JPH08507145A - 海底地震を測定する方法ならびに、その方法を実施するための地震海底ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ケーブル（２）と地震信号を検出するセンサ（４）とを有し、上記センサ（４）が地震信号の測定中海底の測定位置に置かれる地中聴音器ユニット（６）を備え、測定と測定との間に上記測定位置から次の測定位置へ海底（３）に沿って海底ケーブルを動かすようにした海底ケーブルを用いて海底地震を測定する方法。測定を行う前に地中聴音器ユニット（６）は振動され、その結果、地中聴音器（６）は、それ自身を海底に埋めて、海底（３）と良好な接触が得られる位置になる。本発明は前記方法を実施するための地震ケーブルから成る。ここでは、地中聴音器ユニット（６）は、フレーム構造体（７）内に緩く取り付けられており、また、ケーブル（２）を介して電力が供給される少なくとも一つの振動器（１４）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 海底地震を測定する方法ならびに、その方法を実施するための地震海底ケーブ ル 本発明は海底に設置され、地中聴音器ユニットを有するケーブルを使用するこ とで海洋地震の測定を実施する方法と、そして更に前記の方法を実施するのに適 合するケーブルに関する。 海洋における地震測定の実施時に、前記の様な海底ケーブルを使用することは 、既に知られている。これに関しては、ノルウエーの刊行明細書第168610号とア メリカ特許第4870625号に記載されている。 前記の刊行物より、測定時に海底に置かれるケーブル使用することは、既に知 られている。このようなケーブルには地中聴音器に加えてハイドロホンが設けら れ得、従って検出すべき地震信号から発生するＳ波と、圧力の両方を記録するこ とができる。測定条件のより詳しい記載はとりわけ、前記ふたつの刊行物に示さ れている。 実際問題として、測定が行なわれている際に、地中聴音器と海底の間に充分に 良好で、安定した機械的な接触を得ることが困難であることは明らかである。こ れは、特に地震波の一部分を形成するＳ波の検波がやや不正確になり得る。 本発明の目的は測定時に時間をかけずに、地震信号の測定を前例より正確に行 なう方法を示すことである。更 に前記の方法を実施する簡潔で効果的なケーブルと、同時に以前から知られてい る技術の不利益を回避するものである。 前記の目的は特許請求の範囲に記載されている方法とケーブルの使用によって 達成される。 本発明は、に詳細に説明される実施例の説明に加えて添付図面を参考すること によってより明確に理解される。第１図は例えば、潜水艦１によってケーブルを 海底に敷設する方法を示す図であり、第２図は第１図の海底ケーブルに関連して 、使用され得るセンサの慨略図を占めし、第３図は、第２図のセンサの斜視図を 示し、第４図は、感知器の一部分を形成する地中聴音器ユニットの詳細な構造図 を示している。 全ての図面を通して同じ部分には同じ符号が使用される。また、図面は実際の 寸法では示されておらず、本発明原理をできるだけ簡単な方法で示すために簡単 化した実施例を示している。結局、図面は単に本発明の可能な実施形態のひとつ を示しており、それは本発明の範囲を越えることなく、他に多数の実施形態が考 えられ得ることを意味している。 第１図は潜水艦１が海底３のケーブルを牽引する方法が示されている。ケーブ ルを使用すること自体は既に知られており、本発明の範囲外である。従って、潜 水艦が震源９を備え得ることを除いては、ここではその様なケーブルの使用の詳 細については説明しない。しかし地震 信号も分離源（separate source）によって発生され得る。同様に、潜水艦の代 わりに水上艦が用いられ得る。 