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Einrichtung zur Kompensation von Verzerrungen in einem zu korrelierenden, insbesondere seismischen Signal
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Verzerrungen, die in einem gesende- ten, auf einem Übertragungsweg übertragenen und nach Empfang magnetisch aufgezeichneten, zu kor- relierenden, mehrere Frequenzen enthaltenden, insbesondere seismischen Signal durch frequenzabhän- gige Dämpfung im Übertragungsweg entstanden sind, mit einem langgestreckten magnetischen Wieder- gabe- und Korrelationskopf, dessen Leiter die Form einer den zeitlichen Verlauf der Amplitude des gesendeten Signals darstellenden Kurve hat und in mehrere, getrennt anschliessbare Abschnitte unterteilt ist.
Bei einer Einrichtung der oben erwähnten Art, die aus der franz. Patentschrift Nr. 1, 341, 496 bekannt ist, haben die getrennt anschliessbaren Abschnitte des langgestreckten magnetischen Wiedergabe- und
Korrelationskopfes den Zweck, wahlweise einen von mehreren Bereiches des verhältnismässig regellosen Signals auswählen zu können. Die Kompensation der Verzerrungen soll bei dieser bekannten Einrichtung durch Änderung der Kopplung zwischen dem Wiedergabe- und Korrelationskopf und dem durch diesen abgetasteten Magnetband erfolgen, u. zw. wird die Kopplung zwischen Kopf und Band in gewissen Bereichen des Kopfes durch Abstandshalter oder magnetische Abschirmungen verändert. Die Filterwirkung kann auch durch eine spezielle Konstruktion und Formgebung des Wiedergabe- und Korrelationskopfes erreicht werden.
Nachteilig an der bekannten Einrichtung ist ihre geringe Anpassungsfähigkeit. Die Filterwirkung lässt sich nämlich nur schwierig und unvollkommen den mit dem Gelände wechselnden Anforderungen angleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Einrichtung anzugeben, die schnell und in weiten Grenzen an die jeweiligen Dämpfungsverhältnisse im Übertragungsweg angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Abschnitte des Leiters Teilen der Kurve entsprechen, die verschiedene Frequenzen des gesendeten Signals enthalten, dass die einzelnen Abschnitte mit Schaltungen, deren Verstärkungsfaktor getrennt einstellbar ist, verbunden sind, und dass die Ausgänge dieser Schaltungen mit einer Summierschaltung verbunden sind, an deren Ausgang das gewünschte entzerrte Signal zur Verfügung steht.
Die einzelnen Abschnitte des Leiters wirken also praktisch als frequenzselektive Korrelationsköpfe, die jeweils nur auf einen bestimmten Frequenzbereich des auszuwertenden Signals ansprechen. An den verschiedenen Abschnitten des erfindungsgemässen Kopfes stehen also für die verschiedenen Frequenzbereiche getrennte Ausgangssignale zur Verfügung, die dann entsprechend der Dämpfung, die die betreffenden Frequenzen im Übertragungsweg erlitten haben, getrennt verstärkt bzw. abgeschwächt werden können. Die so verarbeiteten Teilsignale werden dann summiert und ergeben das gewünschte entzerrte Signal.
Der Leiter kann die Form einer Sinusschwingung haben, deren Frequenz sich als Funktion der Zeit monoton ändert. Die einzelnen Abschnitte entsprechen dann jeweils einem gewissen Frequenzbereich.
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Der Wiedergabe-und Korrelationskopf kann noch einen zweiten Leiter aufweisen, der ebenfalls die Form einer den zeitlichen Verlauf der Amplitude des gesendeten Signals darstellenden Kurve hat. Dieser zweite Leiter dient zur Festlegung des Zeitnullpunktes.
Bei geophysikalischen Untersuchungen ist es bekannt, ein seismisches Signal an der Erdoberfläche oder in deren Nähe zu erzeugen, wobei sich eine seismische Störung oder Wellenfront von dem Ort der Erzeugung aus in allen Richtungen ausbreitet. Ein Teil der Schwingungsenergie breitet sich in erster Linie in den Oberflächenschichten der Erde aus und erreicht in relativ kurzer Zeit Geophone, die an verschiedenen entfernten Punkten mit der Erdoberfläche gekoppelt sind. Ausserdem breitet sich die Schwingungsenergie nach unten aus, wobei sie teilweise an den verschiedenen Unstetigkeiten oder Schichten im Erdinneren zur Erdoberfläche reflektiert wird und zu einem späteren Zeitpunkt bei den Geophonen ankommt.
Die Laufzeit der Schwingungen nach unten und wieder zurück zur Erdoberfläche hängt selbstverständlich von der Länge des durchlaufenen Weges ab und ermöglicht, wertvolle Informationen über die Tiefe und Lage der Grenzen der Sedimentschichten der Erde zu gewinnen.
Früherwurde das Schwingungssignal in erster Linie durch Sprengungen erzeugt, mit denen sichzwar momentan beträchtliche Spitzenenergien erreichen lassen ; die jedoch ausserdem sehr starke statistische
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(vgl. z. B."Erdöl und- gelagert sind.
