JPH04198794A - 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 - Google Patents
地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法Info
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- JPH04198794A JPH04198794A JP2333477A JP33347790A JPH04198794A JP H04198794 A JPH04198794 A JP H04198794A JP 2333477 A JP2333477 A JP 2333477A JP 33347790 A JP33347790 A JP 33347790A JP H04198794 A JPH04198794 A JP H04198794A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定
方法に係り、特に、海底堆積層における、間隙率、透水
率、堆積物の変化や、剪断変形率、剪断力等の断面分布
状況を得るためのものである。 より詳細に述べると、本発明は、液体が浸透した堆積層
における音響伝達の使用に関するもので、音響波の伝播
速度や減衰の評価を測定の基本としている。更に、本発
明は、測定された樅波及び横波の特性を用いることによ
って、海底堆積層中の間隙率及び透水率や、剪断変形率
及び剪断力を、遠隔測定することに関するものである。
方法に係り、特に、海底堆積層における、間隙率、透水
率、堆積物の変化や、剪断変形率、剪断力等の断面分布
状況を得るためのものである。 より詳細に述べると、本発明は、液体が浸透した堆積層
における音響伝達の使用に関するもので、音響波の伝播
速度や減衰の評価を測定の基本としている。更に、本発
明は、測定された樅波及び横波の特性を用いることによ
って、海底堆積層中の間隙率及び透水率や、剪断変形率
及び剪断力を、遠隔測定することに関するものである。
“５ｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｓｅｉｓｎｏｇｒａｌｓ
ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ ５ｅｄｉｒａａｎｔｓ ａｎ
ｄ Ｄｅｔｅｒｎｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｒｏ
ｓｉｔｙａｎｄ ＰｅｒＩｌｅｒｂｉｌｉｔｙ （ｍ
底＃ｌ槓層の合成震動記録及び間隙率と透水率の決定）
” （Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ 。 Ｖｏｌｕｍｅ ５３．Ｎｏ、８ （１９８８年８月）、
１０５６−１０５７頁）と称する発明者の論文で、発明
者は、海底堆積層の垂直方向の地震プロファイルの数値
計算シミュレーションを発表している。 この論文中で引用した形の垂直方向の震動プロファイル
は、沖積鉱床の探査や、地質工学上の問題解法や、水中
ｍ遺物グロジェクトの建設に非常に有効である。典型的
な垂直方向の震動プロファイルにおいては、高出力の電
気的震動源を用いて海底堆積層の研究が行われていた。 そのような研究において使用可能な周波数範囲は、はぼ
１００Ｈ１から２００Ｈ７であることが発見されており
、これによって、海底堆積層中の透過距離は、１０００
１以上にも達することがあった。 前記論文中で記載した一連の試験においては、単一の探
査孔を用いて、この同じ探査孔の中に地震エネルギの発
生源と受信器を共に配置して、垂直方向の震動プロファ
イルを得るようしていた。 前述の論文で詳細に報告しているように、このような配
置条件の元でも、非常に興味ある結果が得られた。
ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ ５ｅｄｉｒａａｎｔｓ ａｎ
ｄ Ｄｅｔｅｒｎｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｒｏ
ｓｉｔｙａｎｄ ＰｅｒＩｌｅｒｂｉｌｉｔｙ （ｍ
底＃ｌ槓層の合成震動記録及び間隙率と透水率の決定）
” （Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ 。 Ｖｏｌｕｍｅ ５３．Ｎｏ、８ （１９８８年８月）、
１０５６−１０５７頁）と称する発明者の論文で、発明
者は、海底堆積層の垂直方向の地震プロファイルの数値
計算シミュレーションを発表している。 この論文中で引用した形の垂直方向の震動プロファイル
は、沖積鉱床の探査や、地質工学上の問題解法や、水中
ｍ遺物グロジェクトの建設に非常に有効である。典型的
な垂直方向の震動プロファイルにおいては、高出力の電
気的震動源を用いて海底堆積層の研究が行われていた。 そのような研究において使用可能な周波数範囲は、はぼ
１００Ｈ１から２００Ｈ７であることが発見されており
、これによって、海底堆積層中の透過距離は、１０００
１以上にも達することがあった。 前記論文中で記載した一連の試験においては、単一の探
査孔を用いて、この同じ探査孔の中に地震エネルギの発
生源と受信器を共に配置して、垂直方向の震動プロファ
イルを得るようしていた。 前述の論文で詳細に報告しているように、このような配
置条件の元でも、非常に興味ある結果が得られた。
前記論文で記載したように、垂直方向の震動プロファイ
ルを用いることによって、理論的にも実際的にも有効な
