該ハウジングに固定するた
   めの手段（１０８）がさらに含まれることを特徴とする
   請求項３の地中聴音器組立体。