JPH0355907Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案はPS検層用振源に関し、詳しくは、
孔壁に固定されることなく孔内の液体中に保持さ
れ、液体を介して孔壁に振動力を付与する型式の
PS検層用振源の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 地盤中に穿設した孔内で地下地盤のＰ波速度や
Ｓ波速度の如き弾性波伝播速度を直接測定し、そ
の測定値に基づいて地下地盤の弾性的性質等を調
査するのに用いるPS検層システムのうち、振源
及び受振器等を内蔵したプローブを地盤中に設け
た孔内に入れ、プローブを孔壁に固定することな
く孔水中に保持し、プローブ内の振源より孔水を
介して孔壁に振動を伝播させて人工的に地震波を
発生させ、孔壁を伝播する地震波を同様に孔水を
介してプローブ内の受振器により検知する型式の
所謂サスペンシヨン型PS検層システムに用いら
れる振源としては、例えば第３図Ａ，Ｂに模式的
に示された構造のものが知られている。

第３図Ａに示したもの（以下「型式の振源」
という）は、基体１５に形成した透孔１５ａの内
周面に一対のソレノイドコイル１６を固着すると
共にハンマー１７を図中左右方向に移動自在に保
持し、また透孔１５ａの端部に夫々環状体１８ａ
を取付けると共に、ハンマー１７の両端部にゴム
製の円盤体１８ｂを夫々固着し且つ円盤体１８ｂ
の外周面と環状体１８ａの内周面とを固着する構
成としたものである。一方、第３図Ｂに示したも
の（以下「型式の振源」という）は、基体２０
に形成した透孔２０ａ内に同様にソレノイドコイ
ル２１、ハンマー２２を固着しあるいは保持して
構成される点は上記と同様であるが、透孔２０ａ
の端部に夫々コツプ状の振動板２３を取付け、ま
たハンマー２２と振動板２３とを固着せず、両者
を離間させた点において相違する。

そして、型式の振源では、図示しない振源駆
動回路からの電力供給によつてソレノイドコイル
１６にパルス状の電流を流した時に発生する磁界
によつてハンマー１７が図中左あるいは右方向に
電磁力を受けて移動する。すると、ハンマー１６
の両側の円盤体１８ｂが同時に左あるいは右に変
位し、基体１５の両側には振動波が同時に発生す
る。一方、型式の振源では、同様にハンマー２
２が図中左あるいは右方向に移動すると、基体２
０の左あるいは右側にある振動板２３のいずれか
一方が打鐘され，基体１５のいずれか一側に振動
波が発生する。このようにして発生した振動波
は、媒体である孔内水を介して孔壁に地震波とし
て伝播される訳である。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、本考案者の実験によれば、上記
２つの型式の振源は、遅い地層（軟らかい地層）
の中では効率よく地震波を発生することができる
ものの、Ｓ波速度が500m／ｓを越える速い地層
（剛な地層）中では型式の振源が、また１Km／
ｓを越える地層中では型式の振源が、夫々効率
よく地盤中に地震波を発生させることができなく
なるという問題点があることがわかつた。その原
因を考察した結果、次のことが知得された。即
ち、この種の振源では、振源での振動エネルギー
を孔内水を介して孔壁に伝える機構となつてい
る。つまり、振源の振動速度が遅い場合には媒体
である水が還流するのみで孔壁に振動力は伝播さ
れないが、振動速度が速い場合には水が還流する
以前に孔壁に変位が生じて振動力が伝わる結果地
盤中に地震波が発生する。そして、このように孔
壁に変位が生じ始める振動速度は、孔壁が剛であ
る程高くなる訳である。しかしながら、上記の型
式の場合、ハンマーの移動と共に一対の円盤体
を変位させて振動波を発生させる型式であること
から、必要とする高周波成分が十分出ず、また振
動面も円盤体中央部に限られることから振源から
孔壁への振動エネルギーの伝播が効率よくなされ
ず、これが上記問題点の原因であることがわかつ
た。

