JP4889900B2 - 地震波受信装置および地震波受信装置を下層土のような固体媒体に結合する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、水中聴音器および／または地中聴音器を有する地震波受信装置と、地震波受信装置を下層土などの固体媒体に結合する方法とに関する。
【０００２】
本発明による装置は、特に地下層における地震監視および探査動作に応用することができる。
【０００３】
（発明の背景）
地中で弾性波を放出する地震衝撃源または地震振動子と、不連続部分から反射された地震波を受信し記録して代表的な地震震動図を形成するために地表または井戸内に配置され、監視すべき地層に結合された地震ピックアップを備える受信装置とを有する地震システムにより、貯蔵所、たとえば、炭化水素貯蔵所や、ガスまたはその他の物質を貯蔵するために設けられる貯蔵所などの建設時にそのような貯蔵所の長期状態変動を監視することが公知である。所定の時間間隔で地震調査が実施され、貯蔵所を建設した結果として該貯蔵所に起こった変化が比較によって判定されている。
【０００４】
地表または井戸内で地層に結合された地中聴音器は一般に、地震ピックアップとして使用されている。地中聴音器は、ケーブルから吊り下げるかあるいは配管にしっかりと固定した状態で井戸内に下降させ、関節結合されたパッドまたはばねによって井戸の壁にぴったりと押し付けることができる。地中聴音器は、ケーシングの外側にしっかりと固定した状態で井戸内に下降させ、ケーシングと井戸壁との間の環状空間に注入されたセメントに埋め込むこともできる。地中聴音器は、掘削されセメントが充填された井戸に設置することもできる。
【０００５】
井戸に満たされる流体によって地層に結合される水中聴音器を使用することも公知である。
【０００６】
たとえば、ヨーロッパ特許第５９１０３７号（米国特許第５４６１５９４号）、フランス特許第２５９３２９２号（米国特許第４７７５００９号）、フランス特許第２７２８９７３号（米国特許第５７２４３１１号）、フランス特許第２７７５３４９号、または米国特許第４５３４０２０号に様々な長期地震監視システムが記載されている。
【０００７】
地中聴音器１と水中聴音器２を同じ点で組み合わせて使用すると、共通の方向であるが互いに逆の方向に伝搬する地震波３、４（図１）を分離するうえでかなりの利点がもたらされる。実際、地中聴音器１は、地震波の影響の下で得られた、探査中の媒体の粒子の速度ベクトルを、地中聴音器の軸上に投影したものを測定し、水中聴音器２は圧力を測定する。伝搬速度が一定である均質な媒体５では、この２つの量が以下の関係によって結合される。
Ｐ＝εｚＶ／ｃｏｓα
上式で、Ｐは圧力であり、
ｚは媒体の地震インピーダンスであり、
εは、地震波の伝搬方向に応じて＋１または−１に等しい係数であり、
Ｖは、粒子の速度の伝搬方向に平行な軸上の該粒子の速度であり、
αは、地中聴音器の軸と伝搬方向との間の角度である。
【０００８】
このことは、井戸に沿って設置されたピックアップが下降波および上昇波を検出する垂直地震地下探査（ＶＳＰ）動作に当てはまり、井戸に沿って互いに距離を置いて位置決めされた数対の地中聴音器および水中聴音器を使用することにより、速度測定値と圧力測定値の線形組合せによってこの２種類の地震波を簡単に分離できることが公知である。
Ｄ_esc＝Ｐ−ｚＶ／ｃｏｓα
Ｍ_ont＝Ｐ＋ｚＶ／ｃｏｓα
図２Ａ、２Ｂの地震震動図はそれぞれ、地中聴音器（速度データＶ）および水中聴音器（圧力データＰ）により垂直な井戸において記録されたデータに対応する。図２Ｃ、２Ｄの地震震動図はそれぞれ、差（Ｐ−Ｖ）および和（Ｐ＋Ｖ）に対応する。
【０００９】
データＶとデータＰは共に上昇波（Ｍ）および下降波（Ｄ）を有するが、これらのデータの差は下降波のみを有し（図２Ｃ）、これらのデータの和は上昇波のみを有する（図２Ｄ）。
【００１０】
