JP2005291903A - 水中受振器用ハイドロホン及び多点観測水中受振器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の３成分受振器にてボーリング孔内でＰＳ波地震波を観測するときは、種々
の操作を必要とし、時間を要しひいてはコスト高となる。さらに、高いＳ波速度における
Ｓ波の感度が低下し、高周波数領域の感度も小さくなるという問題がある。
【解決手段】ハイドロホンの周方向一部を波動を遮断する遮蔽材にて囲繞して、感度に指
向性ある水中受振器用ハイドロホンとした。また、前記ハイドロホンが、少なくとも4つ
設けられた多点観測水中受振器を、軸近傍を中心として略等間隔に放射する放射線上に位
置するように配設した。さらに、多点観測水中受振器を、ケーブルに所定間隔を隔てて複
数個具備させて多連多点観測水中受振器を構成した。各ハイドロホンは相互に独立した信
号を出力して目的とする地震波を観測するものとした。
【選択図】図１１

Description

この発明は、地盤に穿設されたボーリング孔内において、地盤を伝播する地震波を効率
的且つ的確に地震波を観測する装置に係り、より詳しくは、水中受振器用ハイドロホンと
、該ハイドロホンを組み立てて製作した水中受振器に関する。
地震波は、波動性状の異なる種類のものが存在し、伝播過程で、反射、屈折、回折また
は波動の変換がおこる。このため地盤内には多様な地震波が存在する。地震波の特定の波
動を観測するためには、波動性状や入射方向に適した観測方法で行う必要がある。
この発明の地震波を観測する装置の主な用途としては、以下のものがある。
先ず、振源を地表あるいは地中に設け、地震波の到達時間からＰ波またはＳ波の地盤の
伝播速度を求める速度検層がある。ＰＳ速度検層で得られる地盤のせん断波（Ｓ波）及び
圧縮波（Ｐ波）の伝播速度は、土木工学や岩盤力学における土質、岩質の評価、特に地震
時の動的特性の解析・評価に不可欠な情報である。
同様に振源を地表あるいは地中に設け、ボーリング孔内でＰ波またはＳ波を観測し、地
震波の処理を行って地盤内の地震波の伝播状況を求め、土木地質や資源探査で多く用いら
れている反射法地震探査の解析資料とするＶＳＰ（Vertical Seismic Profile）法がある
。ＰＳ検層は、初動を読取り伝播速度を算定するのに対し、ＶＳＰは、観測した地震波形
から地盤の反射状態を把握するものである。
ボーリング孔内を伝播するチューブ・ウェーブは、地盤内の剛性率や透水係数の算定に
研究されている。しかしながら、チューブ・ウェーブとＳ波とは伝播速度が比較的類似し
ているため、Ｓ波の観測にはチューブ・ウェーブが妨害波となり、逆にチューブ・ウェー
ブの観測には、Ｓ波が妨害波となる。したがって、チューブ・ウェーブとＳ波とを明確に
区分することが重要である。

図３に示すように、水等の液体を充填したボーリング孔内に電磁型受振器を設置し、地
表付近で発振した地震波を地盤内で観測する手法は、ＰＳ波の速度検層やＶＳＰ法で用い
られる。
Ｐ波のみの観測では、ハイドロホン単体あるいは電磁型受振素子単体を用いることがあ
るが、ＰＳ検層など、Ｐ波とＳ波を識別して観測する場合には、受振器には、図４（ａ）
に示すようにＸ，Ｙ，Ｚの３方向に、図４（ｂ）の如く水平成分2個、垂直成分１個の、
合計３個の電磁型受振素子を３段に組み込んだ３成分受振器と呼ばれる地震計が用いられ
る。
Ｓ波は、地震波の進行方向に対し直角（せん断的）に振動し、Ｐ波は、地震波の進行方
向（圧縮−引張り）に振動する。この波動現象の差異があるため、Ｐ波とＳとを区別して
観測する場合には、３成分受振器を用いて観測する。
Ｓ波の波動を同定するため、地表に板を設置し、板の端部を順方向と逆方向の２回打撃
した記録を各水平成分（Ｘ成分，Ｙ成分）で取得し、その波動の反転を確認して同定する
。
Ｐ波では、通常地表で起振された地震波は、ほぼ鉛直下方に伝播するため、垂直成分（
Ｚ成分）で観測する。