結果を得ることができる。Ｂｉｏｔの理論と垂直方向の
震動プロファイル方法によって得られた結果を用いて、
合成例についてスペクトル比を計算すれば、海底堆積層
の間隙率や透水率を決定することができる。しかしなが
ら、堆積層の物理特性をより正確に決定すること、特に
、間隙率や透水率や堆積物の変化の正確な断面分布状況
を得ることが、待ち望まれていた。 従って、本発明は、特に、間隙率や透水率や堆積物の変
化の正確なＷＲ面分布状況を得ることが可能な、新規で
、非常に正確な、地層の物理特性の音響波を用いた非破
壊測定方法を提供することを目的とする。 本発明の他の目的は、音響トモグラフィ（断層写真法）
によって、間隙率や透水率を正確に得ることにある。 本発明の更に他の目的は、地層の剪断変形率や剪断力を
決定するための新規な方法を提供して、堆積層中の石油
や天然ガスのような炭化水素の存在を正確に推定するこ
とにある。 本発明の他の重要な目的及び効果は、以下の明細書や図
面によって更に明らかになるであろう。
ルを用いることによって、理論的にも実際的にも有効な
結果を得ることができる。Ｂｉｏｔの理論と垂直方向の
震動プロファイル方法によって得られた結果を用いて、
合成例についてスペクトル比を計算すれば、海底堆積層
の間隙率や透水率を決定することができる。しかしなが
ら、堆積層の物理特性をより正確に決定すること、特に
、間隙率や透水率や堆積物の変化の正確な断面分布状況
を得ることが、待ち望まれていた。 従って、本発明は、特に、間隙率や透水率や堆積物の変
化の正確なＷＲ面分布状況を得ることが可能な、新規で
、非常に正確な、地層の物理特性の音響波を用いた非破
壊測定方法を提供することを目的とする。 本発明の他の目的は、音響トモグラフィ（断層写真法）
によって、間隙率や透水率を正確に得ることにある。 本発明の更に他の目的は、地層の剪断変形率や剪断力を
決定するための新規な方法を提供して、堆積層中の石油
や天然ガスのような炭化水素の存在を正確に推定するこ
とにある。 本発明の他の重要な目的及び効果は、以下の明細書や図
面によって更に明らかになるであろう。
本発明は、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定
方法において、地層の表面から少なくとも所定の深さま
で伸び、入口を有する、互いに所定距離だけ離れた少な
くとも一対の探査孔を形成し、前記探査孔間の地層表面
に実質的に沿う所定の既知の位置に、複数の受信器を互
いに間隔を空けて配置し、少なくとも１つの前記探査孔
内の既知位置に、多数の受信器を互いに間隔を空けて配
置し、前記探査孔の他の１つの中に、前記受信器に関し
て既知の位置に、発振源を配置し、該発振源を励起して
、該発振源から前記受信器に震動エネルギを伝播させ、
前記発振源の位置から前記受信器に向かって伸びる多数
の経路中の前記震動エネルギの地震波特性を測定するこ
とにより、前記目的を達成したものである。 更に、前記発振源を前記受信器に対して移動し、該発振
源を再び励起して、前記受信器に向かって伸びる新しい
多数の経路中の地震波特性を更に測定するようにしたも
のである。 又、前記地震波特性の測定に際して、伝播した地震波エ
ネルギの固有減衰及び速度を測定するようにしたもので
ある。 又、前記地震波特性が、縦波速度の周波数特性や固有減
衰の周期数特性を含むようにしたものである。 又、前記地震波特性が、地震波の横波速度を含むように
したものである。
方法において、地層の表面から少なくとも所定の深さま
で伸び、入口を有する、互いに所定距離だけ離れた少な
くとも一対の探査孔を形成し、前記探査孔間の地層表面
に実質的に沿う所定の既知の位置に、複数の受信器を互
いに間隔を空けて配置し、少なくとも１つの前記探査孔
内の既知位置に、多数の受信器を互いに間隔を空けて配
置し、前記探査孔の他の１つの中に、前記受信器に関し
て既知の位置に、発振源を配置し、該発振源を励起して
、該発振源から前記受信器に震動エネルギを伝播させ、
前記発振源の位置から前記受信器に向かって伸びる多数
の経路中の前記震動エネルギの地震波特性を測定するこ
とにより、前記目的を達成したものである。 更に、前記発振源を前記受信器に対して移動し、該発振
源を再び励起して、前記受信器に向かって伸びる新しい
多数の経路中の地震波特性を更に測定するようにしたも
のである。 又、前記地震波特性の測定に際して、伝播した地震波エ
ネルギの固有減衰及び速度を測定するようにしたもので
ある。 又、前記地震波特性が、縦波速度の周波数特性や固有減
衰の周期数特性を含むようにしたものである。 又、前記地震波特性が、地震波の横波速度を含むように
したものである。
発明者の研究の結果、震動エネルギ信号を発振源から受
信器に直接伝播させた際の速度測定に基づいて、堆積層
の間隙率や透水率を測定することが非常に重要であるこ
と、及び、これらの測定を、以下に述べる本発明による
直接探査孔間トモグラフィによって行うことによって、
海底堆積層の様々な層からの垂直方向の震動プロファイ
ルによる反射エコーを受信して解析することに比べて、
より正確で明瞭で信頼性の高い結果が得られることが判
った。 同じ探査孔内に発振源と受信器を入れた単一の探査孔を
使って垂直方向の震動プロファイルを作るのとは異なり
、本発明においては、互いに間隔を空けて配置された２
以上の垂直探査孔間で震動エネルギが投射される探査孔
間測定方法が使用される０本発明の好適な実施例におい
ては、堆積層の表面の既知の位置及び既知の位置の探査
孔内に配置された多数の間隔を空けて置かれた水中聴音
