JPH067167B2 - 地下人工弾性波の測定用ゾンデ - Google Patents
地下人工弾性波の測定用ゾンデInfo
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- JPH067167B2 JPH067167B2 JP63093337A JP9333788A JPH067167B2 JP H067167 B2 JPH067167 B2 JP H067167B2 JP 63093337 A JP63093337 A JP 63093337A JP 9333788 A JP9333788 A JP 9333788A JP H067167 B2 JPH067167 B2 JP H067167B2
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- wave
- axis
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Description
本発明は、地下探査等を行うために、ボーリング孔内で
人工的に弾性波を発生させ、それを同じボーリング孔内
で電気信号として検知し測定する地下人工弾性波の測定
用ゾンデに関する。
人工的に弾性波を発生させ、それを同じボーリング孔内
で電気信号として検知し測定する地下人工弾性波の測定
用ゾンデに関する。
従来、水を満たしたボーリング孔内に発振器と受振器と
を、ボーリング孔軸（以下、単に孔軸と記す）方向に互
いに所定間隔だけ離して配置し、発振器の振動を水を介
してボーリング孔の周壁部（以下、孔壁という）に伝達
し、その孔壁を伝播してきたＳ波（剪断波）またはＰ波
（圧力波）を受振器で電気信号として検知する方法とし
て、次のように円筒形圧電式発振器を使用した屈折波法
（間接波法）と孔壁固着型受振器または漂遊型受振器を
使用した直接波法と、４極圧電式発振器を使用した４極
剪断波法が知られているが、それぞれ下記のような問題
があった。
を、ボーリング孔軸（以下、単に孔軸と記す）方向に互
いに所定間隔だけ離して配置し、発振器の振動を水を介
してボーリング孔の周壁部（以下、孔壁という）に伝達
し、その孔壁を伝播してきたＳ波（剪断波）またはＰ波
（圧力波）を受振器で電気信号として検知する方法とし
て、次のように円筒形圧電式発振器を使用した屈折波法
（間接波法）と孔壁固着型受振器または漂遊型受振器を
使用した直接波法と、４極圧電式発振器を使用した４極
剪断波法が知られているが、それぞれ下記のような問題
があった。
屈折波法は、第８図（Ｉ），(II)に示すように発振器１
として円筒形圧電素子を使用し、これからボーリング孔
２の孔軸Ｏと直交する全方向に、つまりＰ波を放射状に
発振する。このＰ波は、ボーリング孔２内の水を介して
その孔壁に伝達する。そして、ここで屈折Ｐ波と、Ｐ波
がＳ波に変換された変換Ｓ波とが発生し、両者とも孔壁
に沿って伝播する。その伝播する屈折Ｐ波は再びボーリ
ング孔２内の水中を屈折し、また変換Ｓ波はＰ波に再び
変換されて受振器３に受振される。この受振器３は、発
振器１と同じく円筒形の圧電素子で構成されている。 問題点……Ｐ波はＳ波より伝播速度が速いため、先にＰ
波が受振器３に検知され、その後Ｓ波が検知される。従
って、記録紙上では、Ｓ波がＰ波の波形の後に重畳して
表れ、両波が十分に分離していないため、読み取り難
い。また、孔壁における孔内水と地層の屈折Ｓ波を利用
しているため、水の伝播速度（約１５００m/s）より遅
いＳ波速度をもつ地層の測定はできない。 直接波法は、発振器としていわゆる電磁型発振器、また
受振器として孔壁固着型受振器または漂遊型受振器を使
用する。電磁型発振器は、コイルとその中を通る永久磁
石とを有し、電磁力によってボビン組立体が運動し、そ
のピストン運動で水を放出することによって、孔軸と直
交する一方向に、つまり非対称的に発振し、Ｓ波を発生
する。孔壁固着型受振器は、第９図に示すようにその受
振器７自体を孔壁２に固定してこの孔壁２の変位を受振
器７に直接伝達し、該受振器７内においてその運動を電
磁誘導誘導作用によって検知する。また、第１０図に示
すように漂遊式受振器８は、ボーリング孔内の水中を漂
遊させ、孔壁２の音圧を孔内水を介して受振器８に作用
させ、それを電磁誘導作用によって検知する。 問題点……Ｓ波を直接検知できるが、孔壁固着式及び漂
遊式のいずれも質点速度と比例する電圧感度を有する動
電型受振器を使用しているため、高周波で感度が低下
し、Ｓ波速度の大きい硬い地層の測定は難しい。また、
Ｓ波の検知に当たり、液柱を伝播するチューブウェーブ
の攪乱を受け易い。 ４極剪断波法は、詳細には特開昭58-210585号公報に開
示されているように、発振器として、４枚の圧電素子板
をゾンデの軸線（孔軸）の回りに４面対向配置関係にし
た４極型発振器を、また受振器として発振器と同一構成
の４極型受振器を使用するもので、発振・受振方式とし
ては屈折波法の範疇に入る。 ４極型発振器は、第１１図にその概要を示すように、オ
