DE1913875A1 - Time of flight measurement method for geophysical investigations - Google Patents
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Description
Laufzeitmeßverfahren für geophysikalische Untersuchungen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laufzeitmeßverfahren ftlr geophysikalische Untersuchungen, bei welchem mittels steuerbarer seismischer Sender SignalzUge mit vorgegebener Signalfunktion von verschiedenen Sendeorten aus in den Erdboden gessndet, von seismischen Empfängern nach dem Lauf durch Wasser und/oder Erdboden einander überlagert aufgenommen und reproduzierbar gespeichert werden Eine spezifische Eigenschaft eins solchen Verfahrens ist, daß gute Reflexionen aus bestimmten Tlefenbereichen nur dann erzielt werden könnens wenn der Frequenzinhalt der ausgesandten SignalzUge in geeigneter und bekannter Weise abhängig vom Abstand Sende-Empfangsort gewählt wird. Bei der praktischen DurchfUhrung kann beispielsweise für einen Tiefenbereich von 1.500 m bis 4.000 m der Frequenzlnhalt des Signaizuges zwischen 10 Hz und 35 Hz und der Abstand Sende-Empfangsort zwischen 1.000 m und.2¢000 m gewählt werden, während für einen Tiefenbereich von 500 m bis 10500 rn der Frequenzinhalt von 14 Hz bis 100 Hz und der Abstand 350 m bis 10500 m geeigneter wäre. Time of flight measurement method for geophysical investigations The present The invention relates to a transit time measurement method for geophysical investigations, in which by means of controllable seismic transmitters signal trains with a predetermined signal function sent into the ground from different transmission locations, by seismic receivers added and superimposed on each other after running through water and / or soil stored reproducibly A specific characteristic of such a process is that good reflections from certain areas of the surface can only then be achieved can if the frequency content of the transmitted signal trains is more suitable and known Way is selected depending on the distance from the sending-receiving location. In the practical implementation For example, the frequency content can be used for a depth range of 1,500 m to 4,000 m of the signal train between 10 Hz and 35 Hz and the distance between the sending and receiving locations 1,000 m and 2 ¢ 000 m can be selected, while for a depth range of 500 m to 10500 rn the frequency content from 14 Hz to 100 Hz and the distance 350 m to 10500 m would be more appropriate.
Um aus allen interessierenden Tiefenbereichen gute Reflexionen zu erhalten, war es bisher notwendig, zeitlich nacheinander die Laufzeiten zwischen einem Empfangsort bzw einer Empfängerreihe ud verschieden entfernten Sendeorten mit geeignet zugeordneten SignalzUgen verschiedenen Frequenzinhaites zu ermitteln. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig, zumal durch vorhergehende Versuchsmessungen erst der geeignetste Frequenzinhalt der verschiedenen auszusendenden SignaizUge ermittelt werden muß. Diesbezüglich ist ein Verfahren angegeben worden (USA-Patent 3.332.511), bei welchem durch gleichzeitiges Aussenden verschiedener Signalzüge von einem Sendeort aus der Jeweilige geeignetste Frequenzinhalt bestimmt werden kann. In order to get good reflections from all depth ranges of interest received, it was previously necessary to time the running times between a receiving location or a row of receivers and transmitting locations at different distances with suitable assigned signal trains of different frequency contents to investigate. This procedure is very time-consuming, especially due to the previous one Test measurements only the most suitable frequency content of the various to be sent out SignaizUge must be determined. A method has been given in this regard (USA patent 3,332,511), in which by sending out different Signal trains from a transmission location from the respective most suitable frequency content is determined can be.
Durch die vorllegende Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, mit einem einzigen Meßvorgang aus allen Interessierenden Tlefenberelchen gute Reflexionen zu erhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die gleichzeitlgausgesendeten Signal zuge keinen gemeinsamen Frequenzbereich haben die empfangenen und gespelcherten Signale mit jeder der den ausgesendeten Signal zügen entsprechenden oder ähnlichen Slgnalfunktion einzeln kreuzkorrei lert werden, aus Jedem Einzelkorrelogramm der Laufzeltausschnitt gewählt wird, filr den der Frequenzbereich der entsprechenden Signal funktion sowie den dieser zugeordnete Empfänger-Senderabstand optimiert sind und die so erhaltenen Tel Ikorrelogramme zu einem Gesamtkorreioramm zusammengestellt werden. The present invention is intended to solve the problem with Good reflections from all Tlefen areas of interest in a single measurement process to obtain. According to the invention, this is achieved in that the The signals received and transmitted do not have a common frequency range Signals with each of the trains being sent out corresponding or similar Signal function can be cross-correlated individually from each individual correlogram of the Treadmill section is selected, the frequency range of the corresponding Signal function and the receiver-transmitter distance assigned to it are optimized and the tel Icorrelograms obtained in this way are compiled into an overall correction program will.
