光缆的制作方法

1.本公开涉及一种光缆。


背景技术：

2.传统上，在油井开发中，利用地震波探测地下资源的技术有着广泛的应用。其中，获取声波，即应变变化量的技术，通过分布式声学传感(distributed acoustic sensing，das)在光纤上的每个点以分布方式传播。于此情况下，光纤安装在于光缆并嵌入于构成油井或另一个地下通道的油井管附近的位置。接着，接收来自地面或海洋振动源的振动波，然后，通过使用垂直震测剖面法(vertical seismic profiling， vsp)或微震(micro seismic，ms)研究进行分析，可掌握地底部分的三维结构(例如，参照非专利文献1)。
3.采用上述方法来检测地底资源，存在着以下问题。
4.首先，在将光纤大致沿线缆的轴向方向安装的情况下(例如，参照非专利文献1)，光纤不会响应以垂直于光缆方向入射的地震波。特别是在如图18所示的水平油井的情况下，不响应的可能性特别高。
5.也就是说，如图18所示，在沿着海底的井102铺设线缆103的情况下，作为设置在线缆103中的传感器的光纤(未示出)的纵向铺设方向大致为水平方向(图18中箭头dh方向)，而振动波从振动来源的行进方向为垂直于水平方向的方向(图18中箭头dv的方向)。光纤中由于振动波而产生的位移方向，即，使光纤中产生应变的原因的方向，也垂直于水平方向。因此，在振动波以如此的方向的情况下，光纤难以响应于地震波。
6.其次，在光纤以螺旋方式安装于光缆的情况下，扭转变形对接收的信号影响很大，特别是，其对横波的响应是非线性的，因此很难将其用于定量分析。
7.第三，希望线缆本体的尺寸较大(直径为14mm至24mm可获得优良的性能)，并且纵向传感器的分辨率随着缠绕在线缆外圆周上的光纤的缠绕直径(线缆本体)的增加而增加，并随着其间距降低而增大 (例如，参照专利文献2)。但是，如上所述地，在线缆本体的尺寸较大的情况下，油井的空间可能不足，反之，如果降低线缆本体的尺寸，则传感器的分辨率就会下降。此外，由于线缆本体是由塑料或橡胶材料制成(例如，参照专利文献2)，线缆本身的强度不足，耐热性也很可能不足。
8.第四，虽然现在有一种通过螺旋管等技术将光纤安装于井中的方法，但这是一种短期的临时方法，并不适于长期安装。
9.参考文献清单
10.专利文献
11.专利文献1：us 2018/0274954 a1
12.专利文献2：us 2018/0245957 a1
13.非专利文献
14.非专利文献1：andreas wuestefeld等人，“如何扭转和转动光纤：优化das采集的性能建模”，the leading edge杂志，2019年3 月号，第306-311页。
15.非专利文献2：b.n.kuvshinov，“螺旋缠绕光纤线缆与平面地震波的相互作用”，geophsical prospecting期刊，2016年第64刊，第 671-688页。


技术实现要素：

16.本发明欲解决的问题
17.本发明是为了解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种光缆，其结构能够有效地解决上述第一至第四问题，以利用地震波来探测地底资源。
18.问题解决方案
19.本发明的光缆是一种用于测量由测量目标的振动产生的应力波的光缆，光缆包括：应力波检测光缆，其包括设置在轴向部处的光纤、螺旋地缠绕以围绕光纤的多根第一钢丝、以及围绕光纤和多根第一钢丝的柔性材料；以及不同于多根第一钢丝的多根第二钢丝，其中，应力波检测光缆与多根第二钢丝螺旋地缠绕以整体形成一个环形体，应力波检测光缆相对于光缆轴线的缠绕角度与由柔性材料的弹性模数与帕桑比导出的拉梅常数所规定的特性值相关联。
