JPS5852191B2 - Ｐ波・ｓ波検層用振源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、孔内水を有する孔井内で使用するＰＳ検層用
の根源に関し、更に詳しくは剛体と被衝突板との衝突を
利用して、該被衝突板を急速に運動させ、背向性の強い
力とともに孔内に圧縮力を発生させ、Ｓ波と同時にＰ波
を輻射させるようにしたＰ波・Ｓ波検層用の根源に関す
るものである。

ＰＳ検層は、孔丼中で地下の弾性波速度、すなわちＰ波
（縦波）速度とＳ波（横波）速度を直接測定し、その値
から地下の弾性的性質を調査する方法である。

近年、地震工学や資源工学等の方面から、地下深部にお
ける高精度の弾性波のデータが要求されている。

これに対し、地下深部の弾性波を測定する装置は、Ｐ波
検層器だけが実用器として普及しているにすぎない。

それは、Ｐ波が弾性波のうち最も速い速度で伝搬するた
めその確認が比較的平易なのに対して、Ｓ波は、それよ
り速く伝播する波（主としてＰ波）によって、その波形
がみだれやすく、確認が困難なためである。

これに対し、Ｐ波の輻射を抑制し、Ｓ波のみを効果的に
輻射させうるような方法が提案されている（特開昭５４
−１０７４０１号公報参照）。

これは、根源体内の運動機構を動作させることによって
孔軸と直交する一方向の根源力を孔内水を介して正負の
間接加圧として孔壁面に加え、それによってその根源力
と直交する方向に卓越した指向性をもつＳ波を輻射させ
るものである。

確かにこの方法はＰ波の発生を抑え純粋なＳ波を輻射で
きるすぐれた方法である。

しかし、実際に地下の弾性的性質を適確に調査するため
には、Ｐ波とＳ波を同時に観測することが必要である。

すなわち、Ｐ波およびＳ波に基づく物理量を計測し、そ
れらを合成して別のファクター、例えばポアソン比を求
めていくような場合がそれである。

もし、Ｓ波のみを輻射する根源を用いるならば、一連の
ゾンデの別の位置にＰ波用の根源を別個設けるか、もし
くはＳ波の観測とは別に改めてＰ波用のゾンデを降ろし
て観測せねばならないことになる。

ところが、このような構成では同じ位置でＰ波とＳ波の
加振を行えるという保障は全くなく、特に深度が深いほ
ど同じ位置で加振することは困難となるし Ｐ波とＳ波
を別の根源で行うため、双方の観測量を合成して得た別
の物理量のデータとしての信頼性、誤差の評価等に問題
が残る。

従って、同時にＰ波とＳ波を輻射でき、しかも発生する
Ｐ波とＳ波が振幅的にみて極端に差が生じないような、
すなわちＰ波の振幅が大きすぎてＳ波がかくれてしまわ
ないような、根源の開発が望まれている。

本発明は、かかる従来技術の実情とそれに対する種々の
要望に鑑みてなされたものであって、その目的は、孔内
においてＰ波とＳ波を同時に発生させることができ、し
かも観測に際してＰ波とＳ波の分離がよく、両方の波の
確認も平易に行えるような根源を提供することである。

以下、図面に基づき本発明について詳述する。

まず、本発明に係る根源の基本構成とその動作原理から
説明する。

第１図に示すように、根源１は、孔内水２を有する孔井
３内において使用される。

根源１の内部には一方向に運動自在に設けた剛体４があ
り、この剛体４の端面と間隔をおいて対向する被衝突板
５が外方へ突出可能に設けられる。

なお、根源１の内部はゴムシール６にまり液密的となっ
ている。

さて、このような構造において、剛体４をＸ方向に運動
させ、被衝突板５に衝突させる。

すると、この衝突により被衝突板５はＸ方向に衝撃的に
運動し、孔内水２を介してＸ方向の孔壁にのみ力を及ぼ
すと同時に孔内では被衝突板５が移動した分だけ圧力が
上昇する。

そのため、孔径に比して大きな距離にある孔軸方向の観
測点では、Ｘ方向の力によって起振されたＳ波のみなら
ず、衝撃的な圧力変化によって生じたＰ波も観測するこ
とができるのである。

このような構成とすると、第１に、衝突を利用している
ために、発生する力は単純なパルス様となり、記録紙上
Ｐ波とＳ波の分離を良くすることができ、第２に衝突の
向きを逆にすればＳ波のみが反転し、Ｓ波の確認を平易
にできる等の効果が期待される。

根源１内の剛体４は、通常、第２図に示すように、電磁
力によって駆動される。

すなわち、ハウジング側にはコイル１０ａ、１０ｂを収
容した磁性ヨーク１１が取付けられ、剛体４は筒状の磁
性プランジャ１２とその両端に取付けられている衝突体
１３ａ、１３ｂからなる。

コイル１０ａ。１０ｂは、いわゆる双方向ソレノイドを
形成しており、スイッチ１４で電流を流すコイルを選択
することにより、剛体４をＸ方向あるいは逆の−Ｘ方尚
のどちらにでも駆動することができる。

根源１の詳細を第３図および第４図に示す。

円柱状のハウジング２０には、その中心軸に直角な方向
に貫通孔が設けられ、該貫通孔の内部に剛体４等が収容
される。

貫通孔の内周壁には純鉄製のヨーク１１． ａ 、 １
ｌ ｂとそれに組込まれたコイル１０ａ、１０ｂが位
置する。

純鉄製のプランジャ１２と衝突体１３ａ 、１３ｂとか
らなる剛体４は、スパイラル状板バネ２１ａ、２１ｂに
よって該貫通孔の中心軸に沿って非接触的に移動可能に
支持される。