しかし、水中聴音器と地中聴音器を組み合わせて使用することによってこの地震波判別を実施する場合、どのように水中聴音器を媒体に結合すればよいかという問題が生じる。
【００１１】
井戸内での測定の場合、水中聴音器と地層の結合は、井戸に満たされる泥によって行われる。この方法は、振幅が媒体内で伝搬される波の振幅よりもずっと高くなることが最も多い流体波と呼ばれる波に水中聴音器が直接さらされるので重大な欠点を有する。
【００１２】
（発明の概要）
本発明による装置および結合方法により、特に、井戸地震探査に応用した場合に、水中聴音器および／または地中聴音器を泥中に直接浸漬させることに関連する寄生効果をなくすことによって、水中聴音器および／または地中聴音器をたとえば地下層などの媒体に非常に効率的に結合することができる。
【００１３】
地震波受信装置は、少なくとも１つの水中聴音器と、液体が満たされており、ほぼ全面にわたって媒体にぴったりと結合されるようになされた、可撓性の壁を有する密閉シースであって、内部に水中聴音器が浸漬され、水中聴音器を信号獲得手段に接続するケーブル用の密封ダクトを備える密封プラグによって一端が閉鎖された密閉シースと、水中聴音器を含む密閉シースの近傍で媒体に結合され、かつ信号獲得手段に接続された少なくとも１つの地中聴音器と、を有し、地中聴音器と、水中聴音器を含む密閉シースとは、セメントのような硬化可能な材料を注入することによって媒体にぴったりと結合されている。
【００１６】
本発明による方法では、少なくとも１つの水中聴音器を有する地震波受信装置を下層土などの固体媒体に結合することができ、地震波受信装置を媒体内に埋めることを可能にするキャビティが設けられる。液体が満たされており、水中聴音器を信号獲得手段に接続するケーブル用の密封ダクトを備える密封プラグによって一端が閉鎖された、可撓性の壁を有する密閉シースに水中聴音器が浸漬され、シースの周りのキャビティ内にセメントなど硬化可能な材料を注入することによって、シースの可撓性の壁のほぼ全体が媒体に結合され、水中聴音器を含む密閉シースの近傍に配置された少なくとも１つの地中聴音器が、硬化可能な材料によって前記媒体に結合され、地震波受信装置は、井戸と井戸内に下降させられたチューブとの中間の空間に配置され、該空間の少なくとも一部に材料を注入することによって媒体に結合される。
【００１９】
本発明による方法および装置の他の特徴および利点は、非制限的な例を介して与えられる以下の説明を、添付の図面を参照しながら読むことによって明らかになろう。
【００２０】
（詳細な説明）
地震受信装置の１つまたは複数の水中聴音器２を下層土などの固体媒体５に結合するためにここで使用される結合方法は主として、全体的に液体８が満たされており、媒体にぴったりと結合された、可撓性の壁を有する密閉シース７に水中聴音器２を浸漬させることから成る。このシースまたはバッグ７は、水中聴音器２および充填液体８が導入される穴を有している。たとえば、パッカーなどの密閉プラグ９はシース７の内側を絶縁している。プラグ９は、たとえば、地表に配置された外側信号獲得装置Ｅに水中聴音器を接続する電気ケーブル１０のために設けられた耐水ダクト６を備えている。
【００２１】
この受信装置は、シース７が配置された空間６を充填することによって媒体５に結合することができる。シース７は、充填材料、またはたとえばセメントなど硬化可能な材料であってよい個体材料１１をシースの周りに注入することによって媒体５に結合することが好ましい。バッグ７は、設けられた空間に導入できるほど小さくなければならず、水中聴音器の活動部分が完全に液体と接触できるほど大きくなければならない。
【００２２】
やはり獲得装置Ｅに接続された地中聴音器１は、シース７内で水中聴音器２に結合されることが好ましく、地中聴音器１と水中聴音器２は、同じ結合材料１１によって媒体に結合される。
【００２３】
