CH633372A5 - Seismic measurement method and detector for carrying it out - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein seismisches Messverfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Detektor zur Durchführung dieses sowie von Ausführungsformen dieses Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung seismischer Messungen mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten Detektoren, die für ihre Funktion keine bestimmte Orientierung benötigen und insbesondere geeignet sind zum Schleppen mit einem flexiblen Zugorgan über die Erdoberfläche.

Bei seismischen Reflexions-Untersuchungen werden die reflektierten seismischen Signale mit Hilfe von Detektoren, wie etwa Geophonen oder Hydrophonen, abgetastet. Geophone werden üblicherweise auf dem Land und Hydrophone auf See verwendet. Geophone werden mit der Erde verbunden und sprechen auf deren Bewegungen an. Ein Hydrophon wird unter Wasser eingesetzt und spricht auf Druckänderungen im Wasser aufgrund von Erdbewegungen an. Beide Geräte können in flachen Gewässern verwendet werden und liegen am Boden des Gewässers. Was nachstehend für Geophone im vorliegenden Zusammenhang ausgesagt wird, gilt auch für seismische Geräte (Hydrophone), die auf dem oder im Wasser eingesetzt werden. Die' meisten gegenwärtig in der Praxis verwendeten Detektoren weisen eine elektromagnetische Schaltung auf, die eine Spule und einen Magneten umfasst, die in Bezug aufeinander beweglich sind. Ein herkömmlicher Detektor spricht im wesentlichen nur auf Erdbewegungen mit einer Kraftkomponente in Richtung der Detektorachse an und liefert ein elektrisches Ausgangssignal mit einer Polarität, die von der Richtung dieser Kraft abhängt.

Bei üblichen seismischen Untersuchungen werden Detektoren von Hand aufrecht auf die Erdoberfläche gestellt, wobei ihre Achsen im wesentlichen mit der Vertikalen ausgerichtet sind. Wenn ein Geophon unbeabsichtigt auf der Erdoberfläche eine andere Position einnimmt, bei der seine Achse wesentlich gegenüber der Vertikalen geneigt ist, oder wenn ein Detektor vollständig auf der Seite liegt, wird es in der Praxis funktionsunfähig. Wenn ein Detektor auf dem Kopf steht, erzeugt es ein Signal mit einer Polarität, die der Polarität des in der richtigen Orientierung stehenden Detektors entgegengesetzt ist. In jedem Falle führt das Ausfallen eines elektrischen Signals oder die Erzeugung eines Signals mit entgegengesetzter Polarität zu einer Beeinträchtigung der Aufzeichnungen, die bei der seismischen Untersuchung festgehalten werden.

Zur Überwindung dieses Problems können Detektoren, deren vertikale Aufstellung in der Praxis nicht möglich ist, in einer Halterung aufgehängt werden, die den Detektor ständig in die vertikale Position bringt. Eine derartige Halterung ist beispielsweise eine Kardan-Aufhängung. In letzter Zeit ist versucht worden, Detektoren an einem flachen, flexiblen, förder-

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bandähnlichen Band aufzuhängen, das durch ein Fahrzeug Die Messwandler erzeugen Ausgangssignale, die dem gezogen wird. Das Band trägt dazu bei, die Detektoren im Druck entsprechen, der auf die Messwandler durch Zusammenwesentlichen aufrecht zu halten. Beim Schleppen derartiger wirken der Fluidmasse und der Messwandler aufgrund von Bänder haben sich vielfach die erwarteten Ergebnisse nicht ein- Schwingungen der Erdoberfläche bei der Reflexion seismi-gestellt, so dass die Messmannschaften in der Praxis nach wie 5 scher Signale ausgeübt wird. Insbesondere spricht das Geo-vor die Detektoren von Hand in aufrechter Position verteilen. phon in erster Linie auf Beschleunigungen der Erdoberfläche Dies ist jedoch zeitraubend und sehr kostspielig. an. Der artige Beschleunigungen oder Schwingungen liegen