Auf der Welle --20-- ist eine. erste zylindrische Trommel --24-- befestigt, an der ein blattförmiger magnetischer Aufzeichnungsträger --25-- angebracht werden kann, auf dem eine Vielzahl seismischer Signale magnetisch registriert wird, wie noch genauer beschrieben werden wird. Die Welle --20-trägt ausserdem eine zweite zylindrische Trommel --26--, auf deren zylindrischer Oberfläche mindestens zwei Signale magnetisch aufgezeichnet werden können. Ferner ist auf der Welle --20-- noch eine dritte Trommel--28-- befestigt, auf deren Oberfläche eine Anzahl von Signalen magnetisch aufgezeichnet werden kann, wie ebenfalls noch näher beschrieben wird.
Die Oberflächen der Trommeln --26, 28--werden zweckmässigerweise durch übliche blattförmige magnetische Aufzeichnungsträger - 27 bzw. 29-- gebildet.
Die Einrichtung enthält ausserdem eine als ganzes mit --30-- bezeichnete erste elektrische Anordnung mit 40 Wiedergabeköpfen --32--, die von 1 bis 40 durchnumeriert sind. Die 40 Wiedergabeköpfe - sind nebeneinander bei der Oberfläche des auf der Trommel --24-- angeordneten blattförmigen Aufzeichnungsträgers --25-- angeordnet, die sie abtasten.
Die einzelnen Wiedergabeköpfe sind jeweils so breit, dass sie gleichzeitig 10 getrennte magnetische Aufzeichnungsspuren abzutasten vermögen, wie
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--1Nr. 11 bis 20 einzeln über zehn Kontaktsätze eines zweiten Zehnfachschalters-G -mit den zehn festen Kontaktstücken Nr. l bis 10 des Wählschalters --36-- verbunden. Dasselbe gilt für die beiden verbleibenden Gruppen von je zehn Wiedergabeköpfen Nr. 21 bis 30 bzw. 31 bis 40, die über getrennte Kontaktsätze eines dritten bzw. vierten Zehnfachschalters-G bzw. G-mit den entsprechenden festen Kontaktstücken Nr. l bis 10 des Wählschalters --36-- verbunden sind.
Das bewegliche Kontakt- stück --38-- des Zehnfach-Wählschalters --36-- ist über eine Leitung --40-- mit einem Verstärker - und schliesslich über einen Hauptschalter --44-- mit einem Aufzeichnungskopf --46-- verbunden, der bei der Oberfläche --27-- der zweiten Aufzeichnungstrommel --26-- angeordnet ist.
Die oben beschriebene Anordnung ermöglicht, jeden beliebigen der 40 Wiedergabeköpfe --32-- einzeln mit dem Aufzeichnungskopf --46-- dadurch zu verbinden, dass der entsprechende Gruppen-
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den entsprechenden der festen Kontaktstücke bis bis 10-- eingestellt werden.
Wenn man alle vier Gruppenschalter --G1 bis G4-- schliesst, ermöglicht der Wahlschalter --36-- entsprechende Köpfe aller vier Gruppen gleichzeitig mit dem Verstärker --42-- zu koppeln; wenn der Schaltarm --38-- des Wählschalters beispielsweise auf dem festen Kontakt --1-- steht, werden die Wiedergabeköpfe Nr. l, 11,21 und 31 mit dem Aufzeichnungskopf gekoppelt oder wenn der Schaltarm beispielsweise auf dem festen Kontakt Nr. 2 oder 5 steht, werden die Wiedergabeköpfe --2, 12,22 und 32 bzw. 5,15, 25 und 35-- gleichzeitig mit dem Verstärker --42-- verbunden. Der Zweck dieser verschiedenen Schaltungen wird bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung beschrieben werden.
Bei der Oberfläche der zweiten Trommel --26-- ist ein im ganzen mit --50-- bezeichneter Signalanalysierungs-oder Korrelationskopf angeordnet, der mit dieser Oberfläche zusammenwirkt. Der Korrelationskopf --50-- ist in Fig. l zweimal dargestellt, nämlich in schematischer Form bei der Trom- mel-26-und im unteren Teil der Fig. l im Zusammenhang mit der zugehörigen elektrischen Schaltungsanordnung. Fig. 2 zeigt genauer, wie der Korrelationskopf --50-- beim Analysieren von Signalen montiert ist, worauf noch näher eingegangen wird. Zuerst soll jedoch der bei der vorliegenden Einrichtung zur Verarbeitung seismischer Signale verwendete spezielle Signalanalysierungs- oder Korrelationskopf --50-- im einzelnen beschrieben werden.
Der Korrelationskopf --50-- besteht aus einer langgestreckten, biegsamen Leiterplatte --52--, wie sie für gedruckte Schaltungen verwendet wird. Ein Teil dieser Leiterplatte ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Auf der einen Seite der Leiterplatte --52-- ist ein erster länglicher Leiter --54-- gebildet, dessen Form weitestgehend dem zeitlichen Verlauf des für die Steuerung der seismischen Schwingungserzeuger verwendeten Bezug-Sweep-Signals angenähert ist. Der Leiter --54-- entspricht also bezüglich der Kurvenform und des Frequenzinhaltes dem seismischen Sweep-Schwingungs-Signal, das ursprünglich in der Erde induziert wird, um die zu verarbeitenden seismischen Signale, die aus den verschiedenen Spuren aufgezeichnet werden, zu erzeugen.
