用于检测测量地质岩石样品中的弹性各向异性的方法和装置的制作方法

专利名称：用于检测测量地质岩石样品中的弹性各向异性的方法和装置的制作方法
概括地讲，本发明涉及到的是一种用于检测、测量地质结构岩石样品中的弹性各向异性的方法和装置。
一般说来，单晶材料能显示出与它们晶体对称性有关的弹性各向异性性质，这已是众所周知的了。岩石一般是若干个矿物质的凝聚组合体，若假定其组合是随机的，则通常假设这种岩石是各向同性的;然而，若矿物质的排列取向不是随机的，则可以期望这种岩石将会清楚地显示出类似各向异性晶体的种种性质。具有明显的可见纹路的岩石，例如页岩、片岩和其它类型的变质岩，以及象橄榄岩那样的火成岩等等，已经由许多文献明确地证实了它们确实具有弹性各向异性，而且是这种性质还与它们的可见纹路以及矿物质构成特别有关。而且还存在有某些更加复杂的因素，如在岩石中的裂缝的存在和取向等等，它们也能导致各向异性特征的出现。
一般说来，其各向异性一直是一个复杂的问题，除了在研究具有明显的矿物质排列取向的火成岩和变质岩以外，它往往被研究者们所忽略。然而，现已证明，沉积岩岩石，以及含有裂缝的岩石，亦可能会具有明显的并可加以测量的弹性各向异性。事实上，近年来的地震研究已经指出，在地球外壳表面中比人们原先已知的更大的部分区域中，均可能具有更多的各向异性。因此，一般认为以前对取自沉积盆地的样品进行的声速实验测量存在有误差(这依赖于是否存在有各向异性而定)，其主要原因就是在测量时其各向异性没有被考虑在内。与地质岩石各向异性相关的实验研究中，一般均把注意力集中在其速度分析上，而很少注意对其振幅随各向异性变化的变化的分析上。最近，在1986年12月30日批准的授与SPrunt等人的美国专利4631963和4631964中均介绍的是用于测量在岩层结构样品中的剪力波波速各向异性的方法和装置。
本发明提供了一种可精确测量岩层结构样品中的弹性各向异性的大小和对称状态的新颖的方法，这种方法能大大简化和加快其弹性各向异性的检测、测量。
本发明提供的是一种新颖的用于检测、测量地质岩石结构样品中的弹性各向异性的方法和装置。对表示样品对所输入的剪力波的响应的时序信号并向量实施记录，然后可以对该时序信号并向量加以处理以检测、测量出样品中的弹性各向异性。更具体地讲就是，用输入具有第一和第二偏振方位的剪力波的方法来采集其时序信号的并向量，样品对所输入的每一剪力波的响应通过具有第一和第二偏振方位的剪力波发送器实施记录。在本发明的一个实施例中，该时序信号并向量可以进行对角化处理以检测、测量出其样品的弹性各向异性。在另一个实施例中，该时序信号并向量可以用一系列的旋转角度来加以处理，并且其最后得出的经过旋转处理的时序信号并向量可以相对应于所选定的旋转角度加以显示，以便检测、测量出其样品的弹性各向异性。
本发明还提供了一种用于记录代表着地质结构岩石样品对所输入的剪力波的响应的时序信号的并向量、从而能检测、测量出该样品中的弹性各向异性的新颖的装置。该装置还包括有用于处理其时序信号并向量以检测、测量出其地质结构样品中的弹性各向异性的处理装置。通过记录时序信号并向量，将可以大大简化和加速对地质岩层结构样品中的弹性各向异性的检测、测量。在这种装置的一个实施例中，具有正交偏振方位的第一和第二剪力波发送变送器产生沿样品纵轴方向传播的剪力波，具有正交偏振方位的第一和第二剪力波接收变送器记录代表着样品对于在其另一端所输入的各剪力波中的每一个的响应的时序信号。在这种装置的另一个实施例中，可在第一和第二偏振方位之间转动的一剪力波发送变送器产生沿样品纵轴方向传播的剪力波，并用可在第一和第二偏振方位之间转动的一剪力波接收变送器记录其样品对沿其第一和第二偏振方位输入的剪力波的响应。


