JPS6345073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、地震波信号を発生させ且つ伝播さ
せる方法及び装置に関する。更に、この発明は、
利用できる動力源から伝播されるエネルギーを最
大にし、且つ、不明確さを最小限にした状態で地
質学的反射面について高分解能を与える地震波信
号シーケンスを発生させる方法及び装置に関す
る。 この発明は、地中の弾性波伝播を使用して地球
物理学的探査を行なうのに特に適している。更
に、この発明は、音響伝播に使用する検知・検出
システムに一般的に応用することもできる。 従来の技術 地震波観測による探査の技術は、種々のタイプ
の地震波信号源及び探査技術の発達を促した。そ
れにもかかわらず、今日の地震波信号源及び探査
技術の性能には、音響信号伝播媒体として大地の
特性と関連する時に、探査進み速度、得られる信
号対ノイズ比及び達成される地質学的分解能に限
界があることが分つている。 大地に対する深い地震波探査についての最も広
範囲に使用される方法は、いわゆる“振動地震
波”技術であつて、この技術は、液圧振動装置が
１〜４オクターブの範囲に一般的に及ぶ振動数の
直線状走査を地質組成物に利用するものである。
受信した時の反射結果（地質学的反射面からの反
射）を解析し、かつ測定するためには、相関関係
技術が用いられる。このような技術及びダイナマ
イト又は同様な衝撃結果を利用する技術について
の一般的調査結果は、米国特許第3886493号明細
書に開示されている。 典型的なこととして、振動装置は頑丈な車輌に
液体圧動力源を備えた状態で取付けられる。この
ような車輌は、所望の伝播波を発生させるために
同期的に駆動される振動装置とともに２〜６グル
ープに分けて使用されている。これらの技術は、
振動数の振幅を増大させるために、及びその振動
数を下げてより深く浸透させるために、努力がは
らわれている。これは、比較的大きい車輌を必要
とし、従つて運転及び保守に相当の費用を要して
いる。このような振動発生装置の説明として米国
特許第3929206号明細書及び米国特許第3363720号
明細書を参照されたい。更に、有効な深い地震波
探査では、このような動力源が総合的に空間上に
配置されることが必要である。典型的なこととし
て、地中聴音機配列のラインに沿つて動かされる
４台の振動地震波車輌のグループを、例えば6.1
ｍ（20フイート）毎に一斉に大地と接触させ、
各々の接触中に５Hz付近の低い振動数から60Hz付
近の高い振動数までの振動数で５〜15秒の持続時
間の同期された直線状走査を実行する。通常、こ
れらの接触点群の10箇所以上が、地震波探査に於
ける爆発物の使用から由来する用語である単一
“発射点”と同等である。深い反射面を解析する
ためには、各々の接触点群から地中聴音機によつ
て受信される信号記録のグループを、地質学的構
造体の地質学者が分析するのに適した地震計を得
るために、処理し、相関させ、且つ、積み重ねな
ければならない（オクラホマ州のツルサに在る
Soc.of Exploration Geophysicistsによつて出版
されたテキスト「地震波フイルターリング
（Seismic Filtering）」の８章に開示されたカス
サンド（Cassand）とラベジン（Lavergne）の
“振動装置による地震波伝播（Seismic
Emissions by Vibrator）”を参照されたい）。 典型的な振動源接触に於いては、大地に対する
カツプリングプレートの圧縮バイアス力は、例え
ば1.36×10⁴Kg（３×10⁴ポンド）である。例えば
9.07×10³Kg（２×10⁴ポンド）のピーク振幅の経
時変化力がこの圧縮バイアス力に加えられる。次
いで、瞬間力は4.54Kg／10³Kg（１×10³ポンド）
〜2.27×10⁴Kg（５×10⁴ポンド）の間で変化す
る。地質のインピーダンスは、与えられた力の関
数として変化し、そして地震計に悪影響を与える
か又は最小限その地震計のバツクグランドにノイ
ズが増加したように信号に対して歪を与える。 発明が解決しようとする問題点 上記のように、大地への電気流体圧式走査振動
数伝播は、動力源の配列について有利であり、深
い地震波探査を行ない得るものであるが、動力変
換処理が非効率的であり且つ高価である。流体圧
式振動発生装置で発生される約0.1％又はそれ以
下の一次エネルギーは探査のために有用な地震エ
ネルギーとして大地中に進むと考えられる。 更に振動装置車輌の欠点はそれら車輌のサイズ
である。これらの車輌は余りに大型であり、しか
も起状に富む地域や森林地域での操作が困難であ
り、これら車輌の使用は一般的に比較的に広々し
た平坦な地形の所に限定される。従つて、この種
の装置は、混合ガスを爆発させるダイナマイトの
ような爆発装置を備えていなければならず、しか
も更に近づきにくい場所に高圧空気を解放させな
ければならない。このような爆発装置の使用は環
境上不利である。更に、このような装置を使用す
る探査方法はしばしば振動技術と比較して遅いも
のである。 現在使用中のその他の技術は、重量が大きいた
めに地面内に沈下し、しかも空圧式加速ラムを使
用しているため精密な衝撃発生技術を必要とす
る。十分な信号強度を達成するためには、異なつ
た表面位置で得られる多数個のパルスを補捉過程
で総体的に合計し、そして合成パルスだけをその
後の処理および表示のために記録する。一般に、
これら個々のパルスの合成に於いては、高い周波
数成分の極度の相殺作用のために、合成パルスが
不鮮明となつたり歪んだりする。またこの合成パ
ルスは時間的に正確を期すことが困難である。ウ
エイト落下方式については米国特許第3886493号
及び第3367443号（再発行特許第27418号）を、ま
た、空圧式アクチユエータ方式については、米国
特許第3283845号（再発行特許第26825号）を参照
されたい。米国特許第3367443号に示す特殊な連
結要素は、連結プレートの損傷を軽減するが、そ
のスペクトル特性が貧弱かつ非効率的である為、
大地中へ効果的に注入し及び大地中に伝播される
地震波信号を供給することができない。 符号化伝送法を用いることによつて、ウエイト
落下及び爆発源信号伝播技術を改良することが提
案された（ゼオフイジカル・プロスペクテイン
グ、（Geophysical Prospecting）22、153〜175
（1974年）のバービヤ（Barbier）とビアリツク
ス（Viallix）の“パルス・コーデイン・イン・
サイズミツク・プロスペクテイング−ソージ・ア
ンド・サイズコード（“Pulse Coding in
Seismic Prospecting−Sosie and Seiscode”）
を参照されたい）。これらの方法は、相関ノイズ
が最小となるように受信を整合する処理によつ
て、受信間隔中の特定時間において特定コードに
従つてパルス伝播を行なうようになつている。こ
れらの技術は、大地中に注入される動力を制限で
きる。データ収集の速度（即ち、探査速度）はこ
のような技術で限定される。 この発明の目的は、先行技術の諸欠点を克服す
る方法で地震波探査のために単極性の、力パルス
を発生させ且つ伝播することである。力パルスの
シーケンスは、サイン波（アナログ）振動装置に
関して、静スラスト又はバイアスレベルを実質的
に減少して大地に一定量のエネルギー束（力）を
伝播できる。従つて、これは装置の寸法を小さく
し且つプラツトホームの必要性をなくして、その
結果として、移動性を向上させることができる。
更に、図示のように、力パルスの発生効率は高め
られ、システムの効率は高められる。この発明に
よる信号フオーマツトに関して、必要に応じて接
点の適当な空間分布を使用するならば、この発明
に従つて発生され且つ伝播される地震波信号は、
優れた浸透力、優れた信号対ノイズ比、重要な地
質学的構造体の明りような分解能及び探査の有効
なコスト効率をもたらすことができる。 発明の要約 簡単に説明すると、この発明は、力パルスを衝
撃から生じさせる方法及び装置に関する。これら
の力パルスは地震波信号に変換され、この地震波
信号は、特に大地内へ地震波エネルギーを深く浸
透させたい時に、地震波探査システムに使用する
のに必要であり、かつ、望ましい振動数（周波数
ともいう）の範囲に限定されるスペクトルを有す
る。特に、これらの地震波信号は、力パルスのス
ペクトルエネルギーが所望な範囲内であるよう
に、加圧流体で駆動されるハンマーによつて発生
する衝撃に応答して発生した力パルスを成形する
ことによつて発生させる。 所定のフオーマツトを有するスペクトル上制限
された力パルスの非周期的パルス列又はシーケン
スは、浸透及び解析のために必要なエネルギー及
びスペクトル特性を生じる。各々の力パルスは、
移動式の装置によつて発生されるようにエネルギ
ーが十分小さいものでよい。この信号フオーマツ
トによるパルス・シーケンスによつて、地震波エ
ネルギー信号が、伝播時に大きな信号対ノイズ比
を得ることができ高い分解能をもたらす。特に、
パルスのシーケンスは、地震波探査システムの全
振動数範囲にわたつて伝播されたスペクトルを均
一に構成するように、１つの繰返し振動数帯域又
は複数の振動数帯域を含んでいる。この帯域自体
非常に小さな帯域にわたつている。この発明の好
ましい実施例によると、これらパルスの繰返し振
動数及び／又はパルスの振幅は、平均スペクトル
レベルが振動数範囲の下限振動数限界から上限振
動数限界までスムーズに広がる（即ち実質的に一
定である）ように変化される。この信号スペクト
ルは、狭い主ロープ及び、もしあるとすれば、小
さなサイドロープを有する自己相関関数に特徴づ
けられており、この自己相関関数は伝播されるエ
ネルギーを有する受信信号の相互相関によつて構
成された地震計に於ける高い分解能に比例してい
る。 エネルギーは、伝播されたスペクトルの帯域幅
が地震波探査システムの記録と処理との帯域幅に
比例するような幅の広さに制限されているから、
（効率を増大するように）維持される。現場に於
けるデータ収集時間は、衝撃シーケンスが高エネ
ルギー量にて短い伝播時間にわたつて達成される
から、短縮される。エネルギースペクトルは、力
パルスの形式によつて自然に漸減しており、従つ
て自己相関関数の最小ローブのリンギングを基本
的に除去し、それで伝播の分解特性を高めること
ができる。 上記パルス及びパルスシーケンスフオーマツト
を発生させるためにこの発明によつて与えられる
装置は衝撃源を有しており、この衝撃源の衝撃作
用は振動流体圧源よりむしろ切換可能な力によつ
て制御されるハンマー運動から生じる。切換可能
な力特性は、上記“地震性振動”技術を特徴とす
