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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für seismische Messungen mit mindestens einem Geophon pro in der Umgebung des Schusspunktes vorgesehener Messstelle, wobei mindestens ein Teil der Geophone über eine, z. B. von einem Multiplexer gebildete, Steuer- bzw. Schalteinrichtung mit einer, z. B. einen Rechner und/oder eine Anzeigevorrichtung und gegebenenfalls einen Verstärker enthaltenden, Mess- bzw.
Auswerteinrichtung verbindbar ist.
Zur Untersuchung des Aufbaues der oberen Schichten der Erdkruste und bei der Suche nach
Bodenschätzen werden ausser elektromagnetischen Messungen und Schwerkraftmessungen vor allem seismische
Messungen vorgenommen. Bei den seismischen Messungen wird von einem Punkt, dem sogenannten Schusspunkt, aus das Erdreich entweder durch Explosion oder mit Hilfe von Schwingungsgebern in elastische Schwingungen versetzt. Mit Explosionen werden rasch abklingende Schwingungen und mit elektrischen oder mechanischen
Schwingungsgebern beliebig lang anhaltende Schwingungen erzeugt, deren Charakteristik auch während des
Messvorganges verändert werden kann. Die kugelförmig ausgestrahlten Wellen werden an Hindernissen, z. B.
Gesteinsschichten, Felsplatten usw. reflektiert, gebrochen und gestreut.
Zur Aufnahme und Registrierung des
Echos der ausgesandten Wellen werden Geophone verwendet.
Ein Geophon besteht normalerweise aus einer Messspule und einem Magneten, die sich in einem Gehäuse relativ zueinander bewegen können, wobei entweder die Spule oder üblicherweise der Magnet fest mit dem
Gehäuse verbunden ist. Das Gehäuse wird auf den Erdboden gelegt und die von den eintreffenden Echowellen hervorgerufenen Erschütterungen bewegen den Magneten relativ zur Spule. Dadurch wird im Spulenstromkreis eine Spannung induziert, die verstärkt und ausgewertet wird.
Die Geophone werden meist entlang gerader Linien von einigen hundert Metern Länge bei einzelnen
Messstellen angeordnet. Die gegenseitige Entfernung der Messstellen beträgt hiebei rund 20 m. Für genauere
Messungen können bei einer Messstelle auch mehrere Geophone an verschiedenen Messpunkten angeordnet sein.
Dabei werden die Geophone entlang sternförmig verlaufender Linien in einem gegenseitigen Abstand von einigen Metern angeordnet.
Die Echo- bzw. Reflexionssignale werden zur Auswertung einem Verstärker zugeführt und nach entsprechender Verstärkung aufgezeichnet. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art werden die an den Messstellen angeordneten Geophone bzw. Geophongruppen in aufeinanderfolgenden Intervallen zyklisch an eine Auswerteinrichtung angeschaltet, wobei der Mess- bzw. Auswerteinrichtung mit dem Reflexionssignal zugleich auch immer eine gewisse Geräusch- bzw. Störspannung (Noise) zugeführt wird. Diese Störspannung stammt von den immer vorhandenen und nicht beseitigbaren Bodenbewegungen (z. B. infolge von Kraftfahrzeugen usw. ). Der Störpegel und das Reflexionssignal sind umso schwieriger zu unterscheiden, je schwächer die das Signal hervorrufenden Echowellen bei den Geophonen ankommen.
Es kann auch der Fall eintreten, dass ein Reflexionssignal, das aus grösseren Tiefen kommt, im Noise untergeht und nicht mehr auffindbar ist.
Zur Erzielung genauer Messungen werden grosse Anstrengungen unternommen, um die Beeinflussung des Reflexionssignals durch den Geräusch- bzw. Störpegel herabzusetzen und das Verhältnis von Signal zum Geräusch- bzw. Noisepegel zu vergrössern. Es sind mehrere Verfahren zur Verbesserung der Messgenauigkeit bekannt. Zum Beispiel ist es bekannt, an einer Messstelle eine Vielzahl von Geophonen an einzelnen Messpunkten anzuordnen, wie dies oben bereits angedeutet wurde. Durch diese Massnahme kann das Verhältnis von Reflexionssignal zum Geräuschpegel im Ausmass der Quadratwurzel der Zahl der ausgelegten Geophone erhöht werden. Auch ist es üblich, einen gewissen Teil des Noisepegels, z. B. in einem Verstärker auszufiltern.