Da die Suche nach Kohlenwasserstoffen (Erdöl, Erdgas) üblicherweise im Bereich von 10 bis 1000 Hertz und in der ständig auf verhältnismässig schlecht zugängliche Gelände aus- Grössenordnung von weniger als 3% der Erdbeschleunigung, gedehnt wird, stellt die Notwendigkeit, Detektoren aufrecht 10 Diese Schwingungen der Erdoberfläche, auf die das Gerät auf der Erdoberfläche aufzustellen oder in speziellen Halterun- anspricht, haben üblicherweise vertikale und waagrechte Königen aufzuhängen, eine beträchtliche Belastung für die Messar- ponenten. Die Empfindlichkeit eines jeden Geophons in Bezug beiten dar. Mit dieser Belastung befassen sich die Messgeräte- auf vertikale und waagrechte Schwingungskomponenten kann Hersteller seit Jahren, obgleich ständig versucht worden ist, beeinflusst werden durch die Art, in der die Ausgangssignale Detektoren zu schaffen, die geschleppt werden können und 15 der einzelnen Messwandler paarweise einander überlagert keine aufrechte Position auf der Erdoberfläche benötigen. werden.

Im Rahmen umfangreicher Vorarbeiten, die zu der vorlie- Die Geophone können so ausgelegt werden, dass sie vor genden Erfindung geführt haben, ist ein flüssigkeitsgefüllter allem auf vertikale Schwingungskomponenten ansprechen,

Detektor entstanden, der in wirksamer Weise anstelle von her- indem die einzelnen Messwandler-Ausgangssignale addiert kömmlichen Geophonen, insbesondere elektromagnetischen 20 werden. Die Polarität der Summe zeigt sodann die Richtung

Geophonen verwendet werden kann. der vertikalen Komponente unabhängig von der Orientierung

Beschleunigungsmesser, für die Flüssigkeiten verwendet des Geophons in Bezug auf die Vertikale an. Diese positive werden, sind in den US-PS 3 270 565 und 3 555 543 und in der Polarität kann dazu verwendet werden, vertikale Komponen-

sowjetischen Patentschrift (Urheberschein) 171 676 beschrie- ten in Richtung des Erdmittelpunktes anzuzeigen, während ben. Derartige flüssigkeitsgefüllte Geräte erzeugen jedoch ein 25 eine negative Polarität auf vertikale Komponenten hinweist,

Signal derselben Polarität bei allen Schwingungen, unabhängig die vom Erdmittelpunkt abgewandt sind. Wenn die Abmessun-

von der Schwingungsrichtung, oder sie sind nicht geeignet für gen der Kammer und die Proportionen des mit Flüssigkeit die besonderen Anforderungen, die bei seismischen Messungen "gefüllten Bereichs der Kammer sorgfältig ausgewählt werden,

gestellt werden. kann die Amplitude der Summe bei einer gegebenen senkrech-

Die Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil 30 ten Komponente konstant sein, und zwar unabhängig von der des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 6. Orientierung des Gehäuses. Die Komponenten des Ausgangs-

Der erfindungsgemässe Detektor ist verhältnismässig signais der einzelnen Messwandler, die durch waagrechte leicht, billig herzustellen und verschleissfest und benötigt insbe- Schwingungen erzeugt werden, weisen einander entgegenge-

sondere keine Aufstellung in einer bestimmten Orientierung setzte Polaritäten und gleiche Beträge auf. Sie heben sich daher auf der Erdoberfläche. Der erfindungsgemässe Detektor erfor- 35 gegenseitig auf, wenn sie addiert werden.

dert deshalb auch keine Halterung oder Aufhängung zur Auf der anderen Seite können die Ausgangssignale der

Selbstausrichtung. Derartige Halterungen sind teuer und den Messwandler auch durch Subtraktion überlagert werden.

harten Einsatzbedingungen u.U. nicht immer gewachsen. Die Wenn die Geophone im wesentlichen auf der Seite liegen, so ist