スパイラル状の板バネ２１ａ。２１ｂは、ＣＩＪソング
２，２３によって止着される。

また、剛体４の両端と間隔をおいて対向するように被衝
突板５ａ、５ｂが位置し、それらの外側はゴム製の防水
用シール材６ａ、６ｂで覆われ、それらは固定金具２４
、押え金具２５、及びネジ２６によってハウジング２０
に固定される。

なお符号２７は０リングシールである。

被衝突板５ａ。５ｂの内端部は固定金属２４に当接して
いるため、外方へのみ突出可能で、内方への変位は生じ
ない。

またゴム製の防水シール材６ａ 、５ｂで覆われている
ため、被衝突板５ａ 、ｓｂが剛体４との衝突によって
外方へ突出してもハウジング２０の内部に孔内水が浸入
することはない。

このような根源は、受信器等とともに一連のゾンデとし
て孔井内に挿入される。

実際にＰ波、Ｓ波検層に応用した例を第５図に示す。

下から、ゾンデ２９の挿入を容易にするための重り３０
、それぞれＰ波用の上下動受振素子とＳ波相の水平動受
振素子が組込まれている２個の漂遊型受振器３１．３２
、Ｓ波の受振を防害する孔中音波を遮断するためのフィ
ルタチューブ３３、プリアンプ３４、ゾンデ本体を伝播
する防害波を防ぐためのダンパ３５、本発明に係る根源
３６、該根源３６を駆動させる根源ドライバ３７がこの
順序で連続しており、シーブ３９を介してウィンチ４０
で孔井３内の所定位置まで上げ下ろしされる。

地表には、フィルタチューブ３３にガスを供給するため
のガスシリンダ４１．及び制御装置４２や記録装置（例
えば電磁オシログラフ）４３が配置される。

測定系のブロック図を第６図に示す。

測定系制御回路５０で起振方向ＮもしくはＲおよび入力
切換５１，５２，５３をコントロールする。

直流高電圧源５４からは根源ドライバ３Ｔへ電力が供給
される。

トリガパルス源５５によって根源ドライバ３７にトリガ
パルスが印加され、剛体４を予め定められたＮもしくは
Ｒ方向に駆動し、被衝突板５に衝突させ、Ｓ波とＰ波を
輻射させると共に、前記トリガパルスで６チヤンネル波
形記憶装置５６をスタートさせる。

輻射されたＳ波及びＰ波は、漂遊型受振器３１，３２で
検知され、プリアンプで増幅させてから地表の６チヤン
ネル波形記憶装置５６に送られ、８チヤンネル電磁オシ
ログラフ４３で記録紙にタイムマークと共に記録が取ら
れる。

その一例を第７図に示す。Ｐ波とＳ波がほぼ同程度の振
幅で記録されている。

Ｓ波の確認は、起振方向を変えること（ＮとＲ）によっ
て波形が反転していることから確実に行える。

これらのデータからＰ波・Ｓ波の速度分布等の解析を行
うのは、従来同様の手法による。

本発明の装置の効果をより一層高めるためには、前記の
ように被衝突板５は内方には変位しないようなストッパ
の役割を果す部材に当接するように配置するとともに、
該被衝突板５は金属のような剛性材料製とし、また、被
衝突板５とハウジングとを液密的にするシール部材は、
剛体４と被衝突板５との衝突に影響を及ぼさない程度に
弱いバネ定数をもった部材で作るのが良い。

本発明は上記のように構成されているから、同じ位置で
Ｐ波とＳ波を輻射でき、双方の観測値を組合せて得た別
の物理量のデータとしての信頼性が高く指向性を持った
力によって発生するＳ波と全体として圧縮の力によって
発生するＰ波は共に孔軸上にその振幅の指向性のピーク
を持っており、それ故、根源と受振器を一体のゾンデに
組み入れた本格的検層器として非常に有利であるし、衝
突の方向を逆にすればＳ波の波形は反転するがＰ波は反
転せず、Ｓ波の確認を容易に行えるうえ、衝突を利用し
ているから、発生する力は時間的にみれば波形がパルス
様となり、シンプルでかつパルス幅は狭く、そのため記
録紙上、Ｐ波とＳ波の分離が良く、また小型のわりには
強力な力を発生させることができる等、従来技術にはな
いすぐれた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を示す説明図、第２図は根源
内部の剛体の１駆動原理を示す説明図、第３図は根源の
一実施例の断面図、第４図はその二部破断斜視図、第５
図は使用状態の説明図、第６図は測定系のブロック図、
第７図は得られた波形記録の一例を示す図である。 １・・・・・・根源、３・・・・・・孔井、４・・・・
・・剛体、５・・・・・・被衝突板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検層ゾンデの中心軸方向に対して直交する根源刃軸
   の中央に、該根源刃軸に沿って運動自在に設けた可動剛
   体と、振動力軸の両端位置にて該剛体の端面と間隔をお
   いて対向し、外方に突出可能に設けた被衝突板とを備え
   、前記剛体の駆動により被衝突板に衝突可能としたこと
   を特徴とするＰ波・Ｓ波検層用根源。