るような振動源技術に必要なサイン曲線又はアナ
ログ弁調節に対比してハンマーを横切る流体圧を
切換えることによつて与えられる。更にこれらは
装置の効率を高める。更に、効率はハンマーのリ
バウンドによつて地層に伝播されないエネルギー
を利用する力パルス形成装置を利用することによ
つて高められ、そのリバウンドエネルギーは次の
力パルスの発生のために利用される。 この発明の一実施例によると、スペクトル振動
数範囲にわたつて実質的に一定の平均スペクトル
レベルは、力パルス受信振動数を変調し又は走査
することによつて得られ、従つて、力パルス発生
器への入力が走査の持続時間にわたつて一定のま
まである。また別の方法として一定の平均スペク
トルレベルを、発生器がエネルギー貯蔵動力供給
源に適する可変入力を受入れるように、力パルス
の受信振動数を変調することによつても発生し得
る。 この発明の前記及びその他の目的、構成及び効
果及び作動形成並びにこの発明の好ましい実施例
は図面を参照した次の詳細な説明から明らかにな
る。 実施例 添付図面の第１図は、所望の地震波信号を発生
して地中内へ伝達させるための移動装置に関す
る。陸上キヤリヤトラツク１０は、ベツド１４を
構成するシヤーシ上に取り付けられたエンジンお
よび運転手台１２を有している。流体圧により駆
動される衝突または衝撃装置は、力パルス発生器
１６として作動する。フランジ２０によりベツド
１４上に取り付けられた骨組１８はこのパルス発
生器を支持し、ベツド１４上には流体圧源２２が
取り付けられている。この流体圧源は、流体圧油
として加圧流体を発生するための適当な流体圧ポ
ンプと、リザーバと、フイルターとを含んでい
る。この加圧流体は、ホース２４および２５を通
してパルス発生器１６へ供給されたり、またはこ
のパルス発生器１６から送り出されたりする。別
のホース２６は、流体圧源２２をパルス発生器へ
接続する。流体圧源２２内のポンプは、キヤリヤ
１０のエンジンから引き出された動力により駆動
するか、又はキヤリヤ１０により牽引するのに適
したトレーラー上に取り付けることのできる補助
デイーゼルエンジンまたはガソリンエンジンによ
り駆動することができる。 ベースアセンブリ２８はパルス発生器１６の一
部を形成している。このアセンブリは、円形ベー
ス３０、該ベース３０の頂部に取り付けられたシ
リンダー３２、及びカセツト３４から構成され
る。このカセツトはシリンダー３２をベース３０
に固定する。ベツド１４内の開口３６には、その
底部に円すい形表面を有するサドル３８が設けて
ある。液圧シリンダー４０は、パルス発生器１６
を持ち上げ、かつ、低くするように作用する。パ
ルス発生器１６が持ち上げられるとき、サドル３
８はカセツト３４の傾斜上側面を受けとめる。そ
のとき、キヤリヤ１０は地面４２上を次の接触点
に動くことができる。 液体圧シリンダー４０は望ましくは、回転式又
はカルダン式懸垂装置４４によつて骨組１８に取
り付けられる。キヤリヤが所望の信号伝達位置に
到達すると、シリンダー４０はパルス発生器１６
及びそのベースアセンブリ２８を地面４２にまで
低くし、そしてその上に適当な倍率（例えば伝達
される力（ちから）パルスの平均力の１ 1/2又は
２倍）のバイアス力を加える。この平均力は第４
図に_AVEとして示されている。さらに、シリン
ダー４０により加えられたこのバイアス力に、別
のシリンダー４６によつてベース３０に直接加え
られる別のバイアス力を付加することができる。
このようなシリンダーの３個又は４個がベース３
０のまわりに対称に配置されている。これらのシ
リンダーは、例えば衝撃吸収体及び懸垂装置４４
と同様な回転懸垂装置によつてベツド１４に取り
付けられ、そしてベース３０上の負荷を対称にす
るために、ベース３０上のピンに接触するスロツ
ト付係合部材４８を備えるシヤフトを有してい
る。シリンダー４６による付加的なバイアスは、
伝達間隔中にベース３０を地面と連続的に接触さ
せて、偽衝撃信号の発生を防ぐのに役立つ。 ベースアセンブリ２８の質量及び地面の硬度に
よつて決まるような共振周波数が伝達力パルスス
ペクトル内にある状況において、シリンダー４６
からのこの付加的負荷を用いることが特に望まし
い。しかしながらシリンダー４６の使用は、シリ
ンダー４０により印加されるバイアス力が特に地
面とベース３０の親密な接触を維持するのに充分
な場合には、任意である。 力パルス発生器１６は、運転手台１２内の制御
信号発生器により発生した信号により電気的に制
御される。この制御信号発生器はケーブル５２に
よつて電気流体区制御ユニツト５０（第２図参
照）に接続される。この制御ユニツト５０は制御
弁及びパワー段から成る。 運転手台１２内の制御ユニツト５０は、アンテ
ナ５４によつて主送信機に結合された無線受信器
から別の制御信号を受け取ることができる。この
ようにして、第１図に示されたような複数の移動
ユニツトは同期して動作することができ、そして
全てが主制御信号を発生する主クロツクからスレ
ーブとして制御される。 第２図は力パルス発生器１６及びそれに関連し
た装置を詳細に示している。円筒ハウジング５６
は、ハンマー６０がハウジング５６の軸方向に移
動することのできるステツプ穴５８を有してい
る。ハンマー６０は、各振動サイクル中に衝撃を
発生するために駆動され、質量M_Hを有している。
この衝撃から力パルスが発生する。 ハンマー６０はピストン部分６２を有してい
る。このハンマーは、また、軸受部分６８と７０
内を摺動する端部分６４と６６を有している。こ
れらの軸受部分６８と７０はステツプ穴５８によ
つて形成された空洞７２の両側にある。この空洞
は、ピストン６２により、ピストン６２の両側の
２つの部分７４と７６に分割される。一定に保た
れた圧力の流体がポート７８と８０を経て結合さ
れる制御ユニツト５０から空洞７４と７６内に導
かれる。空洞７４と７６内の圧力は、ユニツト５
０内の弁によつて供給と復帰間で切り換えられ
て、ハンマー６０の周期的動作又は振動を達成す
る。 力パルスは、ハンマー６０の下端がベースアセ
ンブリ２８内のレシーバーピストン８２を衝撃す
るとき発生する。アセンブリ２８のシリンダー３
２は穴８４によつて中空になつている。穴のねじ
切り部分８６にプラグ８８が固着される。このプ
ラグは円すい形上端９０及び軸方向開口を有し、
かつそこにレシーバーピストン８２が摺動可能に
配置される。空洞９２はベース３０とプラグ８
８、の下端の間の穴８４内に形成される。この空
洞は液体、適当な流体圧オイルによつて満たされ
る。レシーバーピストン８２の下端フランジ９４
は空洞９２内の液体と接触している。閉じ込めら
れた液体とレシーバーピストン８２の配列が液体
衝撃ばねを構成している。液体衝撃ばねが好まし
いけれども、衝撃力を支持しかつ必要なばね率及
び質量を有することのできる他の衝撃ばねを使用
することもできる。衝撃ばねの設計に関係する一
般的情報については、米国特許第3382932号、及
び第3570609号を参照することができる。 “Ｏ”リングシール９８，１００，１０２のよ
うな適当なシールを、空洞９２，７４，７６から
流体が漏れ出るのを制限するために、全体的に使
用することができる。 ベースアセンブリ２８に伝達される整形済みの
力パルスを地面に供給するために、レシーバーピ
ストン８２に伝達される衝撃エネルギーを吸収す
る液体ばねの動作は詳細に後述する。 制御ユニツト５０は流体圧源２２からの供給及
び復帰ライン１０４と１０６に接続される（第１
図）。これらのラインは、また第１図に示されて
いる可撓性ホース２４と２５の延長部にすること
ができる。供給及び復帰アキユムレータ１０８と
１１０はそれぞれ供給及び復帰ライン１０４と１
０６に密接に結合される。制御ユニツト５０は、
車輌１０（第１図）の運転手台に位置するような
前述した制御信号発生器の一部であるタイミング
信号発生器１１２から電気入力信号e_Vを受け取
る。この信号e_Vは弁動作を制御し、そしてこの弁
動作は、次にハンマー６０の振動サイクルを制御
して、衝撃及びその結果生じる力パルスを繰り返
し周波数及び振巾（エネルギー）を予め定められ
たようにすることを可能にする。繰り返し周波数
及びエネルギーはタイミング信号発生器１１２に
印加される外部入力信号e_Rとe_Bによつて命令され
る。信号e_Rは衝撃の発生、従つて力パルスの繰り
返し周波数を調整するパルス信号である。信号e_B
は力パルスの振巾（エネルギー）を設定するレベ
ルにある。このように、e_Rパルスの繰り返し周波
数を変化させることにより、力パルス繰り返し周
波数を変えることができる一方、同時にe_Bレベル
の制御を通して、力パルスの振巾を変化させる
か、又は一定に維持することができる。力パルス
繰り返し周波数及び振巾の変化は本発明に従つて
予め定められて、地震探査において使用するのに
必要で、かつ望ましい周波数範囲に限定された伝
達エネルギースペクトルを発生する。 タイミング信号発生器１１２は、第２４図に示
すようにパルス発生器１６のハンマー６０の振動
サイクルに影響する種々のパラメータに関係する
情報を受け取るパラメータ発生器を含むことがで
きる。これらのパラメータはハンマーの変位X_H
と、供給及び復帰圧力P_SとP_Rである。これらの
圧力は、供給及び復帰ライン１０４と１０６に取
り付けられた圧力センサートランスデユーサー１
１４と１１６から得られる。変位センサー１１８
はハンマー６０の上端６４上方の穴５８内に取り
付けられる。この変位センサーはコイル１２０及
び磁石１２２から成る差動変圧器であるのが適当
である。タイミング信号発生器１１２のパラメー
タ発生器に入力されるコイル１２０からの信号が
ハンマーの変位に比例するように、磁石１２２は
ピストン６０の上端６４に取り付けられる。 動作中に、ハウジング５６の頂部に取り付けら
れるシヤフト１２４によつて下方バイアス力がシ
リンダー４０からハウジング５６に加えられる。
“下方押し込み”と呼ばれるバイアス力はプラグ
８８の上端の円すい形表面９０によつてベースア
センブリ２８に加えられる。ハウジング５６の下
端１２６は円すい形界面を形成するような円すい
形状にされる。ベースアセンブリシリンダー３２
の上端の穴８４により整列がなされ、ハウジング
５６の下端１２６を受けとめる。ハウジング５６
内のピン１２８はシリンダー３２内のすき間スロ
ツト１３０を通される。動作中、ピン１２８はス
ロツト１３０の壁に接触しない。しかしながら、
パルス発生器ハウジング５６がシリンダー４０
（第１図）によつて持ち上げられるとき、ピン１
２８はスロツト１３０の上壁に係合して、ベース
アセンブリがパルス発生器５６と共に持ち上げら