図５に見るようにボーリング孔壁に固定された受振器は、ボーリング孔壁の周方向にお
ける１点の振動を観測していることになる。ボーリング孔内には、孔内を伝播する特殊な
地震波が存在する。
このため、３成分受振器による孔壁の周方向における１点の観測では、異なる振動性状
の波動が、同一の振動現象として観測されて、これら異なる振動性状の波動を区別できな
いことがある。
このように地震波の観測においては、確実に目的とする地震波を抽出・観測するための
手法の確立が望まれているところである。

また、電磁型受振素子を用いた３成分受振器は、ボーリング孔壁に固定する必要があり
、この固定方式としては従来、アームを開く機械式や風船を膨張させるガス圧式のものが
ある。
ガス圧式のものを用いた場合、ある計測深度において３成分受振器と一体化された孔壁
固定装置の膨張具に窒素ガスを充填して膨らませ、当該深度における計測を終了した後、
窒素ガスを孔壁固定装置から排除して次の計測点に至るまで受振器を降下させて、上記と
同様の固定作業、観測作業、解除作業、深度変更作業を繰り返している。
このように、従来の地震波観測において、３成分受振器を用いた計測の作業性は極めて
悪い。特に大深度の計測には大きな課題となっている。

さらに、この受振器は電磁型受振素子を用いていることから地震波の信号出力は、速度
型振幅であることから、Ｓ波速度が高くなると受振感度が小さくなり、また、高周波数領
域の感度も小さくなる、という重大な問題がある。
さらにまた、所定間隔で複数の3方向受振器を備えた、いわゆる多連型受振器にしよう
とすると、受振器をボーリング孔壁に固定するための装置を各受振器毎に設ける必要があ
ることから、特にガス圧式の固定装置にあってはガス圧送用配管が錯綜して、装置全体が
複雑な構成となり、また操作上も煩雑となることから、多連型のものとすることも困難で
ある。
「新編 ボーリング孔を利用する原位置試験についての技術マニュアル」平成７年１０月 関東地質調査業協会技術委員会編集・発行

他方、本発明者は、軟弱地盤から硬岩地盤までの広範囲にわたってボーリング孔内のＳ
波、Ｐ波の速度を正確に計測できる計測方法を提供することを目的として、図７に示され
るような、１つの発振器５３と互いに一定の距離を隔てて設けられた２つの受振器５４、
５５を有しケーブル５１に吊り下げられたゾンデ５２を用いて地層検層におけるせん断波
の速度を計測する方法において、一対の矩形バイモルフ型圧電セラミックからなる発振器
５３によって一方向のせん断波を発振し、該せん断波を一対の円筒型圧電セラミックから
なる前記一方の受振器５４によって受振し、該受振器５４の各円筒型圧電セラミックの振
動波形の差を求めて記録し、次に前記発振器５３によって逆方向のせん断波を発振し、該
せん断波を前記と同様に受振器５４の各円筒型圧電セラミックの振動波形の差を求めて記
録し、上記２つの記録を用いて位相の反転からせん断波の初動時間を計測し、さらに他方
の受振器５５においても同様にせん断波の初動時間を計測し、前記２つの受振器５４、５
５のそれぞれの初動の時間差から地層のせん断波速度を計測する方法を提案したものであ
る。
特公平６−１６１１４号公報

このＰＳ速度検層装置の受振器は、本発明と同じく圧電素子を用いているが、ボーリン
グ孔内で発振した地震波をボーリング孔内で受振することを前提として、ゾンデ内の振源
の発振方向に合わせて単一の受振方向に固定しており、地表又は地中で発振したＰ波、Ｓ
波の地震波、特に水平軸ＸＹ２方向に起振された波動を受振するものではない。