Polarität des erzeugten Ausgangssignals kann unabhängig von das durch Subtraktion gebildete Signal proportional zu den der Neigung der Achse des Detektors in Bezug auf die Verti- 40 waagrechten Schwingungskomponenten. Alle Signale, die ver-

kale sein. Bei aufwärts und abwärts gerichteten Bewegungen tikale Bewegungen wiedergeben, werden durch Subtraktion der Erde kann dieser Detektor elektrische Signale mit entge- aufgehoben, da in dieser Lage die Ausgangssignale der Mess-

gengesetzter Polarität erzeugen, wie es bei seismischen wandler, die aufgrund vertikaler Schwingungskomponenten

Untersuchungen notwendig ist. erzeugt werden, im Betrag gleich sind und gleiche Polarität

Bei einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung . 45 haben.

umfasst der Detektor, nachstehend Geophon genannt, ein höh- Es ist daher insbesondere zweckmässig, Detektoren, z.B.

les, zylindrisches Gehäuse, das im Inneren eine Kammer bildet. Geophone, im wesentlichen auf die Seite zu legen und die Aus-

Eine geeignete Flüssigkeit, vorzugsweise eine Flüssigkeit mit gangssignale aller Messwandler paarweise getrennt aufzu-

hoher Dichte, füllt die Kammer im wesentlichen aus. Die Kam- zeichnen. Die Signale können anschliessend durch Addition mer weist eine flexible Bodenplatte auf, die einen Kraft- oder 50 oder Subtraktion überlagert werden, so dass sie sowohl waag-

Druck-Messwandler bildet. Der Messwandler erzeugt ein elek- rechte als auch vertikale Schwingungskomponenten wiederge-

trisches Signal mit einer Amplitude und Polarität, die der ben, ohne dass die Geophone in eine andere Orientierung

Grösse und Richtung seiner Verbiegung entsprechen. Bei einer gebracht werden müssen.

bevorzugten Ausführungsform des Geophons weist die Kam- Weitere Paare gegenüberliegend angeordneter flexibler mer zusätzlich zu der flexiblen Bodenplatte einen flexiblen obe- 55 Messwandler können zur Vergrösserung der Genauigkeit und ren Messwandler auf. Wenn die Achse des Geophons im der Amplitude der Ausgangssignale verwendet werden,

wesentlichen senkrecht verläuft und dieses aufrecht steht, Die Ausgangssignale der Messwandler jedes Messwandler-

berührt die Flüssigkeit nur den unteren Messwandler, während Paares können durch Addition und/oder Subtraktion parallel bei den meisten geneigten Stellungen des Geophons die Flüs- oder in Reihe überlagert werden, und die Signale anderer Mess-

sigkeit beide Messwandler berührt. Wenn das Geophon auf 60 wandler können getrennt je nach Bedarf übertragen werden,

dem Kopf steht, berührt die Flüssigkeit nur den oberen Mess- im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der wandler. Das Geophon liefert an seinen Ausgangsklemmen Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert,

elektrische Signale, die den Ausgangssignalen der beiden Mess- Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform eines wandler entsprechen. Geophons;

In jedem Falle ist es vorzuziehen, dass die grösste Empfind- 65 Fig. 2 veranschaulicht die Arbeitsweise des Geophons bei lichkeit in Richtung einer Verbindungslinie der beiden Mess- verschiedenen Neigungen zwischen der aufrechten und der wandler auftritt. Weisen die Wandler parallele Flächen auf, so umgekehrten Position bei aufwärtsgerichteten Erdbewegun-

ist die grösste Empfindlichkeit senkrecht zu diesen Flächen. gen ;

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Fig. 3 entspricht Fig. 2, bezieht sich jedoch auf abwärts gerichtete Erdbewegungen;

Fig. 4 veranschaulicht die Anordnung der Geophone an einem gezogenen seismischen Kabel;

Fig. 5 veranschaulicht das Verfahren zur seismischen Messung;