れ、かつキヤリヤ１０によつて輸送することが可
能になる（第１図）。 円すい形部材１３２はハウジング端１２６の底
部に取り付けられる。この部材１３２はアルミニ
ウムとフエノール樹脂プラスチツク（例えば
MICARTA）のサンドイツチ構成のような振動
制動材料が適当である。従つて、下方押し込み力
が発生器ハウジング５６に印加されるとき、上端
すなわち衝撃面１３４は、円すい形部材１３２が
円すい形表面９０上に位置するときハンマーの底
部と整合される。第３図に示されるような衝撃に
続いて、ベースアセンブリ２８が発生器ハウジン
グ５６から離れるように駆動され、そして円すい
形の振動制止部材１３２の表面はプラグ８８の円
すい形表面から分離される。発生器ハウジング５
６に印加された下方押込み力が再びハウジング５
６をプラグ８８の円すい形表面９０上に位置させ
るとき発生する衝突後毎に、振動制動材料部材１
３２は動的接触をクツシヨン支持する。このよう
に、力パルスの通常の結果と関連してもの以上に
は、衝撃は発生しない。 衝撃ばねを介在させることなく、ハンマーから
ベース３０上への直接の打撃によつて発生するよ
うな衝撃から、インパルス状信号エネルギーを大
地内に発生させることを考える。このプロセスは
地球物理学的探査の目的には効果的でない。衝撃
は、ほとんどゼロの接続期間及び非常に大きな振
幅を有するデイラツク（Dirac）デルタ関数の近
似として現われる。エネルギースペクトルはその
とき非常に広く、かつ一般に地球物理学的解析に
適した伝送帯域巾を越えるスペクトル巾を有して
いる。解析帯域の外側にある衝撃スペクトルに含
まれるエネルギーは失われて、このプロセスは非
能率的となる。本発明の特徴は、解析周波数帯域
に制限されたスペクトルの信号エネルギーを伝達
するように衝撃発生時に発生する力パルスを形成
することである。 特に第２図及び第３図を参照すると、ベースア
センブリ２８は大地と接触する半径ａを有すると
いうことが見られよう。空洞９２内の液体は、空
洞９２の容積に等しい容積Ｖを有している。ここ
で、液体の密度をρ、液体中の音速をＣで各々示
すと、この液体は体積弾性係数ρC²を有してい
る。液体ばねのレシーバーピストン８２は質量
M_Iを有している。液体容積にさらされたピスト
ン８２の実効表面積は面積A_Pを有している。ハ
ンマー６０は質量M_Hを有している。 ハンマー及び液体ばねの近似等価回路が第５図
に示されている。バツテリ１４０及びその内部抵
抗１４２はハンマー質量１４４に作用する流体圧
駆動力を表わしている。２極スイツチ１４６が２
位置を有するように示されいる。開始位置１４６
ａにおいて、自由速度Ｖがハンマー質量M_Hに発
生する。衝撃の瞬間に、スイツチ１４６は、ハン
マーの運動エネルギーを負荷回路に伝達するのを
可能にする位置１４６ｂにある。負荷回路は、液
体衝撃ばねの剛性１５６、K_Iをベース質量M_P及
び負荷パラメータK_L，R_Lと並列に組み合わせる
ことにより近似構成される。この回路表示におい
て、質量１５０はベースアセンブリ２８の質量
M_Pを表わしている。地面は剛性１５２及びベー
ス３０への抵抗１５４を有している。この剛性は
K_Lで、かつ抵抗はR_Lで示されている。 ハンマーM_Hの質量がレシーバーピストンM_Iの
質量よりもずつと大きく、後者の質量が無視でき
る場合を考える。またベースアセンブリM_Pの質
量はハンマーM_Hの質量よりも大きいと仮定する。
スイツチ１４６が位置１４６ｂに置かれるとき、
負荷回路の初期応答は、ハンマーの運動エネルギ
ーが衝撃ばね内の蓄積位置エネルギーに変換され
る間、ベース質量M_Pの慣性によりベースが瞬時
に動くのを妨げるようにされ、そしてハンマー質
量及び衝撃ばね率の関数である速度で力がベース
上に累積する。このときベースは、衝撃ばね内に
蓄積された位置エネルギーを負荷に伝達するた
め、前方に動き始める。この伝達が生じる速度は
回路パラメータの関数である。これらのパラメー
タは以下の等式(1)、(2)、(3)で表わされる。 K_I＝ρC²／ＶA_P ² (1) K_L＝4Ga／１−μ (2) R_L＝R_D＋3.4／１−μa²√_S (3) 等式(2)及び(3)において、Ｇは横弾性係数、μは
ポアソン比、そしてρ_Sはベース近接の土壤密度で
ある。 ハンマー６０が下方向の行程終点に到達すると
き、エネルギーは衝撃ばねK_I内に、大地のばね
率K_L内に、そしてベースアセンブリ２８の残余
エネルギー内に蓄積される。この蓄積エネルギー
は、一部がハンマー６０に戻されるので、それを
はね返らせ、かつ一部が負荷で消失する。近似的
には、このはね返りエネルギーは、衝撃ばね−ベ
ース系に印加されるエネルギーと、負荷R_Lに供
給されるエネルギーとの間の差である。この負荷
は、等式(3)の最終の項である放射抵抗R_Rと局部
振動制動抵抗R_Dから形成される。 本発明の特徴は、はね返りエネルギーを受け入
れ、かつ、使用して、ハンマー６０の流体圧駆動
システムが、前回の衝撃で負荷R_Lに伝達された
エネルギー損失のみを埋め合わせればよいことで
ある。 等式(3)は、R_Lの放射抵抗R_R分がベース３０の
面積に比例するということを示している。一般
に、R_L対R_Dの比は、ベース半径が増加するにつ
れて増加する。局部振動制動として現われるエネ
ルギーに対して、放射として現われる消散エネル
ギー部分を増加させるためには、一般にベース３
０が大きな断面積を有することが望ましい。 衝撃ばねの使用から生じる本発明の特徴は、こ
のような大きな断面積を有するベースを可能にす
ることである。従来の衝撃発生技術に従つて使用
されるベースは、振動信号発生器（例えばバイブ
ロサイズ（Vibroseis））に使用されたものに比較
して一般に小さかつた。これはベース重量を軽く
し、それによつて衝撃応力を減少し、そして大地
への打撃エネルギー伝達妨害を避けるためになさ
れた。本発明に従つて形成された衝撃ばねは打撃
力を吸収し、そしてベース又はハンマーを損傷す
るかもしれないトラツプ応力及び他の有害な影響
を生じることなく、ベース２８上にこの力を配分
する。力の一時的分散（すなわち、衝撃ばねを使
用して達成される時間のインパルスの成形）によ
りエネルギー伝達を最適化し、そしてそれを所望
の解析帯域巾内にする。従つて、衝撃ばねの使用
により、伝達される信号の強さは増加し、ベース
及びハンマーの損傷は避けられ、そして発生エネ
ルギーの効率的な利用がなされる。 次に衝撃ばね配列がどのようにして所望の解析
帯域巾内でエネルギー伝達を最適化するかを考え
る。この帯域巾を、f₁の低周波数からf₂の高周波
数に伸びる周波数帯域であるとする。 例示のために、ベース２８の半径r₀を約60cm
（２フイート）、ベース質量M_Pを控え目に見て約
1087Kg（2400ポンド）とする。大地の密度ρ、横
弾性係数Ｇ、及びポアソン比μの典型値は以下の
ようである。 Ｇ＝375Kg／cm²（5340lbs／in²） ρ＝5.84×10^-2ｇ／cm³（2.1×10^-3lbs／in³） μ＝1/3 これらの値及び等式(2)と(3)を使うと、約120cm
（４フイート）のベースに対して大地により表さ
れた剛性及び抵抗は次のようである。 R_L＝約17860sec／cm（10000lbs・sec／in） (4) K_L＝約138800Kg／cm（777000lbs／in） 解析に際し、上限周波数f₂が75Hzである場合を
考える。この周波数で、大地の剛性リアクタンス
は XG_S＝K_L／ω₂＝138772／2π75＝884Kgsec／cm(5) そして、ベースの質量リアクタンスは、 X_PM＝ω₂M_P＝2π751087／386＝1570Kgsec／cm(6) f₂の近辺で、大地抵抗は大地剛性リアクタンス
又はベース質量リアクタンスよりもずつと大き
い。それ故、f₂の近辺で、第５図の等価回路を第
５Ａ図に示されるように簡単化することができ、
そしてハンマー質量M_Hと衝撃ばねの接触持続期
間中有効である。 この接触持続期間T_Pは略々、 T_P＝１／2f_P＝π（K_I／M_H）^-1/2 (7) ここで、f_Pは衝撃ばね剛性K_Iとハンマー質量
M_Hの並列共振周波数である。力パルスの形状は
半サイクル正弦波に略々等しく、そしてハンマー
加速が明確に上方になるとき、ハンマーはばねか
ら持ち上げられる。 半サイクル正弦波力パルスに対して、相当する
エネルギースペクトルが第６図に実線曲線によつ
て示されている。スペクトルレベルＥ(f)が低周波
数スペクトルレベルから3dB減少する周波数f₀は
略々 力パルスのエネルギーの80％以上がf₀以下の周
波数範囲に限定されるということに注意すべきで
ある（第６図参照）。このように、衝撃ばね剛性
−ハンマー質量比に密接に結合される周波数f₀
は、解析帯域の上限周波数である周波数f₂に等し
くすることができる。この力パルスは、衝撃打撃
エネルギーの大部分を解析帯域の上限周波数以下
にするために形成され、効率的なプロセスにな
る。同時に、広くされた力パルスがハンマー及び
ベース内の応力を減少して、適切な信号エネルギ
ー伝達のために必要なレベルにこのような応力を
限定する。 解析帯域の下限周波数f₁は、地面の剛性リアク
タンスが放射負荷と関連した抵抗を越え始める条
件によつて設定される。そのとき、近似的に、等
式(2)、(3)、及び(4)から、 f₁＝１／2π K_L／R_L f₁＝１／2π ４／3.4 Ｇ／r₀ √＝12.4Hz (2) このように、この例において、略々f₁＝12Hzと
f₂＝25Hzの間で、エネルギースペクトルは実質上
平らであり、そしてf₁とf₂は−3dB点である。し
かしながら、f₁以下の有用なエネルギーは、伝達
エネルギー降下の傾斜があまり大きくないので、
存在する場合もあり、そして大地内のエネルギー
の減衰は周波数の減少と共に減少する。f₁は、後
述されるように、一連の力パルスの最低繰り返し
周波数に明確に制限される。 前述した例のために、地面剛性とベース質量の
共振周波数は、 そしてこれは選択された解析帯域内にある。し
かしなら、この周波数で、直列負荷回路の共振Ｑ
は、次の式によつて与えられる。 この場合、共振負荷は非常に制動され、そして
その固有の共振特性は無視することができる。ハ
ンマー質量M_H及び衝撃ばね剛性K_Iの適切な値の
選択により、第５Ａ図の回路の並列共振回路Q_P
（Q_P＝R_L／ω_BM_H）は一般に2πを越える値を有する。 このような値で、力パルスの仮定した半サイクル
正弦波特性を達成することができる。 上記のように使用された大地パラメータの値は
典型的なものであるが、場所によつて実質的な変
動を受ける。しかしながら、それらの変動によ