Bei sämtlichen bekannten Verfahren wird jedoch immer noch ein mit einem beträchtlichen Geräusch- bzw.
Störpegelanteil behaftetes Reflexionssignal zur Mess- bzw. Auswerteinrichtung geleitet, so dass die Trennung von Störpegel und Signal nicht leicht durchzuführen und das Verhältnis von Reflexionssignal zum Störpegel zur Erzielung einigermassen tragbarer Messungen oft nicht gross genug ist.
Diese Nachteile werden bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss in erster Linie dadurch vermieden, dass zumindest ein Teil der an die Schalt- bzw. Steuereinrichtung angeschlossenen Geophone mit einer das Ansprechen des Geophons unterdrückenden bzw. verhindernden Dämpfungseinrichtung z. B. in Form eines Kurzschlusskreises für die Messspule des Geophons, versehen ist, welche Dämpfungseinrichtung durch die Schalt- bzw. Steuereinrichtung während eines dem betreffenden Geophon zugeordneten Messintervalls zur Messung des Reflexionssignals abschaltbar ist.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass zumindest eines der Geophone unmittelbar nach eier plötzlichen Abschaltung einer Dämpfungseinrichtung infolge seiner Tätigkeit beim Anschwingvorgang nur oder in erster Linie auf die Reflexionswellen anspricht, die eine andere Charakteristik, z. B. eine wesentlich niedrigere Frequenz, aufweisen als die Störwellen, und dass das Geophon durch eine Steuereinrichtung an die Mess- bzw. Auswerteinrichtung während eines solchen Anschwingvorganges angeschlossen wird, bei welchem ein vom Geräuschpegel nicht oder nur geringfügig beeinflusstes Signal im Geophon erzeugt wird.
Besonders günstig ist es erfindungsgemäss, wenn zumindest eines der während eines Messintervalls zur Messung des Reflexionssignals an die Mess- bzw. Auswerteinrichtung anschaltbaren Geophone während eines weiteren Messintervalls zur Messung des Geräuschpegels durch die Schalt- bzw. Steuereinrichtung unter
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Abschaltung der Dämpfungseinrichtung an die Mess- bzw. Auswerteinrichtung anschaltbar ist. Durch diese Massnahme ist es möglich, ein und dasselbe Geophon sowohl zur Messung eines vom Geräusch (Noise) unbeeinflussten oder nur wenig beeinflussten Reflexionssignals als auch zur Messung des Geräuschpegels zu verwenden.
Hiebei wird zur Messung des Geräuschpegels die Dämpfungseinrichtung für einen längeren Zeitraum als bei alleiniger Messung des Reflexionssignals abgeschaltet, so dass das Geophon auf den Geräuschpegel ansprechen kann. Das Messintervall für den Geräuschpegel wird nun so gelegt, dass es in einen Zeitraum fällt, während dem das Geophon sicher auf den Geräuschpegel anspricht.
Eine besonders hohe Messgenauigkeit kann erfindungsgemäss erreicht werden, wenn an einer Messstelle mindestens zwei durch die Schalt- bzw. Steuereinrichtung gleichzeitig an die Mess bzw. Auswerteinrichtung anschliessbare Geophone angeordnet sind, von denen während des Messintervalls wenigstens eines zur Messung des Reflexionssignals und wenigstens eines zur Messung des Geräuschpegels vorgesehen ist.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen Fig. l schematisch eine Anordnung von Schlusspunkt und Messstellen bei seismischen Messungen, Fig. 2 eine Anordnung von Geophonen an einer Messstelle, und Fig. 3 ein Blockschema einer Schaltungsanordnung für seismische Messungen, bei der die Erfindung anwendbar ist.
Gemäss Fig. l ist auf der mit --4-- bezeichneten Erdoberfläche ein Schusspunkt bzw. Schussloch--l-- angedeutet, von dem aus entweder mit Explosionen oder mit elektrischen oder mechanischen Schwingungsgebern der Erdboden mittels sich kugelförmig ausbreitenden Wellen in elastische Schwingungen versetzt wird. Die vom Schusspunkt ausgesandten Wellen werden im Erdboden z. B. von Gesteinsschichten-3-reflektiert. Die
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sind entlang einer gegebenenfalls durch den Schusspunkt verlaufenden Geraden über eine Strecke von einigen hundert Metern Länge in Abständen von jeweils etwa 20 m verteilt.