イル４が封入されたゾンデ５内に、例えば正の電圧を印
加したときいずれもゾンデ５の外方へ歪む第１の圧電素
子板６１と第２の圧電素子板６２とを、ゾンデ５の一本
の直径線Ｉ−Ｉ（第１の発振軸）に沿って両側に対向配
置させ、また正の電圧を印加したときいずれもゾンデ５
の内方へ歪む第２の圧電素子板６２と第４の圧電素子板
６４とを、上記直径線Ｉ−Ｉとは直交する別の直径線II
−II（第２の発振軸）に沿って両側に対向配置したもの
である。これら４枚の圧電素子板６１〜６４に同時に正
負の電圧を交互に印加すると、第１及び第２の圧電素子
板６１，６２とが第１の発振軸に沿って正のＰ波をそれ
ぞれ発生したとき、第３及び第４の圧電素子板６３，６
３は第２の発振軸に沿ってそれぞれ負のＰ波を発生す
る。すなわち正負の対称振動が生じる。その指向性パタ
ーンは、破線で示すように、第１の発振軸と第２の発振
軸との２等分線上に４つのＳ波最大エネルギーが生じ
る。 このように発振された４つのＰ波は、ゾンデ５内のオイ
ル４を介して孔内水に伝達され、さらにこれから孔壁に
伝播して合成され、その合成Ｐ波が地層へと屈折し４つ
のＰ波の共通成分のみが互いに干渉することにより、地
層に４極剪断波（４極のＳ波）が生じる。この４極Ｓ波
は孔内水に戻り、４極型受振器内のオイルを介しその４
極の圧電素子板によって各極ごとに検知される。４極型
受振器の４枚の圧電素子板は、４極型発振器の４枚の圧
電素子板と方位を同じにしてある。 問題点……４つのＰ波を発生してそれを地層で合成さ
せ、その合成による干渉によって４極Ｓ波を生じさせ、
それを各極ごとに検知して測定データの和をとるため、
測定結果におけるノイズは少なくなるものの、データの
処理が複雑になる。また、間接波法の欠点である水のＰ
波速度（約1500m/sec）より遅い地層のＳ波速度は検知
できない。 本発明の目的は、従来のこのような問題点に鑑み、特に
Ｓ波を直接かつ簡単にしかも硬い地層でも精度良くかつ
容易に測定できるとともに、持ち運びや保管や部品交換
等の取り扱いが容易で、しかも受振部の数を簡単に増設
できる地下人工弾性波の測定用ゾンデを提供することに
ある。
として円筒形圧電素子を使用し、これからボーリング孔
２の孔軸Ｏと直交する全方向に、つまりＰ波を放射状に
発振する。このＰ波は、ボーリング孔２内の水を介して
その孔壁に伝達する。そして、ここで屈折Ｐ波と、Ｐ波
がＳ波に変換された変換Ｓ波とが発生し、両者とも孔壁
に沿って伝播する。その伝播する屈折Ｐ波は再びボーリ
ング孔２内の水中を屈折し、また変換Ｓ波はＰ波に再び
変換されて受振器３に受振される。この受振器３は、発
振器１と同じく円筒形の圧電素子で構成されている。 問題点……Ｐ波はＳ波より伝播速度が速いため、先にＰ
波が受振器３に検知され、その後Ｓ波が検知される。従
って、記録紙上では、Ｓ波がＰ波の波形の後に重畳して
表れ、両波が十分に分離していないため、読み取り難
い。また、孔壁における孔内水と地層の屈折Ｓ波を利用
しているため、水の伝播速度（約１５００m/s）より遅
いＳ波速度をもつ地層の測定はできない。 直接波法は、発振器としていわゆる電磁型発振器、また
受振器として孔壁固着型受振器または漂遊型受振器を使
用する。電磁型発振器は、コイルとその中を通る永久磁
石とを有し、電磁力によってボビン組立体が運動し、そ
のピストン運動で水を放出することによって、孔軸と直
交する一方向に、つまり非対称的に発振し、Ｓ波を発生
する。孔壁固着型受振器は、第９図に示すようにその受
振器７自体を孔壁２に固定してこの孔壁２の変位を受振
器７に直接伝達し、該受振器７内においてその運動を電
磁誘導誘導作用によって検知する。また、第１０図に示
すように漂遊式受振器８は、ボーリング孔内の水中を漂
遊させ、孔壁２の音圧を孔内水を介して受振器８に作用
させ、それを電磁誘導作用によって検知する。 問題点……Ｓ波を直接検知できるが、孔壁固着式及び漂
遊式のいずれも質点速度と比例する電圧感度を有する動
電型受振器を使用しているため、高周波で感度が低下
し、Ｓ波速度の大きい硬い地層の測定は難しい。また、
Ｓ波の検知に当たり、液柱を伝播するチューブウェーブ
の攪乱を受け易い。 ４極剪断波法は、詳細には特開昭58-210585号公報に開
示されているように、発振器として、４枚の圧電素子板
をゾンデの軸線（孔軸）の回りに４面対向配置関係にし
た４極型発振器を、また受振器として発振器と同一構成
の４極型受振器を使用するもので、発振・受振方式とし
ては屈折波法の範疇に入る。 ４極型発振器は、第１１図にその概要を示すように、オ
イル４が封入されたゾンデ５内に、例えば正の電圧を印
加したときいずれもゾンデ５の外方へ歪む第１の圧電素
子板６１と第２の圧電素子板６２とを、ゾンデ５の一本
の直径線Ｉ−Ｉ（第１の発振軸）に沿って両側に対向配
置させ、また正の電圧を印加したときいずれもゾンデ５
の内方へ歪む第２の圧電素子板６２と第４の圧電素子板
６４とを、上記直径線Ｉ−Ｉとは直交する別の直径線II
−II（第２の発振軸）に沿って両側に対向配置したもの