以上のように、上記第１の従来技術である３成分受振器では、該受振器が接触するボー
リング孔壁の1点で３方向の地震波を観測している。
前述したように、ボーリング孔内を伝播するチューブ・ウェーブは、Ｐ波・Ｓ波の観測に
障害となる。特にＳ波の観測では、振源の向きを順方向と逆方向とに変えて２回測定し、
波動の位相反転を確認して同定するが、孔壁周囲の1点で観測するため、チューブ・ウェ
ーブを完全に除去し、Ｓ波のみを分離することが難しいことがある。
以上の状況から、ボーリング孔内において、妨害波の影響を受けずに目的とする地震波
を的確に観測する手法の確立が望まれる。
また、３成分受振器を用いてボーリング孔内あるいは地盤内でＰＳ波地震波を観測する
ときは、ある深度における観測点での測定終了後、次の深度における観測点での計測開始
までの間に種々の操作を必要とし、時間を要しひいてはコスト高となる。
さらに、この受振器は電磁型受振素子を用いているので、高いＳ波速度におけるＳ波の
感度が低下するばかりでなく、高周波数領域の感度も小さくなるという問題がある。更に
は、孔壁固定装置を３成分受振器と一体化した多連型受振器を製作することも容易ではな
く、また、ボーリング孔径は深さ方向に変化することがあり、各受振器を同時に同じ力で
固定することは難しい。

一方、上記第２の従来技術で用いられた受振器は、ボーリング孔内で発振した地震波を
孔内で受振することを前提として、ゾンデ内に設けられた発振器の発振方向に合わせて単
一の受振方向に固定されており、地表又は地中で発振したＳ波の地震波に対しては、水平
軸ＸＹ２方向の受振が必要であり、対応は不可能である。

そこで本発明は、上記問題点を解決するために創出されたもので、従来の電磁型受振器
に代わる指向性のある水中受振器用ハイドロホンを提供することを目的とするものである
。
また、この水中受振器用ハイドロホンを組み立てて、複雑なボーリング孔壁の波動を、
同一深度のボーリング孔壁の周方向を多点で観測し、地震波の性状を明確に区分し、妨害
波の影響を小さくして、目的とする地震波を的確に抽出できる多点観測水中受振器を提供
することを目的とする。
さらに、観測作業を効率化、簡便化して計測コストを格段に低減することが可能な多点
観測水中受振器を提供することを目的としている。

さらにまた、圧電素子を用いることにより、汎用性ある水中受振器とするとともに、受
振器の構造を簡素化し小型化して、さらに簡易に多連型の受振器を製造可能として、圧電
素子が有している潜在力を存分に活用した水中受振器を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲を波動を遮断する遮蔽
材にて囲繞して、所定方向以外の方向の感度を有しない無感度領域と、前記ハイドロホン
の前記一部の周囲を露出して、所定方向の感度を有する有感度領域と、を具備した感度に
指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンとした。
また、請求項２に係る発明は、ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲を波動を遮断す
る遮蔽材にて囲繞して、所定方向以外の方向の感度を有しない無感度領域と、前記ハイド
ロホンの前記一部の周囲を露出して、所定方向の感度を有する有感度領域と、を具備した
感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンが、軸に沿って少なくとも4つ設け
られた多点観測水中受振器を、該水中受振器用ハイドロホンの有感度領域をボーリング孔
壁に対向するとともに、その周方向中央部と前記無感度領域の周方向中央部を、前記軸近
傍を中心として略等間隔に放射する偶数本の放射線上に位置するように配設した。
さらに、請求項３に係る発明は、前記多点観測水中受振器を、ケーブルに所定間隔を隔
てて複数個具備させて多連型多点観測水中受振器を構成した。
さらにまた、請求項4に係る発明は、前記請求項1乃至請求項3のいずれかに係る水中受
振器用ハイドロホンまたは多点観測水中受振器を用いて、所定の深度のボーリング孔壁の
少なくとも４点以上の周方向略等間隔の観測点において、該ボーリング孔壁の振動を液体
を介して互いに独立して受振し、受振した振動を観測点毎に電気信号に変換して出力し、
出力された信号を個別に観測し、あるいは加算、減算などの処理または選抜処理すること
により、地盤の所定の振動を解析することとした。