图1a是用于检测、测量岩石样品中的弹性各向异性的装置的剖面图。
图1b是图1a所示的用于检测、测量地质岩层结构样品的弹性各向异性的装置的透视图。
图2示出了对于一各向同性材料(如熔凝石英)用具有固定取向ψt的偏振发送变送器和具有一系列取向ψr的偏振接收变送器所采集到的一系列的时序信号。
图3示出了作为接收变送器取向ψr的函数的信号振幅的理论值和观测值。
图4示出了对于一各向异性材料(如McNabb页岩)用具有固定取向ψt的偏振发送变送器和具有一系列取向ψr的偏振接收变送器所采集到的一系列的时序信号。
图5示出了在图4所示条件下但样品方位已转过了45°角时的对各向异性材料所采集到的一系列的时序信号。
图6示出了所观测到的、作为接收器方位角ψr的函数的、由图5所示的快的(信号1)和慢的(信号2)这两种传播模的信号的振幅。
图7示出了对于一各向异性材料(如McNabb页岩)用可产生剪力波的偏振发送变送器和可记录时序信号的偏振接收变送器所采集到的一系列的时序信号，且其发送和接收变送器的偏振方位同时在0°-180°方位角内同步旋转。
图8示出了对于一各向异性材料(如Berea沙岩)用具有其固定取向ψt与各向异性材料的可见层面相平行的偏振发送变送器和具有一系列取向ψr的偏振接收变送器所采集到的一系列的时序信号。
图9示出了在图8所示条件下但其样品方位已转过了20°角时的对各向异性材料所采集到的一系列的时序信号。
图10a示出了对于一各向异性材料(如McNabb页岩所采集到的时序信号的并向量。
图10b示出了对于图10a所示的McNabb页岩的并向量施加了一系列旋转角度后所产生的一系列相应的侧向分量时序信号Φ12。
图10c示出了对于图10a所示的McNabb页岩的并向量施加了一系列旋转角度后所产生的一系列相应的侧向分量时序信号Φ21。
下面将结合最佳实施例进行详细说明。
本发明提供了一种用于检测和测量其地质结构样品中的弹性各向异性的装置和方法。
参见图1a和图1b，它们示出了一种已经改进了的用于检测、测量岩层结构样品中的弹性各向异性的试验装置。图1a示出了本发明的这种试验装置的剖面图，图1b示出了该试验装置的透视图。该试验装置可用于根据在其样品S中传播的剪力波的传播速度和振幅来检测、测量其弹性各向异性的大小及其对称效应。该试验装置包括有一带有一对环元件12、14的样品支架A，且每一个环的孔径大小应适合于放置样品S。每一个环12、14还可以进一步包括有牢固地固定在其中的缓冲棒元件16、18。缓冲棒最好是用某种其阻抗性能与其待测样品的阻抗良好匹配的各向同性材料(例如胶质玻璃)制造，且环12、14中的每一个均配置有角度座标刻度尺。在这种试验装置的第一种实施例中，缓冲棒16、18中的每一个均配置有一个用环氧树脂固定在其中的具有单一偏振方位的剪力波变送器20、22。在这种试验装置的第二种实施例中，每一个剪力波变送器20、22中均包括有两个其偏振方位彼此正交的剪力波变送器。在下文中，其变送器20将被称为发送变送器20，而变送器22将被称为接收变送器22。这一区分仅仅是为了简化下面的讨论，而本领域的技术人员将是能够适当地选择变送器20或变送器22中的某一个用作发送变送器或接收变送器。