である。これら４枚の圧電素子板６１〜６４に同時に正
負の電圧を交互に印加すると、第１及び第２の圧電素子
板６１，６２とが第１の発振軸に沿って正のＰ波をそれ
ぞれ発生したとき、第３及び第４の圧電素子板６３，６
３は第２の発振軸に沿ってそれぞれ負のＰ波を発生す
る。すなわち正負の対称振動が生じる。その指向性パタ
ーンは、破線で示すように、第１の発振軸と第２の発振
軸との２等分線上に４つのＳ波最大エネルギーが生じ
る。 このように発振された４つのＰ波は、ゾンデ５内のオイ
ル４を介して孔内水に伝達され、さらにこれから孔壁に
伝播して合成され、その合成Ｐ波が地層へと屈折し４つ
のＰ波の共通成分のみが互いに干渉することにより、地
層に４極剪断波（４極のＳ波）が生じる。この４極Ｓ波
は孔内水に戻り、４極型受振器内のオイルを介しその４
極の圧電素子板によって各極ごとに検知される。４極型
受振器の４枚の圧電素子板は、４極型発振器の４枚の圧
電素子板と方位を同じにしてある。 問題点……４つのＰ波を発生してそれを地層で合成さ
せ、その合成による干渉によって４極Ｓ波を生じさせ、
それを各極ごとに検知して測定データの和をとるため、
測定結果におけるノイズは少なくなるものの、データの
処理が複雑になる。また、間接波法の欠点である水のＰ
波速度（約1500m/sec）より遅い地層のＳ波速度は検知
できない。 本発明の目的は、従来のこのような問題点に鑑み、特に
Ｓ波を直接かつ簡単にしかも硬い地層でも精度良くかつ
容易に測定できるとともに、持ち運びや保管や部品交換
等の取り扱いが容易で、しかも受振部の数を簡単に増設
できる地下人工弾性波の測定用ゾンデを提供することに
ある。
本発明によるゾンデは、図３に示すように、全体として
重錘を兼ねるバッテリケース13と発振部14と少なくとも
一つの振動緩衝部151と少なくとも一つの受振部161とで
構成される。 バッテリケース13は、図６の例示のように、金属製の重
量の重い本体33に電池収納孔34を設け、この電池収納孔
34内に乾電池35を着脱自在に収納し、その下端をキャッ
プ36で閉じ、また本体33の上端に、コネクタ37を有する
ジョイント38を固着してなる。 受振部161は、図４の例示のように、その軸線Ｙ−Ｙと
受振軸Ｘ２−Ｘ２を直交する向きにした受振素子23を、
導水孔21内に設けるとともに、コネクタを有するジョイ
ント16aを上下両端に設けてなる。 発振部14は、その軸線Ｙ−Ｙと受振軸Ｘ１−Ｘ１を直交
する向きにした受振素子32を、受振部161と同様に、導
水孔21内に設けるとともに、コネクタを有するジョイン
ト14aを上下両端に設けてなる。 振動緩衝部151は、図４の例示のように、弾性材質の本
体内に軸線Ｙ−Ｙに沿ってケーブル29を埋設するととも
に、コネクタを有するジョイント15aを上下両端に設け
てなる。 そして、バッテリケース13の上端に、発振部14をこれら
のジョイント38・ジョイント14aにより着脱自在に連結
して互いのコネクタを接合し、またこの発振部14の上端
に、振動緩衝部151をこれらのジョイント14a・15aによ
り着脱自在に連結して互いのコネクタを接合し、さらに
この振動緩衝部151の上端に、受振部161をこれらのジョ
イント15a・16aにより着脱自在に連結して互いのコネク
タを接合したものである。
重錘を兼ねるバッテリケース13と発振部14と少なくとも
一つの振動緩衝部151と少なくとも一つの受振部161とで
構成される。 バッテリケース13は、図６の例示のように、金属製の重
量の重い本体33に電池収納孔34を設け、この電池収納孔
34内に乾電池35を着脱自在に収納し、その下端をキャッ
プ36で閉じ、また本体33の上端に、コネクタ37を有する
ジョイント38を固着してなる。 受振部161は、図４の例示のように、その軸線Ｙ−Ｙと
受振軸Ｘ２−Ｘ２を直交する向きにした受振素子23を、
導水孔21内に設けるとともに、コネクタを有するジョイ
ント16aを上下両端に設けてなる。 発振部14は、その軸線Ｙ−Ｙと受振軸Ｘ１−Ｘ１を直交
する向きにした受振素子32を、受振部161と同様に、導
水孔21内に設けるとともに、コネクタを有するジョイン
ト14aを上下両端に設けてなる。 振動緩衝部151は、図４の例示のように、弾性材質の本
体内に軸線Ｙ−Ｙに沿ってケーブル29を埋設するととも
に、コネクタを有するジョイント15aを上下両端に設け
てなる。 そして、バッテリケース13の上端に、発振部14をこれら
のジョイント38・ジョイント14aにより着脱自在に連結
して互いのコネクタを接合し、またこの発振部14の上端
に、振動緩衝部151をこれらのジョイント14a・15aによ
り着脱自在に連結して互いのコネクタを接合し、さらに
この振動緩衝部151の上端に、受振部161をこれらのジョ
イント15a・16aにより着脱自在に連結して互いのコネク
タを接合したものである。
本発明のゾンデによる測定原理について、第１図を参照
して説明する。 ボーリング孔１１内の液中に受振素子23を、鉛直な孔軸