Der Leiter --54-- ist mit Abgriffen --56. 58,60, 62,64, 66,68, 70, 72-- (vgl. auch Fig. l) versehen, die in gleichen Abständen voneinander längs des Leiters - angeordnet sind und diesen in acht Abschnitte-S bis S-zwischen jeweils zwei benachbar-
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ten Abgriffen unterteilen. Auf der gleichen Seite der Leiterplatte --52-- befindet sich noch ein zweiter Leiter --74--, dessen Verlauf im wesentlichen dem des Leiters --54-- entspricht und damit auch dem in der Erde induzierten seismischen Schwingungssignal. Der Leiter --74-- ist jedoch nur an seinen Enden elektrisch angeschlossen und über eine Leitung --76-- (vgl. auch Fig. 4 und 5) sowie eine Leitung --77-- mit einer noch näher zu beschreibenden Schaltungsanordnung verbunden.
Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Ende der Korrelationskopfanordnung --50-- an einer Halterung --78-- befestigt, die ihrerseits an einer Verlängerung --79-- der Lagerstütze --18-- angebracht sein kann. Das andere Ende der biegsamen Leiterplatte --52-- ist zwischen dem Umfang der Trommel --26-- und einem Stift --80-- durchgeführt, der an der Lagerstütze --18-- befestigt sein kann, und dann mit einer Spannvorrichtung --81-- verbunden, die eine federbelastete Schraube od. dgl. enthalten kann und den auf die Leiterplatte --52-- ausgeübten Zug einzustellen gestattet.
Zwischen den Leitern-54, 74-und der Aufzeichnungsfläche --27-- ist eine dünne Kunststoff-Folie-86- (Fig. 5) vorgesehen, die verhindert, dass die Aufzeichnungsfläche --27-- durch die metallischen Leiter-54, 74-abgerieben wird.
Die Kunststoff-Folie --86-- gewährleistet ausserdem einen gleichförmigen und gleichzeitig sehr kleinen Abstand zwischen den Leitern --54, 74-- und den magnetischen Aufzeichnungsspuren auf der Fläche --27--, so dass ein einwandfreies Arbeiten der magnetischen Aufnahmeeinrichtung gewährleistet ist.
Die verschiedenen Leiter zum Anschluss der Abschnitte des Korrelationskopfleiters --74-- verlaufen zweckmässigerweise auf der Rückseite der Leiterplatte --52-- zu einem Anschlusssockel --82-- (Fig. 2),
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Eine als ganzes mit --83-- bezeichnete zweite Schaltungsanordnung (Fig. l) dient zur Einstellung der Amplituden der in den einzelnen Leiterabschnitten --S1 bis S8-- erzeugten Signale und zur Mischung dieser Signale. Die Schaltungsanordnung --83-- enthält acht Transformatoren --Tl bis T-, deren Primärwicklungen an entsprechende Leiterse gmente --S1 bis S8-- angeschlossen sind, wie Fig. 1 zeigt. Die Sekundärwicklungen dieser Trenntransformatoren --Tl bis T-sind mit entsprechenden
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Verstärkern --A 1 bis A s-- gekoppelt,geführt werden.
Die Schleifkontakte der Widerstände --Vl bis Vs -- sind ausserdem über entsprechende Leitungen--C 1 bis C 8--an acht Kanäle eines Mehrspuroszillographen --174-- angeschlossen, so dass die einzelnen Korrelationssignalkomponenten begrenzter Bandbreite von den acht Abschnitten --S1 bis
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nen festen Kontakte des zweiten Wählschalters --152-- sind einzeln mit entsprechenden Aufzeichnungsköpfen Nr. 1 bis 10 verbunden, die als ganzes mit --154-- bezeichnet sind. Das Korrelationssignal vom Verstärker --148-- kann also wahlweise einem der Aufzeichnungsköpfe --154-- zugeführt werden, indem der Schaltarm --156-- des zweiten Wählschalters --152-- auf den entsprechenden festen Kontakt eingestellt wird.
Eine als ganzes mit --176-- bezeichnete dritte Schaltungsanordnung enthält einen Wiedergabekopf --178--, der den auf die Trommel --24-- aufgespannten Aufzeichnungsträger --25-- abtastet, einen Verstärker --180--, einen Steuerschalter --182-- und einen Aufzeichnungskopf-184--, der an der Oberfläche --27-- der zweiten Trommel --26-- angeordnet ist. Der Aufzeichnungskopf --184-- ist so angeordnet, dass er auf der Oberfläche --27-- eine Magnetspur erzeugt, die unter dem zweiten Leiter --74-- des Korrelationskopfes --50-- verläuft und in diesem Leiter ein elektrisches Signal erzeugt.
Das Signal vom Leiter-74-, der in der Praxis einen zweiten Korrelationskopf darstellt, liefert ein der Zeit Null entsprechendes Signal und ist über die Leitungen --76, 77-- mit einem Verstärker --186-- ver- bunden. Der Ausgang des Verstärkers --186-- ist über eine Leitung --188-- mit einem Aufzeichnungs-
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--190-- gekoppelt,stärker --186-- und der Aufzeichnungskopf --190-- können zusammen als vierte Schaltungsanordnung angesehen werden.