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses für das Geophon;

Fig. 7 zeigt die Anbringung des Geophon-Gehäuses der Fig. 6 an einem seismischen Verteilerkabel und die Verwendung des Kabels für Messungen gemäss Fig. 5;

Fig. 8 ist ein Schnitt durch ein Geophon mit rechteckigem Querschnitt;

Fig. 9 ist ein Schnitt durch ein Geophon mit elliptischem Querschnitt.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Flüssigkeits-Geo-phons 10 umfasst ein Gehäuse 12 aus Metall mit kreisförmigem Querschnitt (Fig. 1). Das Gehäuse 12 kann ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt (Fig. 8), einen elliptischen Querschnitt (Fig. 9) oder einen gegenüber diesen Formen abgewandelten Querschnitt aufweisen, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Empfindlichkeit des Ansprechverhaltens.

Gemäss Fig. 1 weist das Gehäuse 12 obere und untere Dek-kel 14 und 16 auf, die einen inneren zylindrischen Hohlraum 18 hermetisch abdichten. Ein geschlitzter Ring 20 liegt auf dem unteren Deckel 14 und bildet eine Abstützung für eine kreisförmige leitende Platte 22, mit deren unterer Oberfläche ein Quarz bzw. Kristall 24 verbunden ist, der eine Silberelektrode 26 aufweist. Entsprechende Teile oben sind jeweils mit gleichen Bezugsziffern unter Hinzufügung eines Striches bezeichnet. Ein geschlitzter Ring 20' liegt auf dem oberen Deckel 16 und bildet eine Abstützung für eine kreisförmige, leitende Platte 22', auf deren oberer Oberfläche ein Quarz oder Kristall 24' mit einer Silberelektrode 26' befestigt ist. Das Gehäuse ist mit einer rohrförmigen Kunststoff-Auskleidung 30 versehen (Fig. 1,8,9), die sich zwischen den Deckeln 14,16 erstreckt. Die Platten 22, 22' liegen gegen O-Ringe 32,32' an, die sich ihrerseits auf Schultern 33,33' der Auskleidung 30 abstützen. Die Platten 22, 22' sind auf den Schultern 33,33' mit Hilfe der Ringe 20,20' festgelegt. Die Platten 22,22' sind flexibel, und ihre Verlegungen werden durch die Kristalle 24,24' abgetastet. Auf diese Weise bietet jede Platte mit dem auf dieser befestigten Kristall einen herkömmlichen Kraft- oder Druck-Messwandler. Die Messwandler sind insgesamt mit 27,27' bezeichnet.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung soll davon ausgegangen werden, dass die Messwandler 27,27' so montiert sind, dass sie Signale derselben Polarität erzeugen, wenn eine Kraft oder ein Druck eine Ausbiegung aus der Richtung der Flüssigkeit 36 hervorruft. Es können zwei zusätzliche, entgegengesetzt montierte, flexible, nicht gezeigte Messwandler vorgesehen sein, die die Genauigkeit und die Amplitude der Ausgangssignale vergrössern.

Das Gehäuse kann auch aus einem anderen Material als Metall bestehen, wie etwa Kunststoff, so dass die Auskleidung 30 entfallen kann. Die Platten 22,22' müssen nicht aus leitendem Material bestehen, ausgenommen in dem Ausmass, dass eine elektrische Verbindung mit den Kristallen 24,24' hergestellt ist.

Die Ausgangssignale des Druck-Messwandlers 27 werden durch zwei Anschlussdrähte 51,52 abgeführt und die Ausgangssignale des Druck-Messwandlers 27' werden durch zwei Anschlussdrähte 51 ', 52' aufgenommen. Die Anschlussdrähte 51,52 gehen durch einen Schlitz 53 in dem Ring 20, eine Längsnut 54 in der Wand der Auskleidung 30 und einen Schlitz 53' in dem Ring 20' hindurch. Die Ausgangssignale der Anschlussdrähte 51,52 und 51 ', 52' können addiert werden, und zwar entweder in Reihe oder parallel, und sie gelangen an zwei Ausgangsklemmen 56,58, die sich durch den oberen Deckel 16

erstrecken. Andernfalls können die Anschlussdrähte 51,52,51 ', 52' mit vier nicht gezeigten Ausgangsklemmen verbunden sein.