20.发明效果
21.根据本发明的光缆可以获得显著的效果，即可以提供具有能够有效解决上述第一至第四问题的结构的光缆，以利用地震波来探测地底资源。
附图说明
22.图1a和图1b是用于考虑根据实施方式1的光缆的形状的模型图。
23.图2a和图2b是在图1a和图1b所示的光缆受到轴向应力的情况下的模型图。
24.图3a、图3b和图3c是在图1a和图1b所示的光缆受到径向应力的情况下的模型图。
25.图4是考虑实施方式1的光缆的规格的静态负载模型图。
26.图5表示满足实施方式1的光缆规格的光纤铺设角度与应变比参数的关系。
27.图6表示满足实施方式1的光缆的规格的光纤铺设角度、应变比参数、应变相对灵敏度比的具体数值示例。
28.图7是考虑实施方式1的光缆的规格的动态负载模型图。
29.图8a至图8d示出了用于试验性地考虑根据实施方式1的光缆的规格的样本模型的配置。
30.图9a和图9b示出了用于试验性地考虑根据实施方式1的光缆的规格的das测量模型。
31.图10a至图10c示出了光纤的布置与连接方式，其试验性地考虑根据实施方式1的光缆的规格。
32.图11a至图11c是考虑实施方式1的光缆的芯线规格的分析所计算出的光纤铺设角度与标准化相对灵敏度的关系图。
33.图12示出了用于实验考虑根据实施方式1的光缆的规格的实验设备配置。
34.图13a和图13b示出了以图12所示的实验设备通过das测量的实验结果的示例。
35.图14示出了以图12所示的实验设备通过das测量的实验结果，以及通过布里渊散射光的频移测量的实验结果。
36.图15a和图15b示出了在以图12所示的实验设备通过das测量的实验结果，以及通过分析获得的关于标准化相对灵敏度的结果之间的比较示例。
37.图16以具体数值表示光缆材料对实施方式1的光缆的相对灵敏度的影响。
38.图17a至图17d示出了根据实施方式1的光缆的示例。
39.图18是用于说明本实施方式中欲解决的问题的图。
具体实施方式
40.实施方式1
41.[分析考虑-静态负载]
[0042]
首先，本实施方式将考虑受地震引起的振动波方向影响的光缆，或者很可能受到这种影响的光缆。于此先对所考虑的光缆模型加以描述。作为光缆，假设为柱状线缆，在对线缆施加静态负载的情况下，以螺旋方式安装的光纤应满足的规格将于下方进行描述。
[0043]
图1a和图1b是在光纤以螺旋方式安装于柱状线缆的情况下的模型图。在这些图中，将考虑这样的光缆，在光缆中，由光纤检测到的应变恒定而与作为地震波的模型的应力波的入射方向无关。作为光纤的多种参数，于此采纳和考虑特别是光纤的铺设角度(也称为缠绕角；以下简称为光纤铺设角)以及均匀应力模型中的多种不同材料之间的应变比参数(该些参数的细节将于下方描述)。
[0044]
图1a示出了光缆的模型。在图1a中，光缆3建模为由芯线1和螺旋缠绕于芯线1周边的光纤2所形成。三个箭头表示三维坐标轴x、y、z，而α表示光纤2的铺设角度(以下简称为光纤铺设角)。光纤铺设角α定义为图1b中的光纤2与xz平面上的x轴(负方向)之间的角度，图1b为图1a展开后的图样。
[0045]
于此，对于光缆3，于此导入相对于xyz坐标系而绕y轴旋转-θ角度的ξηζ坐标系，其原因如下。在ξηζ坐标系中，当应变ε0仅发生在ζ轴方向时，应变与应力之间的关系可用拉梅常数λ、μ简单地表现，如下所示。即，若满足ε
ξ
＝0、ε
η
＝0、ε
ζ
＝ε0，则得到σ
ξ
＝λε0、σ