器（ハイドロホン）が受信器として使われる。地震のエ
ネルギ源は、圧電セラミック素子が好ましく、電極チッ
プからスパークを発生するスパーカ（ｓｐａｒｋｅｒ
）と言われるものでもよい、この地震エネルギ源は、前
記ハイドロホンを入れた探査孔から離れたところにある
、別の探査孔の中の既知の位置に配置される。圧電セラ
ミック素子によって伝播されるエネルギの性質を注意深
く制御してやれば、伝播の形態を制御して、一連の実験
で再現性のある結果を得ることができる。従って、スパ
ーカから多数のハイドロホンへ波のエネルギを伝播させ
て一連の実験を行った後で、再び波を伝播させるために
、発振器をその探査孔内の新しい位置に、通常は上又は
下に動かすことによって移動し、互いに異なる角度にお
ける多数の試験結果を得るようにすることができる。圧
電セラミック素子は、既知の再現性のある波動エネルギ
を発生することができるので、連続した試験結果を比較
する意味があり、堆積層中の間隙率や透水率の断面分布
状況を解析するための正確なデータを得ることができる
。 従って、本発明によれば、入口を有し、互いに所定の距
離だけ離れて配置された少なくとも一対の探査孔を形成
することによって、間隙率や透水率や堆積物の変化の断
面分布状況を得るための地層の物理特性の音響波を用い
た非破壊測定方法を得ることができる。前記探査孔は、
地層表面から少なくとも既知の深さまで伸び、該探査孔
内の所定位置と、地層の表面に沿って互いに間隔を空け
て配置された複数の受信器（例えばパイドロホン）を含
む、地震エネルギの発振源（例えば圧電セラミック素子
）は、池の探査孔内の、前記受信器に関して既知の位置
に配置され、励起されて、該エネルギ源から全受信器に
地震波エネルギを伝播させる０発振源の位置から受信器
の位置に伸びる多数の経路について、発振源から受信器
に直接伝播された地震波の特性と経路を測定するに際し
て、重要な測定は、地震波の速度に関するものである。 更に、発振器探査孔内で発振器を別の既知の位置に動か
して再び発振器を励起することによって、受信器に向か
って伸びる多数の新しい経路についての地震波特性の測
定を行うことができる。このような一連の測定の結果を
組合せることによって、堆積層中の間隙率や透水率や堆
積物の変化の、正確で且つ信頼性の高い断面分布状況を
得ることが可能である。様々な堆積層からのエコーによ
ることなく、信号を直接伝播させ受信することによって
得られた結果は、従来の地表探査法（垂直測定法）に比
べて、はるかに信頼性の高い結果をもたらす、更に、垂
直測定法においては、意味のある結果を得るためには、
特定の堆積層の深さを知る必要がある。 本発明によって、音波の減衰を用いて直接速度を測定す
ることにより、信頼性の高い間隙率や透水率が得られ、
−より正確な透水率の値を得ることができるということ
は、非常に重要なことである。 これは、石油の探鉱等の地下水関連問題を解法するとき
に、非常に重要である０本発明による間隙率の測定は、
石油の探鉱の場合に、非序に有益である。何故ならば、
大部分の石油は堆積層の孔隙に吸収されており、通常は
、埋蔵されている石油のほんの少しの割合しか発見でき
ないからである。 本発明の方法を利用すれば、孔隙率が最も小さな場所、
即ち、堆積層の孔隙に吸収されていない自由な石油が存
在する確立の高い場所を正確に予測することができ、従
って、透水率分布に基づいて、石油の探査及び採取に好
適な位置を示すことができる６本発明においては、様々
な探査孔間距離を用いることができる０例えば、探査孔
間の距離が３１である場合には、周波数範囲は１から１
０ｋＨ２が好適である。１ｋＨ１では、有効な波動エネ
ルギを、堆積層を通して約１００から２００ｉの距離に
伝播させることができる。ある場合には、実際問題とし
て、探査孔間の距離を１００ｉ以上として、約１から１
０ｋＨｚ、好ましくは約１から５ｋ Ｈｚの周波数を用
いることが望ましい場合もある０本発明においては、エ
ネルギ源と受信器を同じ探査孔内に配置した単一の探査
孔のみを有する垂直方向の震動プロファイルを利用する
代わりに、既に説明したように、互いに離れた探査孔を
利用して、１つの探査孔から他の探査孔への伝播を測定
することが重要である。ここでは、この新しい技術を、
縮めて、「探査孔間トモグラフィ」と称する。この方法
は、堆積層中の特別な異質部分をチエツクする際に非常
に有効であることが判った。 本発明の一実施例においては、発振源として、圧電音響
素子を用いた低周波数（１から３ｋ Ｒ２）のシングル
チップスパーカ（電極チップが単一のスパーカ）を用い
、受信器として、堆積層の表面に沿って、又、前記シン
グルチップスパーカを含む探査孔から離れた場所の独立
した探査孔内を下に向かって伸びるように配置しなハイ
ドロホンを用いた音響伝播を利用して実験を行うことが
できる。−例として、前記離隔した探査孔は、＃積層内
に約４ｎの深さでほぼ垂直方向に伸びるように穿けるこ
とができる。これらの探査孔は、互いに、例えば約３−
だけ離して配置することができ、シングルチップスパー
カから全てのハイドロホンに対して、直接的な伝播が行
われるようにして、探査孔間の縦波（圧縮波）速度及び
固有減衰を測定するように、各ハイドロホンからの信号
を測定することができる。固有減衰の測定は、スペクト
ル比による方法を用いて行うことができ、縦波速度及び
固有減衰は、位相スペクトル及び伝達関数から容易に計
算することができる。 即ち、Ｂ ｉｏｔの理論より、縦波速度Ｖ及び固有減衰
Ｑ−１は、次式で表わされる。 Ｖ＝ＶＯ＋ ［（Ｒ２−Ｒ１）ｆ ｘ３６０’ ］／θ
