JPS6366483A - だ円偏波シア波を使用した地震探査方法 - Google Patents

だ円偏波シア波を使用した地震探査方法

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JPS6366483A
JPS6366483A JP62131037A JP13103787A JPS6366483A JP S6366483 A JPS6366483 A JP S6366483A JP 62131037 A JP62131037 A JP 62131037A JP 13103787 A JP13103787 A JP 13103787A JP S6366483 A JPS6366483 A JP S6366483A
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JP
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force
shear
shear wave
elliptical
wave
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JP62131037A
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ジャック・エイチ・コール
ジョン・エス・ジャージリー
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ConocoPhillips Co
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Conoco Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/02Generating seismic energy
    • G01V1/143Generating seismic energy using mechanical driving means, e.g. motor driven shaft
    • G01V1/153Generating seismic energy using mechanical driving means, e.g. motor driven shaft using rotary unbalanced masses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
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  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は一般的に地震探査に関するものである。
本発明は、それに限定されるものではないが、圧縮波と
シア波がそれぞれ含まれている様な情報をより大量に含
んでいるだ円い波シア波を使用する改良された探査方法
に関する発明である。
[従来の技術] 地震探査宴席においては、従来はだ円偏波シア波の使用
法に気付いていない。数多くの方法が圧縮波検出とシア
波検出の両者のために長年に渡って行われてきたが、特
定の場合には円形となり、更にアース媒体を通過すると
ぎ、直交する3次元において粒子運動を誘発するだ円シ
ア波の秩序だった存在の概念は明らかにない。従ってだ
円偏波シア波の粒子運動は垂直地震プロファイル(VS
P)処理、屈折または反射測量、3次元地震ill屋、
関連地震探測のいずれかを実施するための、1ないしそ
れ以上の3次元的直交探査装置によって検出できると考
えられる。
すでに発見された従来技術の中でもつとも近いものは、
ネバダ州うスベガスにおいて1983年に開かれた地球
物理学研究会で提供された文1s12.7である( ”
5hear  Wave Pplarizations
  APlea for Three−Compone
nt  Recording”と表題されている)。こ
の文書では大量の情報がシア波データから引きだし得る
という事実、およびこのような付加的データは3次元探
知によって明らかになるだろうという事実を認めている
。だがこの著者はこのようなシア波のだ円偏波の性質と
その特定の伝播性の普遍性に気付いていなかった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明はアース媒体中で、震動で発生するだ円偏波シア
波を、それに引き続きいて行われる3次元直交粒子N動
検出に利用する地震探査方法に関するものである。
垂直地震縦断図、ボアホールの穿孔探査、3成分の調査
を含む地震探査の何れかにだ円偏波シア波を利用可能な
事か予想される。そのほかにも大抵の場合に発信源が海
底に連結されているので、だ円偏波シア波発信源を海底
探査に役立てられると予測できる。
それ数本発明の目的は、与えられた震動調査処理のため