η
＝λε0、σ
ζ
＝ (λ 2μ)ε0。
[0046]
在这种情况下，xyz坐标系中应变的垂直分量可如以下计算式(1) 所示地表示。
[0047][0048]
然后，如图2a与图2b所示，可假设光缆3在z方向上受到应力并且在其中产生应变εz的情况。在图2a和图2b所示的情况下，根据算式(1)，使用应变εz和光纤铺设角α，以算式(2)所示地表示光纤2的应变。
[0049][0050]
接着，如图3a、图3b、图3c所示，于光缆在x方向受到应力并在其中产生应变ε
x
的情况下，由光纤检测到的应变值会根据光纤圆周方向的角度位置(参见图3c)而不同。具体而言，应变可由例如计算式(3)与计算式(4)表示。
[0051][0052][0053]
进一步地，包括上述计算式的通式由计算式(5)表示。
[0054][0055]
此外，在光缆足够长且光缆的螺旋全周抛距足够小于测量仪器的空间分辨率的情况下，应变可如算式(6)所示，取光缆长度方向的平均值。
[0056][0057]
如上所述，于仅在ζ轴方向产生应变ε0的情况下，光纤感测到的应变可如算式(7)所示。
[0058][0059]
于此，a是应变比参数，表示于算式(8)中，使用在图4中包括两种不同材料z0、z的一维均匀应力模型中示出的两种不同材料z0,z 的总共四个拉梅常数λ0,μ0,λ,μ。于此，不同的材料z0、z对应于例如作为围绕光缆的物体的基岩和光缆。
[0060][0061]
需要注意的是，上述的a等于两种不同材料之间由图4所示的一维均匀应力模型中的应力和应变之间的关系计算得出的应变比。即，x 方向的应力在不同材料的材料表面上是恒定的。其中，恒定的应力值用σ0表示，σ0表示为σ0＝(λ0 2μ0)ε0＝(λ 2μ)ε。因此，得到ε/ε0＝ (λ0 2μ0)/(λ 2μ)，其右边的值等于上述a的值。
[0062]
由算式(7)可知，光纤的应变εf不依赖于光纤圆周方向的角度位置也就是说，即使应变的方向围绕z轴旋转，结果也不会改变。此外，从计算式(7)中的第二项可知，光缆的侧面方向的刚度会影响光纤的灵敏度，而光缆的轴向刚度则不影响光纤的灵敏度。
[0063]
然后，将光纤铺设角α和应变比参数a设置为满足下列算式(9)。
[0064]
a＝2tan2α
ꢀꢀ
(9)
[0065]
在α和a被设置为满足计算式(9)的情况下，由光纤检测出的应变与应力波的入射方向无关，具有由下述算式(10)表示的恒定值。
[0066]
εf＝ε0sin2α
ꢀꢀ
(10)
[0067]
其中，在满足算式(10)的情况下的光纤铺设角α和应变比参数 a分别记为α
opt
和a
opt
，α
opt
和a
opt
的关系如图5所示，其中横轴表示α
opt
，左纵轴表示a
opt
。应注意，右纵轴表示应变的相对灵敏度比εf/ε0。在图5中，连接菱形的曲线表示a
opt
相对于α
opt
的变化，而连接正方形的曲线表示εf/ε0相对于α
opt
的变化。上述α
opt
、a
opt
和εf/ε0之间的关系由图6中的具体数值表示。
[0068]
具体来说，例如，在α
opt
＝73度的情况下，如图5中与垂直轴平行的虚线所示，由图6可知，当a
opt
设置为21.4时，光纤可检测地震的应力波，相对灵敏度比εf/ε0为接近1的0.91。由此可知，无论应力波的入射方向如何，都能检测到大小几乎不衰减的应力波。即，可以说，如果将光纤铺设角α等设定为可满足上述关系，光纤可响应地震波，而与地震波的入射角无关。需要说明的是，在使用硬外装光缆作为光缆结构的情况下，一般下可满足a《1，因而具有较小的灵敏度。因此，在本实施方式中，光缆的一部分使用柔性材料以增加灵敏度(光缆的结构将于下详细描述)。