Wenn die Leitungsdrähte mit vier Ausgangsklemmen verbunden sind, können die Ausgangssignale jedes Messwandlers s getrennt aufgezeichnet oder in anderer Weise verwendet werden. Eine Addition oder Subtraktion kann während der Aufzeichnung oder danach erfolgen. Als weitere Alternative können die Ausgangssignale der Anschlussdrähte 51,52 und 51 ', 52' in Reihe oder parallel an den Ausgangsklemmen 56 subtra-io hiert werden.

Der Innenraum zwischen den Messwandlern und der Innenwand der Auskleidung 30 ist als Kammer 34 ausgebildet, die im wesentlichen, jedoch nicht vollständig rrit der Flüssigkeit 36 gefüllt ist, die als träge Masse des Geophons 10 dient. Es ist 15 daher wünschenswert, dass die Flüssigkeit 36 eine hohe Dichte aufweist. Eine geeignete Flüssigkeit ist beispielsweise Quecksilber. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform nimmt die Flüssigkeit 36 etwa 90% der Kammer 34 ein, so dass deren Volumen zu etwa 10% für Ausdehnungen der Flüssigkeit 20 aufgrund von Temperaturänderungen innerhalb des Betriebsbereiches des Gerätes zur Verfügung stehen.

Der Ausdruck «mehr als 50%» gefüllt in Bezug auf die Flüssigkeit in der Kammer schliesst alle Füllungsgrade ein, bei denen der obere Messwandler wenigstens teilweise von der 25 Flüssigkeit getrennt wird, wenn das Geophon in aufrechter Stellung steht. Als Flüssigkeit kommen hier auch andere Fluide, wie etwa pulverförmige Metalle in Betracht, die als träge Masse in Geophonen der beschriebenen Art verwendet werden können.

30 Anschliessend soll anhand von Fig. 2 und 3 die Wirkung der trägen Flüssigkeit 36 auf die Messwandler 27,27' beschrieben werden. In Fig. 2 und 3 sind nur die funktionell wesentlichen Teile des Geophons gezeigt, d.h. die Auskleidung 30 und der untere und obere Messwandler 27,27'. Die durchgezogenen 35 Linien veranschaulichen die Positionen der flexiblen Platten 22, 22' in der Ruhestellung der Messwandler, und die gestrichelten Linien beziehen sich auf die ausgebogenen Stellungen, die durch den Druck der trägen Flüssigkeit erzeugt werden, die auf die Erdbewegung reagiert.

40 In Fig. 2 ist das Geophon 10 oberhalb der Erdoberfläche 40 in verschiedenen Winkeln zwischen der aufrechten Position A und der bezüglich der Position A umgekehrten Position E gezeigt. Es soll angenommen werden, dass die Erde Aufwärtsbewegungen entsprechend den Pfeilen 42 ausgesetzt ist, die auf 45 die träge Flüssigkeit 36 übertragen werden, die ihrerseits eine Kraft oder einen Druck nach aussen in Bezug auf die Achse der Auskleidung 30 erzeugt. Daher wird in der Position A der Messwandler 27 nach aussen in Richtung des Deckels 14 gebogen, während der Messwandler 27' nach keiner Seite verbogen so wird, da er von der trägen Flüssigkeit 36 getrennt ist. In der Position B bei einer Neigung von 45° gegenüber der Vertikalen wird der Messwandler 27 nach aussen in Richtung des Deckels 14 und der Messwandler 27' nach aussen in Richtung des Dek-kels 16 gebogen. Das gleiche gilt für die Position C, also für eine 55 Neigung von 90°, in der das Geophon vollständig auf der Seite liegt, und für die Positionen D, also für eine Neigung von 135°. Bei der vollständig umgekehrten Stellung E oder einer Neigung von 180° wird der Messwandler 27' nach aussen in Richtung des Deckels 16 gebogen, während der Messwandler 27 nicht 60 gebogen wird, da er in dieser Position von der Flüssigkeit 36 getrennt ist.