Zweckmäßig werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sendevorgänge von denselben Sendeorten aus mit denselben den Sendeorten zugeordneten Signal funktionen ein- oder mehrfach wiederholt und die empfangenen Signale derselben Empfänger vor dem Korrelatlonsprozeß in an sich bekannter Weise addiert0 Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens können vorteilhaft von einem Sendeort aus ein Signalzug mit ansteigendem Frequenzzeitverhalten und von einem anderen Sendeort aus ein Signalzug mit abfallendem Frequenzzeitverhalten ausgesendet werden. Ferner können bei der Aussendung von mehr als zwei ver schiedenen Sendeorten aus die den Sendeorten zugeordneten in benachbarten Frequenzbereichen liegenden Signalzüge abwechselnd ansteigendes bzw. abfallendes Frequenz-Zeltverhalten aufweisen0 Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Kreuzkorreiatlon der empfangenen und gespeicherten Signale jeweils mit den ausgesendeten ähnlichen, Jedoch zusätzlich In der tmplItud Modulierten Signal funktionen vorgenommen. The transmission processes are expedient in the method according to the invention from the same transmission locations with the same signal functions assigned to the transmission locations repeated one or more times and the received signals from the same receiver added to the correlation process in a manner known per se of the method, a signal train with increasing Frequency response and from another transmission location a signal train with a falling Frequency time behavior are transmitted. Furthermore, when sending out more as two different send locations from the in assigned to the send locations neighboring Frequency ranges lying signal trains alternately rising or falling Have frequency response behavior0 In a further embodiment of the method the cross correlation of the received and stored signals with the transmitted similar, but additionally in the tmplItud modulated signal functions made.
Flir die weitere Durchfilhrung des Verfahrens ist es zweckmäßig, die steuerbaren seismischen Sender von einem zentralen Ort, vorzugsweise de. R glsttlarort aus, von Ober Funkkanäle Ubertragenen Signalen zu steuern, derart, daß Jedem auf einem Sendeort befindlichen Sender ein Funkkanal zugeordnet ist. In Abänderung dieser Verfahrensart werden die steuerbaren seismischen Sender von einem zentralen Ort, vorzugsweise dem Registrlerort aus, von mittels liner Trsgerfrequeez Ubertragenen Signalen gesteuert, derart, daß Jedem auf eine. Sendeort befindlichen Sender eine aber die gemeinsame Trägerfrequenz Übertragene Modulationsfrequenz zugeordnet ist, wobei das Frequenz- oder Amplltudenmodulationsverfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren angewendet werden kann. For the further implementation of the procedure, it is advisable to the controllable seismic transmitter from a central location, preferably de. R glsttlarort to control signals transmitted by over radio channels in such a way that everyone on a radio channel is assigned to a transmitter located at a transmission location. In modification of this Type of procedure, the controllable seismic transmitters are operated from a central location, preferably from the registry location, transmitted by means of liner carrier frequency Signals controlled in such a way that everyone on one. Station located in the broadcasting location but the common carrier frequency is assigned to the transmitted modulation frequency, whereby the frequency or amplitude modulation method or another suitable one Procedure can be applied.
Anstatt die Sender von einem zentralen Ort, vorzugsweise dem Registrierort aus, zu steuern, können die die steuerbaren seismischen Sender steuernden vorgegebenen Signal funktionen an den zugeordneten Sendeorten In geelgneter Weise gespelchert und der Sendebeginn von einem zentralen Ort, vorzugsweise dem Registrierort aus, gesteuert werden. Die an Jedem Sendeort gespeicherten vorgegebenen Signal funktionen können In analoger oder digitaler Form gespeichert werden. Instead of sending the transmitter from a central location, preferably the registration location from, to control, the controllable seismic transmitter controlling can be specified Signal functions at the assigned transmission locations in a geelgneter way and the start of transmission from a central location, preferably the registration location, being controlled. The specified signal functions stored at each transmission location can be stored in analog or digital form.