に利用可能な情報を大量に検出することを可能にする地
震発生源を提供することである。
また、正確なだ円偏波シア波をアース媒体の中に発生さ
せるための方法と装置を提供することも本発明の目的の
一つである。
本発明のざらに別の目的は新しいアース粒子運動とこれ
まで利用してきたアース粒子運動との関連を引きだし、
検出するための方法を提供することである。
最後に本発明の目的の一つは、震動発生源が地表または
海底あるいはボアホールでアース媒絆と・さまざまに同
等の効果を示しつつ結合されφ、だ円偏波シア波を利用
する方法を提供することである。
本発明の他の目的と利点は添附した本発明の図面と以下
詳細を併せて読めば明ら、かになるだろう。
[問題点解決のための手段] 上記のこの発明の目的は[クレーム1コによって達成さ
れる。
[実施例コ 音波理論に基づくなら偏波の方向は一般に、音響エネル
ギーが伝わっていく媒体における粒子の撮動方向として
定義されている。圧縮波に関しては、粒子振動方向は光
路あるいはZ軸に沿った伝播方向と共通である。水平シ
ア波と垂直シア波については、粒子振動路は伝播する方
向と直角をなす。したがって第1A図に示すように圧縮
波粒子振動はZ軸10すなわち伝達の軸に整列し、垂直
シア波の粒子運動は平面12の内にあり、水平シア波の
粒子運動は平面14内にある。平面12と14はそれぞ
れ垂直シア波と水平シア波の振動を含んでいるので、偏
波平面と言う。このように純粋な水平シア波と垂直シア
波は平面偏波と呼ばれる。
偏波シア波の中でより特殊なタイプをだ円偏波と言い、
このパターンは第1B図において基本的に慨要が描かれ
ている。すなわち2軸1Gは図の砥面より突出されたも
のと見なされる。そして伝達方向Zに対し垂直の平面に
おける粒子運動ベクトル18が伝動のサイクルそれぞれ
においてだ円20を描く。だ円偏波における粒子運動は
伝達方向に対し、垂直である2つの成分からできたもの
と考えられる。粒子運動が次の式によって与えられてい
る同じ周波数の2つの平面偏波シア波を考えてみる。
Dx −aX of cos (wt−kz)DY −
aY D2 CO3(Wt−kz+φ)・(1)ここで
kは伝達定数に等しく、DlとD2は変位振幅であり、
aXとa Y G、t Xとy方向における単位ベクト
ルである。両波はZ方向に伝達しているが、おたがいに
垂直に偏波され、使相差φを持つ。2軸(ゼロ減衰と仮
定して)における任意の点ですべての変位は次の式によ
って与えられる。
D−aX Di CO3(、wt−kZ) +a Y 
D 2 CO3(wt −kz+φ)−(2)φが+π
/2と等しい場合として、上記の等式%式%(3) 01/D2<1の場合として合成変位ベクトルは第1B
図に示すように、その最大、最少の軸がy軸、X軸とそ
れぞれ一致するだ円を描く。もしDl/D2>1ならば
、だ円の最大、最少の軸は逆にX軸、y軸とそれぞれ一
致する。第1B図に示すようにビームあるいは2軸方向
でみると、ベクトル18は右回りに角周波数Wで回転し
ている。
φが一π/2と等しいとすると、合成ベクトル路は第1
B図に示されているのと同じだ円を描く。
ただし変位ベクトルは左回りに動き、左だ円偏波と言わ
れる。
もう1つの特殊な場合は、D1=D2の時である。そし
てこれは、第1B図におけるだ円を円に変える。再びφ
の値がプラスかマイナスかによって、その周波が循環的
に右あるいは左鍋波となる。
一般的にDIイコールD2である必斐はないが、φの角
度はだ円軸の最大と最少がそれぞれX軸とy軸に一致し
ない場合プラスあるいはマイナスπ/2以外の値をとる
弾性シア波と電磁放射線は、波の特性の共通性が説明で
使用されるほど多くの類似点を持つ。偏波が材料にぶつ
かったり、互いに作用しあう場合、投射放射線の異なる
分極偏波状態は同じようにその材料と作用しないことが
しばしばある。このような非対称の相互作用の場合入射
周波の偏波状態は相互作用によって修正、変化させられ
る。既知の偏波状態の材料による変化を測ることで、そ
の材料について多くを知ることができる。
類似した性質によって、光学分野において発展している
数多くの測定技術もまた弾性シア波を利用した測定方法
と関連をもつ。こうした技術の1つがエリプソメトリ(
el I ipsometry)と呼ばれ、それは表面
で反射した後の光の偏波状態における変化の研究である
。それぞれの位相変化や相対振幅減衰および関連のある
パラメータのようなエリプソメトリパラメータを測定す
ることによって材料の特定定数を決定できるし、選択さ
れた測定方法を見出せる。
探査活動における全てのだ円回波地震波の利用法を予測
することはできないが、このようなエネルギーの利用は
、現在石油探査、vspF71断図、地表地震調査の全
てにおいて適用できるだろう。
第2A図はこの方法を実際の試みを最初に行なったタイ
プの設備を図示している。地中24に作られたボアホー
ル22は、12個までの3次元直交地中聴音+326.