・・・ （１）Ｑ”＝
［Ｖ／ （ｘｆ （Ｒ２−Ｒ１）＞ ］−ＩＪｌｎ
（Ｒ１／Ｒ２） 士、ｇｎ（Ａｌ／Ａ２）ｌ ・ （２）ここで、ＶＯ
は基準周波数ω０における縦波速度、Ｒ１、Ｒ２は、発
振源から２つの受信器までの距Ｍ、ｆは発振周波数、θ
はｔｆｌ相角、Ａｌ／Ａ２は、２つの信号の振幅比であ
る。 このようにして、本発明による探査孔間トモグラフィは
、空間的な異質部分をチエツクするのに使用される。 従って、本発明においては、堆積物質中での音響パルス
伝播が行われ、特に固有減衰が最大である特定の周波数
範囲を含んで伝播性のある縦波速度を示すことが判った
０間隙率及び透水率は、前記Ｂ ｉｏｔの理論を用いる
ことによって、縦波速度及び固有減衰から容易に評価さ
れる。なお、その詳細は、全て、新規性喪失の基礎とし
た我々の“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｎ
ｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｎａｒｉｎｅ ５
ｅｄｉｎｅｎｔｓ （海底堆積層中の音響波速度及び減
衰の測定）”Ｊ、Ａｃｏｕｓｔ 、 Ｓｏｃ、 Ａｍ
、 、 Ｖｏｌ、 ８７． ＮＯ，６（１９９０年６月
）、２３７６−２３８３頁に詳細に記載されているので
、詳しい説明は省略する。
信器に直接伝播させた際の速度測定に基づいて、堆積層
の間隙率や透水率を測定することが非常に重要であるこ
と、及び、これらの測定を、以下に述べる本発明による
直接探査孔間トモグラフィによって行うことによって、
海底堆積層の様々な層からの垂直方向の震動プロファイ
ルによる反射エコーを受信して解析することに比べて、
より正確で明瞭で信頼性の高い結果が得られることが判
った。 同じ探査孔内に発振源と受信器を入れた単一の探査孔を
使って垂直方向の震動プロファイルを作るのとは異なり
、本発明においては、互いに間隔を空けて配置された２
以上の垂直探査孔間で震動エネルギが投射される探査孔
間測定方法が使用される０本発明の好適な実施例におい
ては、堆積層の表面の既知の位置及び既知の位置の探査
孔内に配置された多数の間隔を空けて置かれた水中聴音
器（ハイドロホン）が受信器として使われる。地震のエ
ネルギ源は、圧電セラミック素子が好ましく、電極チッ
プからスパークを発生するスパーカ（ｓｐａｒｋｅｒ
）と言われるものでもよい、この地震エネルギ源は、前
記ハイドロホンを入れた探査孔から離れたところにある
、別の探査孔の中の既知の位置に配置される。圧電セラ
ミック素子によって伝播されるエネルギの性質を注意深
く制御してやれば、伝播の形態を制御して、一連の実験
で再現性のある結果を得ることができる。従って、スパ
ーカから多数のハイドロホンへ波のエネルギを伝播させ
て一連の実験を行った後で、再び波を伝播させるために
、発振器をその探査孔内の新しい位置に、通常は上又は
下に動かすことによって移動し、互いに異なる角度にお
ける多数の試験結果を得るようにすることができる。圧
電セラミック素子は、既知の再現性のある波動エネルギ
を発生することができるので、連続した試験結果を比較
する意味があり、堆積層中の間隙率や透水率の断面分布
状況を解析するための正確なデータを得ることができる
。 従って、本発明によれば、入口を有し、互いに所定の距
離だけ離れて配置された少なくとも一対の探査孔を形成
することによって、間隙率や透水率や堆積物の変化の断
面分布状況を得るための地層の物理特性の音響波を用い
た非破壊測定方法を得ることができる。前記探査孔は、
地層表面から少なくとも既知の深さまで伸び、該探査孔
内の所定位置と、地層の表面に沿って互いに間隔を空け
て配置された複数の受信器（例えばパイドロホン）を含
む、地震エネルギの発振源（例えば圧電セラミック素子
）は、池の探査孔内の、前記受信器に関して既知の位置
に配置され、励起されて、該エネルギ源から全受信器に
地震波エネルギを伝播させる０発振源の位置から受信器
の位置に伸びる多数の経路について、発振源から受信器
に直接伝播された地震波の特性と経路を測定するに際し
て、重要な測定は、地震波の速度に関するものである。 更に、発振器探査孔内で発振器を別の既知の位置に動か
して再び発振器を励起することによって、受信器に向か
って伸びる多数の新しい経路についての地震波特性の測
定を行うことができる。このような一連の測定の結果を
組合せることによって、堆積層中の間隙率や透水率や堆
積物の変化の、正確で且つ信頼性の高い断面分布状況を
得ることが可能である。様々な堆積層からのエコーによ
ることなく、信号を直接伝播させ受信することによって
得られた結果は、従来の地表探査法（垂直測定法）に比
べて、はるかに信頼性の高い結果をもたらす、更に、垂
直測定法においては、意味のある結果を得るためには、
特定の堆積層の深さを知る必要がある。 本発明によって、音波の減衰を用いて直接速度を測定す
ることにより、信頼性の高い間隙率や透水率が得られ、
−より正確な透水率の値を得ることができるということ
は、非常に重要なことである。 これは、石油の探鉱等の地下水関連問題を解法するとき
に、非常に重要である０本発明による間隙率の測定は、
石油の探鉱の場合に、非序に有益である。何故ならば、
大部分の石油は堆積層の孔隙に吸収されており、通常は
、埋蔵されている石油のほんの少しの割合しか発見でき
ないからである。 本発明の方法を利用すれば、孔隙率が最も小さな場所、
即ち、堆積層の孔隙に吸収されていない自由な石油が存
在する確立の高い場所を正確に予測することができ、従