Die Einrichtung enthält ausserdem eine fünfte Schaltungsanordnung --192--, die einen Wiedergabe- kopf --194-- umfasst, der bei dem blattförmigen Aufzeichnungsträger --25-- der Trommel --24-- an- geordnet ist. Der Wiedergabekopf --194-- ist mit einem Verstärker --196-- verbunden, dessen Ausgang
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über einen Steuerschalter --198-- mit einem Aufzeichnungskopf --200-- verbunden ist, der an der Oberfläche der Trommel --28-- angeordnet ist. Wenn also die beiden Trommeln umlaufen, wird eine auf dem Aufzeichnungsträger --25-- aufgezeichnete und unter dem Wiedergabekopf --194-- durchlaufende Spur von diesem Kopf abgetastet und das entstehende Signal wird auf der Oberfläche der Trom- mel-28-aufgezeichnet.
Wenn auch die Aufzeichnungsköpfe --46 und 184-- normalerweise beim Aufzeichnen neuer Signale auf der Trommel --26-- früher aufgezeichnete Signale löschen, kann gegebenenfalls ein Löschkopf - vorgesehen werden, der über einen Schalter --206-- mit einer Löschsignalquelle --204-- ver- bunden ist. Der Löschkopf --202-- ist so angeordnet, dass er alle etwa auf der Oberfläche --27-- der Trommel --26-- aufgezeichneten Signale löscht, bevor diese Oberfläche unter den Aufzeichnungs- köpfen-46, 184-durchläuft.
Die Anwendungsmöglichkeiten und die Arbeitsweise der Einrichtung --10-- sollen am Beispiel eines erfindungsgemässen Verfahrens zum Sammeln und Verarbeiten von seismischen Daten in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben. werden. Auf der Trommel--24-- wird zuerst der blattförmige Aufzeich- nungsträger --25-- befestigt, dessen Abmessungen dem Durchmesser und der Länge der Trommel --24-entsprechen. Auf einer unter dem Wiedergabekopf-194-- durchlaufenden Zeitspur-210-- am rechten Rand des Aufzeichnungsträgers --25-- wird ein beispielsweise mittels eines Stimmgabelgenerators erzeugtes Zeitsignal konstanter Frequenz, die gewöhnlich 100 Hz beträgt, aufgezeichnet.
Gleichzeitig wird das zur Steuerung der seismischen Schwingungserzeuger bestimmte Bezug-Sweep-Signal auf einer Spur --212-- aufgezeichnet, die sich am linken Rand des Aufzeichnungsträgers --25-- befindet und
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durchläuft.Null- oder Startzeit, da der Steuerimpuls zum Auslösen und Steuern eines Arbeitszyklus des Schwin- gungserzeugers von dieser Spur abgespielt wird und das frequenzkonstante Signal beim anschliessenden Aufzeichnen der seismographischen Signale auf den Aufzeichnungsträgern oder beim Abspielen der seismographischen Signale für die anschliessende Verarbeitung ein Mass für die verstrichene Zeit liefert, das unabhängig von etwaigen späteren Schwankungen der Drehzahl der Registriertrommel ist.
Zur Durchführung eines Arbeitszyklus ("Schuss") lässt man die Trommel umlaufen, wobei das Bezugsignal von der Spur --212-- abgespielt und über Funk zu den Schwingungserzeugern übertragen wird, die hiedurch ausgelöst und synchron mit dem Bezug-Sweep-Signal in Betrieb gesetzt werden. Im Verlaufe der weiteren Drehung der den blattförmigen Aufzeichnungsträger --25-- tragenden Trommel werden die reflektierten seismographischen Signale dann durch die zehn Geophonnester empfangen und auf zehn getrennten Spuren auf dem Aufzeichnungsträger --25-- aufgezeichnet.
Im Feld wird vorzugsweise ein Registriergerät verwendet, das einen Schlitten enthält, an dem zehn im Abstand voneinander angeordnete Aufzeichnungsköpfe befestigt sind, so dass gleichzeitig zehn getrennte seismische Signale aufgezeichnet werden können. Den einzelnen Aufzeichnungsköpfen wird jeweils das von einem bestimmten Geophonnest empfangene seismische Signal zugeführt, die Geophonnester sind dabei, wie erwähnt, normalerweise im Abstand voneinander auf einer geraden Linie angeordnet. Die zehn Aufzeichnungsköpfe sind genügend weit beabstandet, um den Schlitten zehnmal verschieben zu können, so dass jeder einzelne Aufzeichnungskopf zehn nebeneinander liegende Spuren schreiben kann, ohne dabei die erste Spur des nächsten Aufzeichnungskopfes zu überlappen.
Diese Verhältnisse lassen sich am besten aus Fig. 6 erkennen, in der die zehn Spuren umfassende Gruppe-214- zehn aufeinanderfolgenden seismischen Signalen entspricht, die durch ein erstes Geophonnest empfangen und durch ein und denselben Aufzeichnungskopf aufgezeichnet wurden, der zehnmal, beispielsweise von links nach rechts, schrittweise verschoben wurde. Die zehn Spuren umfassende benachbarte Gruppe - entspricht dann zehn aufeinanderfolgenden seismischen Signalen, die von einem zweiten Geophonnest empfangen und durch den zweiten Aufzeichnungskopf aufgezeichnet wurden, der dabei durch den Schlitten zehnmal weitergeschaltet wurde.