Die verschiedenen Ausgestaltungen des erflndungsgemäßen Verfahrens werden dadurch ergänzt, daß an Jedem der verschiedenen Sendeorte mehrere steuerbare seismische Sender dieselbe Signalfunktion gleichzeitig aussenden. The various configurations of the method according to the invention are supplemented by the fact that at each of the different transmission locations several controllable seismic transmitters transmit the same signal function at the same time.
Dle Erfindung wird Im folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von seismischen Sendern und Empfangsstationen zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 Frequenz-Zeltdlagramme der auszusendenden bis Signal zuge, Fig. 5 Fig. 6 ein Amplltuden-Zeltdlagramm eines abgeänderten ausgesendeten Signaizuges, der zur Korrelation verwendet werden kann. The invention is described in more detail below with reference to drawings. 1 shows a schematic representation of the arrangement of seismic transmitters and receiving stations for carrying out the method, FIG. 2 frequency time diagrams of the signal to be sent out, FIG. 5, FIG. 6 an amplitude diagram of a Modified transmitted signal train that can be used for correlation.
An Hand von Fig. 1 wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Auf der Erdoberfläche 1 sind ein oder mehrere seismische Empfänger 2 angeordnet. In einom geeigneten Abstand 3 von den Empfängern 2 sendet der Sender 4 einen elastischen Wel lenzug entsprechend der Signal funktion 7 In die Erde. Glelchzeitig werden weltere Wellenzüge, den Slgnalfunktionen 8 und 9 entsprechend, von den Sendern 5 und 6, die slch im Abstand 10 bzw. 11 von der Empfängerreihe befinden, ausgesendet. In der Fig. 1 sind beispielsweise drel Sendeorte angegeben, von denen gleichzeltig elastische Wel lenzüge ausgesendet werden. Das Verfahren kann Jedoch auch mit einer größeren Anzahl von Sendern durchgeführt werden, die von verschledenen Sendeorten aus gleichzeltig Signal züge, die kelnen gemeinsamen Frequenzbereich aufwelsen, aussenden. Die ausgesendeten selsmtschen Wellen werden an den Erdschichten 12 reflektiert und durch die Empfänger 2 nach welterem Lauf durch den Erdboden aufgenommen. Die von den Empfängern 2 aufgenommenen und In elektrische Signale umgewandelten seismischen Schwingungen werden in bekannter Weise einem Registriergerät zugeführt und dort in analoger oder digitaler Farm gespeichert. Die Slgnalfunktlonen der ausgesendeten Signalzüge 7, 8 und 9 sind ebenfalls in dem Registriergerät gespeichert, entsprechend einem Verfahren, das bereits durch die DAS 1.237.342 bekanntgeworden ist. The implementation of the method according to the invention is illustrated in FIG. 1 described. On the earth's surface 1 are one or more seismic receivers 2 arranged. The transmitter transmits at a suitable distance 3 from the receivers 2 4 an elastic wave train corresponding to the signal function 7 into the earth. Simultaneously are worldly wave trains, the signal functions 8 and 9 accordingly, from the transmitters 5 and 6, which are located at a distance of 10 and 11, respectively, from the row of receivers. In Fig. 1, for example, three transmission locations are indicated, of which at the same time elastic waves are emitted. However, the procedure can also be carried out with a larger number of broadcasters are carried out by different broadcasting locations from simultaneous signal trains, which can have a common frequency range, send out. The Selsmtian waves emitted are reflected on the layers of earth 12 and picked up by the receiver 2 after another run through the ground. the seismic signals picked up by the receivers 2 and converted into electrical signals Vibrations are fed to a recording device in a known manner and there in analog or digital farm. The signal functions the transmitted signal trains 7, 8 and 9 are also stored in the recorder, according to a procedure that has already become known through DAS 1.237.342 is.