28〜30.32を婦えている。これらの地中聴音機は
振動のx、y、z軸それぞれに対して、別々のピックア
ップを持つ標′$3次元直交探査装置である。26〜3
2のピックアップはボアホール22に沿って、100フ
イート毎に離して設置され、多導体式の接続ケーブル3
4は各地中聴音機26〜32を地表38上に設置しであ
る信号処理ステーション36へ連結する。
軌道(オービタル)タイプの地震バイブレータ40は、
さらに詳しく後述するように、アース媒体中にベースプ
レート42を埋めることによって、地表38にしっかり
と固定する。その結果側壁44はアース媒体と全ての方
向に水平的に圧縮接触をしている。軌道バイブレータ4
0は指定された周波数と継続時間で地震バイブレータ制
御装置48によって操作されている。選択された周波数
バイブレータυ制御装置が、ここに示されているが、軌
道バイブレータ40は任意のパルス、スイープ周波数あ
るいは継続周波数制御のいずれかによって動作される。
第2B図は地震調査において選択した調査線上で使われ
ている、だ円シア波バイブレータ40bを図示している
。だ円シア波バイブレータ40bからのエネルギーが下
の方へ伝達し、後に続いて起こる反射(23路)および
、あるいは反射(27路)によって振動粒子運動の探査
が地震線上で探査装置25−1、nにおいて行われるの
で探査装置25−1乃p2s−nすなわち、選択したマ
ルチコンポネントまたは直交探査装置が調査線上に1列
に並べである。このように、だ田地震源とマルチコンポ
ネント探査装置はマルチラインや3次元探査を含めてさ
まざまに利用できる。
第3図は伝達だ円偏波シア波エネルギーとの関連にお【
ブる、軌道バイブレータ40を図示している。
すなわちバイブレータ40は、モータ制御l装置54に
応じる駆動モータ52によって回転している届心重t!
50により動作されている。モータ制御2I]装置54
は発生装置56からの制御信号入力とエラー検出°装置
58例えば加速度計からのフィードバック信号を受信す
る。軌道バイブレータ40は地表38に確実に結合して
設置され、たとえば地表38の中へと入っていく放射線
路60に泊ってエネルギーを伝える。放射線路60と垂
直である平面において粒子は]m続的に運動しながら、
その粒子運動が伝わっていくので、粒子運動に相当する
ベクトル62(第1B図のベクトル18)はそのまわり
で回転する。変位ベクトル62は下へ進みながら、らせ
んを成していき、発生装置のだ円関数に応じて最少軸と
最大軸の間で変化する。このように周′a数tjl !
5I!発生装置56は、だ円偏波シア波伝播の周期率を
決定し、周期に対するだ円面の形状は最少軸と最大軸の
組合せに対して及はされる変位力によって決まる。
第4図は比較的単純な形の軌道バイブレータ40を図示
している。このバイブレータ40は、地面結合底面プレ
ート70、円筒側面44、上面プレート72を持つ平ら
な円筒として作られたベースプレート42を偏えている
。底面プレート70はクリートあるいはアース媒体への
固定シア接続を確実にする他の地面結合構造物を備え、
はとんど一般的な構造となっている。ベースプレート4
2の中央部を覆うように接続しているモータハウジング
74は、サーボ弁78の、till l下で作動する水
圧モータ76や関連した水圧制@構造(図示していない
)などを支えている。水圧モータγ6は、上部ベアリン
グ86と下部ベアリング88の内部で回転できるように
I!されたドライブシャフト84結合部(PARAFL
EX等)を通るシャフト80を経由して回転駆動を与え
ている。ドライブシャフト84上に固定された偏心大型
回転子90(破m>は、ベースプレート構造42を通っ
て接触しているアース媒体へと伝達される軌道運動を起
こすために回転する。
だ円偏波シア波の存在と動きを証明するために、第2図
の実験装置を使用し、それによって得られたデータの1
例が第5図に示されている。このように軌道バイブレー
タ40は選択された周波数で操作され、最上部にある7
つの直交探査装置 26−32すなわち地表から100
〜700フイートに関して(7たデータを記録し、処理
する。第5図は圧縮波、または本質的にZ軸波が検出さ
れ、記録された場合を700フイートの深さで記録10
0で図示している。同様に南北として参照するシア波の