ケーブルの一部分を成すセンサ４がケーブル２沿いに設けられ、前記センサ４ は地中聴音器とハイドロホンの両方から成り得る。センサ４は規則的または不規 則にケーブル２に沿いに配置されており、ケーブル２は通常のその端部が、ケー ブル全体を伸ばした状態に維持することを補助するために、例えば付加的なドラ グチェーン５の形式でか過重量にされる。この様ないくつかのケーブルは海底で 平行して使用され得、その場合これらは、移動時にケーブルを互いに一定の距離 を保つ共通の横方向の引張り棒（図示せず）に取付けられ得る。典型的な例とし て、ケーブルの長さが１から２で約10mの間隔で約100のセンサ４が備えられてい る。 艦の下でケーブルにはデータ変換用の様々な電子サーキットリーを収納し得る 末端ボックスが装備され得る。ケーブル２はそれ自体圧力、ケーブル重量及び、 牽引中に使用する力に耐え得る寸法にされなければならない。有利には、ケーブ ル２はケブラーまたは強力な機械応力に耐える類似の材料のワイヤによって補強 され得る。 本発明は特に測定の間、つまり海底でケーブルが静止ている間に効果のある状 態に関する。測定はケーブルを静止している間に、行なわれ、測定が終了すると ケーブルは次の測定位置へ移動される。 既に知られている海底ケーブルの問題は、センサ４の 全体か、またはその一部分を単に構成し得る地中聴音器ユニットが、測定処理の 間で、海底３との良好で再現可能な接触を充分に得られないことである。測定の 結果、特に地震Ｓ波は、多少不確実であり得るため、この様な測定の結果は誤っ て解釈され得る。 第２図は地中聴音器ユニット６どのように取付けられているかが示されている 。ここではケーブルは前記の通りである。 ケーブル２は機械応力の伝達要素、例えば電力の形態のエネルギー伝達要素、 そしてケーブル自体を介する必要な信号伝達要素を含んでいる。ケーブル２は次 に中間接続器１１によってセンサ４に接続している。ここに示しているように、 センサ４は二つの主要部分から成り、第１の部分はハイドロホンユニットの圧力 容器１２である。ハイドロホンは容器１２に別々に配置され得、周囲の環境から 守られている。この第１のぶぶんは記録を行ない、その後表面から反射した信号 を除去するようにされている。この圧力容器１２は更にA/D変換器や、同じく例 えばマイクロプロセッサと必要なメモリ手段とを備える必要なの処理設備を含ん でいる。 センサ４の第２の部分は、機械的、電気的または水圧的、空圧的であり得る可 撓性の接続部を備えた地中聴音器から成る。有利には、地中聴音器の比重は、最 大限可能な範囲で、海底の成分の比重量に対応する（比重約1.7）。更に地中聴 音器ユニットは信号のディジタル化と 及び増幅作用のデータユニットを備えることができる。データユニットもデータ を正確な範囲に予備的処理をすることができる。 更に、ケーブル２の一部を形成する要素が、圧力容器１２と地中聴音器ユニッ ト６を囲む様に、対称的に配置されたフレーム構造体７の内部を通る２つの部材 に分割されることを説明する必要がある。ケーブル２は好ましくは圧力ユニット 内のハイドロホンユニットに加えて、地中聴音器ユニット６の接続に必要なフレ ーム構造体７の内部の分岐路を備えている。更にケーブル２は新しい接続器１５ を介して右側に伸び、かつ次のケーブル２を介して、好ましくはここに図示した ものと同型か、幾分異なった型の次のセンサへ伸びる。 本発明の最も重要な特徴は、フレーム構造体７、フレーム構造体によるケーブ ルの保護的な包囲、及びセンサユニットの記録及び感知要素の遮蔽に加えて、地 中聴音器６次体の設計にある。 第２図、第３図及び第４図に示すように、地中聴音器ユニット６は伸長円筒形 ユニットの形状をしている。 このユニット６は圧縮容器１２及びフレーム構造体７を介して、好ましくは全 て地中聴音器ユニット６の同じ端部に配置される異なった形式の可撓性ジョイン ト８、９、１０によってケーブル２に取付けられる。 