って、透水率分布に基づいて、石油の探査及び採取に好
適な位置を示すことができる６本発明においては、様々
な探査孔間距離を用いることができる０例えば、探査孔
間の距離が３１である場合には、周波数範囲は１から１
０ｋＨ２が好適である。１ｋＨ１では、有効な波動エネ
ルギを、堆積層を通して約１００から２００ｉの距離に
伝播させることができる。ある場合には、実際問題とし
て、探査孔間の距離を１００ｉ以上として、約１から１
０ｋＨｚ、好ましくは約１から５ｋ Ｈｚの周波数を用
いることが望ましい場合もある０本発明においては、エ
ネルギ源と受信器を同じ探査孔内に配置した単一の探査
孔のみを有する垂直方向の震動プロファイルを利用する
代わりに、既に説明したように、互いに離れた探査孔を
利用して、１つの探査孔から他の探査孔への伝播を測定
することが重要である。ここでは、この新しい技術を、
縮めて、「探査孔間トモグラフィ」と称する。この方法
は、堆積層中の特別な異質部分をチエツクする際に非常
に有効であることが判った。 本発明の一実施例においては、発振源として、圧電音響
素子を用いた低周波数（１から３ｋ Ｒ２）のシングル
チップスパーカ（電極チップが単一のスパーカ）を用い
、受信器として、堆積層の表面に沿って、又、前記シン
グルチップスパーカを含む探査孔から離れた場所の独立
した探査孔内を下に向かって伸びるように配置しなハイ
ドロホンを用いた音響伝播を利用して実験を行うことが
できる。−例として、前記離隔した探査孔は、＃積層内
に約４ｎの深さでほぼ垂直方向に伸びるように穿けるこ
とができる。これらの探査孔は、互いに、例えば約３−
だけ離して配置することができ、シングルチップスパー
カから全てのハイドロホンに対して、直接的な伝播が行
われるようにして、探査孔間の縦波（圧縮波）速度及び
固有減衰を測定するように、各ハイドロホンからの信号
を測定することができる。固有減衰の測定は、スペクト
ル比による方法を用いて行うことができ、縦波速度及び
固有減衰は、位相スペクトル及び伝達関数から容易に計
算することができる。 即ち、Ｂ ｉｏｔの理論より、縦波速度Ｖ及び固有減衰
Ｑ−１は、次式で表わされる。 Ｖ＝ＶＯ＋ ［（Ｒ２−Ｒ１）ｆ ｘ３６０’ ］／θ
・・・ （１）Ｑ”＝
［Ｖ／ （ｘｆ （Ｒ２−Ｒ１）＞ ］−ＩＪｌｎ
（Ｒ１／Ｒ２） 士、ｇｎ（Ａｌ／Ａ２）ｌ ・ （２）ここで、ＶＯ
は基準周波数ω０における縦波速度、Ｒ１、Ｒ２は、発
振源から２つの受信器までの距Ｍ、ｆは発振周波数、θ
はｔｆｌ相角、Ａｌ／Ａ２は、２つの信号の振幅比であ
る。 このようにして、本発明による探査孔間トモグラフィは
、空間的な異質部分をチエツクするのに使用される。 従って、本発明においては、堆積物質中での音響パルス
伝播が行われ、特に固有減衰が最大である特定の周波数
範囲を含んで伝播性のある縦波速度を示すことが判った
０間隙率及び透水率は、前記Ｂ ｉｏｔの理論を用いる
ことによって、縦波速度及び固有減衰から容易に評価さ
れる。なお、その詳細は、全て、新規性喪失の基礎とし
た我々の“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｎ
ｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｎａｒｉｎｅ ５
ｅｄｉｎｅｎｔｓ （海底堆積層中の音響波速度及び減
衰の測定）”Ｊ、Ａｃｏｕｓｔ 、 Ｓｏｃ、 Ａｍ
、 、 Ｖｏｌ、 ８７． ＮＯ，６（１９９０年６月
）、２３７６−２３８３頁に詳細に記載されているので
、詳しい説明は省略する。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 第１図は、音響トモグラフィ測定のエネルギ伝播源とし
て使われる、探査孔１１内に配置された発振源１０を示
すものである。符号１２は、堆積層の表面に沿って間隔
を空いて配置された多数のハイドロホンを示し、符号１
３は、垂直方向に伸びる探査孔１４内で互いに垂直方向
に間隔を空けて配置された多数のハイドロホンを示して
いる。 探査孔１４と１１は、図示の如く、互いに、例えば３．
ＯｌＭの距離だけ離れて配置されており、各探査孔自体
も、例えば３．０１の深さとされ、互いに平行とされて
いる。従うで、測定は、好ましくは、発振源によって伝
播される波動エネルギに関して、異なる角度の広い範囲
に亘って同時に行われる。そのような測定は全て、堆積
層内のエコー又は他の現象を必要とすることなく、発振
源１０から受信器であるハイドロホン１２．１３への直
接伝播を基礎として行われる。 図の位置１０′に発振源１０を置いて多数の測定を行っ
た後、発振源は、他の位置１０°°に下げられ、測定プ
ロセスが繰返される。ハイドロホン１２．１３のいずれ
も移動させることなく、発振源探査孔内での他の様々な
位置で更に他の測定が行われる。 第２図は、第１図に示したようにして行われた試験によ
って決定された堆積層の典型的な空隙率の変化を示した
ものである。縦波速度と固有減衰の正確な音響価ｍ測定
が行われた。 第３図は、ある一連の試験における発振周波数に対する
固有減衰（１／９）と実際の速度Ｖの関係をプロットし
たグラフであり、発振源と受信器を、空間的な異質部分
が小さな、垂直面の右下方領域に配置することによって
得られたデータを示したものである。 この第３図は、前出（１）、（２）式を用いて、３つの
異なる周波数帯（１−２，２−５，５−３Ｏｋ Ｈ２）
についての伝播の測定を組合せることによって、得られ
たものである。 Ｋ ｒａｌｌｅｒｓ −Ｋ ｒ。 ｅｎｉｇの関係によって固有減衰から計算された縦波速