最初のタイプが記録102として集められ、記録される
。また向かい側の東西として参照される偏波の記録が、
記8104グループとして記されている。
第5図において圧縮波、シア波の信号がそれぞれ100
フイートレベルの検出装置に現れるので、またそのエリ
アにおける中心核が柔硬画形成が700フイ一ト間以内
で存在することを示すので圧縮波とシア波の両方が柔硬
両形成材料内を伝達すると推定できる。また圧縮信号と
シア信号が発信源のスイープを通して、ずっと存在して
いる明瞭な信号であり、速度は位相とぴったり一致する
相互関係の両者によって測定可能である。従って深度7
00フイートからの速度を算出しても、値は正確かつ信
頼できる。
700フイート下の探査装置26−32において得た軌
道源のデータは、別の発生方法からのデータと比較する
と、それぞれの場合において、強いだ円偏波シア波の存
在を証明し、その比較状態は良好である。シア波の速度
は軌道装置、地表重力落下、バイブレータ発信源のそれ
ぞれからのシア波に対して、100−700の各地点で
算出される。それぞれの場合において、異る深度でのシ
ア波速度測定値は非常に近り10パーセント(10%)
以内である。
軌道装置、重力落下、バイブレータ、海底発信源の70
0フイート下で、非常に近い場所に設置されている各深
度探査装置によりP波速度も算出される。ここでもまた
、各深度のブラケットにおける圧縮波の速度比較値は、
互いにほとんど差はなく、一致している。
以上のように地表軌道発信源40の実地テストにより、
次のことが判った 1、発信源はシア波を発生する 2、発信源は圧縮波を発生する 3、シア波と圧縮波の速度は、同じ実験地で得られたデ
ータに関しては、重力落下、シア波とP波バイブレータ
、海底バイブレータと類似している4、記録された波形
は反射によってそれほど歪んではいない 5、速度はスイープ周波数と位相を使えば測定できる 6、バイブレータが存在する時に通常用れる第2高調波
圧縮波は、軌道発信源バイブレータの場合では現れない 再び第5図を参照し、圧縮波の記録100を調べると、
その波形は明瞭かつ簡潔であり、第2高調波圧縮波を全
く含でいない。更に記録グループ102と104、すな
わち東西シア波と南北シア波は、アースが実際にバイブ
レータの影響により軌道を描いて回転することを示すた
めに比較される。
100フイートレベルの波形グループ記録102のシア
波聴音機に生じる信号と、100フイートレベルの波形
グループ記g104で得た信号を比較することでそれが
わかる。100フイートレベルの波形間の位相を調べる
と、それらはスイープ期間中常に位相が90’異なった
ままである。このような90″の位相差は下方の200
フイート、300フイートなどの別の各レベルにおいて
も波形グループ102と104の間で発生する。位相差
は常に存在し、またどのレベルにおいても見られるので
、アース運動が実際、振動粒子変位の影響を受け、軌道
上を回転することを正確に推定できるし、現にだ円偏波
シア波も発生している。
第6図はだ円偏波シア波を最大軸、最少軸の関係で調節
してアースに伝えるために、調節可能な角度付を行なう
ように、互いを連結した直線状バイブレータ素子の組合
せを使用した、だ円偏波シア波バイブレータ110の概
略を示したものである。
すなわち、全方向抵抗性の複数のアース結合部品114
を持つベースプレー1−112は中央のビニオン構造体
116によってアース結合部材120を持つベースプレ
ート118へ回転できるように固定されている。バイブ
レータ112は、バイブレータSA制御装置122の制
御により縦方向に振動し、バイブレータベースプレート
118は、同様にバイブレータSB制御装置124によ
って同様に制御されている。バイブレータ制御装置12
2と1・24はそれぞれスイープ入力を適当なスイープ
発生器126から受信する。しかしながら、バイブレー
タ制御周波数に関する振動の場合周波数分割、その他の
形態が使用される。力の相互作用の程度によって、ある
振動は中央ビニオン構造体116において分離される。
動作において、それぞれ−列に並んだパイブレーク11
2と118は選ばれた角度で調節され、バイブレータ1
12と118に加えられた往復駆動力が変化される。こ