円筒型ハイドロホンは、本来指向性を有しない。
そこで、図１（ａ）に模式的に示すように、ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲を
波動を遮断する遮蔽材にて囲繞して、所定方向以外の方向の感度を有しない無感度領域と
するとともに、前記ハイドロホンの前記一部の周囲を露出して、所定方向の感度を有する
有感度領域とすることにより、指向性を有しないハイドロホンに指向性を持たせることが
できる。
この指向性を有する、すなわち受波方向を制限した水中受振器用ハイドロホンは、その
受波方向が１方向に限られる。
また、指向性を有する水中受振器用ハイドロホンの有感度領域は、ボーリング孔内の水
を介して孔壁の方向性のある振動をとらえることができる。
以上のことから、請求項１に係る水中受振器用ハイドロホンは、従来の電磁型受振素子を
用いた電磁型３成分地震計のように孔壁に圧着することなく、その有感度領域をボーリン
グ孔壁に向けるだけで、孔壁に圧着した電磁型地震計と同じ性能を示す。
図１（ｂ）は、受波方向を１方向に制限したハイドロホンを、２成分（Ｘ，Ｙ）に組み
合わせたものを模式的に示すものである。
これは従来の電磁型受振素子を用いた電磁型３成分受振器における水平２成分とほぼ同
じ性能となる。
図２（ａ）は、ボーリング孔軸を中心にそれぞれ独立した方向に水中受振器用ハイドロ
ホンを４個設置した、請求項２に係る多点観測水中受振器を模式的に示す平面図である。
より詳しくは、感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンが、軸に沿って少
なくとも4つ設けられ、該水中受振器用ハイドロホンの有感度領域はボーリング孔壁に対
向するとともに、その周方向中央部と前記無感度領域の周方向中央部が、前記軸近傍を中
心として略等間隔に放射する少なくとも4つの偶数の放射線上に位置するように配設した
多点観測水中受振器である。
これは、図６に示すように、電磁型受振素子４個を、個別に孔壁に圧着したものと同等
の機能を有する。
図２（ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図である。
そして。この遮蔽材である遮蔽隔壁により相互に独立した受波方向が定められ、かつ相
互に独立して信号を出力可能に配線された多点観測水中受振器は、ボーリング孔壁の周方
向４点における波動を各方向独立して観測することができる。
４個のあるいは図９に示すように６個の、少なくとも4つの水中受振器用ハイドロホンを
用いて、個々のハイドロホンの受振信号を個別に観測することにより、ボーリング孔軸中
心に対称の波動現象や非対称の波動現象などを区別できる。
例えば、図２（ａ）において、Ｘ１とＸ２で得られた波動が逆位相ならば、せん断的な
波動であり、Ｘ１とＸ２で得られた波動が同位相ならば、圧縮波的な波動であると推測す
ることができる。
更にはＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を同時に個別に観測することにより、以下に説明するよ
うに、ボーリング孔壁の波動性状を把握することができる。

個々のハイドロホンから出力された信号は、後述するように、単独で、あるいは複数の
信号を加算や減算などの処理を行うことにより、地盤を伝播する地震波の振動性状を識別
し、振動性状に合致した抽出が可能となる。
ボーリング孔壁の波動を加算や減算などの処理を行うことで、振動性状を識別に供した
り、異なる振動性状を示すＰ波、S波に適合した処理によって波動の抽出が可能となり、
ＰＳ速度検層やＶＳＰなどで通常用いられている電磁型受振素子から構成された３成分受
振器、あるいはハイドロホン単体に代わる受振器を構成することが可能となる。