図面はコネクタ８、可撓性ケーブル郡９、及び地中聴音器ユニット６の能動部 分に繁がるキャップ・コネクタ 結合体１０を示している。 全体としてこの接続は可撓性サスペンション１３によって機械的に確実なもの とされ、これら全ての構成部分の構造は、勿論問題のケーブル構造にそして地中 聴音器ユニットの実際の構造に適合している。最も重要な条件は、地中聴音器ユ ニット６をフレーム構造体７に対する全ての座標方向に、地中聴音器ユニット６ を一定の制限内で、動かせる可撓性の接続器を備えることである。従って、サス ペンションは、Ｘ、ＹまたはＺ軸方向の動作を妨げるものではなく、また地中聴 音器ユニット６の制限された回転も妨げるものではない。もし全ての接続ジョイ ント８、９、１０、１３が地中聴音器ユニット６の一端に互いに近接して配置さ れると、地中聴音器ユニットはフレーム構造体及びケーブルの軸線に対して斜に 傾斜することもできるようになる。 センサを備えたケーブルの海底に沿っての牽引は、図に示すように矢印２０の 方向に行なわれる。ケーブル２が静止している時、地中聴音器ユニット６もフレ ーム構造体７内で静止しているが、海底での地中聴音器ユニットの単なる位置決 めは、その場所の地形に依存する。従って、地中聴音器ユニット６が石の上など の不安定な場所に位置したり、または地中聴音器ユニットと海底３との間に機械 的に不十分な接触をもたらす柔軟な有機物上に位置することが起こり得る。 地中聴音器ユニット６を海底３と機械的に最高で可能 な接触をさせるために、振動器１４が地中聴音器ユニット６の自由端に設けられ る。ケーブル２が海底３上におかれるとすぐに、ケーブル２を介して電力が供給 される振動器１４が作動し、ある地中聴音器ユニット６を海底３の適当な位置ま で振動させ、ある地中聴音器ユニット６を海底３に幾分沈ませる。これは勿論海 底の性質に依存するが、やはり地中聴音器ユニット６と海底３の間の機械的な接 触は、実質上以前の解決方法より強くなる。 好ましくは、地中聴音器６の自由端に配置される振動器１４は種々の方法で構 成され得、異なる手段によって電力が供給され得る。第４図に示されている好ま しい実施形態はにおいて、振動器１４は、非対称ウエイト７を有する偏心バラン スホイールが装備された、電気的、水圧的な走行回転モーター１６から成る。も しモーターが電動だとすると、それはコンパスに影響を及ぼさないように、磁気 遮蔽体２４によって囲まれ、更にできるだけ間隔を空けて配置される。バランス ホイールは地中聴音器ユニット内に収納される。偏心バランスホイールが高速で 回転する時、地中聴音器ユニット６の自由端は小さな円運動で迅速に動かされる 。従って偏心バランスホイールは地中聴音器ユニット６の運動が最も自由な状態 のある部分に配置されるのが有利点の一つである。周りのものがそれほど堅くな い場合には、地中聴音器ユニット６の近くにある粒状態は脇に押出され、地中聴 音器ユニット６は海底３の泥土や粒状態のなかに埋れ、海底３と 良好に機械的に接触し、その結果、支持構造体を通して移動し、支持構造体によ って部分的に反射させられるＳ波の形態の地震信号が、機械的偏心部材１７を有 するバランスホイールが停止した後、地中聴音器ユニット６のない部に配置され た３つの地中聴音器２１、２２、２３に伝達され、振動器は停止し、地中聴音器 ユニット６は測定位置に置かれる。 有利には、振動器１４は例えばショルダー２５によって、ハウジングの内部に 対して正確な位置に維持され得る。 地中聴音器自体の設計とデータの記録とはここでは既知の技術を使用している ので、詳細には説明しない。 第３図には振動によって地中聴音器ユニット６を埋めることがより詳細に示さ れており、またセンサ４は斜視図で示されている。地中聴音器ユニット６が振動 を終え、測定が開始された後に、地中聴音器ユニット６が取り得る位置を点線で 示している。