り、主としてM_H及びK_Iによつて決定される上限
周波数f₂の影響は、あるにしても、わずかであ
る。しかしながら、それらは下限周波数f₁に大き
な影響を及ぼす場合がある。等式(9)から、解析帯
域巾を下限周波数に延長することが望まれると
き、大きな半径のベースを使用することが望まし
いということが理解されよう。 第６図に示されるようなスペクトルレベルＥ(f)
は、力パルスの持続期間T_P及び力パルスのピー
ク値F^_Pに比例する。特に、 Ｅ(f)〜（F^_P T_P）² (12) 衝撃エネルギーE_Iはピーク力の２乗及び力の持
続期間に比例する。すなわち E_IF^_P ²（T_P） (12) 等式(8)、(11)及び(12)に表わされるような関係か
ら、もしこの持続期間が半分にされる一方、衝撃
のエネルギーが一定に保持されるならば、スペク
トルレベルは1/2に、すなわち3dbだけ減少する
ということが理解される。これは第６図に示さ
れ、かつここで半分のパルス巾、すなわち、
T_P／２の場合、スペクトル巾は２倍にされ、か
つスペクトルレベルは半分にされる。 第７図は、一定繰り返し周波数f_Rの力パルスの
反復印加から生じるスペクトルを示している。力
パルス間の周期T_R（第４図参照）は、全力パルス
列に対して等しい。第６図に示されるようなカツ
トオフ周波数f₀に伸びる連続スペクトルのかわり
に、スペクトルは距離f_R離れた一連の線要素に分
解され、そして個々の力パルスの形状によつて決
まる第６図に示される包絡線に限定され、そして
これは一連の力パルスのスペクトルの包絡線を確
立する。 インパルス毎の所定のエネルギーに対して、反
復インパルスの線レベルは繰り返し周波数に比例
している。第７図の実線包絡線は、その基本反復
周波数f_R2が点線包絡線によつて示される場合の
繰り返し周波数f_R1の２倍であることを示してい
る。繰り返し周波数がf_R2である包絡線内には半
分の線があり、そして単位時間当り２倍のインパ
ルスがあるので、f_R2の個々の線レベルはf_R1のそ
れよりも6dB高い。パルス巾T_Pは両方の場合に
ついて同一であるので、スペクトルレベルの6dB
の差を除いて、包絡線及びカツトオフ周波数は同
じである。 任意の反射物が時間T_R離れた等しい強さの一
連の反射物として見られるので、反射スペクトル
は地球物理学的探査において反射面の分析には特
に有用ではない。従来の衝撃発生技術は反復結果
を利用したが、充分な時間間隔によつて、所定の
力パルスからの全ての音響反射は次のパルスが発
生する前に記録することができる。しかしなが
ら、これらの技術は時間がかかり、かつ通常、適
切な信号対ノイズが得られるには多くの場所で多
くの反復を非要とする（すなわち、調査時間がか
なり長くなる）。整形力パルスを発生するための
方法及び装置は、これまでに地震探査のために使
用さたような衝撃発生技術に応用されたならば、
かなりの改良を示す一方、第８乃至２３図と関連
して後述されるような所定のフオーマツトを有す
る一連の整形力パルスを発生することによりかな
りの改良が得られる。 ハンマー６０がレシーバーピストン８２に衝突
する（この時間をT₀とする）。最初に接触した
後、ハンマー６０は、レシーバーピストン８２に
追従して負の方向（空洞９２の液体の方向をい
う）に変位し、ばねに蓄積された位置エネルギー
がハンマー６０に部分的に戻されるときにはね返
る。このようにはね返るときに、ハンマー６０は
零位置（レシーバーピストン８２と最初に接触し
た位置をいう）に戻る。ハンマーの速度が零にな
り（この時間をT_S0とする）、その運動エネルギ
ーが衝撃ばね負荷系に伝送された後、ハンマーに
働く流体圧力の方向が切り変わり、それによつて
衝撃位置から離れるようにハンマーは加速され
る。この切り換え時間T_S0は、前の衝撃によつて
伝搬されるパルスエネルギーの減少を防止するた
めに、はね返りのときのピストン変位が零の近傍
であることが望ましい。 はね返り速度と上方力との組み合せにより、ハ
ンマー６０は絶えず増加する速度で衝撃から離れ
るように動くことができる。ハンマー６０が（変
位センサー１１８によつて検知される）前述の速
度に達するとき、ハンマー６０の流体圧力F_Dは
反対方向に切り換えられ、それによつてピストン
動作の減速を開始する。この切り換え時間をT_S1
とする。それからハンマー６０は減速し、そして
最終的に高さ（X_Sとする）においてゼロ速度に
なる（この時間をT_S2とする）。ハンマー６０は、
力が印加されない状態で、任意の時間位置X_Sに
保持される。次の切り換え時間（T_S3とする）
で、正の流体圧力が再び印加され、そしてハンマ
ーは負荷の方に加速して、レシーバーピストン８
２を衝撃する（この時間をT₀′とする）。保持時間
及び切り換え時間は制御信号e_Rとe_Bに従つて予め
定められる。 衝撃時のハンマー６０の運動エネルギーは、そ
れが位置X_Sに保持された位置エネルギーに等し
い。このように F_DX_S＝１／２M_HV_I ² （14） ここで、F_Dは下方向のハンマー６０の流体圧
力（ハンマー下方行程にわたつて一定と仮定）で
あり、そしてV_Iは衝撃速度である。 ハンマー６０の運動エネルギーの一部は負荷に
伝達される一方、別の一部は、時間T_S0におい
て、ハンマーの時間履歴曲線の傾斜として示され
るはね返り速度V_Rとして現われる。 前述した力パルスの伝達において高分解能及び
高信号対ノイズ比を達成するために、本発明に従
つて、このような力パルスは非反復的又は非周期
的シーケンスで伝達すべきであるということがわ
かつた。これのシーケンス又はフオーマツトは短
い伝達期間にわたつて伝達することができ、そし
てこれはまた地震調査の速度を増加する。 例示のために、次に目下好ましいシーケンスす
なわちフオーマツトを説明する。 (1) 力パルス繰り返し周波数の線型周波数変調 (2) 力パルス繰り返し周波数の対数変調のような
非線型周波数変調 (3) 力パルス繰り返し期間の線型周期変調 (4) 高周波数帯域にわたつて掃引したパルスを使
つて低周波数掃引を合成する２重変調掃引。 上述したシーケンスすなわちフオーマツトは、
本発明に従つて、（力値に関して）同じエネルギ
ーを包含する力パルスによつて実施することがで
き、あるいはそのエネルギーは繰り返し周波数に
従つて変えることができる。このようなエネルギ
ー変化は、伝達期間にわたつてパワー出力を一定
にし、又は伝達期間にわたつてパワー出力を降下
させるために使用することができる。パワー出力
を降下させる後者の場合は、アキユムレーターに
エネルギーを蓄積する流体圧パワー源のような、
パルス発生器（第１図の１６）を駆動するパワー
源のパワー伝達特性に適合することが望まれると
き使用するのに特に適している。 伝達期間の力パルスのエネルギーの変化はま
た、力パルススペクトルの周波数に関してレベル
又は傾斜を制御するために使用することができ
る。このようにして、（繰り返し周波数変化の最
低の全オクターブを示す）基本帯域のスペクトル
レベルは、本質上一定に維持することができる。
伝達期間にわたる力パルスエネルギーの変化はま
た基本帯域と第２高調波帯数の間の接合点で、又
はこのような帯域の異る掃引速度から生じるより
高い高調波帯域間の接合点で切れ目を最小化する
ために使用することができる。基本繰り返し周波
数の第２高調波は基本掃引の２倍の速度で掃引
し、第３高調波は基本掃引の３倍の速度で掃引
し、そして以下同様である。第２高調波のスペク
トルレベルは任意の相当する点で基本波から3dB
低く、第３高調波は5dB低く、そして以下同様で
ある。 一オクターブの基本周波数の掃引のために、最
終基本波が最初の基本波の第２高調波に結合する
点で、接合点が生じる。この接合点の切れ目の値
は使用される掃引型式に依存する。第２と第３の
高調波帯域が重畳する点で、スペクトルレベルの
高速振動が、連結構造的及び破壊的干渉により初
まる。この干渉はスペクトルを示す図（例えば第
１０図参照）において、“草”のように現われる。
スペクトルの包絡線形状は、スペクトルエネルギ
ーが解析帯域巾に、制限されるように力パルスの
形状によつて制御される。 本発明によると、分解能の尺度である伝達の自
己相関関数は、特にほとんどゼロ遅延の遅延時間
に対して、主として平均スペクトルレベルに感知
し、そして草のように現われる高速干渉変動には
比較的に感知しないということがわかつた。本発
明によると、スペクトルの傾斜及び接合点切れ目
は実質上一定の平均スペクトルレベルを得るため
に実質上除去される。結果として、自己相関関数
は、特に小さな遅延時間に対して改善されて、高
分解能を生じかつ目標のあいまいさを最小にす
る。 さて、対数周波数変調及び線型周期変調を支配
する関係を考える。 線型周波数変調は次の形態の等式により支配さ
れる。 f_R（ｔ）＝f₀（１＋ｔ／τ） （15） 対数周波数変調は次の形態の等式により支配さ
れる。 ここで、τは一オクターブの周波数を掃引する
のにかかる時間である。 線型周期変調は次の形態の等式により支配され
る。 f_R（ｔ）＝f₀／１−ｔ／Ｔ （17） ここで、Ｔは掃引の最終周波数により決まる定
数である。 エネルギースペクトルレベルＥ（ω）は、 Ｅ（ω）〜T_P ²F^_P ²F_R ²（ｔ）／df_R（ｔ）／dt （18） ここで、T_Pは力パルス長であり、Ｆ＾_Pは力パル
ス値（振幅）であり（第４図参照）、そしてf_R
（ｔ）は等式（15）、（16）又は（17）によつて支
配される時間依存繰り返し周波数である。 等式（18）は、力パルス値及び力パルス巾のレ
ベルの依存関係と共に、種々の掃引型式の基本帯
域のスペクトル傾斜を決定するために使用するこ
とができる（また等式（12）を参照）。 表は、基本オクターブ帯域にわたる基本繰り
返し周波数f_Rの種々の型式の掃引を、関連した値
関数、基本帯域の合成スペクトル傾斜、第１の接
合点切れ目の値、及び掃引期間にわたるパワー特
性と共に表にしている。

【表】 表に示した６つの結果のうち、主要なローブ
に比例して最低のサイドローブエネルギーを生じ
るものは第１と第４に示され、かつこれは基本帯
域に平坦なスペクトルを生じるが、しかし3dBの
接合点切れ目を有している。 基本繰り返し率f_Rの掃引が、後述されるように
第１のオクターブを越えて続けられるならば、こ
のスペクトルを変調することができる。 例示のために、公称５乃至10Hzの基本オクター
ブ帯域にわたつて掃引された繰り返し周波数を有
する整形力パルスの例を考える。このような力パ
ルスは第１乃至３図と関連して前述した装置を使
つて発生させることができる。この掃引は基本帯