図８は、地震波の振動性状に合致した信号処理方法を模式的に示そうとするものである
。
図８（ａ）の２つの水中受振器用ハイドロホンＸ１、Ｘ２を、受振器の中心に、隔壁を
模式的に設けて対向して配置し、逆位相となるＳ波の場合、図８（ｂ）に示すように波形
の差を求める。地表の孔口付近で起振した場合、Ｓ波は逆位相になるが、Ｐ波やチューブ
・ウェーブは同位相となる。このような現象を利用することにより、Ｓ波観測の妨害波と
なるチューブ・ウェーブやＰ波のような同位相の波をキャンセルし、的確に逆位相の波動
であるＳ波を抽出して観測することができる。
図８（ｃ）の２つの水中受振器用ハイドロホンＸ１、Ｘ２を、受振器の中心に同じく隔
壁を模式的に設けて対向して配置し、同位相の波動を観測する場合、図８（ｄ）に示すよ
うに波形の和を求める。地表の孔口付近で起振した場合、Ｓ波は逆位相になるが、Ｐ波や
チューブ・ウェーブは同位相となる。このため逆位相の波をキャンセルし、的確に同位相
の波動であるＰ波やチューブ・ウェーブを観測することができる。
ある平面の地震波の観測は、ボーリング孔壁を少なくとも４個（２対）のハイドロホン
を設けた多点観測水中受振器で観測することにより、可能となる。
また、図９に示すように、前記多点観測水中受振器のハイドロホンを３対以上とし、個
別のハイドロホンから、相互に独立して出力された信号を個別に表示すれば、地震波の受
振器に入射する状況を解明できるので、いかなる方向から発振された地震波についても適
切な観測が可能となる。
２対では、ＸＹ軸の直交する２方向であるが、3対とすれば、60°間隔で観測できるこ
とになるからである。

請求項１に係る発明によれば、ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲を波動を遮断す
る遮蔽材にて囲繞して、所定方向以外の方向の感度を有しない無感度領域と、前記ハイド
ロホンの前記一部の周囲を露出して、所定方向の感度を有する有感度領域と、を具備した
感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンとしたので、ハイドロホンが従来指
向性を有していなかったため、同位相であるＰ波やチューブ・ウェーブの観測用に限定さ
れていたものを、波動を遮断する遮蔽材により指向性を付与することができる結果、Ｓ波
の観測用にもその用途を拡大することができる。
また、ハイドロホンを、振動の伝播を遮断するように、観測周波数領域において不動と
なる重量を有する遮蔽物で囲繞することによって、感度を有する方向からの波動を特定の
ハイドロホンに集中させ、しかもその波動をハイドロホンの全周で受感することにより、
受振感度を著しく向上することができる。
さらに、電磁型受振器の出力信号は速度振幅であるから、Ｓ波速度に比例して感度が低
下するが、この受振器はハイドロホンを用いており、このハイドロホンは加速度振幅を得
ることができる加速度型地震計であることから、Ｓ波の伝播速度が高い領域においてもそ
の感度を大きくすることができ、Ｓ波が高速度で伝播する岩盤地帯でも応用することがで
きる。
高周波数域の感度についても、感度を大きくすることができるので、高いＳ波速度でも
速度分解能が高くなる。

請求項２に係る発明によれば、ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲を波動を遮断す
る遮蔽材にて囲繞して、所定方向以外の方向の感度を有しない無感度領域と、前記ハイド
ロホンの前記一部の周囲を露出して、所定方向の感度を有する有感度領域と、を具備した
感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンが、軸に沿って少なくとも4つ設け
られた多点観測水中受振器を、該水中受振器用ハイドロホンの有感度領域をボーリング孔
壁に対向するとともに、その周方向中央部と前記無感度領域の周方向中央部を、前記軸近
傍を中心として略等間隔に放射する偶数本の放射線上に位置するように配設したから、上
述した請求項１に係る発明の効果に加え、従来の電磁型受振素子が、ボーリング孔壁に直
接接触するように固定して、孔壁自体の振動を直接的に受振するのに対し、ハイドロホン
がボーリング孔内に充填した水を介して地盤を伝播する地震波の振動を受振することがで
きるため、電磁型受振素子を組み込んだ３方向受振器のようにボーリング孔壁に固定する
必要がなくなる。
このため、多点観測水中受振器は、単にボーリング孔に繰り入れられるケーブルに吊下
された水中受振器を目的とする深度で停止して計測を実行終了し、次の目的とする深度で
再度計測する作業を繰り返せばよいから、受振器をボーリング坑壁に固定する作業を省く
ことができるので、ボーリング孔内における地震波観測の作業性を著しく向上することが
できる。
また、感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンが、軸に沿って少なくとも
4つ設けられた多点観測水中受振器としたので、ボーリング孔の周方向について少なくと
も４点の孔壁自体の振動を受振することができる。
このため、ボーリング孔に対してあらゆる方向からの入射が想定される地震波に対し、
効果的な情報を入手することが可能となる。
また、Ｓ波とチューブ・ウェーブは、伝播速度が比較的近似していて両者を識別するこ
とが困難であったが、複数のポイントの孔壁の振動を観測して、両者の振動性状の差異か
ら、両者を明確に区分できる。またその差異を利用した処理を行うことにより、それぞれ
の振動にとっての妨害波を除去し、目的とする振動の抽出が可能となる。
さらに、従来の電磁型受振素子を用いた３成分受振器が、Ｘ成分、Ｙ成分、Ｚ成分の３
成分の地震計を上下方向に３段に積み重ねる関係上、受振器が縦長のものとなるが、本発
明の受振器のハイドロホンはＰ波を検知することが可能であるから、上下に積み重ねるこ
となく同一平面内に配置されるので、受振器のサイズをコンパクト化することができる。
さらにまた、振原を地表のみならず地中とすることも可能となり、汎用性の高い受振器
を提供することができる。