度も、比較のなめ第３図にＯ印で示している。 縦波速度は、Ｋ ｒａｌｌｅｒｓ −Ｋ ｒｏｅｎｉ（
］関係の近似形である次式の助けを借りて、固有減衰に
関係づけられる。 ｄＶ （ω）／Ｖ（ω） ＝＋Ｑ”（ω）／ω）ｄω ・・・（３）この（３ン
式の両辺を、基準周波数ωＯからωまで積分することに
よって、次式が得られる。 Ｖ （ω） ＝ＶＯｅＸｐ ［（１／Ｗ ） ｆ”、
。 ＬＤ ＋Ｑ”（ω）／ω）ｄω］・・・（４）又は、この（４
）式の拡張として、最初の２つの項だけ維持すると、次
式が得られる。 ■（ω） ＝ＶＯ＋（ＶＯ／π） ［ｆ″。（Ｑ−１（ω）／ω）ｄ ωコ・・・（５） 上記の近似的な関係は、縦波速度及び固有減衰が、周波
数に関して非常に速くは変化しないという条件で有効で
ある。 第３図に示されるように、周波数に依存する固有減衰及
び縦波速度における対応する分散は、比較的均一な媒体
中での実験を行うことによって検出された。音響測定か
ら計算された空隙率及び透水性は、好ましくは、地層中
のコアを抜くことによって直接サンプリングされたダイ
レクトコアサンプルを使った実験室での測定結果と比較
された。 空隙率及び透水率の予測値と直接測定値間の一致は、砂
の堆積層に対しては１から３０ｋＨｚの周波数範囲の減
衰に対して、粘性損失機構が主な影響を与えていること
を示している。この周波数領域において、粘性緩和の直
線性及び因果性が、測定された縦波速度と固有減衰の一
致によって示されている。 第４ａ図及び第４ｂ図に示されるように、実際の地震波
形から、前記探査孔間トモグラフィにおいて、発振源と
してシングルチップスパーカを用いることにより、縦波
だけでなく横波（剪断波）も発生されることが発見され
た。従って、横波速度の知識から、堆積層内での横波速
度分布も正確に測定することができ、更に、堆積層の剪
断変形率や剪断力も決定することができる。これらは、
構造（建設）工学上、及び、石油や天然ガスのような炭
化水素の存在を正確に決定する上で、重要である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、この発見の証拠を示している
。第４ｂ図において、ｖｐはＰ波（Ｐｒｉｎａｒｙ
ＷａＶｅ ＝纒波）の速度、ＶＳはＳ波（Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ Ｗａｖｅ ＝横波）の速度である。横波速度
の値は、堆積層の剪断変形率及び剪断力の値を直接決定
する。樅波速度の値に加えて横波速度の値を知ることに
よって、堆積層内の石油や天然ガスのような炭化水素の
存在、又は非存在についての重要な情報を得ることがで
きる。 本発明は、ある特定の実施例を引用して説明されていた
が、本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々な
変形を行うことができることは明らかである０例えば、
本発明による探査孔間トモグラフィのために、より多い
探査孔を用いることができる。又、それぞれの位置が判
っていれば、発振源と受信器間の位置の多くの相対的な
位置関係や変形を用いることができる。更に、様々な理
論や関係式を用いることによって、空隙率、透水性、剪
断変形率や剪断力のような特性の決定及び計算が行われ
ていたが、発振源がある探査孔内に位置され、該発振源
から離れた別の探査孔内に複数の受信器が位置され、発
振源が励起されて受信器に向けて地震エネルギが伝播さ
れ、発振源と受信器間で測定が直接性われるような、本
発明に従う方法の結果に基づくものである限り、他の分
析的な方法を利用することも可能である。
。 第１図は、音響トモグラフィ測定のエネルギ伝播源とし
て使われる、探査孔１１内に配置された発振源１０を示
すものである。符号１２は、堆積層の表面に沿って間隔
を空いて配置された多数のハイドロホンを示し、符号１
３は、垂直方向に伸びる探査孔１４内で互いに垂直方向
に間隔を空けて配置された多数のハイドロホンを示して
いる。 探査孔１４と１１は、図示の如く、互いに、例えば３．
ＯｌＭの距離だけ離れて配置されており、各探査孔自体
も、例えば３．０１の深さとされ、互いに平行とされて
いる。従うで、測定は、好ましくは、発振源によって伝
播される波動エネルギに関して、異なる角度の広い範囲
に亘って同時に行われる。そのような測定は全て、堆積
層内のエコー又は他の現象を必要とすることなく、発振
源１０から受信器であるハイドロホン１２．１３への直
接伝播を基礎として行われる。 図の位置１０′に発振源１０を置いて多数の測定を行っ
た後、発振源は、他の位置１０°°に下げられ、測定プ
ロセスが繰返される。ハイドロホン１２．１３のいずれ
も移動させることなく、発振源探査孔内での他の様々な
位置で更に他の測定が行われる。 第２図は、第１図に示したようにして行われた試験によ
って決定された堆積層の典型的な空隙率の変化を示した
ものである。縦波速度と固有減衰の正確な音響価ｍ測定
が行われた。 第３図は、ある一連の試験における発振周波数に対する
固有減衰（１／９）と実際の速度Ｖの関係をプロットし
たグラフであり、発振源と受信器を、空間的な異質部分
が小さな、垂直面の右下方領域に配置することによって
得られたデータを示したものである。 この第３図は、前出（１）、（２）式を用いて、３つの
異なる周波数帯（１−２，２−５，５−３Ｏｋ Ｈ２）
についての伝播の測定を組合せることによって、得られ
たものである。 Ｋ ｒａｌｌｅｒｓ −Ｋ ｒ。 ｅｎｉｇの関係によって固有減衰から計算された縦波速