Ｏ−Ｏと直交する１本の受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿って該孔
軸Ｏ−Ｏに対して不動になるように没入させる。そし
て、この孔軸Ｏ−Ｏと平行に振動しながらボーリング孔
壁を伝播するＳ波によって作用する音圧により上記受振
素子23をその受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿い歪ませ、それに基
づく電気信号を検知する。 従って、１個の受振素子23は、鉛直な孔軸Ｏ−Ｏと直交
する１本の受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿いかつ該孔軸Ｏ−Ｏに
対し不動であるため、伝播してきたＳ波によって孔壁が
第２図に示すように変位して孔内水が動揺しても、定位
置で静止したまま孔壁との相対加速度運動によって生じ
る音圧を受け、孔軸Ｏ−Ｏに対して非対称振動のみを検
知する。 また、本発明のゾンデによれば、発振部と受信部とがゴ
ム等の振動緩衝部を介して連結されているため、発振部
からの振動は受振部へ直接には伝わらない。バッテリケ
ースは下端において重錘を兼ねるため、ゾンデ全体の慣
性を大きくすることができるとともに、重錘を別に備え
る必要がない。しかも、ゾンデの駆動電源が受振部より
下側に位置するため、発振部の発振時における誘導ノイ
ズを極力小さくすることができる、また、発振部、受振
部、振動緩衝部及びバッテリケースを個別に交換するこ
とができる。さらに、受振部を、振動緩衝部を介して何
段でも増設できる。
して説明する。 ボーリング孔１１内の液中に受振素子23を、鉛直な孔軸
Ｏ−Ｏと直交する１本の受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿って該孔
軸Ｏ−Ｏに対して不動になるように没入させる。そし
て、この孔軸Ｏ−Ｏと平行に振動しながらボーリング孔
壁を伝播するＳ波によって作用する音圧により上記受振
素子23をその受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿い歪ませ、それに基
づく電気信号を検知する。 従って、１個の受振素子23は、鉛直な孔軸Ｏ−Ｏと直交
する１本の受振軸Ｘ２−Ｘ２に沿いかつ該孔軸Ｏ−Ｏに
対し不動であるため、伝播してきたＳ波によって孔壁が
第２図に示すように変位して孔内水が動揺しても、定位
置で静止したまま孔壁との相対加速度運動によって生じ
る音圧を受け、孔軸Ｏ−Ｏに対して非対称振動のみを検
知する。 また、本発明のゾンデによれば、発振部と受信部とがゴ
ム等の振動緩衝部を介して連結されているため、発振部
からの振動は受振部へ直接には伝わらない。バッテリケ
ースは下端において重錘を兼ねるため、ゾンデ全体の慣
性を大きくすることができるとともに、重錘を別に備え
る必要がない。しかも、ゾンデの駆動電源が受振部より
下側に位置するため、発振部の発振時における誘導ノイ
ズを極力小さくすることができる、また、発振部、受振
部、振動緩衝部及びバッテリケースを個別に交換するこ
とができる。さらに、受振部を、振動緩衝部を介して何
段でも増設できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第３図は、本発明によるゾンデ10を、水を満たしたボー
リング孔11中にケーブル12によって吊り降ろした使用状
態を示す。このゾンデ10は、図の例では、下端よりバッ
テリケース13と発振部14と第１の振動緩衝部151と第１
の受振部161と第２の振動緩衝部152と第２の受振器162
とを順次直列にかつ着脱自在に連結して構成されてい
る。第１の受振部161及び第２の受振部162よりの受振に
係る電気信号（アナログ信号）はケーブル12を介して地
上の入出力処理ユニット17へ伝送される。この入出力処
理ユニット17は増幅器、波形処理回路、フィルタ、深度
計等を含み、これにて処理された信号はＤ／Ａ・Ａ／Ｄ
変換器18によってデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ
を含むデータ処理・収録部19によって入力され、ここで
演算及びデータ処理され収録される。 一方、データ処理・収録部19からの発振のためのデジタ
ル信号は、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換器18によってアナログ信
号に変換され、入出力処理ユニット17によって波形処理
後、ケーブル12を介して発振部14内へ送信されその内部
の電気回路によって昇圧される。 第１及び第２の受振部161，162は実質的にはほぼ同じ構
造で、第４図は第１の受振部161の断面図である。同図
において、受振部161は、円柱形の金属製本体20の上端
に円筒形の電気回路ケースを直列に螺合連結している。
本体20の下端部には左右に貫通する円形の導水孔21が穿
設され、またこの上側に半円形で縦長の配線凹部22が切