[0069]
实际上，由于各种条件，α和a之间的关系通常很难设置以满足计算式(10)，因此基于计算式(7)的评估十分合理。因此，也需要考虑作为参数的声波的入射角θ(以下可简称为入射角θ)的影响。
[0070]
[分析考虑-动态负载]
[0071]
在上方的描述中，已考虑了静态负载的情况。接着，使用图7所示的模型，考虑负载为动态的情况。于图7中，横轴上的x表示位置，纵轴上的t表示时间。另外，ρ0和ρ为各个材料的密度，c0和c是各个材料中的声速。此外，p和q是表示不同材料之间界面的符号。于本情况，假设具有质点速度ν
∞
和应力σ
∞
的平面波垂直入射到不同材料的界面上，并以多重反射方式在界面p和q处反射。
[0072]
在图7中，ρ0和ρ是各个材料的密度，c0和c是各个材料中的声速，在单轴应变状态下，c0和c分别由计算式(11)和计算式(12) 表示。
[0073][0074][0075]
其中在初始状态下的粒子速度和应力分别用v0和σ0表示，图7 中点p1处的入射波σ
i1
、透射波σ
t1
和反射波σ
r1
分别表示为σ
i1
＝-ρ0c0ν
∞
＝σ
∞
，σ
t1
＝-ρc(ν
1-ν0)＝σ1，σ
r1
＝ρ0c0(ν
1-ν0)。从界面中的力平衡，σ
i1
σ
r1
＝σ
t1
得到满足。因此，对于表示于计算式(13)中的k，以下计算式(14)和计算式(15)可以得到满足。
[0076][0077][0078][0079]
根据入射波σ
in
之间界面中力的平衡(σ
in
σ
rn
＝σ
tn
)，在图7中的点 qn(n＝2m，m为不小于1的整数)和点pn(n＝2m 1，m为不小于1 的整数)处的透射波σ
tn
和反射波σ
rn
类似地获得以下递归关系(16)、 (17)。
[0080][0081]
σn＝σ
n-1
(-1)nρc(v
n-v
n-1
)
ꢀꢀꢀ
(17)
[0082]
通过求解上述递归关系，得到关于νn和σn的计算式(18)和计算式(19)。
[0083][0084][0085]
于此，对于任何正值k都可满足计算式(20)。
[0086][0087]
因此，根据计算式(18)和计算式(19)，当n接近∞时，νn接近ν
∞
并且σn接近σ
∞
。
[0088]
如下所述，于本实施方式中，与专利文献2中的线缆相比，本实施方式的线缆直径更小，可使用更坚硬的材料(具体而言，可以使用硬外装线缆等)。因此会增加速度，使得上述n大幅增加，并且响应范围也更宽。
[0089]
这样意味着，若入射波的波长足够大于多种不同材料的尺寸，通过界面处的多次反射，应力将接近入射应力σ
∞
。也就是说，在动态负载的情况下也可建立与静态负载情况相同的均匀应力模型。因此，可发现，在动态负载的情况下，若α和a设定为满足计算式(9)，如在静态负载的情况下，光纤可检测由于应力波所起的应变，而与应力波的入射方向无关。
[0090]
于此，如上所述地由于每一层的应力是均匀的，可发现嵌入光纤的内层刚度的需要降低以提高应变测量的灵敏度(由此可推断通过降低刚度可以提高传感器测量应变的灵
敏度)。
[0091]
如下所述，在本实施方式中，与专利文献2中的线缆相比，其线缆直径更小，可使用更硬的材料(具体而言，可以使用硬外装线缆等)。因此，速度会增加，可使得上述n大幅增加，响应范围也更宽。
[0092]