Fig. 2 zeigt eine vorzugsweise Anordnung von mehreren Geophonen-G-an einer Messstelle--2--.
Die Geophone sind hiebei entlang sternförmig verlaufenden Linien --5-- einzeln oder paarweise in bestimmten Abständen angebracht. Selbstverständlich kann an einer Messstelle auch nur ein Geophon ausgelegt werden.
Durch eine grössere Anzahl von Geophonen kann jedoch die Messgenauigkeit erhöht werden.
Fig. 3 zeigt ein Blockschema einer Schaltungsanordnung für seismische Messungen, bei der die Erfindung angewendet werden kann. Die im wesentlichen jeweils aus einem Gehäuse-8-, einem am Gehäuse fest angebrachten Magneten --7-- und einer im Gehäuse federnd aufgehängten Messspule --10-- bestehenden Geophone--G--sind über Leitungen--9--an einen als Steuereinrichtung dienenden Multiplexer--M-angeschlossen, der die einzelnen Geophone oder Geophongruppen in aufeinanderfolgenden Intervallen zyklisch an eine aus einem Verstärker--V--, einem Rechner bzw.
Computer--C--und einer Anzeigevorrichtung --A-- bestehenden Auswerteinrichtung-R-anschaltet. Die von den einzelnen Schichten des Erdbodens reflektierten Wellen rufen bei den einzelnen Geophonen eine Relativbewegung zwischen dem mit dem Gehäuse --8-- fest verbundenen Magneten--7--und der im Gehäuse federnd aufgehängten Spule --10-- hervor, wodurch in der Spule eine den aufgefangenen Wellen entsprechende Spannung induziert wird. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art werden jedem Geophon ausser den durch die Schwingungsgeber verursachten
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Störspannung bzw. Geräuschspannung induziert, die mit der Echosignalspannung überlagert wird. Die beiden überlagerten Spannungen werden der Auswerteinrichtung zugeführt, in der die Trennung von Echo- bzw.
Reflexionssignal und Störsignal bzw. Geräuschsignal (Noise) z. B. durch Filter erfolgt. Nachteilig hiebei ist, dass das Verhältnis von Reflexionssignal zu Störsignal oft sehr klein ist, wodurch eine zur Erzielung brauchbarer Messungen notwendige Trennung von Reflexionssignal und Störsignal kaum möglich ist.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Herauslösung des Reflexionssignals aus dem Geräuschpegel bzw. Störsignal zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird durch nicht dargestellte, über den Multiplexer steuerbare Einrichtungen (sogenannte Dämpfungseinrichtungen) eine Relativbewegung zwischen Magnet--7--und Messspule--10--zumindest eines der Geophone über bestimmte Zeiträume ganz oder teilweise verhindert. Die Dämpfungseinrichtungen bestehen im einfachsten Fall aus einem Kurzschlusskreis oder aus einem Gegenstromkreis für die Messspule des Geophons, so dass durch die Induktivität der Messspule die Möglichkeiten einer Relativbewegung zwischen Messspule und Magnet zumindest wesentlich eingeschränkt werden.
Die Dämpfungseinrichtung kann auch von einer auf der Messspule aufgebrachten Gegenwicklung oder von einer elektromechanischen Arretiervorrichtung gebildet sein. Durch plötzliche Abschaltung der Dämpfungseinrichtung wird gemäss der Erfindung in dem betreffenden Geophon durch die Bodenerschütterungen ein Anschwingvorgang ausgelöst, während dem das Geophon infolge seiner Tätigkeit nur oder in erster Linie auf die von den Schwingungsgebern des Schusspunktes verursachten Echowellen anspricht, die eine andere Charakteristik, z. B. eine wesentlich niedrigere Frequenz, aufweisen als die Störwellen. Während eines solchen Anschwingvorganges wird das betreffende Geophon durch eine z.
B. von einem Multiplexer-M-gebildete Steuereinrichtung an die Auswerteinrichtung-R-angeschlossen, so dass der Auswerteinrichtung praktisch
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