欠形成されている。 導水孔21内の中間部には、第５図に示すようにバイモル
フ構造の圧電素子（例えば、黄銅板の両面に圧電セラミ
ックスを蒸着したもの）で構成された板状の受振素子23
が次のように垂直に設置されている。すなわち、受振素
子23の上下両端部を、導水孔21の中間部の上下両側に設
けられた案内溝24に入れ、上下の締めネジ25を締めて上
下の押さえ板26で固定してあり、受振素子23の受振軸Ｘ
２−Ｘ２はゾンデ10の軸線Ｙ−Ｙと直交する方向に向い
ている。なお、受振素子23はゴム等の防水材で包被さ
れ、この防水材を介して導水孔21の両方からの水圧を受
けるようになっている。 導水孔21内には、受振素子23のための電気回路を実装し
た回路基板24が支持柱25に支持されている。そして、そ
の電気回路と受振素子23とは、本体20に植設された端子
26及び配線凹部22内のコード27を介して電気接続されて
いる。配線凹部22は蓋板28によって液密に密封されてい
る。 第１及び第２の振動緩衝部151，152は、発振部14からの
音波を緩衝するためゴム等の弾性材質の円柱体になって
おり、その円柱体（本体）内に、軸線に沿ってケーブル
29を埋設している。そしてこれら振動緩衝部151，152と
第１の受振部161とは、それらのジョイント部15a，16a
にスリーブナット30を螺合して着脱自在に連結され、ま
た受振部161側の電気系統はコネクタ31によって上下の
ケーブル29と電気接続される。 第２の受振部162は第１の受振部161と同じ構造である。 発振部14は、第１の受振部161では受振素子23を構成し
ているバイモルフ構造の圧電素子が、受振とは逆の発振
作用を行う受振素子32（第１図）を構成していることに
おいて、第１の受振部161と相違するが、その他につい
ては実質的に同じである。受振素子32は、その発振軸Ｘ
１−Ｘ１がゾンデ10の軸線Ｙ−Ｙと直交ししかも第１及
び第２の受振部161，162の受振軸Ｘ２−Ｘ２と同じ向き
になっている。 バッテリケース13は、第６図及び第７図に示すように金
属製の重量の重い円柱形の本体33に３本の電池収納孔34
を設け、これらに充電式の乾電池35を着脱自在に収納
し、その下端をキャップ36で閉じ、また本体33の上端
に、コネクタ37を有するジョイント38を固着したもの
で、全体として重錘を兼ねるようになっている。そし
て、このバッテリケース13と発振部14とは、相互のジョ
イント38，14aにスリーブナット３９を螺合して着脱自
在に連結されている。なお、符号40はコイルスプリン
グ、41は乾電池35を充電する際に発生するガスを排気す
るための排気孔である。 ゾンデ10を第３図に示すような状態にして発振部14の発
振素子32に比較的低周波（0.5KHz〜5KHz）のパルスを印
加すると、該発振素子32は第１図に示すようにゾンデ10
の軸線Ｙ−Ｙ（孔軸Ｏ−Ｏ）と直交する発振軸Ｘ１−Ｘ
１に沿って非対称音圧Ｐを生じ、孔内水に直接に単軸発
振によるＳ波を生じさせる。孔内水はこの非対称音圧Ｐ
を直接受けて孔壁に伝達し、Ｓ波が孔壁に沿って孔軸Ｏ
−Ｏ方向に伝播する。このＳ波は孔内水を介して第１の
受振部161及び第２の受振部162に伝達されるが、そのＳ
波によって第２図に示すように孔壁が変位し孔内水が動
揺しても、ゾンデ10自体は慣性が大きくなっているた
め、孔内水によって干渉されることなく静止状態を保持
する。このため、両受振部161，162の受振素子23は、そ
の大きさ（例えば直径３cm）に比べてＳ波の波長（ほぼ
４０cm）が十分に長いことから、第１図(II)に示すよう
に孔壁との相対加速度運動による非対称音圧Ｐのみを受
ける。このため、チューブウェーブや孔壁と孔内水との
間の屈折波に乱されることはない。 なお、受振素子としては圧電型に限らず、動コイルや磁
歪型のものであっても良い。
る。 第３図は、本発明によるゾンデ10を、水を満たしたボー
リング孔11中にケーブル12によって吊り降ろした使用状
態を示す。このゾンデ10は、図の例では、下端よりバッ
テリケース13と発振部14と第１の振動緩衝部151と第１
の受振部161と第２の振動緩衝部152と第２の受振器162
とを順次直列にかつ着脱自在に連結して構成されてい
る。第１の受振部161及び第２の受振部162よりの受振に
係る電気信号（アナログ信号）はケーブル12を介して地
上の入出力処理ユニット17へ伝送される。この入出力処
理ユニット17は増幅器、波形処理回路、フィルタ、深度
計等を含み、これにて処理された信号はＤ／Ａ・Ａ／Ｄ
変換器18によってデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ
を含むデータ処理・収録部19によって入力され、ここで
演算及びデータ処理され収録される。 一方、データ処理・収録部19からの発振のためのデジタ
ル信号は、Ｄ／Ａ・Ａ／Ｄ変換器18によってアナログ信
号に変換され、入出力処理ユニット17によって波形処理
後、ケーブル12を介して発振部14内へ送信されその内部