附在环12上的角度座标刻度尺可以用来相对于某固定座标(即样品S上的固定标记)或相对于接收变送器22的偏振方位来确定其发送变送器20的偏振方位的取向。类似的，附在环14上的角度座标刻度尺亦可以用来相对于某固定座标(即样品S上的固定标记)或相对于发送变送器20的偏振方位确定其接收变送器22的偏振方位的取向。环12、14两者还都配置于若干个紧固螺丝24，它们可用来相对应于样品S的纵轴L轴向固定各胶质玻璃缓冲棒16、18(从而固定了发送变送器20和接收变送器22的偏振方位)。紧固螺丝24还可以用来使当偏振剪力波变送器20、22在一系列方位倾角中取任一方位倾角时能相对于样品S纵轴L轴向转动定位。为了保证剪力波变送器20、22与样品S间的有效声学耦合，可以使用某种粘性聚合物(例如聚苯乙烯)将声能量耦合进并耦合出样品S。
当把试验装置用的随时间变化的电压用输入装置26施加(以固定振幅和频率的简单的正弦波脉冲的形式)到发送变送器20上时，一剪力波可以被输入进样品S并作为时间序列信号由接收变送器所记录。这一时序信号可以由输出装置28输出;随后由处理电路组件(未示出)进行放大和数字化以进一步处理，以便检测、测量出其样品S中的弹性各向异性，如以下将要进一步讨论的那样。
还可以利用两套与检测、测量其弹性各向异性有关的分立的角度编码索引指示。第一套中包含有由样品S上的某一固定标记处可相对于顺时针方向或逆时针方向实施测量的方位角ψt和ψr。其方位角ψt和ψr亦可以根据环12、14上的角度座标刻度尺实施测量。因此，方位角ψt和ψr分别确定了发送变送器20和接收变送器22的偏振方位相对应于样品S上的某固定方位的取向或彼此之间的取向。类似的，第二套角度θ亦可以由样品S上的某一固定标记处开始相对于顺时针方向或逆时针方向实施测量。第二套中的角θ是由样品S的某一固定标记开始测量到所测样品的弹性主轴θP之间的或到样品S的可见岩石纹路之间的角度。因此，角θ确定了相对应于样品S上的某固定方位的样品S的轴性主轴和可见岩石纹路的方位取向。本发明所具有的进一步的优点将证明具有这两类沿同一方向的参考角度θ和ψ所带来的收益。应该注意到，样品S的方位倾角(即角θP)和发送及接收变送器的方位倾角(即角ψt、ψr)可能是相同的，但一般说来这些倾角是有区别的。
为了有助于理解本发明，本发明还提供了下述讨论和例子。一种各向异性材料的特征可以说是由在这种各向异性材料中剪力波的彼此正交的传播模(偏振)的传播的速度来给出的。一般说来，当给定一个传播方向后，就存在有两个通过各向异性材料传播的剪力波的正交传播模(偏振)。在这种各向异性材料中，不同传播模的剪力波的传播速度是不同的。如果激励源产生的激励波，其波模并不吻合于某一允许的传播模，那么该剪力波将分裂为两个在这一传播过程所允许的特征传播模。这种现象一般称为剪力波双折射。对于某一给定的传播方向，若此时在该各向异性材料中不出现剪力波的分裂，则存在有两个正交的剪力波偏振方位并且只存在有其两个允许的传播模(或称偏振)中的一个的传播。在各向异性材料中，其某一剪力波传播模的传播速度比其它剪力波传播的传播速度更大的偏振方向被称为该各向异性材料的弹性主轴方向。
对通过各向同性材料的波的传播进行分析就下述意义上来是简单的，即此时只有一压缩波和一可以沿任意传播路径传播的剪力波存在。例如由一各向同性样品的一端传播到另一端的偏振的剪力波可以用一类似的偏振剪力波变送器来检测并可以使用前述过的试验装置的第一个实施例来记录其时序信号。由通过保持相对应于样品S纵轴方向而固定的发送变送器20的偏振方位的方位角ψt的方法，由输入发送变送器20产生的剪力波和通过将接收变送器22的偏振方位相对于样品S纵轴方向依次旋转过一系列的方位角ψr以记录样品对所输入的剪力波的响应的方法，可以记录到一系列不同的时序信号。接收变送器22的偏振方位的取向可以通过围绕着样品S的纵轴L作顺时针或逆时针的方位旋转加以改变。当一次次地增加方位角ψr(由发送变送器20和接收变送器22的偏振方位均加以调整以使ψr＝0°时的初始方位角开始测量)时，在方位角ψr＝90°时将在记录到的时序信号中观测到信号消失现象出现。可以预测这种信号消失现象将在当发送器和接收器的偏振方位取向彼此垂直时出现。类似的，当接收变送器偏振方位再次与发送变送器偏振方位垂直时，即在接收器方位角ψr＝270°处将会出现第二次信号消失现象。
