利用椭园偏振剪切波勘探地震的方法技术

本发明专利技术涉及在一地球介质内利用振动产生的椭圆偏振剪切波供其后探测一维或多维正交粒子运动的地震勘探的方法。本发明专利技术依赖一种耦合一连续转动的纵向力到一大地介质剪切波源从而传播一椭圆偏振剪切波以供折射、反射或地表下探测，可能范围内的各种合适的勘探形式。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地说涉及地震的勘探，但在不作为限制性的情况下，更具体地说涉及利用携带着较各压缩波及剪切波包含更多信息的椭圆偏振剪切波的改进的勘探方法。本专利技术人发觉在地震勘探实践中没有先有技术利用了椭圆偏振剪切波。多年来已将多种方法用于压缩波勘探法和偏振波勘探法中，明显地还没有一有规则的椭圆(在特定情况下为圆形)偏振剪切波存在的概念，该剪切波在通过地球介质时赋予粒子在三维正交空间中运动。因此，现设想椭圆偏振剪切被的粒子运动可用一个或多个三维正交的检测器检测以进行任意的垂直地震剖面(VSP)法探测，折射或反射测量，三维地震测量和相关的地震回波探测实践。最接近的先有技术教导已公开的有在1983年于内华达、拉斯韦加斯召开的勘探地球物理学家协会(Society of Exploration Geophysicists)1983年会上发表的由斯图尔德.克兰普宾(Stuart Crampin)所著的S12.7论文题目为“剪切波的偏振三分向记录法的主张(Shear Wave PolarizationsA Plea for Three-component Recording)”。虽然这篇论文认识到可从剪切波数据获得大量的知识及通过三维探测揭露更多的数据，但作者并未发觉这些剪切波椭圆偏振特性及它们所遵循的特定传播性质。本专利技术涉及应用振动在大地介质内产生的椭圆偏振剪切波以供其后的三维正交粒子运动的地震探测的方法。设想将椭圆偏振剪切波应用于任意的垂直地震剖面法(VSP)、地震测井及包括三分向测量的地震测量。此外，预见到可将椭圆偏振剪切波源应用于海洋测量，由于大多数情况下波源可在水底接合。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种用于给定的振动回波探测程序使大量的有用信息能被探测的地震源。本专利技术的另一个目的在于提供在大地介质中产生精密的椭圆偏振剪切波的方法和装置。本专利技术的还有一个目的在于提供产生和探测新的及在此之前未被应用的大地粒子运动关系的方法。最后，本专利技术的一个目的在于应用椭圆偏振剪切波的方法，其中振动源可以不同的方式在大地表面、在水底或钻孔中以相同的有效性耦合到地球介质。本专利技术的其它目的和优点可通过对下述详细说明以及联系解释本专利技术的附图一起阅读后，将会使人一目了然。图1A为水平和垂直地偏振剪切波关系的图解说明;图1B为椭圆偏振剪切波关系的图解说明;图2A为一带有钻孔及在其上耦合以剪切波振动器装置的大地表面的一部分的理想化截面图;图2B为一带有轨道振动器及检测器示出反射和折射射线路径的大地断面的理想化图;图3为说明椭圆偏振剪切波的传播图的一椭圆偏振剪切波振动器及大地断面的透视图;图4为用于图2方案中的椭圆偏振剪切波振动器的一种形式的截面图;图5为说明按照类似于图2设计的一特定试验中探测压缩和剪切运动的地震波记录图;图6为另一种形式的椭圆偏振剪切波发生器的示意图;而图7为还有一种形式的椭圆偏振剪切波发生器的示意图。按照声波理论，偏振方向通常是被定义为粒子在声能传播的介质中振动的方向。对于压缩波而言，粒子的振动方向是与射线路径或沿Z轴的传播方向是共轴线的。对于水平剪切波和垂直剪切波而言，粒子的振动路径与其传播方向成直角。因此，如图1A中所示，压缩波粒子振动将与传播方向轴线即Z轴10成一直线，而垂直剪切波的粒子的运动将发生在平面12内，水平剪切波粒子的位移将发生在平面14内。分别包含垂直剪切振动和水平剪切振动的平面12和14叫做偏振平面。因此，纯粹的水平剪切波和垂直剪切波称之为平面偏振波。更特殊的剪切波偏振化的类型称之为椭圆偏振，而这波形实质地在图1B中描出。因此Z轴16可设想成由图纸向外伸出，而在一垂直于传播方向Z的平面内一粒子位移矢量18在每个振动周期中描绘出一椭圆20。椭圆偏振中的粒子位移可设想成由两个与传播方向垂直的分量。考虑两个频率相同的平面偏振剪切波，其粒子的位移如下式所示 (1)其中，k等于传播常数，D1和D2均表示位移振幅，而 x与 y分别为沿x和y方向的单位矢量。该两个波均沿Z方向上传播，但彼此垂直偏振并具有一相位差φ。在Z轴的任意一点上的总位移(假定为零衰减)由下式表示 (2)在φ等于+π/2的情况下，将上式展开而给出 (3)在D1/D2＜1的情况下，合成位移矢量描绘出如图1B所示的其长轴和短轴分别与y轴和x轴重合的椭圆。如果D1/D2＞1，则椭圆的长轴和短轴反过来分别与x轴和y轴重合。而射线束或如图1B中所示的Z轴望过去，矢量18以角频率W按顺时针方向转动，这样它可称为右椭圆偏振波。当φ设定为等于-π/2的情况下其合成矢量路径仍然将描绘出与图1B所示的椭圆相同，只是位移矢量将按反时针方向扫掠过去，并可称之为左椭圆偏振波。另一种特殊情况为当D1＝D2时，这使图1B中的椭圆变为圆。再者，依赖于φ值为正或负，而可为右或左圆偏振波。通常，D1不必与D2相等，而角φ可取不同于正或负π/2的值，在这样情况下，椭圆的长轴和短轴将不会与对应的x轴和y轴重合。