うした変動を伴って、偏心した偏波シア波は変位ベクト
ルと位相の関連に関して、調節可能である。更にこの位
相関係は、ベクトル制W装置122と124から供給さ
れた制御信号の相対位相を制御することで変更すること
ができる。
第7図のバイブレータ装置は、同様のベクトルプレート
112と118を備え、別々ではあってもアース結合地
点においてかなり接近して、1列に並んだ状態で動作さ
れている。アース媒体を下方へ伝わってきた、だ円−波
シア波にシア波成肋の粒子運動が合体する時に、ここで
再びバイブレータが直線的往復力を各ベースプレート1
12と118に対して出力するよ動する。位相差と偏波
シア波のだ円ハンデッドネスはバイブレータ制り0装置
122と124からの制御信号の相対的位相を調整する
ことにより1IiJ tEでき、偏波シア波の最大、最
少軸関係は、変位ベクトルあるいは各ベースプレートに
与えられる振動力の量を制御することにより変更可能で
ある。
これまで利用されてきた地震エネルギーの関係を用いつ
つ、だ円偏波シア波を使用することで、新しい地震探査
方法は極めて容易に開発されるであろう。このように、
可能性のある類似点から光エリプソメトリまで導きなが
ら、表面下の物質の物理定数を決定し、地層の厚さおよ
び、または表面下の地形を明確に確認するために、各位
相の変化、各振幅の減衰というようなエリプソメトリパ
ラメータを測定することが可能である。だ円シア波のデ
ータを使用することによりこうした可能性が存在するの
であるが、本発明の方法が、石油探査、■SP探査、地
表地震測定、その他関連調査技術に使用されることは容
易に予測できる。
以上説明したようにこれまで地球物理学者が利用できな
かった数多くの地震変数を識別する、新しい探査方法が
生み出された。またこのようなデータの使用が、相互に
関係のある探査用パラメータをより一層提供することに
なるであろう。
更に本発明に従って、構成され、利用された発信源は、
大口の情報を収集するために組合わせて使用する圧縮波
の出力と交差偏波シア波の、出力の独特の組合せを提供
することが可能である。
これまで明細書で説明し、図で示した素子の結合と配列
を変化させることができる。特許請求の範囲に記載され
た発明の技((・i的範囲から逸ル1することなく、実
施例の多くの変化が可能なことが理解できるであろう。
4、図の簡単な説明 第1A図は水平偏波シア波と垂直偏波シア波の関係を示
す図である。
第1B図は、だ円−波シア波の図である。
第2A図は地表の1区画に、ボアホールを有する地表の
一部の断面とシア波バイブレータ装置の概略図である。
第2B図はオービタルバイブレータと探査装置を伴うア
ース断面図であり、反射と放射線の反射路も示している
第3図は、だ円偏波シア波バイブレータとだ円隔波シア
波の伝達パターンとの斜視図である。
第4図は第2図で使用された、だ円偏波シア波パイブレ
ークの断面図である。
第5図は第2図と同様に設定された、独特のテストにお
いて検出された圧縮、シア両運動状態を図解した撮動図
である。
第6図は、だ円偏波シア波発生装置の別の形態の概要図
である。
第7図は、だ円偏波シア波発生装置の別の概略図である
出願人代理人  弁理士 鈴江 武彦 :=−丁===−−<二 図面の浄言(内容に変更なし) ==工==−’= 手続補正書坊式) %式% 2、発明の名称 だ円偏波シア波を使用した地震探査方法3、補正をする
者 事件との関係 特許出願人 名称 コノコ・インコーホレーテッド 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 UBEビル昭和
62年 8月25日 6、補正の対象

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アース媒体におけるだ円偏波シア波発生の方法に
    おいて、 部材をアース媒体の横の動きに対して全方向に抵抗をも
    つアース媒体へ結合し、 回転力を前記のアース結合部材へ選択された期間加え、 それにより、だ円偏波シア波が回転力の回転速度の関数
    としてアース媒体中に発生することを特徴とするアース
    媒体におけるだ円偏波シア波発生の方法。
  2. (2)前記回転力は一定であり、前記偏波シア波は円形