现在参见图2，它示出了使用本发明的试验装置的第一个实施例对一各向同性材料样品(例如熔凝石英)进行的实验记录。在样品S的端面上用黑箭头示出了发送变送器20和接收变送器22的偏振方位的初始取向。当接收变送器22围绕着样品S的纵轴以逆时针方向依次转动过一系列的方位角ψr时，可以记录到并显示出一系列的相对应于各个方位角ψr的时序信号。在这里，时间是沿着每一时序信号的径向向外延伸而增加的。图中还清楚地表明了在方位角ψr＝90°和ψr＝270°处会发生信号消失现象。
简单的理论分析将能推出，其信号振幅应该对应于角ψr呈现为一简单的余弦关系。实际上，图3已把观察到的各信号振幅(在接收变送器偏振方位处于不同方位角ψr时所测得的值)与相对应于同一方位角的理论推算出的振幅值进行了比较。
可以对一各向异性材料(例如McNabb)进行类似的试验。图4示出了使用该试验装置的第一实施例和前述的测量技术对McNabb页岩所记录到的一系列的时序信号。黑箭头表示其偏振发送变送器20的固定方位(ψt＝0°)和偏振接收变送器22的初始方位，它们通常平行于岩石上的可见纹路，而这些纹路已用一系列的平行线示出了(即θf＝0°)。当接收变送器22围绕着样品S的纵轴依次旋转到某一方位角ψr时，所记录到的时序信号示出在记录该时序信号时的方位角的方位上。样品S用一园柱形端面示出，而本领域技术人员能够知道也可以采用其它的样品形状。观测到的最大的信号振幅对应于ψr＝0°处，而在ψr＝90°和270°(即发送变送器20的偏振方位与接收变送器22的偏振方位相互垂直)时将观测到信号消失。而且正如在时序信号所记录到的那样，只有一种剪力波传播通过样品S。将发送变送器20的偏振方位调整到与样品S上的可见纹路相互垂直时，也可以实施其类似的试验。正如所预期的那样，亦只能观测到一种剪力波信号传播通过样品S;然而它的传播速度比图4所描述的那种剪力波的传播速度低。而且，当接收和发送变送器的偏振方位彼此平行时时序信号亦具有其最大振幅，而在接收变送器22的方位相对于发送变送器20的方位测量出的转动角度ψr为90°或270°时亦将观测到信号的全部消失。
因此，这些试验进一步证实了下述理论推论，即当发送变送器20的偏振方位被调整到与样品的各向异性弹性主轴相平行或相垂直时，存在有具有不同传播速度的剪力波传播模。然而，当样品的可见纹路或其弹性主轴与发送变送器20的偏振方位不相垂直时，所记录到的时序信号就会变得非常复杂和混乱。图5示出了所记录到的一系列的、作为接收变送器22的方位角ψr的函数的时序信号，它们也是使用这种试验装置的第一实施方案和前面已讨论过的技术所采集到的。其中，黑色箭头表示接收变送器22的初始方位和相对应于样品S固定的发送变送器20的偏振方位的方位角ψt。样品中的平行线表示样品的可见纹路的取向。在这里，样品的可见纹路的取向确定为方位角θf＝45°，该角度是在样品的可见纹路与发送变送器20的偏振方位之间测得的。
