专利名称:用于激发大地介质中椭圆偏振剪切波的方法和装置的制作方法一般地说，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
(1)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
(2)对于φ＝+π/2及z＝0的情况，将以上公式展开就会给出
(3)对于D1/D2＜1的情况，如图2中所示，总位移矢量划出一个椭圆，其长轴和短轴分别与y轴和x轴相重合。可是，当D1/D2＞1时，椭圆的长轴和短轴就会换位而与相应的x和y轴重合。向着射束或z轴观察，矢量以角频率w沿顺时针方向转动，而被称为右椭圆偏振波。如果调整φ＝-π/2，总矢量路径会划出相同的椭圆18，只是位移矢量16会沿反时针方向扫掠，并被称为左椭圆偏振波。
椭圆关系的一种特殊情况是当φ＝±π/2，并且D1＝D2，这就会使椭圆18成为圆。而且，随着φ的值而定，可以右或左圆偏振波。通常，D1不必等于D2，以及φ可以呈现±π/2以外的值。当φ不等于±π/2时，椭圆的长轴和短轴就会旋转地移动，并且与传播坐标系的x轴和y轴不相重合。水平，垂直或横向线性偏振同样是椭圆偏振结构的子集。
图3说明一种装置，其中一对现有的剪切波振动器可以交叉偏振关系被取向，以实现将椭圆偏振剪切波输入到大地。因此剪切波振动器20和22尽可能接近地以并置的方式配置，各自的基板24，26适当地耦合到大地表面，使得振动器机件28和30以交叉偏振的取向工作。方位上交叉偏振振动器20和22彼此相位相差90°地动作，从而在耦合点以下的大地介质内形成一个椭圆偏振剪切波的合成矢量。
一种标准型式的振动控制电子设备32可以用来发出预定频率，振幅和持续时间的所必需的控制扫描信号，并且这输出控制信号经由引线34被用来驱动第一平面偏振剪切波振动器20。引线34上的这个控制信号经过相位控制电路36作进一步处理，加到引线38以驱动移相的交叉偏振振动器22，当剪切波的输出功率从相移振动器被引入大地介质时，剪切波的输出功率则被汇合起来，实际上被看作是一种椭圆偏振剪切波，这种能量于是可由三分量(正交)地震探测器检测。
实际上，利用从(美国)俄克拉何马庞卡城佩尔科电子公司(Pelco Electronics Corp.of Ponca City，Oklahoma)买到的标准前进1，4型的地震振动器电子设备(the Standard Advance 1，Model 4 Seismic Vibrator Electronics)，即振动器控制电子设备32，已经进行过关于本发明的野外现场试验。然后稍做标记为相位控制电路36的改进以将引线34上的输出的相位偏移90°，用来驱动相移剪切波振动器22。
已经发现，通过前进1型控制电子设备的一种稍微改进可以方便地实现相移驱动控制。由于仅仅需要配置跨接控制系统中高/低频率开关的一部分的单一跳线，因而这种改进是简单并可在现场做得到的。因此，在前进1系统的相位控制部分E中一条跳线短接跨过“低频”开关，将连接器P72，PIN8与组件E7-4，PIN2连接起来实现任何输出扫描信号的90°相移。通过变换开关的一侧而不变换开关的另一侧，这种改进可以供仅有一个90°相移之用，与一台未经改进的电子设备相比，这种改进具有将振动器的输出信号变动90°的效用。这只不过是单一的选择，但对于本领域的普通技术人员来说将必需的90°相移控制信号供给配对的交叉偏振振动器它确实是一件简单的事情。
利用双重振动发生器的椭圆偏振剪切波原理的最初试验是使用通常类似图4中的一种野外装置进行的。两辆中心安置剪切波振动器的载重汽车40和42放置在极靠近在一起的地方，而且成直角取向，以将剪切波振动器44和46放置在交叉偏振的位置。振动器44与46被移离一段距离d，距离d对于椭圆偏振粒子位移的建立和沿钻孔48垂直剖面向下相对较长的距离基本上是可忽略的。沿钻孔48向下以相等的间距配置有多个正交探测器50-1至50-n。正交探测器50是以对沿三个正交方向之一的运动敏感的地震探测器的组合形式的一种三维探测器，而且探测器50沿钻孔48向下以100英尺的间距被固定在12个位置上。每个三分量地震检波器50接收到的数据沿钻孔48向上独立地导向信号处理器52，以提供水平(东-西)，垂直和横向(南-北)平面内独立响应数据的独立记录。
在多个主源发生点离开钻孔入口54的距离即横距X上，进行一系列独立的试验程序。因而，在40英尺、100英尺、175英尺和300英尺的横距X进行试验并利用12台三分量地震检波器50作记录。试验程序是成功的，表现在这些程序有效而清楚地确认两个交叉偏振振动器44，46可以胜任地模拟一个大面积的轨道源(为本申请的其它相互参照的申请的主题内容)。因为对于每个检测平面独立记录和处理的地震数据证明了椭圆偏振剪切波的存在，沿钻孔48向下的三维中每一维所检测的和记录的数据证实了这种模拟。每一个正交检波器即时地检查到一个压缩的振动分量，一个剪切水平分量和一个剪切垂直分量，并对关于各个独立信号的速度和/或沿钻孔48的位置的交互作用和比较进一步处理证实了这种关系，从而证明了椭圆偏振剪切波的存在。