地中聴音器ユニット６が好ましくは３つの直交する方向で信号を記 録する３つの地中聴音器２１、２２、２３、並びに三次元コンパス１８とインク リノメーター１９を内蔵しているので、受信信号は座標の基準ネットワークに組 み合わされ、明確な信号を出し、たとえどんな位置方向であっても各々の地中聴 音器ユニット６は空間に適合する。 明確な信号を得る。更に、可撓性サスペンション１３を介する連結装置と、並び に地中聴音器ユニットの円筒形 表面は、測定の終了後、ケーブルが矢印２９によって示された方向に牽引される 時、地中聴音器ユニット６が容易に牽引されることを意味している。 本発明は多くの異なった形態が考えられ得る。従って、振動器１４は前記より 異なった方法で形成され得る。例えば前後に動き、それによってひとつの平面だ けにおいて地中聴音器ユニットを振動させるラインピストンのように設形され得 る。もしその様なライナーピストンが地中聴音器ユニットの軸と同じ方向に配置 されると、振動もその軸方向に行なわれる。いくつかの異なった振動発生器の組 合せも、本発明の範囲で構成される。図４に示されている不均衡な回転モーター も、例えばパーカッションドリルの配置と類似の、軸方向に一貫性のない動作を 生じさせる配置を備え得る。更に、振動器は両方とも電気的、水力的そして／ま たは空圧的に運転され得ることを示している。好ましくは、地中聴音器６は、海 底の材料都ほぼ同じ、通常約1.7、またどんな場合でも1.5から2.0の合いだの比 重量が得られるような方法で設計される。更に、振動器自体の大きさは、相対的 に大きな部分、例えば地中聴音器ユニット全体の約10％以上、を占めることがで き、それゆえ振動中に満足な力が得られる。更に、地中聴音器ユニット６の材料 の選択は、ユニットが海底３にそれ自体を掘り下げる能力に体して重要であり得 る。地中聴音器ユニット６が粗くまたは凸凹な表面を有し、その結果、その環境 で粒状体との良好な機械的 接触が得られた時は、粒状体に対して容易に動かなくなることが好ましい。振動 終了後の地中聴音器ユニットの位置はインクリノメーターとコンパスによって検 波される。 振動器が作動している時の、振動数は広範囲内で変化することができる。例え ば振動数を50Hzから150Hzの間にすることが可能であることが挙げられる。しか し低周波数でも同じことが考えられ得る。特別な環境条件では、ある特定の周波 数は有効になり得る。更に周波数はある操作方法によって変化できることが挙げ られる。回転偏心を備えた振動器が使用される時、振動器は従って低速で始動で きるが、しかし回転速度が上がっていき、停止する前に回転速度が再び下がる前 、予定の期間の最高回転速度（r.p.m.）が維持される。従ってどの振動周波数の 経過も本発明の範囲内である。 地中聴音器ユニットも一つ以上の振動器を備えることができ、異なった振動器 は異なった平面でそして／または異なった軸に伝って振動でき、そして異なった または類似の周波数と振幅に振動／共振する。 海底ケーブルも有効に圧力容器１２に配置され得るハイドロホンユニットから 成ることを示している。圧力容器１２も信号のディジタル化（digitalization） と信号噌幅のデータユニットを備えている。その様なデータユニットも捕促デー タを処理し、仲介してそれらを記憶し、そして／または伝達する。フレーム体７ は金属から成り 得、圧力容器１２に結合させることができ、それによってケーブル要素はケーブ ル２から二つのグループに分離され、各々がフレーム体の側面を通過し、圧力容 器１２へ案内する枝路を備えており、コンパス１８、インクリノメーター１９、 地中聴音器２１、２２、２３並びにモーター１６が適当な接続によって連結され ている。もし海底ケーブルがハイドロホンを備えているとするなら、これもケー ブルの適当な要素に接続される。