図２Ａから２Ｄの地震震動図は、地中聴音器と水中聴音器のこのような組合せを有するこのような装置によって得られたものである。
【００２４】
装置が配置される空間６は、ピックアップを設置するためにのみ使用される穴または井戸でよく、場合によっては、井戸内に下降させられ地下貯蔵所を建設するために使用される（地表と地底との間の流体移送動作）チューブ（たとえば、ケーシングチューブ）の周りの環状空間でよい。
【００２５】
充填材料、特にセメントによってシースを地中に埋めることにより、井戸内の流体中を伝わる強力なチューブ波に水中聴音器を直接さらすことなしに、水中聴音器および／または地中聴音器を構造にぴったりと結合することができる。この装置によって、地表から離れた位置に受信機を埋めることができ、したがって、受信機が地表の雑音の影響をほとんど受けないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 地下層内で伝搬し、この地下層に結合されたピックアップによって受信される弾性波が従う経路を概略的に示す図である。
【図２Ａ】 速度ピックアップまたは地中聴音器によって受信された信号で形成された地震震動図の例を示す図である。
【図２Ｂ】 圧力ピックアップまたは水中聴音器によって受信された信号で形成された地震震動図の例を示す図である。
【図２Ｃ】 速度信号および圧力信号の減算によって形成された地震震動図の例を示す図である。
【図２Ｄ】 速度信号および圧力信号の加算によって形成された地震震動図の例を示す図である。
【図３】 水中聴音器と媒体との結合の例を示す図である。

Claims (2)

1. 下層土のような固体媒体（５）からの地震波を対象とする受信装置であって、前記媒体のキャビティ（６）内に存在し前記媒体に結合された少なくとも１つの水中聴音器を有する地震波受信装置において、
   ほぼ全面にわたって前記媒体にぴったりと結合されるようになっており、水中聴音器（２）が浸漬される液体（８）が満たされており、前記水中聴音器を信号獲得手段（Ｅ）に接続するケーブル（１０）用の密封ダクトを備える密封プラグ（９）によって一端が閉鎖されている、可撓性の壁を有する密閉シース（７）と、
   前記水中聴音器（２）を含む前記密閉シース（７）の近傍で前記媒体に結合され、かつ前記信号獲得手段（Ｅ）に接続された少なくとも１つの地中聴音器（１）と、
   を有し、
   前記地中聴音器（１）と、前記水中聴音器（２）を含む前記密閉シース（７）とは、セメントのような硬化可能な材料（１１）を注入することによって前記媒体にぴったりと結合されている、
   ことを特徴とする地震波受信装置。
2. 少なくとも１つの水中聴音器を有する地震波受信装置を下層土のような固体媒体（５）に結合する方法であって、前記地震波受信装置を前記媒体内に埋めることを可能にするキャビティが設けられる方法において、
   液体（８）が満たされており、前記水中聴音器を信号獲得手段（Ｅ）に接続するケーブル（１０）用の密封ダクトを備える密封プラグ（９）によって一端が閉鎖された、可撓性の壁を有する密閉シース（７）に水中聴音器（２）が浸漬され、前記密閉シース（７）の周りの前記キャビティ内にセメントのような硬化可能な材料を注入することによって、前記密閉シース（７）の可撓性の壁のほぼ全体が前記媒体に結合され、
   前記水中聴音器（２）を含む前記密閉シース（７）の近傍に配置された少なくとも１つの地中聴音器（１）が、前記硬化可能な材料によって前記媒体に結合され、
   前記地震波受信装置は、井戸と前記井戸内に下降させられたチューブとの中間の空間に配置され、該空間の少なくとも一部に材料を注入することによって前記媒体に結合される
   ことを特徴とする、少なくとも１つの水中聴音器を有する地震波受信装置を下層土のような固体媒体に結合する方法。

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