平面声波的传递难易度可使用由测量对象的密度ρr表示的声阻抗 iz(iz＝ρrcr)来评估，ρr是是传输平面声波的介质，cr是特定于该介质的声速。于此，使用介质的体积弹性模数kr，cr表示为cr＝(kr /ρr)
1/2
，因此声阻抗iz等于(ρr
×
kr)
1/2
。根据多重反射理论，众所皆知地，测量对像中声波的振幅与传输至光纤的声波的振幅之间的比率可由它们的声阻抗的比率来表示。
[0093]
[以实验进行考虑]
[0094]
接着，关于上述分析考虑的结果，增加了以实验进行的考虑，以便在实施时澄清问题。在测量地震波时，与振动来源的距离通常很远，因此地震波经常是衰减的。因此，我们认为输入到光缆的入射应力波的程度变得非常小。因此，为了检测地震波，使用了在灵敏度方面具有优异特性的分布式声学传感(das)。在下文中，将描述使用基于 das的测量(下文中，可称为das测量)进行的实验。一般而言， das的空间分辨率为20cm或更大，该值比光缆直径大得多。因此，通过das进行的应变测量可与上述静态负载的测量相同的方式进行处理。
[0095]
首先，参照附图说明，进行das测量的实验设备。图8a、图8b、图8c、图8d表示样本模型的结构。于此，用于das测量的应力波检测光纤5a、5b铺设在长方体砂浆块10的表面上，其中嵌入了用于验证的模拟线缆4(在实际现场，通过替换放置于光缆周边的物体如砂浆、基岩等物体来进行实验)。关于由模拟线缆4检测到的应变，为了尝试使用半导体应变仪6进行检测，提供了图中所示的三种类型的半导体应变仪，即触发仪6a、入射波/反射波测量仪6b和透射波测量仪 6c，因此，同时使用了这些半导体应变仪进行检测(参见图8a)。
[0096]
砂浆块10的长度l1为1200mm，截面尺寸l3×
l4(参照图8b) 为200mm
×
200mm。应力波捕捉块11的长度l2为350mm，其截面尺寸与砂浆块10的截面尺寸相同。
[0097]
另外，在一个砂浆块10中埋设有多个光纤铺设角α不同的模拟线缆4(参见在图中空心箭头的下侧的图8c和图8d)。埋设位置为砂浆块10的同一截面位置，其同时埋设约3根模拟线缆4。
[0098]
此外，为了检查声波的入射角对模拟线缆4的影响，于实验中设置了三个值作为入射角。
[0099]
此外，为了研究模拟线缆4的芯线材料的影响，提供了光纤给仿真线缆4，改变了用于实验的模拟线缆4的芯线材料。具体而言，将光纤铺设角α设定为65度、73度、90度这3个值；入射角设置为三个值，即60度、75度和90度；并且芯线材料采用铝和聚缩醛树脂(以下简称pom材料)两种材料，形状均为棒状。在使用铝材料的情况下，实验中不仅使用了条形芯线，还使用了环形芯线(管)，以检查弹性模数的影响。
[0100]
此外，使用了射击块以模拟入射应力。射击块是通过将多块板型聚氯乙烯(以下简称为pvc)等粘合而成。还准备并使用了射击装置来操作射击块。
[0101]
接着，参照附图，将描述用于das测量的实验模型。图9a是说明实验模型的三维示意图。而图9b是图9a中沿空心箭头方向观看时的俯视图。如图9a所示，在埋设了模拟线缆4的长方体砂浆块10的左侧面的中心位置r(对应地震来源的中心位置r)使射击块碰撞，以在
砂浆块10内部产生声波(对应于地震引起的应力波)。此时，声波会沿图9a和图9b中的箭头方向前进，并会相对于模拟线缆4的纵向(轴向)方向以入射角θ传播(参见图9b)。
[0102]