In entsprechender Weise entspricht die aus zehn Spuren bestehende nächste Gruppe --218--, die durch den dritten Aufzeichnungskopf aufgezeichnet wurde, zehn aufeinanderfolgenden seismischen Signalen, die von einem dritten Geophonnest empfangen wurde. Nachdem der Schlitten zehnmal weitergeschaltet worden ist, wird er in Vorbereitung des Aufzeichnens von zehn weiteren Spurensätzen um eine Länge nach rechts verschoben.
Die Verhältnisse sind dabei so gewählt, dass die ersten aus jeweils zehn Spuren bestehenden Gruppen --214, 216,218 usw. -- unter die Wiedergabeköpfe Nr. 1, 2 bzw. 3 usw. bis Nr. 10 der Kopfanordnung --32-- zu liegen kommen. Wenn der Aufzeichnungskopfschlitten um seine volle Länge nach rechts verschoben worden ist, nimmt er eine Stellung ein, in der die nun auf dem blattförmigen Auf-
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zeichnungsträger --25-- aufgezeichneten zehn Spurensätze aus jeweils zehn Spuren unter die Wiedergabeköpfe Nr. ll bis 20 zu liegen kommen.
Nach zehnmaligem Weiterschalten des Aufzeichnungskopfschlittens im Verlaufe der Aufzeichnung der zehn Spurensätze wird der Schlitten dann wieder um eine volle Länge nach rechts verschoben, so dass zehn weitere Spurensätze aufgezeichnet werden können, die unter die Wiedergabeköpfe Nr. 21 bis 30 zu liegen kommen ; schliesslich wird der Aufzeichnungskopfschlitten nochmals um eine volle Länge nach rechts in eine vierte Stellung verschoben, so dass nochmals zehn Spurensätze geschrieben werden können, die unter den zehn Wiedergabeköpfen Nr. 31 bis 40 verlaufen. Auf dem Aufzeichnungsträger --25-- können also für jedes der zehn Geophonnester 40 getrennte seismische Sendungen oder "Schüsse" nacheinander registriert werden.
In den meisten Fällen werden die 40 seismischen Sendungen nacheinander an 40 verschiedenen Punkten durchgeführt, von de- nen sich jeweils 20 auf gegenüberliegenden Seiten der Geophonreihe befindet. Es ist ersichtlich, dass die vom ersten Geophonnest empfangenen seismischen Signale in den Spurensätzen aufgezeichnet sind, die unter den Wiedergabeköpfen Nr. l, 11,21 und 31 verlaufen.
In entsprechender Weise sind die 40 getrennten seismischen Signale vom zweiten Geophonnest in vier getrennten Spurensätzen aufgezeichnet, die unter den Wiedergabeköpfen Nr. 2, 12,22 und 32 verlaufen, die vom dritten Geophonnest gelieferten Signale sind auf Spuren aufgezeichnet, die unter den Wiedergabeköpfen Nr. 3, 13,23, 33 verlaufen usw., so dass der Schaltarm --38-- des ersten Wahlschalters --36-- diejenigen vier Wiedergabe- köpfe --32--, die über den 40 Spuren von ein und demselben Geophonnest liegen, mit dem Verstärker - verbindet, wenn alle vier Gruppenschalter-G bis G-geschlossen sind.
Beim Betrieb der Einrichtung --10-- werden der blattförmige Aufzeichnungsträger --25-- an der Trommel --24-- und der entsprechende Aufzeichnungsträger --29-- an der Trommel --28-- befestigt. Die magnetisierbare Oberfläche --27-- der Trommel --26-- ist am zweckmässigsten permanent auf dem Trommelmantel angebracht. Der Antriebsmotor --22-- wird dann angestellt und dreht die Welle - sowie die auf dieser angebrachten Trommeln --24, 26, 28-- in Richtung der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile. Es sei angenommen, dass die 40 nacheinander aufgezeichneten seismischen Signale, die vom ersten Geophonnest empfangen worden sind, zusammengesetzt, normalisiert und korreliert
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beschrieben wird, und die normalisierten Korrelationssignale aufgezeichnet werden sollen.
Der Korrelationssteuerschalter --44-- soll geschlossen, der Nullzeit-Steuerschalter-182-- und der Löschschalter - sollen geschlossen sein.
Wenn dann die drei Trommeln --24, 26, 28-- synchron umlaufen, tastet der Wiedergabekopf Nr. l alle zehn nacheinander aufgezeichneten Spuren, die unter diesem Kopf durchlaufen, ab, entsprechendes gilt auch für die Köpfe Nr. ll, 21 und 31. Die von den Köpfen Nr. l, 11,21 und 31 erzeugten Signale gelangen über die entsprechenden Kontaktsätze der Gruppenschalter-GbisG-zum festen Kontakt Nr.