参见图5所示的图形，根据弹性各向异性介质的理论，可假设一剪力波将分为其偏振方位相互垂直的两种剪力波信号(传播模)，其中之一的偏振方位平行于其弹性纹路，而另一的偏振方位与之垂直。作为时间函数的这两种剪力波信号的振幅可以由公式(1)给出A(t)＝S0cosΩrcosΩtf(Vf，t)+S0sinΩtf(Vs，t) (1)信号1信号2其中，SO为发送变送器20的强度，Ωt和Ωr分别为发送和接收变送器的偏振方位相对应于样品的弹性主轴所形成的夹角，f(Vf，t)为剪力波中具有较快传播速度的传播模的速度Vf的波动函数，f(Vs，t)为剪力波中具有较慢传播速度的传播模的速度Vs的波动函数。当发送变送器的方位角固定为Ωt且施加在发送变送器20上的电压亦保持不变时，公式(1)可以简化为A(t)＝F1cosΩr+S1sinΩr(2)其中，S1和F1中含有发送变送器的源强度S0和方位角Ωt(F1＝SocosΩtf(Vf，t)，S1＝SOsinΩtf(Vf，t))。
当接收变送器22的偏振方位被调整到与样品的可见纹路相平行时，可以预测并且确实可观测到其传播较快的剪力波传播模的信号具有最大的振幅。因此，接收变送器的取向吻合于方位角Ωr＝0°且公式(2)仅包括有一种传播模的波动信号。类似的，当发送变送器20的取向吻合于方位角Ωt＝0°时公式(2)亦仅包括有一种传播模的波动信号。在发送变送器和接收变送器两者均取其它的方位角Ω时，将同时出现两种剪力波信号。这些信号的区分和识别将取决于许多因素，其中包括各向异性传播速度的大小、传播的路径长度、衰减和源特性等等。
McNabb页岩具有足够大的速度各向异性，从而能够对两种剪力波信号进行十分清晰的识别和检测。在图6中将图5所示的对于较快的和较慢的传播模信号的所测得的振幅表示为接收变送器22的方位角Ωr的函数。这一曲线图示出了与公式(2)相一致的、由观测到的振幅值构成的三角函数曲线形式，并且示出了其第二种较慢的传播模信号相对于较快的传播模的信号有90°的偏移。而且，测出的振幅在降低，这一点在其第一种信号随方位角增大的变化中表现的更为明显。因为在进行这种试验中，时间是在不断增大的方位角处随每一顺序观测而增加的，其粘滞耦合随时间的增加而降低及由于接收变送器22相对应于样品S的转动而产生的重复剪切可能是造成这种振幅漂移的主要原因。但是，若在任意时间或在相应的方位角Ωr处，对较快的和较慢的传播模信号的振幅加以同步测定，其结果表明它们的相对强度是不受其影响的。在较快的和较慢的这两种传播模信号的相对最大值处的振幅之间的差异可能是由于以下若干原因引起的(1)这两种剪力波的固有衰减不同;(2)由于声学阻抗匹配失调而引起的输入损失。
在前述的各试验中，发送变送器20的偏振方位均相对应于样品的可见纹路而固定。在下述的使用这种试验装置的第一实施方案对McNabb页岩样品进行的实验中，发送变送器20和接收变送器22的偏振方位取向同时同步地改变。所记录到的时序信号在图7中被绘制在方位角ψ的180°的范围内。对于每一方位角ψ，发送变送器20和接收变送器22的偏振方位均进行调整并使其彼此平行。正如所预期的那样，在ψ＝0°处导致两种剪力波传播模信号中其较快的那一传播模的信号增大，而在ψ＝90°处则正好相反，最大振幅信号出现在两种传播模信号中较慢的那一种中。请注意，在ψ＝180°处并不存在偏振逆转，这是因为发送变送器20和接收变送器22间的相位灵敏度在旋转过程中还保持着。
取一Berea沙岩样品并利用这种装置的第一实施方案和前面讨论过的对于McNabb页岩样品测量时所使用的技术实施测量。所记录到的作为接收变送器22的偏振方位角ψr的函数的时序信号如图8所示。发送变送器20的偏振方位最初定位于与样品的可见纹路相垂直的方向，如黑色箭头所示，以保证所获得的信号只是传播较慢的传播模的信号。然而如图8所示，所记录到的有关Berea沙岩各向异性性质的时序信号和对McNabb页岩所记录到的信号相比较，看起来是相当复杂的。对时序信号的研究揭示了这两种信号的特征。但是，当发送变送器的偏振方位与样品的可见纹路相垂直时，这两种剪力波信号的出现就与所预期的不符了。