この接続は接続器１１を介して直接行なわれる 。最後に地中聴音器ユニットは、他に横断面図が例えば、楕円形または多角形の 幾何学的な形状であり得る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月６日 【補正内容】 請求の範囲（補正） １．ケーブル（２）と地震信号を検出するセンサ（４）とを有し、上記センサ（ ４）が地震信号の測定中海底の測定位置に置かれる地中聴音器ユニット（６）を 備え、測定と測定との間に上記測定位置から次の測定位置へ海底（３）に沿って 海底ケーブルを動かすようにした海底ケーブルを用いて海底地震を測定する方法 において、 測定の開始前に地中聴音器ユニット（６）に加振し、地中聴音器ユニット（６） を海底（３）と良好に接触する静止位置に設定することを特徴とする海底地震の 測定方法。 ２．地中聴音器ユニット（６）の加振が少なくとも一つの平面で及び（または） 少なくとも一つの軸線方向に沿って行われ、しかも可変で制御可能な振動数をも つことを特徴とする請求の範囲１に記載の海底地震の測定方法。 ３．地中聴音器ユニット（６）が、一端を自由端として接続してない実質的に細 長い円筒状ユニットであり、各場合の振動が地中聴音器ユニット（６）のほぼ自 由端に発生されることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の海底地震の測 定方法。 ４．ケーブル（２）に沿って間隔を置いて配置した局所的に配列されるセンサ（ ４）を有し、上記センサ（４）が地震信号の検出中に海底に設置するようにされ た地中聴音器ユニット（６）を備えている海底で使用される地震ケーブルにおい て、地中聴音器ユニット（６）が少なくとも一つの平面内で及び（または）少な くとも一つの軸線に沿っ て地中聴音器ユニット（６）に振動を加える少なくとも一つの振動器（14）を備 え、また地中聴音器ユニットが上記ケーブル（２）の通路を収容した包囲対称フ レーム構造体（７）内に可動に配置されることを特徴とする地震ケーブル。 ５．地中聴音器ユニット（６）が、地中聴音器ユニット（６）の一端に配置した 少なくとも一つの撓み接続部（９，13）を介して包囲対称フレーム構造体（７） 内に配置されるケーブル（２）に接続され、またケーブル（２）が包囲対称フレ ーム構造体（７）を通ってケーブル（２）に沿った一連のセンサ（４）における 次の後続のセンサ（４）へのびることを特徴とする請求の範囲４に記載の地震ケ ーブル。 ６．地中聴音器ユニット（６）が好ましくは海底の質量とほぼ同じ比重をもち、 そしてケーブル（２）との撓み接続部（９，13）の配置される一端において包囲 対称フレーム構造体（７）の中心に吊り下げられ、また地中聴音器ユニット（６ ）の他端が包囲対称フレーム構造体（７）または上記ケーブル（２）に接続され ずに完全に自由あることを特徴とする請求の範囲４または５に記載の地震ケーブ ル。 ７．地中聴音器ユニット（６）が細長い円筒状部材であり、その第１端に、包囲 対称フレーム構造体（７）に対する撓み接続部（９，13）を備え、中間部（16） には地中聴音器とコンパスとインクリノメータとを備え、第２自由端すなわち先 端には少なくとも一つの振動器（14）を備えている ことを特徴とする請求の範囲４〜６のいずれか一項に記載の地震ケーブル。 ８．一つ又は複数の振動器（14）が少なくとも非対称重り（17）をもつ回転及び （または）往復動モータ（16）を備え、上記モータが撓み接続部（９，13）を介 してケーブル（２）によって付勢されることを特徴とする請求の範囲７に記載の 地震ケーブル。 ９．振動器（14）が電気的に付勢されることを特徴とする請求の範囲７〜８のい ずれか一項に記載の地震ケーブル。 10．