域巾に、そしてそれぞれの高調波帯域巾に平坦平
均スペクトルエネルギーを生じるようにされる。
表に示されるように、一定値での線型周期変
調、又はf^-1/2として変化する値の対数周波数変調
のいずれかを使用することができる。 第１０図は、f^-1/2として変化する値の対数周波
数変調掃引のための、コヒーレントなスペクトル
Ｅ(f)の発生を示している。平坦な第２高調波帯域
の開始は3dB減少したレベルにあり、かつ第２と
第３の高調波帯域の重畳により15Hzで干渉変動は
始まるので、５乃至10Hzの平坦な基本帯域が明白
である。また第１０図に、この掃引伝達のための
自己相関関数ρ（τ）が示されている。 高調波帯域総和は、現存する高速干渉変動がな
く、非干渉的になされるかのようにこのような総
和を考慮することにより、良く理解することがで
きる。 第８図は基本帯域掃引の最初の12の高調波帯域
の発生を示している。基本帯域が５から10Hzを掃
引するとき、第２高調波帯域は２倍の速度で10か
ら20Hzを掃引する。掃引範囲内の任意の周波数に
おいて、第２高調波は、基本波が第２高調波の半
分の速度で動くときに寄与するエネルギーの半分
のみに寄与する。それ故、第２高調波帯域のスペ
クトルレベルは基本帯域レベルの1/2である（す
なわち6dB低い）。同様に、第３高調波帯域は基
本帯域の掃引の３倍の速度で15から30Hzを掃引す
る。従つて、第３高調波帯域のスペクトルレベル
は基本帯域レベルの1/3である（すなわち5dB低
い）。ｎ番目の高調波帯域のエネルギースペクト
ルレベルE_oは次の式によつて与えられる。 E_o＝１／ｎE₁ （19） ここで、E₁は基本帯域のレベルである。 種々の帯域の寄与の非干渉総和は第９図に示さ
れた結果を生じる。第９図は、第１と第２高調波
寄与の始めとの間の6dB変動で開始され、それか
ら略々0.7E₁の最終レベル近くに変動が単調に減
少する振動をする傾向がある。 第９図の変動は平均スペクトルレベルの変動で
ある。平均レベル変動は、選択された帯域巾にエ
ネルギーを付加することにより減少させることが
できる。第１１図は1/2E₁の基本帯域のスペクト
ルレベルを有する10から15Hzの伝達掃引を示して
いる。この伝達が第９図のそれに非干渉的に付加
されるとき、第１２図の部分的になめらかにされ
たスペクトルが生じる。 第１３図及び第１４図は、基本帯域の1/6E₁の
レベルで15Hzから25Hzに伸びる伝達の別の非干渉
付加を示している。この場合の合計スペクトルは
0.6dBを越えない５乃至60Hz帯域の平均変動を有
している。 第８，１１、及び１３図の３つの伝達は、各々
別個の時間で行なわれ、そして合計されるか、あ
るいはそれらの伝達は、１つのまとまりのある統
一された伝達として、交互に続くように行なわれ
る。 さて、積分対数周波数変調掃引の例を詳細に考
える。対数掃引のための時間と共に、繰り返し周
波数の変化を支配する等式は、等式（16）で与え
られる。前述したように、力パルスがf_R ^-1/2によ
つて変化するとき、頂上平坦帯域がこの対数掃引
と共に生ずる。第２及び第３の中間帯域のスペク
トルレベルを変化させるために、掃引速度が変え
られる。このように、スペクトルレベルが1/2に
減らされる第２の中間帯域に対して、τ（一オク
ターブを掃引する時間）の値は、第１の帯域で使
用されるものの半分になる。同様に、スペクトル
レベルが1/6に減らされる第３の中間帯域に対し
て、τの値は第１の帯域で使用されるものの1/6
になる。 中間帯域が掃引される時間は、両側の対数をと
ることにより等式（16）から次のように得られ
る。 ｔ＝τl_o f_R／f₀／l_o２ （20） 等式（20）から、５から10Hzの最初のオクター
ブをカバーする掃引時間T₁は、定義により T₁＝τ₁ （21） τ₂≡τ₁＝１／２T₁であるので、 T₂＝１／２T₁（l_o f_r／f₀／l_o２） すなわち、T₂＝0.239T₁ また、 τ₃＝１／６τ₁＝１／６T₁ （22） そしてT₃＝１／６T₁（l_o25／15／l_o２） すなわち T₃＝0.1229T₁ （23） さて、例えば、合計積分伝達期間Ｔを15秒とす
る。 Ｔ＝T₁＋T₂＋T₃＝15秒＝1.416T₁ （24） このように、 T₁＝10.6秒 T₂＝3.1秒 T₃＝1.3秒 Ｔ＝15秒 （25） 次の表は、中間掃引の各々の始まり時間と終
り時間を、そして始めと終りの力パルス値を要約
している。

【表】 第１０図は、５から10Hzの第１の中間帯域のス
ペクトル及び自己相関関数を示している。第１５
図は、第１と第２の中間帯域のスペクトル及び自
己相関関数を示し、そしてその基本繰り返し周波
数は５から15Hzを掃引する。第１６図は、15秒の
期間の積分掃引において、５から25Hzに伸びる全
て組み合わされた３つの帯域の合成スペクトル及
び自己相関関数を示している。平均スペクトルが
連続的になめらかにされるとき、特に小さな遅延
時間に対する自己相関関数等性の改良は、第１
０，１５及び１６図を比較することにより明白で
ある。 ８ｍｓの典型的力パルス巾T_Pによつて、スペ
クトルの包絡線は75Hz近くで降下し始め、250Hz
近くで最小になる。 f^-1/2として変化する力パルス値のこの対数周波
数変調掃引に対して、パワー出力は全掃引期間に
わたつて一定になり、それにより全掃引期間にわ
たり駆動パワー源を最大容量に負荷されることが
可能になることが以前に示された。 f^-1/2として変化する力パルス値の対数周波数変
調（Log FM）の第８−１４図に関連して説明し
た例に加えて、またスペクトルの平均レベルがな
めらかにされる別の例を考える。これは各中間帯
域にわたつて一定の力パルス値の線型周期変調に
よつて生じる。掃引の持続期間は、例示のため
に、15秒に設定される。繰り返し周波数f_Rは、３
つの中間帯域にわたるこの合計時間内で、最初に
レベルE₁で５Hzから10Hzに、第２に1/2E₁で10Hz
から15Hzに、そして最後に1/6E₁で15Hzに掃引さ
れる。それぞれのパルス持続期間T_Pは、例示の
ために、８ｍｓにされる。 周波数支配等式（等式（17））は次のようにな
る。 f_R＝93.75／18.75−ｔ （26） 表は、等式（26）に基いた３つの中間掃引の
時間、及び各バンド内の力パルス値を示してい
る。

【表】 第１７図は、線型周期掃引の５から10Hzの第１
の中間帯域のスペクトル及び自己相関関数を示し
ている。 第１８図は、第１と第２の中間帯域のスペクト
ル及び自己相関関数を示し、かつその基本繰り返
し周波数は５から15Hzを掃引する。 第１９図は、15秒の期間の一つの積分掃引にお
いて、５から25Hzに伸びる線型周期掃引の全ての
組み合わされた３つの帯域の合成スペクトル及び
自己相関関数を示している。 第１０，１５，１６図を第１７，１８，１９図
と比較すると、２つの掃引型式の合成スペクトル
と自己相関関数の間に存在する大きな類似性が見
られる。両方の場合に、最初の２つの中間帯域を
合計することから、なめらかなスペクトル及び自
己相関関数の改良が達成される。第１５及び２１
図において、第３の帯域を付加することによる改
良はほとんど目だたないが、しかし依然として重
要である。 第２０図はこの掃引中の２つの伝達の相対パワ
ーを示している。線型周期変調は、この掃引中に
約±3db変化するパワー要件を有している。周波
数変調掃引は前述したように、一定のパワー要求
を特徴としている。もし力パルス値が時間ｔ＝０
で、２つの掃引型式に適合しているならば、線型
周期掃引の合計エネルギーは対数周波数掃引の合
計エネルギーよりも約30％多い。 対数周波数と線型周期の場合のなめらかにされ
た合成掃引をそれぞれ表わす第１６図と第１９図
は、サイドローブの無視できる程のリンギングを
有する自己相関関数を表わしている。この望まし
い特性は、力パルス成形によるスペクトルの自然
テーパーのために生じる。第２１図は、比較のた
めに、前述した２つの例により本質上カバーされ
る帯域である５−75Hzにわたる15秒期間の普通の
“ボツクスカーバイブロサイズ（box car
vibroseis）”型線型周波数、アナログ正弦波掃引
を示している。ギブス（Gibbs）現象が、掃引の
端で明らかであり、かつ相当する自己相関関数の
高周波数リンギングに反映される。このリンギン
グを減少させるために、余弦（コサイン）−２乗
テーパーをアナログ正弦波掃引に応用することが
できるけれども、第１６及び１９図の自己相関関
数は、あらゆる点で、線型周波数アナログ正弦波
掃引により形成されたものと同等か、それ以上で
あるということがわかる。しかしながら、相当す
る整形力パルス伝達は、より効率的に発生させる
ことができ、そして前述したように、地層により
効果的に結合することができる。 第１６及び１９図に示された結果を生じるため
に例として使用されるフオーマツトは、本発明に
従つて提供される他のフオーマツトを代表するも
のである。同様なスペクトル及び自己相関特性を
発生するが、しかし掃引中に異るパワー要求を示
す別のフオーマツトの例は、線型周期変調であ
り、この変調において、力パルス値が合計掃引中
一定に保持される一方、掃引率が各中間帯域に対
して変えられる。等式（15）によつて与えられる
ような線型周期変調掃引に対して、掃引速度は次
の等式によつて与えられる。 df／dt＝fo／Ｔ １／（１−ｔ／Ｔ）²（27） この場合に、Ｔの新しい値は、等式（18）によ
つて支配されるような必要な帯域レベルが達成さ
れるように、各中間帯域に対して選択される。 この一定の力パルス値の場合は、力パルス発生
器（例えば第１−３図の１６）が掃引中連続的に
最大安全レベルに強制されるものとして特徴づけ
られ、パルス当り最大の利用エネルギーを発生
し、それによつて所定の時間に最大合計エネルギ
ーを、又は所定のパルス列に対して最小時間で所
定の合計エネルギーを供給することを可能にす
る。パワー源の見地から、この後者の場合は、５
から25Hzの繰り返し速度帯域にわたつてパワー要
求に５倍の変化を、又は前述した例においてより
制限された５−15Hzにわたつてパワー要求に３倍
の変化を必要とし、エネルギー蓄積パワー源を望
ましいものにする。 上述した代表的なフオーマツト又はシーケンス
は、インパルスシーケンス繰り返し速度が５Hzか
ら25Hz（又はほんの15Hzまで（第１５又は１８図
参照））までのずつと小さい帯域にわたつて掃引
するけれども、５Hzから約75Hzに伸びるスペクト
ル幅を与える。 より高い帯域（例えば20−80Hz）にわたつて、
力パルスを発生することが望ましい。本発明によ
ると、このような公称高周波数掃引は、低周波数