Erfindungsgemäß haben die gleichzeitig ausgesendeten Slgnalzüge keinen gemeinsamen Frequenzbereich'wie die Fig. 2 veranschaulicht. In einem Dlagramm sind hler die Frequenzgänge der Signal funktionen in Abhängigkeit von der Sendezeit t dargestellt. Dte Signalfunktionen haben ein ansteigendes Frequenz-Zeitverhalten, zwischen Jedem Frequenzberetch Ist ein Sicherheltsabstand 13 vorgesehen, der beispielsweise 5 Hz betragen kann. Die Slgnalfunktlon 9, die dem Sendeort 6 mit großem Abstand 11 von den Empfängern 2 zugeordnet ist, hat einen tieffrequenten Berelch und wird vorzugsweise Informationen aus tieferen Erdschichten liefern, während die im hochfrequenten Bereich liegende Signalfunktion 7 mit dem Sender-Empfängerabstand 3 der Erkundung der flacheren Erdschichten dient.According to the invention, the signal trains sent out at the same time have none common frequency range as shown in FIG. Are in a diagram hler the frequency responses of the signal functions as a function of the transmission time t shown. The signal functions have an increasing frequency-time behavior, A safety distance 13 is provided between each frequency range, for example 5 Hz. The Slgnalfunktlon 9, which the transmission location 6 with a large distance 11 is assigned by the receivers 2, has a low-frequency range and is preferably deliver information from deeper layers of the earth, while those in the high-frequency Signal function 7 lying in the area with the transmitter-receiver distance 3 of the exploration serves the shallower layers of the earth.
In Fig. 3 und 4 werden die Frequenzgänge der gleichzeitig ausgesendeten Signal züge für eine andere vorteilhafte Ausführungsart des Verfahrens dargestellt. Hierbei werden von einem Sendeort aus ein Signalzug mit ansteigendem, von einem anderen Sendeort aus ein Signalzug mit abfallendem Frequenz-Zeitverhalten ausgesendet. Werden von mehr als zwei Sendeorten Signalzüge ausgesandt, so können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die In benachbarten Frequenzberelchen liegenden Signalzüge abwechselnd steigendes bzw. fallendes Frequenz-Zeitverhalten aufwerden, Diese Ausführungsart ist In Fig. 5 zeichnerisch erläutert. Durch dle derart getroffene Auswahl der zur Aussendung gelangenden Signal funktion kann der Elnfluß von an sich nicht erwünschten Oberschwingungen der tieffrequenten Sender bei der Korrelatlon der Empfangsergebnisse mit hochfrequenten Signalfunktionen wesentlich vermindert werden. In Fig. 3 and 4, the frequency responses of the simultaneously transmitted Signal trains shown for another advantageous embodiment of the method. In this case, a signal train with increasing signals is generated from one transmission location, from one another transmission location from a signal train with decreasing frequency-time behavior. If signal trains are sent from more than two transmission locations, one Another feature of the invention is the signal trains located in adjacent frequency areas alternating increasing or decreasing frequency-time behavior, this type of design is illustrated in Fig. 5 graphically. Through the selection made in this way for the Transmission of the signal function can be the flow of undesirable ones Harmonics of the low-frequency transmitters in the correlation of the reception results can be significantly reduced with high-frequency signal functions.
Zur Verstärkung der ausgesendeten seismischen Signale kann es vortelihaft seln, daß von einem oder mehreren Sendeorten aus mehrere steuerbare Sender dieselbe Signalfunktion gleichzeitig auszusenden. It can be advantageous to amplify the transmitted seismic signals Seln that several controllable transmitters are the same from one or more transmission locations Signal function at the same time to send out.
Die von den verschiedenen Sendeorten gleichzeitig ausgesendeten Slgnalzüge werden bei ihrem Lauf durch den Erdboden an den Erdschichten mehr oder weniger stark reflekttert und von einem oder mehreren an der Erdoberfläche angeordneten Empfängern gemeinsam registriert. Üblicherweise werden die Slgnale von 24 In elner Reihe angeordneten Empfängern oder Empfängergruppen aufgenommen, wobei Jeweils einem Empfänger oder elner Empfängergruppe ein Kanal eines mehrkanaligen analogen oder digitalen Registriergerätes zugeordnet ist. Anschlleßend.wird Jeder empfangene in einem Kanal gespeIcherte Signalzug mit jeder ausgesandten Signalfunktion korreliert. The signal trains broadcast simultaneously from the various broadcast locations become more or less strong on the layers of the earth as they run through the earth reflected and from one or more receivers arranged on the earth's surface registered together. Usually the signals of 24 are arranged in one row Recipients or recipient groups added, with one recipient or One receiver group is a channel of a multi-channel analog or digital recorder assigned. Subsequently, each received signal train is stored in a channel correlated with each transmitted signal function.