の電気回路によって昇圧される。 第１及び第２の受振部161，162は実質的にはほぼ同じ構
造で、第４図は第１の受振部161の断面図である。同図
において、受振部161は、円柱形の金属製本体20の上端
に円筒形の電気回路ケースを直列に螺合連結している。
本体20の下端部には左右に貫通する円形の導水孔21が穿
設され、またこの上側に半円形で縦長の配線凹部22が切
欠形成されている。 導水孔21内の中間部には、第５図に示すようにバイモル
フ構造の圧電素子（例えば、黄銅板の両面に圧電セラミ
ックスを蒸着したもの）で構成された板状の受振素子23
が次のように垂直に設置されている。すなわち、受振素
子23の上下両端部を、導水孔21の中間部の上下両側に設
けられた案内溝24に入れ、上下の締めネジ25を締めて上
下の押さえ板26で固定してあり、受振素子23の受振軸Ｘ
２−Ｘ２はゾンデ10の軸線Ｙ−Ｙと直交する方向に向い
ている。なお、受振素子23はゴム等の防水材で包被さ
れ、この防水材を介して導水孔21の両方からの水圧を受
けるようになっている。 導水孔21内には、受振素子23のための電気回路を実装し
た回路基板24が支持柱25に支持されている。そして、そ
の電気回路と受振素子23とは、本体20に植設された端子
26及び配線凹部22内のコード27を介して電気接続されて
いる。配線凹部22は蓋板28によって液密に密封されてい
る。 第１及び第２の振動緩衝部151，152は、発振部14からの
音波を緩衝するためゴム等の弾性材質の円柱体になって
おり、その円柱体（本体）内に、軸線に沿ってケーブル
29を埋設している。そしてこれら振動緩衝部151，152と
第１の受振部161とは、それらのジョイント部15a，16a
にスリーブナット30を螺合して着脱自在に連結され、ま
た受振部161側の電気系統はコネクタ31によって上下の
ケーブル29と電気接続される。 第２の受振部162は第１の受振部161と同じ構造である。 発振部14は、第１の受振部161では受振素子23を構成し
ているバイモルフ構造の圧電素子が、受振とは逆の発振
作用を行う受振素子32（第１図）を構成していることに
おいて、第１の受振部161と相違するが、その他につい
ては実質的に同じである。受振素子32は、その発振軸Ｘ
１−Ｘ１がゾンデ10の軸線Ｙ−Ｙと直交ししかも第１及
び第２の受振部161，162の受振軸Ｘ２−Ｘ２と同じ向き
になっている。 バッテリケース13は、第６図及び第７図に示すように金
属製の重量の重い円柱形の本体33に３本の電池収納孔34
を設け、これらに充電式の乾電池35を着脱自在に収納
し、その下端をキャップ36で閉じ、また本体33の上端
に、コネクタ37を有するジョイント38を固着したもの
で、全体として重錘を兼ねるようになっている。そし
て、このバッテリケース13と発振部14とは、相互のジョ
イント38，14aにスリーブナット３９を螺合して着脱自
在に連結されている。なお、符号40はコイルスプリン
グ、41は乾電池35を充電する際に発生するガスを排気す
るための排気孔である。 ゾンデ10を第３図に示すような状態にして発振部14の発
振素子32に比較的低周波（0.5KHz〜5KHz）のパルスを印
加すると、該発振素子32は第１図に示すようにゾンデ10
の軸線Ｙ−Ｙ（孔軸Ｏ−Ｏ）と直交する発振軸Ｘ１−Ｘ
１に沿って非対称音圧Ｐを生じ、孔内水に直接に単軸発
振によるＳ波を生じさせる。孔内水はこの非対称音圧Ｐ
を直接受けて孔壁に伝達し、Ｓ波が孔壁に沿って孔軸Ｏ
−Ｏ方向に伝播する。このＳ波は孔内水を介して第１の
受振部161及び第２の受振部162に伝達されるが、そのＳ
波によって第２図に示すように孔壁が変位し孔内水が動
揺しても、ゾンデ10自体は慣性が大きくなっているた
め、孔内水によって干渉されることなく静止状態を保持
する。このため、両受振部161，162の受振素子23は、そ
の大きさ（例えば直径３cm）に比べてＳ波の波長（ほぼ
４０cm）が十分に長いことから、第１図(II)に示すよう
に孔壁との相対加速度運動による非対称音圧Ｐのみを受
ける。このため、チューブウェーブや孔壁と孔内水との
間の屈折波に乱されることはない。 なお、受振素子としては圧電型に限らず、動コイルや磁
歪型のものであっても良い。
以上詳述した通り本発明によれば次のような効果があ
る。 Ｓ波検知に当たり、非対称振動のみを検出できるた
め、Ｐ波やチューブウェーブの攪乱を受け難い。 孔壁の変位による音圧を定位置に静止させた受振素
子によって検出するため、すなわちＳ波の伝播による孔
壁の横方向の音圧を、鉛直な孔軸に対し不動にした受振
素子によって相対加速度運動として検知するため、従来
の直接波法に比べて感度が良くなり、硬い地層でも精度
良く測定できる。 孔内水中に没入された受振素子によるいわば直接単
軸受振であるため、方式として単純であり、解析が非常
に簡単である。 圧電型の受振素子は低周波の振動に鈍感なため、移
動しながら測定が可能となり、連続測定方式が採れる。 発振部と受振部とがゴム等の振動緩衝部を介して連