速度で変調し、それによつてこの公称高掃引帯域
以下の周波数のスペクトルエネルギーを合成する
ことができる。本発明のこの観点はいくつかの利
点を形成する。第１に、所定の掃引期間にわたつ
て、高い範囲の繰り返し掃引速度のインパルスの
集中により、大きな合計数のインパルスが発生
し、それによつて掃引中所定の合計エネルギー出
力のためにインパルス毎により小さなエネルギー
が可能になる。第２に、インパルス当りより小さ
なエネルギーが、より小さな信号発生装置により
発生することができる。第３に、多数のインパル
スは、受け取つた信号の処理において地震信号を
受け取つた後、信号対ノイズに有益な効果を有す
る。 ２重変調掃引が、例えば周波数変調掃引に印加
された周波数変調として、又は周期変調掃引に印
加された周期変調として形成される。例えば、20
から80Hzに伸びる２オクターブの掃引は、低周波
数速度で変調された掃引率を有し、それによつて
低周波数エネルギーを発生することができる。特
に、もし次に、低周波数速度が５から20Hzまで掃
引されるならば、そのときエネルギーは５から80
Hzまで連続的に発生する。20乃至80Hzの掃引は１
秒当り５から20の掃引に変化する割合で反復する
ことができる。 簡単化の理由により好ましい一つのフオーマツ
トが第２２図に示されている。ここで、20Hzから
80Hzの繰り返し周波数で掃引する力パルスの基本
繰り返し周波数掃引は、交互のパルス対を除外す
るために変形される。このプロセスは４重周波数
分割器として動作して、５Hzから20Hzの範囲の繰
り返し周波数を有する低周波数掃引が合成され
る。この合成は、フリツプフロツプと、可変周波
数クロツク（20−80Hz）により発生する基本掃引
（第２２図）の交互のパルス対を禁止するゲート
とから成る論理回路により、制御信号発生器（第
２４図）において行なわれる。 第２３図は、第２２図に示されるように除去し
たパルス対によつて発生した掃引のエネルギース
ペクトル及び自己相関関数を示している。掃引の
持続期間は15秒であり、かつそのパルス巾は８ｍ
ｓである。このスペクトルは、総合低周波数掃引
組み立ての結果として５Hzまで下方に伸びる。 第９，１１，１３図に示された帯域の合計と関
連して説明したのと同様なプロセスにより、第２
３図の掃引の平均スペクトルがさらになめらかに
されて、自己相関関数のサイドローブがさらに減
少される。 20乃至80Hzの掃引の組み立てにおいて、力パル
ス値は、第１９図に示された低周波数（５−35
Hz）の掃引のために使用された値の0.707倍にさ
れた。しかしながら、平均スペクトルレベルは実
質的に同一である。これは例示的な15秒の伝達の
ための５−25Hzの合成掃引（Ｎ＝160）における
よりも、パルス対を除去した20−80Hzの掃引にお
いて実質的に２倍の数のパルス結果（Ｎ＝320）
があるので、生じる。このように、略々同じスペ
クトル特性のために、20−80Hzの結果エネルギー
は半分にすることができて、小さな軽い装置とな
る。比較される２つの信号発生器の合計エネルギ
ー及びパワー定格は同一にすることができるとい
うことに注目されたい。 他の総合掃引は、基本掃引からパルス除去する
ためのより複雑な一連の予定事項により、そして
パルス除去に関係する部分を組み合わせることに
より、発生することができる。 掃引は伝達期間にわたつて繰り返し周波数が増
加するように例示されているけれども、繰り返し
周波数は伝達期間にわたつて時間と共に減少する
ようにすることもできる。必要なとき制御信号発
生器（第２４図）において可変周波数クロツクを
プログラムしさえすればよい。 本発明の一連の力パルスを使用することから生
じる付加的特徴は、正弦波振動発生により生じる
よりも、累層に地震エネルギーを効率的に結合す
ることである。この基本的理由は、このパルスシ
ーケンスにおいて初期に生じる圧密の増加にある
と信じられており、その結果信号処理に重要な有
害な影響もなく、シーケンスにわたつてエネルギ
ーの結合が改善される。 典型的バイブロサイズ接触は、例えば、約
13070Kg（30000ポンド）の大地に対するベースプ
レートの圧縮力を伴つている。この圧縮に、例え
ば約9072Kg（20000ポンド）ピーク値の時間変化
力が重畳される。それ故、瞬間力は約4540Kg
（10000ポンド）の低い値から22680Kg（50000ポン
ド）のピーク値にまで変化する。ベースプレート
の下方の未固結物はベースプレートに対して時間
変化剛性を示すことができ、そしてそのインピー
ダンスは高瞬時力の期間最低であり、かつ低瞬時
力の期間に最高である。この時間変化インピーダ
ンスは、伝達信号のゆがみに寄与し、基本周波数
の利用できるパワーからエネルギーを引き出し、
それによつて効果的に基本パワー変換効率を減少
させ、そして同時に伝達帯域内の他の周波数領域
にエネルギーを与え、かつそのエネルギーは、バ
ツクグラウンドノイズの増加として現われて、地
震記録に悪影響を及ぼす。 非反復力パルスシーケンスの場合に、同じ時間
変化インピーダンスが存在するが、しかし正弦波
の場合とほとんど同じくパワー変換プロセスから
減らされないし、しかしそれはバツクグラウンド
ノイズに寄与もしない。単極パルスに対して、最
大瞬時圧縮力は、4536Kg（10000ポンド）と9072
Kg（20000ポンド）の間の力であり、正弦波振動
機の22680Kg（500000ポンド）の最大力に対比さ
れる。高いピーク力から生じる圧密により、より
良い地震エネルギー結合を達成することができ
る。 単極力パルスから生じる高いピーク力は、最初
に土壤をへこませ、ベースプレートを定置させ
る。ベースプレート又はプローブが、圧縮した土
壤を下にした状態で、はねつけ状態に達すると
き、より有用な媒体が動的エネルギーを受け入れ
るために存在する。“はねつけ”という用語は、
ベースプレート又は他のプローブの前進が前述し
た速度以下であるが、又は存在しない点を意味し
ている。最小の前進が見られるか、又はもはや前
進が見られない“丁度はねつけ”状態は、適度に
非線型の負荷状態に相当させることができるの
で、力の値を減少し、その後より線型の負荷を得
ることが望ましい。この結果において、エネルギ
ーの多くが、接近場内部損失機構に対比されるよ
うに放射地震エネルギーになることができる。 本発明の一つの好ましい実施例において、この
ような力の減少は自然に生じる。これは、前述し
たように、力パルス繰り返し期間の掃引中パワー
が一定に保持される場合である。パワーは打撃エ
ネルギーと打撃の周波数の積であるので、繰り返
し周波数が増加するとき、打撃エネルギーは減少
しなければならない。もし衝撃の周波数がパルス
列にわたり、例えば２倍に増加するならば、一定
パワーで、打撃エネルギーはこの同じ時に半分に
ならなければならない。掃引の終りに、力パルス
値は掃引の始めの値の0.707に減少する。このよ
うに、初期高エネルギー打撃中に圧密が生じ、そ
してより線型の、弾性負荷が掃引の終りの方に見
られる。 前述したように、全伝達周波数スペクトルがそ
れぞれの単極パルスにより発生する。時間変化イ
ンピーダンスの効果は伝達信号のスペクトルを、
線型負荷によつて得られたスペクトルにわたつ
て、整形することである。線型又はアナログFM
伝達と対比して、このような非線型性が特に有害
なバイブロサイズ（Vibroseis）は、エネルギー
のスペクトルが所望の解析帯域内にありかつ放射
エネルギーとして現われるので、非反復インパル
ス列の場合に、非線型負荷は特に有害ではない。 パルス発生器１６を制御するシステムは第２４
図に示されている。このシステムの入力は、力パ
ルスを生じる所望の一連のハンマー打撃を表わす
入力パルスe_Rと、例えば、ステツプ信号（例えば
一定値の力パルスに対して一定レベル、すなわち
力パルス値が打撃から打撃に変化する段階状レベ
ル）のようなアナログ信号レベルである信号e_Bと
である。階段の各ステツプは、次のハンマー打撃
により、すなわちその順序の次の打撃により供給
されるべき力パルス値又はエネルギーを表わして
いる。 制御信号e_Rとe_Bは、望ましい力パルスシーケン
ス又はフオーマツトに依存し、かつ例えば前述し
た例示的シーケンス又はフオーマツトの一つにす
ることができる。これらの制御信号は磁気テープ
上に記録しかつ再生することができ、又はそれら
の電子信号関数発生器により発生させることがで
きる。これらの信号は遠隔点で生じる場合もあ
る。例えば、第１図と関連して説明したような移
動キヤリヤ上に取り付けられたいくつかの発生器
の各々で力パルスを同期して発生することが望ま
れるときである。このような場合、キヤリヤは主
送信機からの信号を受け取る受信機１６０を備え
ている。あるいは、磁気テープ再生ユニツト又は
前述したように関数発生器にすることができる制
御信号発生器１６２は、制御信号を発生するため
に使用される。２段双投スイツチ１６４が受信機
１６０又は発生器１６２のいずれかから制御信号
を選択するために使用される。 制御システムの他の入力は、変位センサー１１
８及び圧力センサー１１４，１１６（第２図参
照）により供給される。タイミング信号発生器１
１２は、パラメータ発生器１６６及びタイミング
発生器１６８から構成される。パラメータ発生器
は、変位センサー１１８からの変位信号X_Hに応
答しかつハンマーV_Hの速度を表わす出力信号を
発生する。圧力センサー１１４と１１６の出力
は、パラメータ発生器１６６において利用され
て、ピストン６２に作用する力に相当する出力を
発生する。この力は、供給圧力と復帰圧力の差に
比例し、そしてKΔPとして示される。前述した
ように、ΔPは、ピストン６２に印加されるよう
なハンマー６０の力であるF_Dに比例している。 変位信号X_H、ハンマー速度信号V_H、及びＫ△
Ｐ信号の全てはタイミング発生器１６８に入力さ
れる。タイミング発生器は、瞬時T_S1、T_S2、T_S3
に信号を発生し、かつこれは繰り返し周波数f_R及
び力パルス値を決定する。またタイミング発生器
１６８により、瞬時T_DT1及びT_DT2に“デイザ”信
号が発生する。このデイザ信号は、必要な力パル
ス値及びエネルギーと等しいストロークを増進実
行するようにハンマーを変位させるために利用さ
れる。T_S1、T_S2、T_S3、T_DT1及びT_DT2のこれらの
信号は、３つだけのレベル、＋e_V（正レベル）、−e_V
（負レベル）、又はe_V＝０（ゼロレベル）を有する
デイジタル信号である。それらは弁駆動増巾器１
７０で増巾されて、サーボ弁１７２に印加され
る。弁制御信号e_Vによつて命令されるように、弁