請求項３に係る発明によれば、前記多点観測水中受振器を、ケーブルに所定間隔を隔て
て複数個具備して多連型多点観測水中受振器を構成したので、受振器毎に固定装置を設け
ることが不要となって受振器の構造が簡素化され、多連型受振器を製作することが容易に
なって安価に製作することができる。
また、上下方向に多数連結された各多点観測水中受振器が、一回の起振に基づいて複数
の深度における波動を同時に受振することができるため、深さ方向の多くの観測点を同一
の条件で観測することができるとともに、従来の受振器に比べ著しく計測作業を効率化す
ることができる。

請求項４に係る発明によれば、所定の深度のボーリング孔壁の少なくとも４点以上の周
方向略等間隔の観測点において、該ボーリング孔壁の振動を液体を介して互いに独立して
受振し、受振した振動を観測点毎に電気信号に変換して出力するようにしたので、出力さ
れた観測点毎の信号を波形図に変換し、並列図示し、波形の振幅の大小や振幅の正負など
を相互に比較することにより、所定の深度の伝播振動に含まれる地震波を特定したり、地
震波の伝播状況を推測することができる。
また、出力された観測点毎の信号を、選抜した観測点あるいは全観測点の出力を加算や
減算などの演算処理をすることにより、目的とする地震波の強調、目的とする地震波の妨
害となる波動（妨害波）の影響の除去、所定の深度の伝播波動に含まれる地震波の特定、
目的とする地震波の抽出等の解析をすることができる。

図１１に請求項２に係る発明の実施例を示す。図１１（ａ）は部分的に透視する縦断面図
、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。
また実施例として、ＰＳ速度検層を示す。図１２は左からＰ波とＳ波の波形図であり、図
１３はＰ波とＳ波の走時曲線である。
以下これらの図面を参照して、本発明の多点観測水中受振器ついて詳細に説明する。

図１１を参照して、１は円柱状受振器本体で、軸方向中央部に等間隔に４つの収容部２
が形成されている。収容部が形成された円柱状受振器本体１の軸方向中央部外周は、変形
自在のスリーブ３、例えばゴムチューブにて被覆されている。この収容部２各室には、そ
れぞれ円筒型ハイドロホン４が配設されるとともに、ハイドロホン４の保護及び回路の絶
縁のためのオイルが封入されている。
なお、円柱状受振器本体1は、波動を遮断する遮蔽材を構成するものであるから、観測
周波数領域において振動の伝播を遮断するものとして、不動となる重量を有するものとし
てある。

前記円柱状受振器本体１の上部には、受振器本体１を地表から吊り下げるための中空ケ
ーブル６が固定されている。この中空ケーブル６内には、受振器が地震波を受けて発生し
たそれぞれの信号を地表に設置された計測装置に送信するための信号線が配線されている
。８はハイドロホンに接続された配線を、配線用端子７に接続しつつ中空収容室を密封す
るための密栓である。
中空ケーブル下端に唯１つの受振器本体１を取り付けるときは、以上の構成にて多点観
測水中受振器が完成する。
したがって、円柱状受振器本体１内には同一水平面内に少なくとも４つの円筒型圧電素
子４を配置するのみで、従来のように電磁型受振素子を円柱状受振器本体の軸方向に３段
に設ける必要がなく、加えて孔壁固定装置を設ける必要がないことから、円柱状受振器本
体１自体をコンパクト化することができる。