Werden, wie in Fig. 1 dargestellt, beispielsweise drei Signalfunktionen ausgesendet, so müssen die Empfangsergebnisse drei mal korreliert werden. Jedes dieser so erhaltenen Korrelogramme entspricht einem normalen Seismogramm, z. B. der Sprengssismik, aber jedes Korrelogramm läßt nur für elnen bestimmten Tl3fenberelch die besten Reflexlonen erkennen. Da Jedem Tiefenbereich ein Laufzeitbereich entspricht, wird erfindungsgemäß durch Zusammensetzen von Teilstücken der Einzelkorrelogramme ein Gesamtkorrelogramm erzeugt, das eine optimale Darstellung der Unten grundverhäitnisse in allen Tiefenbereichen ergibt. Bei der Korreiogrammsynthese ist darauf zu achten, daß identische :1a blerungspunkte des Abstandes Sende-Empfängerort jeweils übereinanderl legen.As shown in FIG. 1, for example three signal functions sent out, the reception results must be correlated three times. Each these correlograms obtained in this way correspond to a normal seismogram, e.g. B. explosives, but each correlogram can only be used for a specific area recognize the best reflex ions. Since each depth range corresponds to a transit time range, is according to the invention by assembling parts of the individual correlograms an overall correlogram is generated that provides an optimal representation of the basic ratios below results in all depth ranges. When synthesizing the correiogram, it is important to that identical: 1a clearing points of the distance between the sender and the receiver are one on top of the other place.
In welterer Ausgestaltung der Erfindung können die empfangenen Signalzug mit Signalfunktionen korrellert werden, die den ausgesendeten bezüglich des Frequenzinhaltes entsprechen, jedoch zusätzlich in der Amplitude moduliert sind. Vorteilhaft kann eine Signalfunktion zur Korrelation verwendet werden, deren Amplitude kontinuierlich von einem geeigneten Zeltpunkt an abnimmt. Eine solche Funktlon Ist In Fig. 6 dargestellt, Einen Grund für diese Verfahrensweise ergibt die Uberlegung, daß die Kreuzkorrelation von zwei Signal funktionen, deren Frequenzbereiche sich nicht Überschneiden, die beispIelsweise 7 Sekunden ausgesendet werden und gleiche Amplitude besitzen, ein Ergebnis liefert, das ampiltudenbezogen um mehr als 46 dB kleiner Ist als das Ergebnis der Autokorrelation Jeder ausgesendeten Signal funktion. Vorausgesetzt ist dabei, daß die höchste Frequenz der tieffrequenzen Signal funktion um mindestens 5 Hz kleiner ist als die tiefste Frequenz der hochfrequenten Signal funktion und die Amplitude der Endfrequenzen der zur Korrelation verwendeten Signal funktion um mindestens 80 X reduziert wird Das Laufzeitmeßverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf geophysikalische Untersuchungen auf dem Lande beschränkt. Bei Einsatz entsprechend konstruierter steuerbarer Sender ist beispielsweIse auch die Anwendung des Verfahrens bei seeseisinischen Messungen von Vorteil. In a further embodiment of the invention, the received signal train can be correlated with signal functions that reflect the transmitted frequency content but are also modulated in amplitude. Can be beneficial a signal function can be used for correlation, the amplitude of which is continuous decreases from a suitable tent point. Such a function is shown in Fig. 6, One reason for this procedure is the consideration that the cross-correlation of two signal functions, their frequency ranges do not overlap, which are transmitted, for example, for 7 seconds and have the same amplitude, delivers a result that is more than 46 dB smaller than that in terms of ampiltude Result of the autocorrelation of each transmitted signal function. Provided is that the highest frequency of the low frequency signal function by at least 5 Hz is less than the lowest frequency of the high-frequency signal function and the amplitude of the end frequencies of the signal function used for correlation is reduced by at least 80 X. The transit time measurement method according to the present Invention is not limited to geophysical surveys in the countryside. When using appropriately designed controllable transmitters, for example the use of the method for sea ice measurements is an advantage.
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1969
- 1969-03-19 DE DE19691913875 patent/DE1913875A1/en active Pending
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