１７２は３つの状態、すなわち弁ポートがハンマ
ー６０に上方力を供給する第１の状態、弁ポート
が閉じる第２の状態、及び弁ポートが第１の状態
から逆にされてハンマーに下方力を供給する第３
の状態を有している。サーボ弁１７２は電気流体
弁にすることができ、かつこれは制御ユニツト５
０（第１図）の一部である。ニユーヨーク州イー
ストオーロラのMOOG INC.により供給されるタ
イプNo.30のような市販弁が適当である。 タイミング発生器１６８は、流体圧流体が弁１
７２を通つて流れるようにハンマーがかなりの速
度を有するとき、閉じた弁ポートに相当する信
号、すなわちe_V＝０が発生しないように、動作す
る。ハンマーがかなりの速度を有するとき弁が閉
じた状態にされない条件は、弁を閉じるときに生
じ、かつ弁要素又はパルス発生器のどこかに故障
を発生させる瞬時高圧の導入を避けることに基い
ている。 第２５図は、海洋（水中）信号応用に適した本
発明による整形力パルス発生器を示している。第
２図と関連して説明した設計のものにすることが
できる力パルス発生器６００は、ライン６０２及
び６０４を通して流体圧供給及び復帰圧力を発生
する。タイミング信号発生器はパルス発生器と同
じハウジング内に内容され、かつ制御信号e_R及び
e_Bは端子６０６と６０８で発生器６００に接続さ
れる。あるいは、タイミング信号発生器は表面の
ような遠隔に配置し、かつ制御信号e_Vはパルス発
生器に印加することができる。 発生器６００は、レシーバーピストン６１２に
より形成された衝撃ばねを衝撃するハンマー６１
０を有しており、このレシーバーピストン６１２
は、流体圧流体、適当には流体圧オイルの容積６
１４内に動くことができる。容積６１４及びピス
トン６１２はラジエータ６１６と一体にされ、か
つこのラジエータ６１６は、信号が発射されるべ
き水と接している。ラジエータ６１６のベース
は、発生器６００のハウジング６２２の穴６２０
に沿つて摺動する円筒表面にすることができる。
“Ｏ”リング６２４として示された適当なシール
が発生器６００の内側を取り巻く水から分離して
いる。ハウジング６２２内の内部圧力は周囲圧力
（表面の大気圧力）にすることができる。この気
圧はライン６２６を通して維持し、内部圧力P_Iを
表面圧力に設定することを可能にする。この内部
圧力はもちろん、P₀として示される水中圧力よ
りもずつと小さい。 第２６図に示されるように、レシーバーピスト
ン６１２上にハンマー６１０が衝撃すると、ラジ
エータ６１６は、液体容積６１４内にピストン６
１２が入ることにより、液体ばねの圧力上昇によ
つて外方向に駆動される。ラジエータが水の中を
外方向に加速するとき、正の圧力パルスが発生す
る。このパルスは第２７図に示されている。ラジ
エータ６１６の軸にそつてのパルスの値は略々次
の式によつて与えられる。 Ｐ（ｒ）＝ρa²／4rＡ （28） ここで、ａはラジエータ６１６の半径、Ａはラ
ジエータの加速度、及びｒはラジエータの軸に沿
つての観察点までの距離である。ρは発生器６０
０を取り巻く水の密度である。圧力パルスの持続
期間はラジエータ６１６の外方向加速度の持続期
間により制御され、さらに、この外方向加速度の
持続時間は、ピストンの質量M_H、レシーバーピ
ストン６１２を含むラジエータ６１６の質量、液
体容積６１４、及びラジエータ６１６と共に動く
ことのできる他の部分より制御される。この質量
はM_Rである。またパルス持続期間は、水負荷M_I
の慣性及び液体ばねK_Iの剛性により決定される。
圧力差P₀−P_Iは、各パルス後、発生器ハウジング
６２２に対してラジエータ６１６を再び位置させ
る。ラジエータは、ハウジング６２２の前端に取
り付けられたリング状のクツシヨン材料６３０に
かみ合うフランジ６２８で形成される。このリン
グ６３０は、再び位置させる衝撃を和らげるのに
役立つ。 先の説明から、地上と水中の両方で地震波探査
を実施する改良された方法及び装置が提供された
ということが明らかであろう。本発明の方法及び
装置の種々の好ましい実施例を説明したけれど
も、本発明の範囲内でこれら実施例の設計変更が
疑いもなく当業者に示唆されるということが明ら
かであろう。従つて、先の説明は単に例示のため
であり、何ら制限を意味するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて地震波信号を発生す
るための装置を備えた車輛の前面図、第２図は、
第１図の車輛に取り付けられて示される地震波信
号発生装置を詳細に示す断面図、第３図は、第２
図に示された装置において使用され、衝撃に従う
部分の位置を示す結合プレート及び力パルス整形
システムの拡大、部分断面図、第４図は、第１乃
至３図に示された装置により発生する一連の力パ
ルスを示す波形図、第５図は、第１乃至３図に示
された力パルス発生及び成形装置を表わす等価回
路図、第５Ａ図は、第５図に示された回路の簡略
化された図、第６図は、同じエネルギーではある
が異る持続時間の２つの力パルスのスペクトルを
示す図、第７図は、２つの反復力パルス列のスペ
クトルを示す図、第８図は、５から10Hzの力パル
ス掃引から生じる高調波関連帯域を示す図、第９
図は第８図に示された帯域の合計から生じるエネ
ルギースペクトルを示す図、第１０図は、力パル
ス繰り返し速度が対数的に周波数変調される５か
ら10Hzの帯域にわたる力パルス繰り返し速度の掃
引から生じるエネルギースペクトル及び自己相関
関数を示し、力パルス値は周波数の平方根の逆数
に従つて変化し、かつパルス自身は略々８ｍｓの
持続期間を有する図、第１１図は、この帯域スペ
クトルレベルが第８図に示された基本帯域のレベ
ルの1/2である10乃至15Hzの繰り返し周波数帯域
にわたる力パルスの掃引から生じる高調波関連帯
域を示す図、第１２図は、第８及び１１図に示さ
れた高調波帯域の非可渉性合計により発生したエ
ネルギースペクトルを示す図、第１３図は、この
帯域のスペクトルレベルが第８図に示された基本
帯域のレベルの1/6である10乃至15Hzの繰り返し
周波数帯域にわたる力パルスの掃引から生じる高
調波関連帯域を示す図、第１４図は、第８，１１
及び１３図に示された高調波帯域の非可干渉性合
計により得られたエネルギースペクトルを示す
図、第１５図は、スペクトルが５乃至10Hzと10な
いし15Hzの２つの基本帯域にわたる順次掃引から
生じる第１０図に示されたのと同様な図であり、
第１２図に示された高調波帯域の可干渉性な組み
合せを示す図、第１６図は、掃引が５から25Hzに
順次伸びる第１５図と同様な図であり、第１４図
に示された３つの高調波帯域組の可干渉性な組み
合せを示す図、第１７図は、５から10Hzの帯域の
周波数の変調が線型同期変調である場合に得られ
たスペクトル及び自己相関関数を示す第１０図と
同様な図、第１８図は、パルスの周波数が線型周
期変調に従つて掃引される帯域が５から15Hzに伸
びる第１７図と同様な図、第１９図は、線型周期
変調掃引が伸びる帯域が５から25Hzである第１８
図に同様な図、第２０図は、２つの典型的場合の
各々において信号発生装置の相対出力パワーを示
しかつここで力パルス周波数は線型周期変調に従
つて変化し、また力パルス周波数は対数周波数変
調に従つて変化する図、第２１図は、“バイブロ
サイズ”型振動信号発生器により発生した掃引の
ための第１０図と同様な図、第２２図は、本発明
に従つて発生した一連のパルス列を示すタイミン
グ図であり、それによつて５乃至80Hzのスペクト
ルが20から80Hzの帯域にわたる掃引の使用により
発生することができ、第２３図は第２２図に示さ
れたフオーマツトの力パルス列から得られたスペ
クトル及び自己相関関数を示す図であり、かつこ
こでパルスの周波数は線型周期変調を有し、そし
て交互のパルス対が第２２図に示されるように除
去された図、第２４図は、第２図に示された装置
において使用される制御弁を動作させる電気制御
信号を発生させるためのシステムを示すブロツク
図、第２５図は、水中で整形力パルスシーケンス
を発生するのに適したりいパルス発生器を示す部
分斜視図、第２６図は、衝撃が行われた後の位置
における装置を示す第２５図と同様な図、そして
第２７図は、第２５及び２６図に示された装置に
より発生した圧力パルスの波形を示す図である。 １０……キヤリア、１６……力パルス発生器、
２２……流体圧源、３０……ベース、３２……シ
リンダ、６０……ハンマー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地震探査システムで使用する振動数範囲にわ
   たつて延びるエネルギースペクトルを有する地震
   伝播生成方法において、 (a) 繰返し振動数で単調に掃引され、かつ、伝播
   される複数シーケンスのパルスを発生し、各シ
   ーケンスは、異なる低パルス繰返し振動数及び
   異なる高パルス繰返し振動数を有し、前記繰返
   し振動数は、前記振動数範囲に入り、前記シー
   ケンスのうちのいずれのシーケンス内の各パル
   スは、それが含まれているシーケンスの最高繰
   返し振動数を越えて延びる有用なエネルギース
   ペクトルを有する工程と、 (b) 前記シーケンスのいずれかのシーケンス内
   で、そして前記シーケンスの全てのシーケンス
   に関して、前記パルスのエネルギー及びタイミ
   ングの変化を制御して、前記振動数範囲にわた
   りエネルギースペクトルレベルの平均変化が前
   記全シーケンスの伝播に対して最小化される工
   程と を有することを特徴とする方法。 ２ 前記発生工程が質量M_Hのハンマー及び剛性
   K₁の衝撃ばねによつて行なわれ、このハンマー
   を駆動して前記パルスを伝播させる媒体のインタ
   ーフエースの方向又はこのインターフエースから
   離れる方向に振動を生じさせ、そしてK₁及びM_H
   の大きさによつて前記パルスの持続時間を制御す
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記パルスの各々の持続時間が次式 のほぼ逆数である特許請求の範囲第２項記載の方
   法。 ４ 前記衝撃ばねが液体ばねである特許請求の範
   囲第２項記載の方法。 ５ 前記インターフエースが前記液体ばねを含む
   結合部材によつて与えられる特許請求の範囲第４
   項記載の方法。 ６ 前記シーケンスの各々の繰返し振動数が１オ
   クターブの振動数帯域又はそれ以下にわたつて掃
   引する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 前記シーケンスの掃引する振動数帯域が連続