实际上，只有在方位角ψ大约为20°和110°处时才能观测到简单的单一信号。若将样品S的可见纹路相对应于发送变送器的偏振方位机械转动大约20°，就能获得如图9所述的时序信号。这些时序信号现在呈现出所期望的相对应于在简单的各向异性介质中传播的剪力波信号的形式。当接收和发送变送器的偏振方位相互垂直时，其相关于单一种信号的信号振幅的简单的正弦波形和信号完全消失的情况如图10所示。出人意料的是，申请人还发现，当其弹性主轴与其可见纹路不相重合时，Berea沙岩具有明显的各向异性。实际上，Berea沙岩中的各向异性弹性主轴被认为是首先是由于细微裂缝的存在而不是由于其矿物质的排列取向而形成的，这与McNabb页岩样品的情况不同。
所有上述例子简明地证实了可为熟悉物理学知识的人所理解的种种所预期的推论。然而，这种检测、测量地质岩石样品中的弹性各向异性的方法需要记录一系列的、相应于围绕着样品纵轴的不同方位角的时序信号。申请人在本发明中还提供了一种更迅速和更新颖的用于检测、确定结构样品中的各向异性的测量值的方法。为了便于进行进一步的讨论，将首先给出一个已经简化了的例子。
一McNabb页岩样品(与前面所评述过的相类似)的弹性主轴在用这种试验装置的第一个实施方案进行的实验中，其方位取向可以为任意一方位角θp。如图10a所示，共记录4个时序信号。用接收变送器22在与将剪力波输入样品的第一发送变送器20的第一偏振方位(ψt＝0°)相平行(ψr＝0°)和相垂直(ψr＝90°)时记录其第一和第二时序信号;类似的，用接收变送器22在与将剪力波输入样品的发送变送器20的第二偏振方位(ψt＝90°)相垂直(ψr＝90°)和相平行(ψr＝0°)时处记录其第三和第四时序信号。不难理解，方位角ψt和ψr应局部定位且接收变送器22和发送变送器20的偏振方法还将在某种潭壬先范ㄆ湎喽杂谘返目杉坡坊蛳喽杂谘返牡灾髦岬募薪铅浮；痪浠敖玻 0a所示的这四个记录得到的时序信号也可以利用这种试验装置的第二实施方案来获得。其实施方法如下，利用具有第一偏振方位(ψt＝0°)的第一发送变送器将剪力波输入样品，并且用具有第一和第二偏振方位(ψr＝0°和ψr＝90°)的第一和第二接收变送器记录样品的相应的响应，利用具有第二偏振方位(ψt＝90°)的第二发送变送器将剪力波输入样品，并且用具有第一和第二偏振方位(ψr＝0°和ψr＝90°)的第一和第二接收变送器记录样品的相应的响应。
申请人已改进出了另一种新颖的用于检测、测量地质岩石样品中的弹性主轴方位的方法，该方法只需利用到所记录到的通过样品传播的剪力波的四个时序信号。为了简化下面的讨论，所记录到的时序信号一般称之为一并向量，并用符号Φij表示。其中下标j表示发送变送器20的方位ψt(即1＝第一方位取向，2＝第二方位取向)。发送变送器20的第一和第二方位取向一般是相互垂直的，但这决不是必须满足的条件。类似的，下标i表示接收变送器22的方位取向Φr(即1＝第一方位取向，2＝第二方位取向)。通常接收变送器22的第一和第二方位取向也是相互垂直的，但这也不是必须满足的条件。因此，图10a中的第一时序信号可以定义为Φ11，则第二信号定义为Φ12，第三信号定义为Φ21，第四信号定义为Φ22。这四个时序信号在下面将称之为并向量，并且可以表示为Φ11Φ12Φij＝ (3)Φ21Φ22我们已经发现，若对信号Φij的并向量进行适当的处理，并向量的侧向分量(即时序信号Φ12和Φ21)可以减小到基本上为零。于是，信号并向量已对角化了。因此，使这一并向量Φij对角化的角Ω可以用来测定出其各向异性样品的弹性主轴相对应于发送变送器20和接收变送器22的偏振方位的方位取向。