1 des Wahlschalters-36-und dann über den Schaltarm --38-- zum Verstärker --42--. Hiedurch werden also die 40 Signale, die durch das erste Geophonnest empfangen und nacheinander auf dem Aufzeichnungsträger --25-- aufgezeichnet worden waren, alle zugleich abgetastet und additiv zu einem einzigen seismischen Signal gemischt oder zusammengesetzt, das dem Verstärker --42-- zuge- führt wird. Durch das Zusammensetzen der 40 einzelnen Signale werden echte Reflexionen im Gegensatz zu statistischen Störungen verstärkt, da sich die ersteren summieren, während sich die letzteren im Mittel aufheben.
Durch diese Zusammensetzung der Signale werden ausserdem Interferenzstörungen, die in Oberflächenschichten der Erde entstehen, beträchtlich verringert, wenn die Sendungen in geeigneten Abständen von den Geophonen durchgeführt werden. Das Zusammensetzen seismographischer Signale ist selbstverständlich an sich bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung. Das zusammengesetzte Signal von den Wiedergabeköpfen Nr. l, 11,21, 31 wird dann durch den Verstärker --42-- verstärkt und mittels des Aufzeichnungskopfes --46-- auf einer Aufzeichnungsspur --230-- (Fig. 6) auf der Oberfläche --27-- der Trommel --26-- aufgezeichnet.
Beim Weiterdrehen der Trommel --26-- wird das auf der Spur --230-- aufgezeichnete zusammengesetzte Signal unter dem durch den Leiter --54-- (Fig. l) gebildeten ersten Korrelationskopf durchgeführt, wobei in den einzelnen Leiterabschnitten-S bis S- Korrelationssignale erzeugt werden, deren Augenblicksamplituden ein Mass für die zeitliche Korrelation
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dem Frequenzband des entsprechenden Leiterabschnittes längs der Zeit-Längen-Konfiguration liegt. Noch wichtiger ist, dass die Amplitude der einzelnen Korrelationssignale der Amplitude desjenigen Teiles des seismischen Signals entspricht, der innerhalb des entsprechenden Frequenzbandes des gesamten Frequenzspektrums liegt.
Die in den Leiterabschnitten --S1 bis S8-- erzeugten Korrelationssignale werden durch die Trenntransformatoren --T1 bis T8-- elektrisch voneinander getrennt, durch die Verstärker --A1 bis A8-- getrennt verstärkt und dann über die einstellbaren Potentiometerwiderstände --V1 bis V8-- und die Lei- tungen-C bis C -den acht Kanälen des Mehrspuroszillographen --174-- zugeführt. Nimmt man zur Vereinfachung der Darstellung an, dass das auf der Spur (Fig. 6) aufgezeichnete zusammengesetzte Signal der in Fig. 7 dargestellten komplexen Schwingung --232-- entspricht, so würden die von den Leiterabschnitten --S1 bis S8-- erzeugten Korrelationssignale in Form der Spuren-CS bis CS - (Fig. 7) auf dem Bildschirm des Oszillographen --174-- erscheinen.
Die Amplituden der Spuren --CS1 bis CS8-- entsprechen dem Energiepegel oder der Amplitude der entsprechenden Frequenzbänder des in der Spur --230-- aufgezeichneten seismischen Signals und damit der von den Geophonen empfangenen Schwingungsenergie. Wenn also beispielsweise bei grösseren Tiefen der obere Teil des Frequenzspektrums stärker gedämpft ist als der untere, so ist zu erwarten,
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förmig sind, wie es bei einer frequenzkonstanten Reflexion des seismischen Sweep-Signals der Fall wäre, da entsprechend dem Abstand und der Dicke der Schichten im Erdinneren statistisch Auslöschungen und Verstärkungen verschiedener Bereiche des Frequenzspektrums auftreten.
Zur Kompensation von Amplitudenverzerrungen des Frequenzspektrums des komplexen Signals - 232--werden daher die verstellbaren Widerstände --V1 bis V- (Fig. l) so eingestellt, dass die Spu- ren-CSbisCS-in den interessierenden Zeitbereichen praktisch gleiche Amplituden haben. Diese Einjustierung kann durchgeführt werden, während sich die drei Trommeln fortlaufend drehen und die 40 seismischen Signale wiederholt zusammengesetzt und auf der Aufzeichnungsspur --230-- aufgezeichnet werden und die Spuren-CS bis CS8-- wiederholt auf dem Oszillographen --174-- geschrieben werden, bis die Einjustierung beendet ist.
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nungsgemässe und systematische Durchführung der Auswertung erleichtert wird.
Wenn der Aufzeichnungsoder Steuerschalter --150-- geschlossen wird, gelangen die einjustierten Korrelationssignale von den
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gang des Verstärkers --148-- zugeführt sind, zum Aufzeichnungskopf Nr. l der Kopfanordnung --154-und werden durch diesen Kopf auf dem blattförmigen Aufzeichnungsträger --29-- auf der Trommel - aufgezeichnet.