度も、比較のなめ第３図にＯ印で示している。 縦波速度は、Ｋ ｒａｌｌｅｒｓ −Ｋ ｒｏｅｎｉ（
］関係の近似形である次式の助けを借りて、固有減衰に
関係づけられる。 ｄＶ （ω）／Ｖ（ω） ＝＋Ｑ”（ω）／ω）ｄω ・・・（３）この（３ン
式の両辺を、基準周波数ωＯからωまで積分することに
よって、次式が得られる。 Ｖ （ω） ＝ＶＯｅＸｐ ［（１／Ｗ ） ｆ”、
。 ＬＤ ＋Ｑ”（ω）／ω）ｄω］・・・（４）又は、この（４
）式の拡張として、最初の２つの項だけ維持すると、次
式が得られる。 ■（ω） ＝ＶＯ＋（ＶＯ／π） ［ｆ″。（Ｑ−１（ω）／ω）ｄ ωコ・・・（５） 上記の近似的な関係は、縦波速度及び固有減衰が、周波
数に関して非常に速くは変化しないという条件で有効で
ある。 第３図に示されるように、周波数に依存する固有減衰及
び縦波速度における対応する分散は、比較的均一な媒体
中での実験を行うことによって検出された。音響測定か
ら計算された空隙率及び透水性は、好ましくは、地層中
のコアを抜くことによって直接サンプリングされたダイ
レクトコアサンプルを使った実験室での測定結果と比較
された。 空隙率及び透水率の予測値と直接測定値間の一致は、砂
の堆積層に対しては１から３０ｋＨｚの周波数範囲の減
衰に対して、粘性損失機構が主な影響を与えていること
を示している。この周波数領域において、粘性緩和の直
線性及び因果性が、測定された縦波速度と固有減衰の一
致によって示されている。 第４ａ図及び第４ｂ図に示されるように、実際の地震波
形から、前記探査孔間トモグラフィにおいて、発振源と
してシングルチップスパーカを用いることにより、縦波
だけでなく横波（剪断波）も発生されることが発見され
た。従って、横波速度の知識から、堆積層内での横波速
度分布も正確に測定することができ、更に、堆積層の剪
断変形率や剪断力も決定することができる。これらは、
構造（建設）工学上、及び、石油や天然ガスのような炭
化水素の存在を正確に決定する上で、重要である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、この発見の証拠を示している
。第４ｂ図において、ｖｐはＰ波（Ｐｒｉｎａｒｙ
ＷａＶｅ ＝纒波）の速度、ＶＳはＳ波（Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ Ｗａｖｅ ＝横波）の速度である。横波速度
の値は、堆積層の剪断変形率及び剪断力の値を直接決定
する。樅波速度の値に加えて横波速度の値を知ることに
よって、堆積層内の石油や天然ガスのような炭化水素の
存在、又は非存在についての重要な情報を得ることがで
きる。 本発明は、ある特定の実施例を引用して説明されていた
が、本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々な
変形を行うことができることは明らかである０例えば、
本発明による探査孔間トモグラフィのために、より多い
探査孔を用いることができる。又、それぞれの位置が判
っていれば、発振源と受信器間の位置の多くの相対的な
位置関係や変形を用いることができる。更に、様々な理
論や関係式を用いることによって、空隙率、透水性、剪
断変形率や剪断力のような特性の決定及び計算が行われ
ていたが、発振源がある探査孔内に位置され、該発振源
から離れた別の探査孔内に複数の受信器が位置され、発
振源が励起されて受信器に向けて地震エネルギが伝播さ
れ、発振源と受信器間で測定が直接性われるような、本
発明に従う方法の結果に基づくものである限り、他の分
析的な方法を利用することも可能である。
以上説明した通り、本発明によれば、地層の物理特性、
特に、空隙率、透水率や堆積物の変化の断面分布状況を
正確に非破壊で測定することができる。又、音響トモグ
ラフィによって、空隙率や透水率を正確に評価すること
ができる。更に、地層の剪断変形率や剪断力を決定する
ことができ、地層中の石油や天然ガスのように炭化水素
の存在を正確に決定することができる等の優れた効果を
有する。
特に、空隙率、透水率や堆積物の変化の断面分布状況を
正確に非破壊で測定することができる。又、音響トモグ
ラフィによって、空隙率や透水率を正確に評価すること
ができる。更に、地層の剪断変形率や剪断力を決定する
ことができ、地層中の石油や天然ガスのように炭化水素
の存在を正確に決定することができる等の優れた効果を
有する。
第１図は、音響トモグラフィのための発振源と受信器の
配置を含む、本発明の一実施例を示すための、堆積層の
垂直断面を示す断面図、第２図は、第１図による音響ト
モグラフィに従った配置における堆積層の空隙率の変化
の測定例を示す、堆積層の断面に沿う線区、 第３図は、本発明による地震エネルギの固有減衰、実際
の速度及び周波数の関係の例を示すグラフ、 第４ａ図は、２つのハイドロホンによって記録された実
際の地震波形の例を示す線図、第４ｂ図は、シングルチ
ップスパーカを発振源としたときの、２つの信号間のイ
ンパルス応答関数を示す線図である。 １０・・・発振源、 １１．１４・・・探査孔、 １２．１３・・・ハイドロホン。
配置を含む、本発明の一実施例を示すための、堆積層の
垂直断面を示す断面図、第２図は、第１図による音響ト
モグラフィに従った配置における堆積層の空隙率の変化
の測定例を示す、堆積層の断面に沿う線区、 第３図は、本発明による地震エネルギの固有減衰、実際
の速度及び周波数の関係の例を示すグラフ、 第４ａ図は、２つのハイドロホンによって記録された実
際の地震波形の例を示す線図、第４ｂ図は、シングルチ
ップスパーカを発振源としたときの、２つの信号間のイ