一方、受振器本体中央部にも、中空ケーブル６を挿通するための挿通用孔９を形成して
ある。
中空ケーブル６に複数の多点観測水中受振器を取り付けるときは、図１１（ａ）に示した
挿通用孔９を介して中空ケーブル６を下方に向けて延長し、この延長ケーブル下端に受振
器を取り付ければよい。
このようにして、多連型多点観測水中受振器を構成するものである。

ハイドロホンはインピーダンスが高く、また個体差もある。このため各ハイドロホンの
感度、周波数特性を等しくしなければ和や差を求めたとき、正しい孔壁の振動を求めるこ
とはできない。
そこでハイドロホン４を図１４に示すプリアンプ１０に接続し、感度、周波数特性を合
わせてから出力するとともに、次段の差動アンプ１１で和または差を求める回路を用いる
のが好ましい。
本実施例では、孔軸を中心に孔壁の複数のポイントにおける波動を個別に独立して観測
することにより、３成分受振器の目的とするＳ波とＰ波を、妨害波であるチューブ・ウェ
ーブの影響を受けることなく、適切に観測できることが重要な特徴である。
本受振器は、孔壁全周の波動を同時に観測することから、ボーリング孔軸中心に位置す
ることが望ましく、使用に際しては、セントライザー（中心位置保持装置）を用いること
が望ましい。
また、水中受振器用ハイドロホンの組込み数を、たとえば６や８に増やすことにより、
ボーリング孔壁の波動状態を詳細に解析することができるようになる。その際、図１１に
示された多点観測水中受振器を相互に位相をずらして上下２段に設けるとよい。

多点観測水中受振器は、この実施例では、円筒型圧電素子を、ゴムスリーブで覆い且つ
オイルで充填した、独立して区画割した収容部に格納して、一体型受振器として構成して
いるが、個別に円筒型圧電素子をモールドしたハイドロホンを、図９に示すような、放射
状に延びる振動を遮断する遮蔽隔壁にて区画割した空間に格納することによっても可能で
ある。
（Ｓ波の観測）

Ｓ波の振源を地表に置いて、ボーリング孔内に多点観測水中受振器を目的とする深度ま
で挿入し、図３に示すようにＳ波の振源を水平１方向から打撃し受振器にて受振する。そ
うすると、対向して配置された少なくとも２対のハイドロホン４（ａ）、４（ｂ）が、地
表に設置した計測装置に配線を介して電気信号を送信する。

次いで、受振器を同じ深度に維持したまま、Ｓ波の振源を水平の逆方向から打撃し逆位
相の地震波を受振器にて受振する。そして同じく、対向して配置された少なくとも２対の
ハイドロホン４（ａ）、４（ｂ）が、地表に設置した計測装置に配線を介して電気信号を
送信する。
（Ｐ波の観測）

さらに、受振器を同じ深度に維持したまま、Ｐ波の振源を鉛直方向に打撃し地震波を受
振器にて受振する。そして、対向して配置された少なくとも２対のハイドロホン４（ａ）
、４（ｂ）が、地表に設置した計測装置に配線を介して電気信号を送信する。

所定の深度におけるＳ波及びＰ波の観測が終了した時点で、多点観測水中受振器の深度
を１段階下げ、再び上記の観測を実行し、この作業を繰り返し所定の深度に達するまで実
行する。
この作業の繰り返しにより必要とするデータを取得することができる。
（Ｓ波、Ｐ波速度の解析）

Ｓ波が図８（ａ）に示すように、左方向のせん断波として入射した場合、ハイドロホン
Ｘ１は圧縮の、Ｘ２は引張の振動を受振するので、図８（ｂ）に示すように逆位相の信号
を発生する。したがってＳ波については、対向するハイドロホン４の信号の差をとり、同
位相のノイズをキャンセルして振幅が大きい増幅されたデータをＳ波として抽出する。
そして、１方向と逆方向の波形図を作成し、波形図の初動点から走時曲線を得て、観測
地点における地震波伝播速度を割り出し、ＰＳ速度検層とする。