弹性剪切波与电磁辐射在许多方面是相似的，使之有关波动性质的相似性在解释中可被应用。当偏振波入射到物质上或与物质相互作用时，入射辐射的不同偏振状态往往以不相同的方式与物质发生作用。在这种非对称的相互作用的情况下，入射波的偏振状态由于相互作用而被改型或发生变化。通过测量由一物质造成的一已知偏振状态的改型，人们可从中认识关于该物质的许多情况。由于相似性质，在光学领域中已知研制出来的多种测量技术也可针对利用弹性剪切波的测量中。这种技术之一叫做椭率测量术是研究光从一表面反射之后偏振状态变化的一种技术。通过测量椭率参数诸如相对相位变化，相对振幅衰减及有关的参数，人们可确定物质的特定常数，并实现选择性测量。虽然在现阶段还不能预见椭圆偏振地震波在勘探活动中的所有应用，但目前相信对这种能量的使用，将在所有的测井、垂直地震剖面法探测及表面地震测量等方面将得到应用。图2A说明本专利技术的方法的实际试验在开始进行时的装置类型。在大地断面24中形成的一钻孔22安装以包含12部三维正交拾震器26、28到30、32。这些拾震器为对振动的各个x、y和z轴有独立的传感元件的标准的三分量正交探测器。传感元件26至32放置在沿钻孔22向下各相隔100英尺的地方，用多股导体型连接电缆34将每个拾震器26至32连接到位于地面38上的信号处理站36。如将于下文中叙述的一轨道型地震振动器40，通过将基板42埋入大地以将之牢固地与大地接合，使得其侧壁44无定向地水平地与大地介质压缩性地接触。轨道型振动器40在一预定频率及时间间隔下由地震振动器控制48操作。虽然此处叙述在选择的频率振动器控制，但轨道振动器40可在任何扫描频率或连续频率的脉冲控制下操作之。图2B说明使用在一地震测量中沿一选择的测量线上的椭圆剪切波振动器40b。探测器25-1到25-n例如为选择的多分量或正交探测器，它们是一字排列在沿着从剪切波振动器40b的能量向下传播而紧接着反射(路径23)和/或折射(路径27)的测量线上，并对振动粒子的运动探测进行在沿探测器25-1和25-n的地震线上。因此，椭圆地震源和多分量探测方案可使用于各种包括多线的三维测量。图3说明与传播的椭圆偏振剪切波能相关的轨道振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
在大地介质中产生椭圆偏振剪切波的方法，其特征在于，此方法包括：—将一大地连接部件连接到大地介质，该连接部件相对大地介质是无定向反抗水平方向运动上的；及—在一选择的时间内向所述大地连接元件施加一转动的力；从而在大地介质中产生是所述转动 力的转动率的函数的椭圆偏振剪切波。

【技术特征摘要】
US 1986-8-18 897,448的精神和范围下可做出各种改变。权利要求1.在大地介质中产生椭圆偏振剪切波的方法，其特征在于，此方法包括-将一大地连接部件连接到大地介质，该连接部件相对大地介质是无定向反抗水平方向运动上的；及-在一选择的时间内向所述大地连接元件施加一转动的力；从而在大地介质中产生是所述转动力的转动率的函数的椭圆偏振剪切波。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述转动的力是常值而所述偏振剪切波是圆形的。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述施加一转动力的方法的步骤包括在一预先选择的转动率下转动至少一个与大地连接部件转动性连接的偏心载重。4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括改变所述至少一个偏心载重的转动方向从而改变所述椭圆偏振剪切波的转动手性。5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括改变所述至少一个偏心载重的合成力从而改变所述椭圆偏振剪切波的位移矢量。6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括改变所述至少另一个偏心载重的合成力，从而改变所述椭圆偏振剪切波的位移矢量。7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述连接和施加转动力的方法进一步包括一重复地在一选择的第一方位角上产生第一个线性力以施加于所述大地连接部件;及一重复地在一选择的第二方位角上产生第二个线性力以施加于所述大地连接部件;而其所产生的合力为所述椭圆偏振剪切波。8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述大地连接部件是两个分开的放置在极为邻近的位置的基板，且无定向抗水平运动的。9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括改变第一及第二线性力以改变合成位移矢量力;从而控制所述剪切波的椭圆偏振构型。10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括控制所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰克H科尔，约翰S格治利，
申请(专利权)人：康诺科有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]