    偏波である特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)前記回転力を加える過程は、アース結合部材に予
    め選択された回転速度で回転結合される少なくとも1つ
    の偏心的な重力で回転させる特許請求の範囲第1項記載
    の方法。
  4. (4)前記だ円偏波シア波の作用を変えるために、前記
    の少なくとも1つの偏心的な重力の回転方向を変化する
    特許請求の範囲第3項記載の方法。
  5. (5)だ円偏波シア波の変位ベクトルを変えるために、
    前記少なくとも1つの偏心的な重力の合力を変化させる
    特許請求の範囲第3項記載の方法。
  6. (6)だ円偏波シア波の変位ベクトルを変えるために、
    前記少なくとも1つの偏心的な重力の合力を変化させる
    特許請求の範囲第4項記載の方法。
  7. (7)前記結合し、回転力を加える過程において、前記
    アース結合部材への適用のため、選択された方位角で第
    1の直線力を反復的に発生させ、前記アース結合部材へ
    の適用のため、選択された第2の方位角で第2の直線力
    を反復的に発生させる特許請求の範囲第1項記載の方法
  8. (8)前記アース結合部材はそれぞれが接近して配置さ
    れ、横の動きに対して全方向に抵抗をもつ2個の別々の
    アース結合基板である特許請求の範囲第7項記載の方法
  9. (9)合成変位ベクトル力を変化させるために第1と第
    2の直線力を変化させ、それにより前記シア波のだ円の
    形態を制御する特許請求の範囲第7項記載の方法。
  10. (10)合成力の回転方向を制御するために前記第1と
    第2の直線力の付勢の相対的位相を制御し、それにより
    前記シア波の作用を制御する特許請求の範囲第7項記載
    の方法。
  11. (11)アース媒体内にだ円偏波シア波を発生する地震
    源をアース媒体に結合し、 少なくとも1つの粒子運動検出器を使用して前記だ円偏
    波シア波を検出し、そのデータを受信して記録すること
    を特徴とする地震探査の方法。
  12. (12)前記検出地点はボアホールの選択された位置で
    ある特許請求の範囲第11項記載の方法。
  13. (13)前記検出地点は前記地震源地から選択された距
    離にある地上である特許請求の範囲第11項記載の方法
  14. (14)前記検出のステップにおいて、 ボアボールに沿って一定の間隔を置いた場所に設定した
    複数の直角の検出装置を使用して前記シア波を検出する
    特許請求の範囲第11項記載の方法。
  15. (15)前記検出のステップにおいて、 地表に沿って一定の間隔を置いた場所に設定した複数の
    直角の検出装置を使用して前記シア波を検出する特許請
    求の範囲第11項記載の方法。
  16. (16)それぞれ直角に連結された形で受信データを処
    理して、それぞれ圧縮成分信号とシア成分信号を生じる
    特許請求の範囲第11項記載の方法。
  17. (17)それぞれ直角に連結された形で受信データを処
    理して、それぞれ圧縮成分信号とシア成分信号を生じる
    特許請求の範囲第14項記載の方法。
  18. (18)それぞれ直角に連結された形で受信データを処
    理して、それぞれ圧縮成分信号とシア成分信号を生じる
    特許請求の範囲第15項記載の方法。
  19. (19)地震源のだ円偏波特性の作用を選択的に反転す
    る特許請求の範囲第11項記載の方法。
  20. (20)既知の継続期間のパルスの関数として前記第1
    と第2の力を変化させる特許請求の範囲第9項記載の方
    法。
  21. (21)予めに選択した周波数の始点と終点の間にある
    スイープ周波数の関数として前記第1と第2の力を変化
    させる特許請求の範囲第9項記載の方法。
  22. (22)予め選択された期間、選択された連続周波数の
    関数として前記第1と第2の力を変化させる特許請求の
    範囲第9項記載の方法
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