接着，实验中光纤的排列和连接方式如图10a、图10b和图10c 所示。图10a是表示其外观的3维模型图，图10b是从图10a中的箭头d方向观看视图，而图10c显示了光纤的安装细节。在实际测量中，如图10a和图10b所示，除了模拟线缆4外，声波检测光纤固定于两个侧面，并且其他多个光纤沿纵向方向嵌入于砂浆块内。在此，如图 10c所示，为了检测声波，通常会将所有光纤排列为连续连接。如图 10b和图10c所示，3个模拟线缆4a、4b、4c从长方体砂浆块的上侧沿其厚度方向依次多层重叠地相邻排列。需要说明的是，若多层排列的模拟线缆在组装过程中部分断裂，则需要将断裂的线缆移除。
[0103]
于此，为了与实验结果进行比较，将描述预先获得的理论分析结果。在该分析中，使用了铝条、铝管和pom棒(聚缩醛树脂棒)作为芯线材料，并计算了每种材料的光纤铺设角α和标准化相对灵敏度之间的理论关系。图11a、图11b和图11c显示了其结果。
[0104]
在这些图的每一个图中，以入射角θ作为参数，显示了θ＝60度、 75度和90度三种情况的理论分析值。在这些图的每一个图中，可发现在光纤铺设角α小于标准化相对灵敏度为1的值的区域中，标准化相对灵敏度相对于光纤铺设角α的变化随着入射角θ的增加而增加。
[0105]
于此，在由计算式(21)定义的s(θ，α，a)中，标准化相对灵敏度是在αa＝65度的情况下基于计算式(21)以计算式(22)计算的值。此外，铝条的应变比参数a为0.233，铝管为0.695，pom棒为 6.211。
[0106][0107][0108]
图12显示了实验设备的配置。通过设置于应变测量仪20中的电磁铁、阻尼箱和处理器(未示出)等阻尼装置，其在所需的时间用虚线框包围，将钢球从与支撑点p0以虚线所示的距离l5分开的阻尼装置侧的待命位置，沿支撑点p0周边的虚线箭头移动相当于水平距离 l6的距离，以与砂浆块10的侧面产生碰撞。在砂浆块10中设置有3 个模拟线缆4，并在其上设置长度为500m左右的测量光纤5。通过钢球与砂浆块10碰撞产生的声波，引起测量光纤5中的应变。测量光纤 5中产生的应变由应变测量仪20测量。需要说明的是，距离l5为90.5 cm，l6约为13cm，钢球在距离l6部分的运动周期约为0.4秒。
[0109]
接着，下面将参照附图，描述以图12所示的实验设备进行的测量结果。图13a显示了时域测量结果的一个示例，图13b显示了频域的测定结果的一个示例。在图13a中，实线曲线表示测定结果，左侧的纵轴和下侧的横轴是其基准轴。在基准轴中，纵轴表示应变(单位：nε)，横轴表示经过时间(单位：ms)。测量位置为559m。可发现振动波形在大约100ms内衰减。
另一方面，虚线曲线表示对时间信号进行对应的快速傅里叶变换(fourier transform，fft)的计算结果。由右侧的虚线表示的垂直轴和由上侧的虚线表示的水平轴是其参考轴。在基准轴中，纵轴表示应变(单位：nε)，横轴表示频率(单位：hz)。根据 fft的分析结果，可知峰值频率为1605.2hz。因此，由于砂浆块长度为1.2m，因此声波的速度为3.85km/s(＝1.2m
×2×
1605.2hz)。
[0110]
接着，在使用具有铝条芯线材的模拟线缆并且模拟线缆上的入射角θ为60度的情况下，图13b表示声波(频率分量1605hz)的das 测量的测量结果的一示例。在本图中，横轴表示光纤上的测量距离(仿真线缆上的位置)(单位：m)，并且纵轴表示发生的应变量(单位：nε)。图中的曲线表示测量结果，特别是对于大约1605hz的频率分量，表示沿模拟线缆在每个测量位置(距离)处由于在光纤或测量目标线缆中产生的声波(峰值分量)引起的应变量。
[0111]