結されているため、発振部からの振動は受振部へ直接に
は伝わらない。 バッテリケースは下端において重錘を兼ねるため、
ゾンデ全体の慣性を大きくすることができるとともに、
重錘を別に備える必要がない。しかも、ゾンデの駆動電
源が受振部より下側に位置するため、発振部の発振時に
おける誘導ノイズを極力小さくすることができる。 発振部、受振部、振動緩衝部及びバッテリケースを
分離できるため、これを個別に交換でき、また持ち運び
や保管や部品交換等の取り扱いが容易である。 受振部を、振動緩衝部を介して何段でも簡単に増設
できる。
る。 Ｓ波検知に当たり、非対称振動のみを検出できるた
め、Ｐ波やチューブウェーブの攪乱を受け難い。 孔壁の変位による音圧を定位置に静止させた受振素
子によって検出するため、すなわちＳ波の伝播による孔
壁の横方向の音圧を、鉛直な孔軸に対し不動にした受振
素子によって相対加速度運動として検知するため、従来
の直接波法に比べて感度が良くなり、硬い地層でも精度
良く測定できる。 孔内水中に没入された受振素子によるいわば直接単
軸受振であるため、方式として単純であり、解析が非常
に簡単である。 圧電型の受振素子は低周波の振動に鈍感なため、移
動しながら測定が可能となり、連続測定方式が採れる。 発振部と受振部とがゴム等の振動緩衝部を介して連
結されているため、発振部からの振動は受振部へ直接に
は伝わらない。 バッテリケースは下端において重錘を兼ねるため、
ゾンデ全体の慣性を大きくすることができるとともに、
重錘を別に備える必要がない。しかも、ゾンデの駆動電
源が受振部より下側に位置するため、発振部の発振時に
おける誘導ノイズを極力小さくすることができる。 発振部、受振部、振動緩衝部及びバッテリケースを
分離できるため、これを個別に交換でき、また持ち運び
や保管や部品交換等の取り扱いが容易である。 受振部を、振動緩衝部を介して何段でも簡単に増設
できる。
第１図（Ｉ），(II)は本発明のゾンデによる測定原理の
説明図、第２図は孔壁の変位に対する受振器の関係を示
す説明図、第３図は本発明の一実施例のゾンデの使用状
態を示す説明図、第４図（Ｉ），(II)は本発明によるゾ
ンデの受振部の断面図、第５図（Ｉ），(II)，(III)は
この受振部における受振素子の支持部分の拡大断面図、
第６図及び第７図はバッテリケースの一部切欠正面図及
び断面図である。また、第８図（Ｉ），(II)は従来の屈
折波法の説明図、第９図は孔壁固着型受振器による従来
の直接波法の説明図、第10図は漂遊型受振器による従来
の直接波法の説明図、第11図は従来の４極剪断波法の説
明図である。 10……ゾンデ、13……バッテリケース、14……発振部、
151，152……振動緩衝部、161，162……受振部、14a，1
5a，16a……ジョイント、21……導水孔、23……受振素
子、32……発振素子。
説明図、第２図は孔壁の変位に対する受振器の関係を示
す説明図、第３図は本発明の一実施例のゾンデの使用状
態を示す説明図、第４図（Ｉ），(II)は本発明によるゾ
ンデの受振部の断面図、第５図（Ｉ），(II)，(III)は
この受振部における受振素子の支持部分の拡大断面図、
第６図及び第７図はバッテリケースの一部切欠正面図及
び断面図である。また、第８図（Ｉ），(II)は従来の屈
折波法の説明図、第９図は孔壁固着型受振器による従来
の直接波法の説明図、第10図は漂遊型受振器による従来
の直接波法の説明図、第11図は従来の４極剪断波法の説
明図である。 10……ゾンデ、13……バッテリケース、14……発振部、
151，152……振動緩衝部、161，162……受振部、14a，1
5a，16a……ジョイント、21……導水孔、23……受振素
子、32……発振素子。
Claims (1)
- 【請求項１】全体として重錘を兼ねるバッテリケース13
と発振部14と少なくとも一つの振動緩衝部151と少なく
とも一つの受振部161とで構成され、 バッテリケース13は、金属製の重量の重い本体33に電池
収納孔34を設け、この電池収納孔34内に乾電池35を着脱
自在に収納し、その下端をキャップ36で閉じ、また本体
33の上端に、コネクタ37を有するジョイント38を固着し
てなり、 発振部14は、その軸線Ｙ−Ｙと発振軸Ｘ１−Ｘ１を直交
する向きにした発振素子32を、導水孔21内に設けるとと
もに、コネクタを有するジョイント14aを上下両端に設
けてなり、 振動緩衝部151は、弾性材質の本体内に軸線Ｙ−Ｙに沿
ってケーブル29を埋設するとともに、コネクタを有する
ジョイント15aを上下両端に設けてなり、 受振部161は、その軸線Ｙ−Ｙと受振軸Ｘ２−Ｘ２を直
交する向きにした受振素子23を、導水孔21内に設けると
ともに、コネクタを有するジョイント16aを上下両端に
設けてなり、 上記バッテリケース13の上端に、上記発振部14をこれら
のジョイント38・ジョイント14aにより着脱自在に連結
して互いのコネクタを接合し、 この発振部14の上端に、上記振動緩衝部151をこれらの
ジョイント14a・15aにより着脱自在に連結して互いのコ