Es ist also ersichtlich, dass die 40 nacheinander erzeugten Schwingungssignale, die vom ersten Geophonnest empfangen und nacheinander auf dem Aufzeichnungsträger --25-- aufge- zeichnet worden waren, gleichzeitig durch die Wiedergabeköpfe Nr. l, 11,21, 31 der Kopfanordnung - abgetastet und zur Verbesserung des Störabstandes zusammengesetzt, durch Wiederherstellung der theoretisch idealen Amplitudenverhältnisse der einzelnen Teile des Frequenzspektrums des verzerrten Signals normalisiert und als Korrelationssignal unter dem Aufzeichnungskopf Nr. 1 der Kopfanordnung --154-- auf den Aufzeichnungsträger --29-- aufgezeichnet werden. Die zusammengesetzten, normalisierten und korrelierten Schwingungssignale können beispielsweise ein Korrelationssignal ergeben, dessen Verlauf der Spur --234-- in Fig. 7 entspricht.
Der Fachmann kann in der Spur --234-- deutlich seismische Ereignisse an den Punkten --236, 238,240, 242-erkennen. Man sieht ausserdem, dass die Spur
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Spur --244-- der Fig. 7 dargestellt ist.
Während die Trommeln --24, 26, 28-- durch die Antriebsanordnung --22-- gedreht werden, wird
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Trommeln läuft die Spur --220-- unter dem Leiter --74-- (Fig. l) durch, der in der Praxis einen zweiten Korrelationskopf bildet, wobei im Leiter --74-- ein Autokorrelationssignal entsteht, wenn das in der Spur --220-- aufgezeichnete Bezug-Sweep-Signal und der Verlauf des Leiters --74-- genau übereinstimmen. Das Autokorrelationssignal wird durch den Verstärker --186-- verstärkt und mittels des
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Aufzeichnungskopfes --190-- in der Spur-222- (Fig. 6) aufgezeichnet.
Der Autokorrelationsimpuls - -224--, der beim genauen Zusammenfallen des Bezugssignals der Spur --220-- mit dem Leiter --74-entsteht, zeigt den zeitlichen Nullpunkt an, in dem die seismische Sendung begonnen hatte, und bildet einen Bezugspunkt, von dem aus die Berechnung der Laufzeiten erfolgen kann. Ausserdem wird das frequenzkonstante Zeitsignal durch die Schaltungsanordnung --192-- (Fig. 1) von der Spur --210-- (Fig. 6) des Aufzeichnungsträgers --25-- abgetastet, wenn der Steuerschalter --198-- geschlossen ist, und das abgespielte Zeitsignal wird auf der Spur --226-- des Aufzeichnungsträgers --29-- aufgezeich- net.
Wie auch Fig. 6 erkennen lässt, werden also sowohl der Zeitnullpunkt als auch die die verflossene Zeit anzeigende Zeitskala zusammen mit dem Korrelationssignal --234-- sehr exakt auf den neuen Aufzeichnungsträger --29-- übertragen (vgl. auch Fig. 7).
Wenn die veränderlichen Widerstände-VbisV-einmal einjustiert worden sind, um ein Korrelationssignal von einem speziellen Aufzeichnungsblatt, das an einem bestimmten Ort aufgezeichnet worden ist, zu normalisieren, ist es gewöhnlich nicht erforderlich, die Einjustierungen zu ändern, bevor nicht ein anderes Aufzeichnungsblatt, das an einem andern Ort aufgezeichnet wurde, auf die Trom- mel-24-gespannt worden ist oder das Korrelationssignal bezüglich eines andern zeitlichen Bereiches normalisiert werden soll. Es ist normalerweise sogar wünschenswert, die Signale von den verschiedenen Geophonnestern in unveränderter Einstellung der Potentiometerwiderstände zu korrelieren, um gleichförmige Ergebnisse zu erhalten.
Im weiteren Verlaufe der Auswertung werden daher normalerweise nur die Schaltarme-38, 156-- der Wählschalter-36 bzw. 152-- auf die Kontakte Nr. 2 weitergeschaltet.
Bei geschlossenen Schaltern --44, 150-- werden dann die nächsten 40 nacheinander aufgezeichneten seismischen Signale, deren Spuren unter den Wiedergabeköpfen Nr. 2, 12,22, 32 der Kopfanordnung - verlaufen, gleichzeitig zusammengesetzt und mittels des Aufzeichnungskopfes --46-- in der Spur --230-- (Fig. 6) auf der Trommel --26-- aufgezeichnet. Das in der Spur --230-- aufgezeichnete zusammengesetzte Signal läuft dann unter dem Leiter-54- (Fig. l) des Korrelationskopfes--50--
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werden. Die Schaltarme --38, 156-- werden dann nacheinander auf die festen Kontakte-3, 4, 5 usw.geschaltet, um die seismischen Signale, die vom dritten, vierten, fünften usw.
Geophonnest stammen, zusammenzusetzen, zu normalisieren und zu korrelieren und dann mittels der Köpfe Nr. 3, 4,5 usw. der Aufzeichnungskopfanordnung --154-- auf dem Aufzeichnungsblatt --29-- aufzuzeichnen, Es ist einleuchtend, dass die zehn Korrelationssignale während zehn aufeinanderfolgender Umdrehungen der drei Trommeln --24, 26, 28-- erzeugt und aufgezeichnet werden können, wenn die Potentiometer- widerstände-VbisV-einmal eingestellt worden sind. Auch sonst besteht keinerlei Gefahr, dass irgendwelche der magnetisch auf dem Blatt --25-- aufgezeichneten Signale oder ein auf dem Aufzeichnungsblatt --29-- aufgezeichnetes Korrelationssignal unbeabsichtigt gelöscht werden, solange die Wählschalter --36, 152-- gleichlaufend betätigt werden.