   的に順序づけられていて、前記最低繰返し振動数
   と、最高繰返し振動数との間の全範囲が前記伝播
   中に掃引される特許請求の範囲第６項記載の方
   法。 ８ 前記シーケンスが互いに交互に続く特許請求
   の範囲第７項記載の方法。 ９ 前記シーケンスのうちの第１の繰返し振動数
   が１オクターブを越えない第１の振動数帯域にわ
   たつて掃引して、前記第１のシーケンスの高調波
   が前記振動数範囲にわたつて延びる複数の高周波
   帯域にスペクトルエネルギーを生じさせ、そして
   前記シーケンスのうちの他のものが前記高調波帯
   域に重り合う振動数帯域にわたつて掃引して、前
   記第１の帯域及び前記高調波帯域におけるスペク
   トルレベルの和が実質的に一定の平均スペクトル
   レベルである特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 前記パルスのエネルギー及びタイミングの
   変化の制御が、時間の関数として前記シーケンス
   内のパルスの繰返し振動数を変え、その繰返し振
   動数の関数として前記パルスの振幅を変え、そし
   て前記シーケンスの持続時間を制御することから
   選択される工程によつて実行される特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 １１ 前記繰返し振動数f_Rの変化が、f₀を前記シ
   ーケンスの各々における低繰返し振動数、τを前
   記繰返し振動数の１オクターブの掃引に相当する
   持続時間とし、時間ｔの関数として で示され、前記シーケンスの各々におけるパルス
   の振幅の変化がf_R−1/2に比例する特許請求の範
   囲第１０項記載の方法。 １２ 前記シーケンスが第１の繰返し振動数と前
   記第１の繰返し振動数の２倍の第２の繰返し振動
   数との間で掃引する第１シーケンスと、前記第２
   の繰返し振動数と前記第１の繰返し振動数の３倍
   の第３の繰返し振動数との間を掃引する第２のシ
   ーケンスと、前記第３の繰返し振動数と前記第１
   の繰返し振動数の５倍の第４の繰返し振動数との
   間で掃引する第３のシーケンスとを有し、前記パ
   ルスのエネルギー及びタイミングの変化を制御す
   る工程が実行されて、前記第２のシーケンスのエ
   ネルギースペクトルレベルが前記第１のシーケン
   スのエネルギースペクトルレベルの約半分であ
   り、前記第３のシーケンスのエネルギースペクト
   ルレベルが前記第１のシーケンスのエネルギース
   ペクトルレベルの約1/6である特許請求の範囲第
   １０項記載の方法。 １３ 前記パルスのエネルギー及びタイミングの
   変化を制御する工程が、時間ｔの関数として繰返
   し振動数f_Rを変えることによつて行なわれ、f₀を
   前記シーケンスの各々における低繰返し振動数、
   τを前記繰返し振動数の１オクターブの掃引に相
   当する持続時間としてf_R（ｔ）は、 で示され、前記シーケンスの各々におけるパルス
   振幅の変化がf_R−1/2に比例する特許請求の範囲
   第１２項記載の方法。 １４ 前記パルスのエネルギー及びタイミングの
   変化を制御する前記工程が、時間ｔの関数として
   繰返し振動数f_Rを変えることによつて行なわれ
   て、f₀を前記シーケンスの各々における低繰返し
   振動数、τを繰返し振動数の１オクターブ掃引に
   相当する持続時間として f_R（ｔ）＝f₀（１＋ｔ／τ） で示され、そのパルスの振幅が前記シーケンスの
   各々において一定に維持される特許請求の範囲第
   １２項記載の方法。 １５ 前記パルスのエネルギー及びタイミングの
   変化を制御する工程が前記シーケンスの持続時間
   を制御することによつて行なわれて、前記第２の
   シーケンスの持続時間が前記第１のシーケンスの
   持続時間の半分であり、前記第３のシーケンスの
   持続時間が前記第１のシーケンスの持続時間の1/
   ６である特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １６ 前記シーケンスの各々の繰返し振動数が複
   数の隣接する振動数帯域に存在し、この帯域は、
   それぞれ振動数範囲のうちの異なる部分を含み、
   そして前記シーケンスの各々における高調波帯域
   が前記振動数範囲内において異なり且つ重畳しな
   い振動数を含むような振動数において関係してい
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １７ 高解像度地震探査を行なうために、相関過
   程で有用なパルスのシーケンスを備える伝播を受
   信用媒体内において生じさせる地震信号発生装置
   において、 (a) ハウジングと、 (b) このハウジング内で往復運動し、衝撃位置か
   ら離れる方向及びこの位置に近づく方向の軌道
   にわたつて振動するように取り付けられたハン
   マーと、 (c) 前記ハンマーから衝撃を受け取り、制御され
   たパルスを前記受信用媒体に加え、そして前記
   力パルスのうち個々のもののスペクトルを制御
   するための衝撃ばねを含む手段と、 (d) 前記軌道にわたつて前記ハンマーを移動させ
   るために、そのハンマーに加えられる加圧液体
   流体用であつて、前記ハウジング及びハンマー
   を限定する複数の空洞と、 (e) 前記空洞の少なくとも一つに通じていて、前
   記ハンマーに加えられた液体流体の圧力を切り
   換えるための弁手段と、 (f) 前記伝播の自己相関関数が低いサイドローブ
   を示すように前記パルスのシーケンスの時間を
   はかるための前記弁手段用の制御手段と、 を備えることを特徴とする装置。 １８ 前記弁手段が電気的に制御されており、そ
   して前記制御手段が、衝撃電気制御信号シーケン
   スに応答して、前記電気制御信号シーケンスと同
   じ時間関係で前記パルスのシーケンスを与える特
   許請求の範囲第１７項記載の装置。 １９ 前記制御手段が前記パルスのシーケンスの
   タイミングを変えるための手段を含み、前記パル
   スの繰返し振動数が少なくとも１オクターブにわ
   たつて掃引される特許請求の範囲第１７項記載の
   方法。 ２０ 前記伝播において前記パルスのシーケンス
   における各パルスの振幅を示す第２の制御信号を
   発生する手段を備え、前記制御手段が、前記制御
   信号シーケンスのうち第１の制御信号と前記弁手
   段を動作させるための前記第２の制御信号とに応
   答し、少なくとも前記１つの空洞内に前記液体流
   体の圧力の切り換えの時間をはかり、それによつ
   て前記シーケンスのうち前記パルスのタイミング
   及び振幅を制御する手段を備える特許請求の範囲
   第１８項記載の装置。 ２１ 前記ハンマーの移動に応答して第３の信号
   を発生する手段と、この第３の信号に応答する前
   記制御手段に含まれ、前記少なくとも１つの空洞
   内で前記液体流体圧力の切り換えのタイミングを
   変え、そして前記シーケンス内の前記パルスのタ
   イミング及び振幅を制御するための手段とを含む
   特許請求の範囲第２０項記載の装置。 ２２ 前記制御手段が、前記第３の信号に応答し
   て、軌道に沿つて前記ハンマーの位置及び速度に
   相当する第４の信号及び第５の信号を発生する手
   段と、前記第４の信号及び第５の信号に応答し
   て、前記少なくとも１つの空洞内で前記液体流体
   圧の切り換えのタイミングを変え、そして前記シ
   ーケンス内の前記パルスのタイミング及び振幅を
   制御する手段とを含む特許請求の範囲第２１項記
   載の装置。 ２３ 前記液体流体圧力に応答して前記ハンマー
   を横切る圧力差に相当する第６の制御信号を与え
   る手段を備え、前記制御手段が、前記第６の信号
   に応答して、前記少なくとも１つの空洞内で前記
   圧力の切り換えのタイミングを変え、そして前記
   シーケンス内の前記パルスのタイミング及び振幅
   を制御するための手段を含む特許請求の範囲第２
   １項記載の装置。 ２４ 前記弁手段が前記電気信号によつて動作さ
   れる第１の弁と、前記第１の弁によつて動作され
   る前記少なくとも第１の空洞内で前記圧力を切り
   換えるパワー段弁とを含む特許請求の範囲第１７
   項記載の装置。 ２５ 前記パワー段弁が４方向の弁であり、前記
   ハウジングが一対の空洞を有していて、その空洞
   に前記ハンマーがつながり、その空洞内で前記流
   体が切り換えられる特許請求の範囲第２４項記載
   の装置。 ２６ 前記パワー段弁が前記１つの空洞とつなが
   る３方向の弁である特許請求の範囲第２４項記載
   の装置。 ２７ 前記パワー段弁が前記１つの空洞内であつ
   て、前記ハンマーの周囲に配置された管状の弁で
   ある特許請求の範囲第２４項記載の装置。 ２８ 前記制御手段が、デジタル電気制御信号を
   生じさせるために、前記第１の制御信号、前記第
   ２の信号、第３の信号、第６の信号によつて動作
   され、かつ、前記弁手段を第１、第２、及び第３
   の位置のどれかに移動させる手段を備え、このう
   ち２つの位置が前記ハンマーに反対方向の液体流
   体圧力を加えることに相当し、そのうちの第３の
   位置が前記弁手段の閉じた位置に相当する特許請
   求の範囲第２３項記載の装置。 ２９ 前記制御手段が、前記第１の制御信号、第
   ２の信号、第３の信号及び第６の信号に応答して
   デイザ信号を発生し、このデイザ信号を前記弁手
   段に選択的に与える手段を含む特許請求の範囲第
   ２８項記載の装置。 ３０ 前記受信手段が受信媒体と共にインターフ
   エースを形成する結合部材と、このインターフエ
   ースに向かう方向にその結合部材をバイアスさせ
   る手段とを有する特許請求の範囲第１７項記載の
   装置。 ３１ 前記衝撃ばねが前記結合部材内に含まれる
   特許請求の範囲第３０項記載の装置。 ３２ 前記衝撃ばねが前記結合部材内に流体で満
   ちた室と、その結合部材に移動可能に取り付けら
   れ、前記室及び前記ハンマーにそれぞれ向かい合
   う対向面を有する衝撃ピストンとを備える特許請
   求の範囲第３１項記載の装置。 ３３ 前記ばねが剛性K₁を有し、前記ハンマー
   が質量M_Hを有し、この剛性及び質量は、前記ス
   ペクトラムの上限振動数をf₀として、 によつて関係づけられる特許請求の範囲第３０項
   記載の装置。