振動器（14）が水力学的または空気力学的に付勢されることを特徴とする請 求の範囲７〜８のいずれか一項に記載の地震ケーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ (72)発明者 ブグテン，ビエルン ノルウエー国 エヌ―7562・ムンハマレ ン．トラ・サツクスダタース ヴエイ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーブル（２）と地震信号を検出するセンサ（４）とを有し、上記センサ（ ４）が地震信号の測定中海底の測定位置に置かれる地中聴音器ユニット（６）を 備え、測定と測定との間に上記測定位置から次の測定位置へ海底（３）に沿って 海底ケーブルを動かすようにした海底ケーブルを用いて海底地震を測定する方法 において、 測定の開始前に地中聴音器ユニット（６）に加振し、地中聴音器ユニット（６） を海底（３）と良好に接触する静止位置に設定することを特徴とする海底地震の 測定方法。 ２．地中聴音器ユニット（６）の加振が少なくとも一つの平面で及び（または） 少なくとも一つの軸線方向に沿って行われ、しかも可変で制御可能な振動数をも つことを特徴とする請求の範囲１に記載の海底地震の測定方法。 ３．地中聴音器ユニット（６）が、一端を自由端として接続してない実質的に細 長い円筒状ユニットであり、各場合の振動が地中聴音器ユニット（６）のほぼ自 由端に発生されることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の海底地震の測 定方法。 ４．ケーブル（２）に沿って間隔を置いて配置した局所的に配列されるセンサ（ ４）を有し、上記センサ（４）が地震信号の検出中に海底に設置するようにされ た地中聴音器ユニット（６）を備えている海底で使用される地震ケーブルにおい て、地中聴音器ユニット（６）が上記ケーブル（２）の通路を収容した包囲対称 フレーム構造体（７）内に可動 に配置されることを特徴とする地震ケーブル。 ５．地中聴音器ユニット（６）が、地中聴音器ユニット（６）の一端に配置した 少なくとも一つの撓み接続部（９，13）を介して包囲対称フレーム構造体（７） 内に配置されるケーブル（２）に接続され、またケーブル（２）が包囲対称フレ ーム構造体（７）を通ってケーブル（２）に沿った一連のセンサ（４）における 次の後続のセンサ（４）へのびることを特徴とする請求の範囲４に記載の地震ケ ーブル。 ６．地中聴音器ユニット（６）が好ましくは海底の質量とほぼ同じ比重量をもち 、そしてケーブル（２）との撓み接続部（９，13）の配置される一端において包 囲対称フレーム構造体（７）の中心に吊り下げられ、また地中聴音器ユニット（ ６）の他端が包囲対称フレーム構造体（７）または上記ケーブル（２）に接続さ れずに完全に自由あることを特徴とする請求の範囲４または５に記載の地震ケー ブル。 ７．地中聴音器ユニット（６）が細長い円筒状部材であり、その第１端に、包囲 対称フレーム構造体（７）に対する撓み接続部（９，13）を備え、中間部（16） には地中聴音器とコンパスとインクリノメータとを備え、第２自由端すなわち先 端には少なくとも一つの平面内で及び（または）少なくとも一つの軸線に沿って 地中聴音器ユニット（６）に振動を加える少なくとも一つの振動器（14）を備え ていることを特徴とする請求の範囲４〜６のいずれか一項に記載の地震ケーブル 。 ８．一つ又は複数の振動器（14）が少なくとも非対称重り （17）をもつ回転及び（または）往復動モータ（16）を備え、上記モータが撓み 接続部（９，13）を介してケーブル（２）によって付勢されることを特徴とする 請求の範囲７に記載の地震ケーブル。 ９．振動器（14）が電気的に付勢されることを特徴とする請求の範囲７〜８のい ずれか一項に記載の地震ケーブル。 10．振動器（14）が水力学的または空気力学的に付勢されることを特徴とする請 求の範囲７〜８のいずれか一項に記載の地震ケーブル。