这一处理过程可以更简单地表示为Φcm＝Cci(Ωr)ΦijMjm(Ωt) (4)其中，Φcm表示已对角化了的时序信号的并向量，Φij表示所记录到的时序信号，Cci(Ωr)和Mjm(Ωt)为转动算子，它们可以用来表示接收变送器和发送变送器的偏振方位转过了一个假想的角度Ω。
用将从0°到90°之间的一系列的角度值Ωr＝Ωt＝Ω依次代入公式(4)的方法，便可以测定出一个能使并向量Φij的侧向分量减小到最小值的近似角度值。特别值得指出的是，参见图10b和图10c，它们已示出了依次用从0°到90°之间的一系列角度值(其增量为10°)进行处理之后的并向量Φij的侧向分量(即Φ12和Φ21)。从图中可以清楚地看出其侧向分量的最小信号振幅的位置，而且其位置还相对应于已知的、该样品的可见纹路和弹性主轴相对应于发送变送器的方位取向的方位取向(即Ωt＝20°)。
正如前面所讨论的那样，用采集时序信号的并向量Φij、并实施如公式(4)所示的转动流程以使并向量的侧向分量对角化的方法，测定出的弹性主轴位于方位角Ω＝20°处。还应指出的是，在公式(4)中，使其时序信号并向量Φij对角化所必需的角度Ωr、Ωt可以用如下公式确定Ωr＝ (α-γ)/2 (5a)Ωt＝ (α+γ)/2 (5b)其中
其中，Ωr和Ωt分别为发送变送器20和接收变送器22相对于样品的弹性主轴的未知的方位取向。
以上已公开了一种用于检测、测量地质岩石样品中的弹性各向异性的方法和装置。本领域的熟练的技术人员能意识到，这种方法和装置可以进一步加以发展以用于用测定在沿着某地质岩石结构的相互垂直的轴向取得的三个分离的样品中的弹性主轴的方法测定其地质结构样品中的各向异性的对称性，以及进一步发展为用于在模拟实际地质结构条件的高温、高压条件下进行测量的方法。不难理解，在不超出为各权利要求所限定的本发明的范围内，本发明的方法和装置还可以进一步加以改变。
权利要求
1.一种检测、测量地质岩石结构样品中的弹性各向异性的方法，包括以下步骤(a)记录代表着样品对所输入的剪力波的响应的时序信号并向量；(b)处理时序信号并向量以检测、测量出样品中的弹性各向异性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中的处理时序信号并向量的步骤中包括将时序信号并向量对角化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中的处理时序信号并向量的步骤中包括(a)将时序信号并向量依次旋转过一系列的角度;(b)显示相对应于所述一系列角度中的每一个角度的、已转动过的时序信号并向量中的时序信号侧向分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中的记录时序信号并向量的步骤中包括(a)用一具有第一偏振方位的变送器将第一剪力波输入其样品中;(b)用具有第一和第二偏振方位的第一接收器记录代表着样品对所输入的第一剪力波的响应的第一和第二时序信号Φ11、Φ21;(c)用一具有第二偏振方位的变送器将第二剪力波输入其样品中;(d)用具有第一和第二偏振方位的第二接收器记录代表着样品对所输入的第一剪力波的响应的第一和第二时序信号Φ12、Φ22。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于其中的时序信号Φ11、Φ12、Φ21和Φ22的并向量的对角化过程如下Φcm＝Cci(Ωr)ΦijMjm(Ωt)其中Φ11Φ12Φij＝Φ21Φ22Cci(Ωr)＝第一转动算子Cjm(Ωt)＝第二转动算子Φcm＝已处理过的时序信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于其中的使时序信号并向量对角化的第一转动算子中的角Ωt和第二转动算子中的角Ωr的确定过程如下Ωr＝ (α-γ)/2Ωt＝ (α+γ)/2其中