ネクタを接合し、 この振動緩衝部151の上端に、上記受振部161をこれらの
ジョイント15a・16aにより着脱自在に連結して互いのコ
ネクタを接合したことを特徴とする地下人工弾性波の測
定用ゾンデ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093337A JPH067167B2 (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 地下人工弾性波の測定用ゾンデ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63093337A JPH067167B2 (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 地下人工弾性波の測定用ゾンデ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01265185A JPH01265185A (ja) | 1989-10-23 |
| JPH067167B2 true JPH067167B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=14079452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63093337A Expired - Fee Related JPH067167B2 (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 地下人工弾性波の測定用ゾンデ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH067167B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9246266B2 (en) | 2011-11-15 | 2016-01-26 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Plug-connectable equipment combination |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0756513B2 (ja) * | 1990-06-11 | 1995-06-14 | 財団法人電力中央研究所 | 弾性波速度計測方法及びその装置 |
| JP2003050248A (ja) * | 2001-08-08 | 2003-02-21 | Akashi Corp | 検出装置 |
| JP2024039369A (ja) * | 2022-09-09 | 2024-03-22 | 国立大学法人 東京大学 | 地震探査方法、地下のモニタリング方法、地震探査システムおよび震源装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4932003A (en) * | 1982-05-19 | 1990-06-05 | Exxon Production Research Company | Acoustic quadrupole shear wave logging device |
| MA19839A1 (fr) * | 1982-07-06 | 1984-04-01 | Exxon Production Research Co | Appareil et procede de diagraphie acoustique et procede de reduction du bruit du aux ondes de compression et de stoneley . |
| JPS6216487U (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-31 | ||
| JPS6395379A (ja) * | 1986-10-11 | 1988-04-26 | Chuo Kaihatsu Kk | 地下人工弾性波の測定装置 |
-
1988
- 1988-04-18 JP JP63093337A patent/JPH067167B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9246266B2 (en) | 2011-11-15 | 2016-01-26 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Plug-connectable equipment combination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01265185A (ja) | 1989-10-23 |
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