Nachdem die zehn Korrelationssignale und die Bezug- und Zeitmarkensignale auf dem Aufzeichnungsblatt --29-- registriert worden sind, werden diese zwölf Signale gewöhnlich für eine weitere Auswertung gleichzeitig auf photographischem Wege auf ein langes Blatt oder einen Film aufgezeichnet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Form des Leiters --54-- sind die Abschnitte-S bis S -so ausge- bildet, dass die Wellenlänge der durch diesen Leiter gebildeten Schwingung über dessen ganze Länge fortlaufend kürzer wird. Bezogen auf den Zeitmassstab des auf der Magnettrommel --27-- gespeicherten Signals entspricht dies dann einer gleichförmigen Frequenzänderung von z. B. 20 bis 80 Hz. Die Ab-
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terteilungen nur eine von vielen Möglichkeiten, da das gesamte Frequenzband eine praktisch beliebige Breite aufweisen und durch elektrische Anschlüsse in eine beliebige Anzahl von Abschnitten unterteilt werden kann, die "Bandfilter-Köpfe" gewünschter Bandbreite ergeben. Die Frequenzbänder der verschiedenen Abschnitte brauchen auch nicht notwendigerweise durchgehend zu sein, sondern es kann sich um irgendwelche beliebige Frequenzbänder handeln.
Es ist ferner möglich, dass die Leiterabschnitte jeweils nur einer einzigen Frequenz entsprechen. So könnte z. B. der Leiter --54-- in vier Abschnitte unterteilt sein, die zwei, vier, sechs bzw. acht Perio-
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den einer Sinusschwingung umfassen. Diese Abschnitte könnten dann z. B. den Frequenzen 20,40, 60 und 80 Hz entsprechen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung ist ersichtlich, dass durch die Erfindung eine sehr zweckmässige Einrichtung zum gleichzeitigen Zusammensetzen, Korrelieren und Normalisieren einer Vielzahl von nacheinander erzeugten seismischen Signalen angegeben wird.
Durch die neuartige Anordnung der drei Trommeln --24, 26, 28-- auf einer gemeinsamen Welle wird bei dieser Einrichtung die Gefahr vollständig ausgeschaltet, dass irgendwelche Fehler durch Schwankungen der Drehzahl des Antriebes --22-- und der angetriebenen Welle --20-- entstehen können oder dass irgendwelche Störungen oder Interferenzen durchGleichlaufschwankungen oderSchwin- gungen eingeführt werden können, wie sie bei den für diesen Zweck bisher verwendeten Geräten durch Gleichlaufschwankungen oder Schwingungen in Zahnradgetrieben, die zum synchronen Antrieb der Aufzeichnungsspuren verwendet wurden, entstanden.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung gewährleistet, dass die dem Zeitnullpunkt und der verstrichenen Zeit entsprechenden Signale während der Erzeugung und Aufzeichnung der seismischen Signale durch den Analysierungsvorgang genau erhalten bleiben, bis die verarbeiteten Signale als sichtbare Spuren zur weiteren Auswertung wiedergegeben sind. Es wurde ausserdem eine neue Einrichtung für einen magnetischen Signalanalysierkopf angegeben, bei welcher der Leiter des Magnetbandkopfes mit grosser Genauigkeit in einer bestimmten Lage und einem gleichförmigen Abstand bezüglich einer endlosen Aufzeichnungsspur gehalten wird. Der erfindungsgemässe Signalanalysierkopf kann ausserdem so aufgebaut werden, dass er in der Lage ist, den Energieinhalt einer Vielzahl von Schwingungsformen in praktisch einem beliebigen komplexen Signal zu bestimmen.
Die beschriebene Gerätekombination ermöglicht ausserdem ein neues Verfahren zum Sammeln und Verarbeiten von seismischen Daten, bei dem der Zeitnullpunkt und die verstrichene Zeit genau erhalten bleiben und bei dem die Korrelation und Normalisierung genau gleichzeitig ausgeführt werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Kompensation von Verzerrungen, die in einem gesendeten, auf einem Übertragungsweg übertragenen und nach Empfang magnetisch aufgezeichneten, zu korrelierenden, mehrere Frequenzen enthaltenden, insbesondere seismischen Signal durch frequenzabhängige Dämpfung im Übertragungsweg entstanden sind, mit einem langgestreckten magnetischen Wiedergabe- und Korrelationskopf, dessen Leiter die Form einer den zeitlichen Verlauf der Amplitude des gesendeten Signals darstellenden Kurve hat und in mehrere, getrennt anschliessbare Abschnitte unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (S,S,...) des Leiters (54) Teilen der Kurve entsprechen, die verschiedene Frequenzen des gesendeten Signals enthalten ;
dass die einzelnen Abschnitte mit Schal-
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deren Ausgang das gewünschte entzerrte Signal zur Verfügung steht.