ンパルス応答関数を示す線図である。 １０・・・発振源、 １１．１４・・・探査孔、 １２．１３・・・ハイドロホン。
Claims (5)
- （１）地層の表面から少なくとも所定の深さまで伸び、
入口を有する、互いに所定距離だけ離れた少なくとも一
対の探査孔を形成し、 前記探査孔間の地層表面に実質的に沿う所定の既知の位
置に、複数の受信器を互いに間隔を空けて配置し、 少なくとも１つの前記探査孔内の既知位置に、多数の受
信器を互いに間隔を空けて配置し、前記探査孔の他の１
つの中の、前記受信器に関して既知の位置に、発振源を
配置し、 該発振源を励起して、該発振源から前記受信器に震動エ
ネルギを伝播させ、 前記発振源の位置から前記受信器に向かって伸びる多数
の経路中の前記震動エネルギの地震波特性を測定するこ
とを特徴とする地層の物理特性の音響波を用いた非破壊
測定方法。 - （２）請求項１において、更に、前記発振源を前記受信
器に対して移動し、該発振源を再び励起して、前記受信
器に向かって伸びる新しい多数の経路中の地震波特性を
更に測定することを特徴とする地層の物理特性の音響波
を用いた非破壊測定方法。 - （３）請求項１又は２において、前記地震波特性の測定
に際して、伝播した震動エネルギの固有減衰及び速度を
測定することを特徴とする地層の物理特性の音響波を用
いた非破壊測定方法。 - （４）請求項１乃至３のいずれか一項において、前記地
震波特性が、縦波速度の周波数特性や固有減衰の周期数
特性を含むことを特徴とする地層の物理特性の音響波を
用いた非破壊測定方法。 - （５）請求項１乃至３のいずれか一項において、前記地
震波特性が、地震波の横波速度を含むことを特徴とする
地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2333477A JPH04198794A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2333477A JPH04198794A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04198794A true JPH04198794A (ja) | 1992-07-20 |
Family
ID=18266509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2333477A Pending JPH04198794A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04198794A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008286622A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Ihi Aerospace Co Ltd | 超音波測定装置と超音波測定方法 |
| JP2022123078A (ja) * | 2021-10-26 | 2022-08-23 | 中国科学院地質與地球物理研究所 | 深層－超深層海相カーボナタイトのオイルプール賦存深度下限の予測方法 |
| JP2023150439A (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-16 | 東洋建設株式会社 | 地盤構造推定方法及びそれに用いられる受振ユニット |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1298967A (en) * | 1916-06-13 | 1919-04-01 | A N Van Deman | Manufacturer's lathe. |
| JPS60108750A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-14 | シユラムバ−ガ− オ−バ−シ−ズ ソシエテ アノニム | 回折トモグラフィ方法 |
| JPH02157681A (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-18 | Hazama Gumi Ltd | シールド工法における地中探査方法 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2333477A patent/JPH04198794A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| US1298967A (en) * | 1916-06-13 | 1919-04-01 | A N Van Deman | Manufacturer's lathe. |
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| JP2022123078A (ja) * | 2021-10-26 | 2022-08-23 | 中国科学院地質與地球物理研究所 | 深層－超深層海相カーボナタイトのオイルプール賦存深度下限の予測方法 |
| JP2023150439A (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-16 | 東洋建設株式会社 | 地盤構造推定方法及びそれに用いられる受振ユニット |
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