一方、振源から孔壁への伝播効率を高めるため
には振源の輻射勢力を増加させることが必要であ
ることはよく知られている。そして、輻射勢力は
振源の輻射インピーダンスと振動速度との積に比
例し、このうち、輻射インピーダンスは所謂片面
ピストン振動板の型式のものでは周波数の２乗に
比例し、また所謂両面ピストン振動板の型式のも
のでは周波数の４乗に比例して夫々増大する。と
ころが、前記型式の振源の場合は上記片面ピス
トン振動板に相当し、このため高周波領域におけ
る輻射インピーダンスが著しく低下し、結果的に
これが上記問題の原因となることがわかつた。

〈問題点を解決するための手段〉 この考案のPS検層用振源は、地盤中に穿設さ
れた孔内の液体中に保持され、孔軸との直交方向
に振源力を作用させるものであつて、孔軸との直
交方向に可動なハンマーと、孔軸との直交方向に
ハンマーを駆動する駆動機構と、駆動機構を固定
支持し且つ孔軸と直交方向には上記ハンマーを収
納した透孔が形成された基体と、基体の外周上空
面に位置して上記透孔を覆い且つ孔軸方向に延在
する円筒状の振動体と、上記基体の外周と振動体
の内周面との間に密着された弾性材とからなるこ
とを要旨とする。

〈作用〉 以上のように、ハンマーで振動板を打鐘する型
式とし且つ振動体を円筒体として両面ピストン板
の型式とすることで、高周波成分の発生を大なら
しめると同時に輻射インピーダンスを大きくする
ことができる。また、振動体を円筒状としたので
振動体の振動面積を最大とすることができるた
め、この点からも輻射インピーダンスを増大する
ことができる。

〈実施例〉 第２図に示したように、一端が地上装置１４に
接続され、他端が地上に設けられたウインチ１３
からプーリー１２を介してボーリング孔８内に懸
垂した多芯ケーブル１１によつて検層用のプロー
ブ１０がボーリング孔８に満たされた水９の中に
懸垂されている。プローブ１０は、地震波発生用
の振源１０ａ及び振源駆動装置１０ｃ、振源１０
ａからフイルターチユーブ１０ｄを介して十分距
離離間した公知の受振器１０ｂ、プローブ先端位
置である振源駆動装置１０ｃの下部に固着された
錘１０ｅ、プローブ１０の多芯ケーブル取付部で
あるケーブルコネクタ１０ｆ等から構成されてい
る。

上記振源１０ａは、第１図Ａ，Ｂに示すよう
に、プローブ１０の軸長方向（ボーリング孔８の
軸長方向と同じ）に延在する基体１、基体１の外
周面上空に位置し且つ孔軸方向に延在する薄肉金
属製で円筒状の振動体５、基体外周面と振動体内
周面との間に密着された複数個のＯリング６、基
体１の側周面に形成された円柱状の透孔１ａ内に
弾性材からなる緩衝体１ｂを介して収納された下
述する振動体打鐘手段、及び基体上部に内蔵され
た駆動回路７等から構成されている。

上記振動体打鐘手段は、基体透孔内周面に固着
された一対のソレノイドコイル２と、ソレノイド
コイル２の中心部に位置し透孔１ａの軸長方向に
延在する純鉄製のハンマー４と、ハンマー４の両
端に取付けられてハンマー４を上記位置に弾性的
に保持する一対の渦巻バネ３とから構成されてい
る。

以上のように構成される振源の動作を次に説明
する。

まず、地上装置１４から多芯ケーブル１１を介
して駆動回路７には高圧電流が供給され、これに
よつて駆動回路内のコンデンサには電荷が蓄積さ
れる。そして、地上装置１４から同じく多芯ケー
ブル１１を介して駆動回路７にトリガーパルスが
供給されると、上記コンデンサ内の電荷は接点７
ａによつて選択側のされたソレノイドコイル２に
パルス状の大電流として供給される。すると、ソ
レノイドコイル２の発生した磁界によつてハンマ
ー４には電流の流れているソレノイドコイル側方
向へ電磁力が働き、ハンマー４はこの方向に渦巻
バネ３の弾撥力に抗しつつ移動して振動体５の内
周面に衝突し、振動体５が振動する。

