[发明专利]用于激发大地介质中椭圆偏振剪切波的装置

说明书

一般地说，本发明涉及地震剪切波发生装置，具体而不是作为限制地说，本发明涉及用于在大地介质中感应椭圆偏振剪切波的特殊装置及其组合。

申请人了解到先有技术中还没有直接关于本发明的论述。先有的论述已有涉及剪切波的应用，但还未重视椭圆偏振剪切波及其在各种地震探测方法中的应用，以增加信息回收和提高数据的可分析性。已经知道，由于存在至少两个主偏振面，即水平和垂直剪切波，地震剪切波多半比压缩波载有更多的以它们的信号形式的信息，但是至今还没有引起对于地震剪切能量的角度关系和规则的椭圆偏振剪切波可能性的注意，这些波可以带有关于折射，反射和其它影响大地物质的特性的更多的信息量。

本发明的目的主要是通过同时在90°剪切平面位移中的两个平列位置上产生剪切波，而在大地介质中的产生椭圆偏移剪切波的方法和装置。因此，剪切水平和剪切垂直相对取向的剪切波振动器是在并置的排列的位置上工作，并且进一步调整控制信号相位关系，以形成一个在大地介质中累加或合成的椭圆偏振剪切波。控制相位和振幅调节可以实现各种各样圆的、椭圆的或平面的关系，用以随后的探测和处理，以提供特定的地下岩层的信息。

因此，本发明的一个目的是提供一种容易获得的椭圆偏振剪切波源。

本发明的另一个目的是提供一种重型的椭圆偏振剪切波源，这种波源即经济而又能可靠地工作。

本发明的再一个目的是提供一种方法，其中传统的地震剪切波振动器经过简单的现场调度以提供一种椭圆偏振剪切波源。

本发明的最后一个目的是提供一种和正交探测器一起使用的地震源，以提供垂直地震剖面图，三维或线性地震勘察之类中任一种的大量的数据回收。

当联系说明本发明的附图阅读以下的详细描述时，本发明的其它目的和优点中就成为显而易见了。

图1是水平和垂直剪切波关系的一个图示的说明。

图2是相对于波传播方向观察的椭圆偏振剪切波关系的一个图示的说明;

图3是说明相对排列的地震剪切波振动器和控制电路的方框图;

图4是带有钻孔和地面上组合的双重振动器地震源的大地剖面的一个理想化视图;以及

图5是带有以水平-垂直剪切取向的两台中心安置的振动器的载重汽车的以立视方式的一个侧视图。

按照弹性波射线理论，偏振的方向通常定义为传声媒质粒子的振动方向。在地震探测实践中，及在大地介质中粒子的运动中，压缩波实现了与能量传播的射线路径共轴线的粒子振动方向。对于水平剪切和垂直剪切波运动，粒子的振动路径与传播方向成直角。因而，参照图1，包含振动方向和传播方向的平面称之为偏振面。各自沿相对于传播方向z观察时，平面10就是一个垂直剪切面，以同样的方式，平面12就被定义为一个水平剪切面。

水平偏振剪切波（SH）和垂直偏振剪切波（SH）被认识并用于地震勘探已经多年。关于速度和其它传播常数的特殊性质相对于较熟知的压缩波已在文献中充分地予以证明。现今在野外作业中许多平面偏振剪切波探测技术已经被用于任何钻孔测井，垂直地震剖面，剖面及三维测量等等。

一直以来对一种比较特殊型式的剪切波偏振的重要性没有先有的应用或显明的知识，这种可以称之为椭圆偏振的剪切波偏振，其中一个垂直于传播方向z的平面内的粒子位移矢量在一个振动周期内划出一个椭圆。参照图2，相对于圆点14（z轴）观察，由于每个周期粒子位移矢量16，位移矢量16在一个垂直于传播方向z的连续横移的平面内旋转，划出一个椭圆18。当粒子位移矢量16沿传播轴z转动时，椭圆路径18在其传播过程中划出一条螺线状路径。椭圆的长轴和短轴可以变化，这还会作进一步描述。

粒子位移可以被看成是由垂直于传播方向的两个分量构成的。设想具有相同频率的两个平面偏振剪切波，它们的粒子位移由以下公式给出

式中D₁和D₂分别是位移幅值，_x和_y分别是沿x和y方向的单位矢量，而k是一个传播常数。两个波都沿z方向传播，但彼此垂直地偏振并有一相位差φ。z轴任何一点上总位移（假定零衰减）可由下式给出：

对于φ＝+π/2及z＝0的情况，将以上公式展开就会给出