从图中可以看出，应变的最大峰值出现在大约560m距离处。这是在上述图8a至图8d中的与试样表面接合的应力波检测光纤中产生的应变。此外，可发现第二应变峰值出现在大约580m距离处。这是在上述图8a至图8d中嵌入样品内的应力波检测光纤中发生的应变。以应力波检测光纤中出现的应变为指标，分析模拟线缆中发生的应变，即在图中双箭头指出的于仿真线缆位置处发生的应变。
[0112]
如图13a和13b所示，模拟线缆中出现的应变水平(大小)小于应力波检测光纤中出现的应变水平。因此，接下来，请参照另一图表，图14，其说明模拟线缆中产生的应变也能够可靠地检测。
[0113]
图14显示了仿真线缆中出现的应变，以及基于反向散射光的布里渊频移测量的数据，其为另一种应变测量方法。从图中可以看出，布里渊频移对应地出现在模拟线缆上的三个位置a、b、c处(a、b、c 分别对应于上述图10a至10c中所示的模拟线缆4a、4b、4c)(于此情况下的应变对应于图14中右侧垂直轴上的刻度)，因此可发现即使使用模拟线缆也能够测量声波。
[0114]
接着，为了确认测量的再现性和测量应变的大小(应变量)的准确性，将显示使用另一芯线进行测量的测量结果，并且该结果将与上述标准化相对灵敏度的理论值进行比较。下方将描述该结果，参照图 15a显示了线缆在纵向方向上的应变分布，并且图15b显示了测量结果与基于分析的理论值之间的比较。
[0115]
图15a和图15b示出了使用以pom棒为芯线的模拟线缆通过 das测量3次由声波引起的应变的测量结果的曲线图。之所以于此采用使用pom棒的测量结果，是因为与使用其他芯线相比，可推测出使用pom棒具有最高的测量灵敏度。在这些图表中，图15a显示了，当入射角θ为60度时，在通过das测量引起应变的情况下的测量结果，其横轴表示光纤上的测量距离(单位：m)，纵轴则表示引起的应变量(单位：nε)，如图13a和13b所示。
[0116]
此外，为了将测量结果与理论值进行比较，图15b显示了测量结果与理论值的比较，横轴表示光纤铺设角α，纵轴表示标准化的相对灵敏度。如图15b中的图表所示，可发现几乎所有的测量数据都与理论值很好地吻合，除了一个数据之外。
[0117]
再者，图16统一地示出了取决于芯线差异的相对灵敏度的具体值。众所皆知地，pom棒的弹性模数比铝条小十倍以上，即pom棒比铝条软。因此，反之，pom棒的应变比参数a比铝条大一个或多个数量级，并且可发现，对于几乎所有的铺设角，与入射角无关地，pom 棒的相对灵敏度也大于铝条。也就是说，可发现芯线的材料越软，则相对灵敏度就越高。
[0118]
如上所述地，现已发现，即使地震波在垂直于或几乎垂直于光缆纵向的方向入射时，通过使用光缆，其中将作为传感器的光纤以预定的光纤铺设角α
opt
提供给光缆，可以通过das测量生成的地震波。
[0119]
满足上述条件的光缆的代表性结构如图17a至图17d所示。图 17a是表示此种光缆的整体结构的立体图，而图17b是沿与图17a所示的光缆的长度方向轴垂直的方向的剖面的剖面图。图17c是在图 17b所示的剖面图中将最外周部的构成要素(多根钢丝等)全部去除后的立体图，而图17d是与图17c的长度方向轴垂直的方向的剖面的剖面图。
[0120]
在图17a中，作为传感器的光纤7a设置在应力波检测光缆30的中心轴部，应力波检测光缆30具有光纤7a的外周被螺旋绞合的多根钢丝8(该些钢丝可于以下称为第一钢丝)包围的结构，此外，其外周由柔性材料9保护，该柔性材料比在布置光缆的位置处围绕光缆的周边物体(以下简称线缆围体)更加柔软(例如，柔性材料包括塑料)。另外，线缆围体33(未示出)包含基岩等。
[0121]