ところで、ハンマー４が図中左右方向に交互に
移動して振動体５の左あるいは右内周面に衝突し
たとすると、振動体５はその内空が膨張、収縮を
繰り返す振動をはじめ、この振動によりＰ波成分
が孔水を介してボーリング孔壁に伝播される。ま
た、ハンマー４の打鐘の際、振動体５と基体１と
の間に介在するＯリング６の弾性により振動体５
全体が図中左右方向に高速で振動し、この振動に
よりＳ波成分も前記Ｐ波成分と共にボーリング孔
壁に伝播される。更に、振動体５は上記並びに図
示した如く円筒形状をしており、これを基体外周
に配した構造であるため、ボーリング孔内に挿入
される振源という限られた大きさの装置の中でそ
の振動面積を最大とすることができる。

尚、図示するような弾性材からなる緩衝体１ｂ
を設けたのは次の理由による。即ち、ハンマー４
が上記のように揺動することにより、その反作用
として基体１はハンマー４と逆方向に運動するよ
うになる。この運動により発生する振動も孔水中
を伝播するから、結果として１つの振源円に２つ
の振源を内蔵することになり、振源としては好ま
しくない。このため、ソレノイドコイル２、ハン
マー４、渦巻バネ３等から構成される振動体打鐘
手段と基体１との間に上記緩衝体１ｂを入れ、振
動体打鐘手段から基体１に伝わる力を減少させあ
るいは吸収し、基体１の振動防止を図つている。

次に、第３図Ａ，Ｂに示した従来の震源（型式
，）及び第３図Ｃに示した如き本考案の振源
の周波数特性を調べた所、夫々第４図Ａ〜Ｃの通
りであり、本考案のもの（第４図Ｃ）は、型式
のもの（第４図Ａ）、型式のもの（第４図Ｂ）
に較べて高周波帯で卓越していることがわかる。

また、型式，の振源と本考案の振源とを、
夫々、角柱状の凝灰岩中にあけたボーリング孔中
で同一エネルギーで駆動し、凝灰岩の側壁に取付
けた地震計で波の発生状況を観測した実験の結果
を第５図に示す。尚、この凝灰岩のＰ波速度は
2.4Km／ｓ、Ｓ波速度は1.0Km／ｓ、密度は1.7であ
る。また型式の振源では波は観測されなかつ
た。この結果は本考案品が硬岩において従来品よ
りも効率よく波を発生させていることを示したも
のである。

尚、軟弱地盤においても同様な実験を行なつた
所、本考案品は従来の型式，と同程度のＳ波
と、型式，よりも優勢なＰ波を発生させるこ
とができた。

〈考案の効果〉 以上のように構成されるこの考案のPS検層用
振源によれば高周波成分の発生を大ならしめると
共に特に高周波領域での輻射インピーダンスを著
しく大きくすることができる結果、速い地層中に
おいても極めて効率よく地震波を発生させること
が可能となるという効果を奏する。本考案者の実
験によれば、速い地層中においては、従来の型式
，の振源に較べて、供給エネルギーは同一で
も５〜10倍の振動エネルギーを孔壁に地震波とし
て伝播することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本考案の実施例を示した断面図、第
１図Ｂは第１図ＡにおけるＡ−Ａ線断面図、第２
図は実施例におけるPS検層システムを示した説
明図、第３図Ａ〜Ｃは従来の振源並びに本考案の
他の実施例の振源を示した断面図、第４図Ａ〜Ｃ
はこれらの振源の周波数特性を示したグラフ、第
５図は凝灰岩中における従来及び本考案の振源を
用いた場合に発生する地震波を示したグラフであ
る。 １，１５，２０……基体、２，１６，２１……
ソレノイドコイル、４，１７，２２……ハンマ
ー、５……振動体、６……Ｏリング、８……ボー
リング孔、１ａ……透孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 地盤中に穿設された孔内の液体中に保持され、
   孔軸との直交方向に振源力を作用させるものであ
   つて、孔軸との直交方向に可動なハンマーと、孔
   軸との直交方向に該ハンマーを駆動する駆動機構
   と、該駆動機構を固定支持し且つ孔軸と直交方向
   には該ハンマーを収納した透孔が形成された基体
   と、該基体の外周上空面に位置して該透孔を覆い
   且つ孔軸方向に延在する円筒状の振動体と、該基
   体の外周と該振動体の内周面との間に密着された
   弾性材とからなることを特徴とするPS検層用振
   源。