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于其中(a)角Ωt给出了一个相关于由样品主轴测量到其将剪力波输入样品的变送器的偏振方位的方位角度测量值;(b)角Ωt给出了一个相关于由样品主轴测量到第一和第二接收器的偏振方位的方位角度测量值。
8.一种检测、测量地质岩石结构样品中的弹性各向异性的装置，包括(a)用于记录代表着样品对所输入的剪力波的响应的时序信号并向量的剪力波变送器装置;(b)用于处理时序信号并向量以探测、测量出其地质结构样品中的弹性各向异性的处理装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其中的剪力波变送器装置中包括(a)用于将偏振方位不同的第一和第二剪力波输入样品的剪力波发送变送器装置;(b)用于记录相应于输入样品中的偏振方法不同的第一和第二剪力波中的每一个波的第一和第二时序信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于其中(a)输入样品的偏振方位不同的第一和第二剪力波具有相互垂直的偏振方位;(b)相对应于输入样品的偏振方位不同的第一和第二剪力波中的每一个波所记录到的第一和第二时序信号具有相互垂直的偏振方位。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于(a)剪力波发送变送器装置包括具有其偏振方位相互垂直的第一和第二剪力波发送变送器;(b)剪力波接收变送器装置包括具有其偏振方位相互垂直的剪力波的偏振发送器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于其中的第一和第二发送变送器的偏振方位与第一和第二接收变送器的偏振方位相互匹配。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于其中(a)剪力波发送变送器装置包括一个可在第一和第二偏振方位之间转动的剪力波发送变送器;(b)剪力波接收变送器装置包括一个可在第一和第二偏振方位之间转动的剪力波接收变送器。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其中的代表着样品对所输入的剪力波的响应的时序信号的并向量由下式构成Φ11Φ12Φij＝Φ21Φ22其中，时序信号Φij表示样品相对应于由具有偏振方位为j的剪力波发送变送器所输入的、并由具有偏振方位为i的剪力波接收变送器所记录到的剪力波的响应。
全文摘要
本发明提供了一种用于检测、测量地质结构样品中的弹性各向异性的新方法。用输入一具有第一和第二偏振方位的剪力波、并用具有第一和第二偏振方位的剪力波变送器记录样品对所输入的每一剪力波的响应的方法采集其时序信号并向量。在本发明一个实施例中，该时序信号并向量可以进行对角化处理。在另一实施例中，该时序信号并向量可以用一系列旋转角度加以处理，其最后得出的经过转动处理的时序信号并向量以所选定的转动角度加以显示。
文档编号G01N33/24GK1034064SQ8810843
公开日1989年7月19日 申请日期1988年10月14日 优先权日1987年10月14日
发明者理查德·马丁·奥尔福德, 卡尔·亨德逊·桑德盖尔德, 陈德拉·谢卡·赖 申请人:阿莫科公司