如图17b所示，应力波检测光缆30位于光缆31的最外层，光缆 31具有多层结构，其中线材以多层螺旋方式缠绕。该最外层是通过将应力波检测光缆30和外径大致相等的多根钢丝32(以下可简称为第二钢丝)螺旋绞合而形成为环状。因此，第二钢丝的外径大于第一钢丝的外径。此外，如图17b所示，在最外层和与其相邻的内层之间可设置柔性材料9a以围绕整个圆周，柔性材料9a是由不允许液体通过的柔性材料形成的松弛层。此外，在光缆的轴部设置有与光纤7a不同的具有压力传感器功能的光纤7b。
[0122]
如图17c和图17d所示，松弛层可使用柔性材料9b代替，柔性材料9b是透水的松弛层(柔性材料9b例如是形成为网状的层以允许液体从外部进入)。于此情况下，即使设置于光缆31的中心轴部的光纤7b为压力测量用传感器，也不会对压力测量产生影响。因此，光纤 7b也可以作为应力波检测用的传感器发挥作用。光纤7b以与光缆31 的中心轴对应的方式设置，应力波检测光缆30相对于该中心轴以特定的卷绕角度设置。因此，当同时操作这两个组件时，可相对于声波(或地震波)获得两个入射角，因此可期望光缆作为灵敏度更高的光缆发挥作用。
[0123]
在上述配置中，多根钢丝32可部分地替换为以金属管包覆的光纤线缆，即金属管内光纤(fimt，“fiber in metallic tube”的缩写)32a。作为均匀环绕的柔性材料9的替代品，可以螺旋方式缠绕具有约5μm 外径的克维拉纤维(比钢丝更软)。
[0124]
于此，应力波检测光缆30相对于光缆的纵向轴的缠绕角β基于上述光纤铺设角α
opt
进行设定，并且缠绕角β可由柔性材料9和线缆围体33(例如，基岩)的物理特性值确定。具体来说，基于柔性材料9 和线缆围体33的材料的拉梅常数λ9、μ9和λ
33
、μ
33
(参见计算式(23) 和计算式(24))，可使用上述计算式(8)和计算式(9)来确定缠绕角β，缠绕角β可由其弹性模数e和帕桑比ν计算得出。
[0125]
优选地，柔性材料9不仅设置于上述多根钢丝8的外周边，并且还设置在光纤7a和多根钢丝8之间的间隙中。
[0126]
[0127][0128]
尽管上方根据示例性实施方式对本发明进行了描述，应当理解的是，实施方式中描述的各种特征、方面和功能并不限于它们对描述其特定实施方式的适用性，而是可以单独或以各种组合应用于本发明的实施方式中。
[0129]
因此将可理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以设计出许多没有被举例说明的修改方案。例如，可以修改、添加或消除至少一个构成组件。例如，在上述实施方式1中，已经描述了光缆位于多层线缆的最外层的情况。然而，不限于此，光缆可位于最外层的内侧的层中，以由此获得相同的效果。
[0130]
附图标记说明
[0131]
1 芯线
[0132]
2,7a,7b 光纤
[0133]
3,31 光缆
[0134]
4,4a,4b,4c 模拟线缆
[0135]
5 测量光纤
[0136]
5a,5b 应力波检测光纤
[0137]
6 半导体应变仪
[0138]
6a 触发仪
[0139]
6b 入射波/反射波测量仪
[0140]
6c 透射波测量仪
[0141]
8,32 钢丝
[0142]
9,9a,9b 柔性材料
[0143]
10 砂浆块
[0144]
11 应力波捕捉块
[0145]
20 应变测量仪
[0146]
30 应力波检测光缆
[0147]
32a 金属管内光纤
[0148]
33 线缆围体
[0149]
a 应变比参数
[0150]
α 光纤铺设角
[0151]
θ 声波入射角