图4的试验装置表示宽范围的机械结构特性可以用于构成野外使用的一种实用的椭圆偏振剪切波振动器。如图5中所示，也为中心安置振动器而提供的一辆载重汽车56可以适合承载两台以90°正交偏振的振动器。振动器58和60可以或是纵列，或是横向并置装载在例如一共同的起重组件62上，使得可以组合的形式通过与大地耦合和随后以交叉偏振取向的振动的发生而使用振动器。因而，振动器58会感应一个剪切水平分量，而电子控制振动器60使之感应一个有90°相移的剪切垂直分量，并且向大地介质输入能量以形成一个椭圆偏振剪切波。同样要考虑到这种载重安置的结构当各振动器的大地耦合表面为同心等时，也可使各振动器的几何中心重叠。
如图4中所示，在最初的试验构型中，两个振动器都被调整在相同的激励程度而只产生圆偏振剪切波，然而，通过将激励程度改变到不同的值能方便地产生椭圆偏振剪切波。此外，需要时，偏振的转动手性很容易变换，椭圆轴的方向通过调整扫描频率可以任意地被选择。特定的地面和井下地震探察方法，都可以被调定，这取决于椭圆偏振的特性如椭圆偏心率可随着射线路径相对于波源垂直方向的角度的变化而变化的事实。
上文公开了一种剪切波振动器的新颖组合。这种振动器组合可被取向及相控以感应一种大地介质内的椭圆偏振剪切波。而双重振动器型式的波源不是唯一的振偏剪切波振动器的型式，目前存在并能很好工作的单基板振动器也可以是一种型式的波源，这种波源能够产生输入大地介质内的极高功率的椭圆偏振振动器。
如在此之着说明书中所陈述的以及在附图中所表示的机件的组合和布置可以作变更，但须认为在不离开如下面
权利要求
1.一种产生大地介质中的椭圆偏振剪切波的方法，其特征在于该方法包括在大地介质中以第一受控速度在第一点上感应第一平面偏振剪切波。在大地介质中以自所述第一受控速度相移的第二速度在邻近上述第一点的第二点上感应第二交叉偏振剪切波。因此所述第一和第二剪切波结合而其合成效果为产生所述大地介质中的一种椭圆偏振剪切波。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于该方法还包括选择相对于第一受控速度的第二速度的相移的方向，以控制椭圆偏振剪切波的转动手性。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于该方法还包括控制所述第一平面偏振剪切波和第二交叉偏振剪切波的相对激励电平，以控制椭圆偏振剪切波的偏心率。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于该方法还包括控制所述第一平面偏振剪切波和第二交叉偏振剪切波的相移量，以控制第一和第二椭圆轴的方向。
5.用以产生大地介质中椭圆偏振剪切波的装置，其特征在于该装置包括第一移动式剪切波振动器装置被放置在一第一位置以与所述大地介质相接合;第二移动式剪切波振动器装置被放置在邻近所述第一位置以与所述大地介质相接合，并对所述第一移动式剪切波振动器成交叉偏振;以及用以按被相移一预定量的频率驱动所述第一和第二振动器装置的控制装置。
6.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于其中所述第一和第二移动式剪切波振动器各自安装在一相应的第一和第二载重汽车上。
7.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于其中所述第一和第二移动式剪切波振动器各自以相移的取向安装在同一辆载重汽车上。
8.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于其中所述控制装置还包括用于调整所述第一和第二剪切波振动器装置驱动频率的相移方向的装置。
9.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于其中所述控制装置还包括用以控制所述第一和第二剪切波振动器装置相对激励电平的装置。
10.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于其中所述控制装置还包括用于控制所述第一和第二剪切波振动器装置之间相移量的装置。

本发明涉及一种用于产生大地介质中椭圆偏振剪切波的方法，该方法使用两个处在交叉偏振位置与大地介质相接合的剪切波振动器，该振动器是以具有可变相移的扫描频率驱动的。