一方、Ｐ波が図８（ｃ）に示すように左右両方向から圧縮波として入射した場合、ハイ
ドロホンＸ１、ハイドロホンＸ２の双方が圧縮の振動を受振する。
このため、同図（ｂ）に示すように同位相の信号を発生する。
なおＰ波については上述のＳ波とは若干異なり、振源の位置などに応じて以下の種々の
解析手法を採り得る。
（１）最も適切と考えられる個別のハイドロホンの信号
（２）全てのハイドロホンの信号の和
（３）最も大きい対向するハイドロホンの和

指向性を持たせた水中受振器用ハイドロホンを模式的に示す図である。 指向性を持たせた水中受振器用ハイドロホンを４個組み合わせた多点観測水中受振器を模式的に示す図である。 従来の３成分受振器を用いたＰＳ検層システム概略図である。 ３成分受振器の受振方向と構成を概略的に示す図である。 ３成分受振器の固定方式と振動の観測点の模式図である。 孔壁に複数の電磁型地震計を固定設置した場合の模式図である。 ＰＳソニック検層の従来例を示す図である。 せん断波及び圧縮波の信号処理例を模式的に示す図である。 本発明の水中受振器用ハイドロホンを３対設けた多点観測水中受振器の模式図である。 本発明の多連型多点観測水中受振器の概念図である。 本発明の多点観測水中受振器を部分的に透視した縦断面図と、同横断面図である。 Ｐ波とＳ波の波形図である。 Ｐ波とＳ波の走時曲線図である。 電気回路である。

符号の説明

１ 多点観測水中受振器本体
２ 収容部
３ 変形自在のスリーブ
４ 水中受振器用ハイドロホン
５ 遮蔽鯛(遮断物、遮蔽隔壁）
６ 中空ケーブル
７ 配線用端子
８ 密栓
９ 挿通用孔
１０ プリアンプ
１１ プリアンプ（和、差）
５１ ケーブル
５２ ゾンデ
５３ 発振器
５４ 第１の受振器
５５ 第２の受振器

Claims (4)

1. ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲が波動を遮断する遮蔽材にて囲繞されて、所定
   方向以外の方向の波動に対して感度を有しない無感度領域と、
   前記ハイドロホンの前記一部の周囲が露出されて、所定方向の波動に対して感度を有す
   る有感度領域と、
   を具備してなる波動に対する感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホン。
2. ハイドロホンの周方向の一部を除く周囲が波動を遮断する遮蔽材にて囲繞されて、所定
   方向以外の方向の波動に対して感度を有しない無感度領域と、
   前記ハイドロホンの前記一部の周囲が露出されて、所定方向の波動に対して感度を有す
   る有感度領域と、
   を具備してなる波動に対して感度に指向性が付与された水中受振器用ハイドロホンが、
   軸に沿って少なくとも4つ設けられた多点観測水中受振器であって、
   該水中受振器用ハイドロホンの有感度領域はボーリング孔壁に対向するとともに、その
   周方向中央部と前記無感度領域の周方向中央部が、前記軸近傍を中心として略等間隔に放
   射する少なくとも4つの偶数の放射線上に位置するように配設されている多点観測水中受
   振器。
3. 多点観測水中受振器は、ケーブルに所定間隔を隔てて複数個具備されていることを特徴
   とする請求項2に記載された多連型多点観測水中受振器。
4. 所定の深度のボーリング孔壁の少なくとも４つの偶数点の周方向略等間隔の観測点にお
   いて、該ボーリング孔壁の振動を液体を介して互いに独立して受振し、受振した振動を観
   測点毎に電気信号に変換して出力し、出力された観測点毎の信号を、波形図に変換して比
   較し、または選抜した観測点あるいは全観測点の出力を加算や減算等の演算処理をするこ
   とにより、地震波を特定し、地震波の伝播状況を推測し、または目的とする地震波を抽出
   して、地盤の所定の振動を解析する方法。

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