Daher werden bei allen Positionen zwischen 0 und 180° in Bezug auf die aufrechte Position A eine oder beide Messwandler 27,27' nach aussen verformt. Die Messwandler 27,27' 65 erzeugen daher elektrische Signale 43 derselben Polarität für alle Verbiegungen nach aussen.

Wenn der Füllungsgrad der Flüssigkeit 36 in der Kammer 34 vergrössert wird, stellt sich ein weiterer Effekt ein. Bei aus-

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reichend hoher Füllung kommt der obere Messwandler in Amplituden der Ausgangssignale der Messwandler 27 und 27'

aufrechten Position nicht mehr vollständig von der Flüssigkeit etwa gleich sind. Da diese Signale eine entgegengesetzte Pola-36 frei, obgleich diese den Messwandler nicht vollständig rität aufweisen, heben sie sich auf, wenn die Ausgangssignale berührt. Daher kann der Messwandler 27 ' in der Position A der Messwandler 27 und 27 ' zu dem Signal 43 addiert werden, ebenso wie der Messwandler 27 in der Position E nach innen 5 Auf diese Weise kann das Geophon 10 so eingestellt werden, verformt werden, wenn sich die Erde entsprechend den Pfeilen dass es nur auf vertikale und nicht auf waagrechte Beschleuni-42 nach oben bewegt. In diesem Fall liefert der obere Mess- gungskomponenten anspricht. Daher verbleibt die Abtastachse wandler ein Ausgangssignal entgegengesetzter Polarität. Die des Geophons 10 automatisch in der vertikalen Stellung, unab-Amplitude dieses Signals mit entgegengesetzter Polarität ist in hängig von der tatsächlichen Orientierung des Geräts.

jedem Falle nicht grösser als die Amplitude des Ausgangssig- io Wie oben angegeben wurde, sind die Amplituden der Aus-nals des unteren Messwandlers. Das Ausgangssignal 43, das die gangssignale aufgrund waagrechter Beschleunigungskompo-Summe der Ausgangssignale der Messwandler 27,27' darstellt, nenten in der Position C gleich, jedoch in der Polarität entge-weist daher stets dieselbe Polarität bei allen vertikalen Kompo- gengesetzt. Wenn diese Signale durch Subtraktion überlagert nenten in derselben Richtung unabhängig von der Orientierung werden, werden sie nicht aufgehoben, sondern verstärken ein-des Geophons in Bezug auf die Vertikale auf. 15 ander. Das Signal 43, das auf diese Weise gebildet wird, ist

Der Füllungsgrad der Kammer 34 hat einen unterschiedli- daher proportional zu der Wirkung der waagrechten Kompo-chen Einfluss auf die Amplitude des Ausgangssignals 43 in der nenten. Ausserdem sind die Ausgangssignale aufgrund vertika-Position A oder E einerseits und in den Positionen B, C oder D 1er Beschleunigungskomponenten, die durch die Messwandler andererseits. Die Änderung der Amplitude des Signals 43 bei 27 und 27' in der Position C erzeugt werden, gleich und mit glei-denselben Beschleunigungen in verschiedenen Orientierungen- 20 eher Polarität versehen. Eine Überlagerung (Superposition) des Geophons kann daher in gewissem Umfange gesteuert durch Subtraktion führt daher zur Aufhebung. Wenn die Auswerden durch Änderung des Füllungsgrades der Kammer 34. gangssignale der Messwandler 27 und 27' in der Position C Die Amplitude des Ausgangssignals eines Messwandlers im durch Subtraktion überlagert werden, geht das Ausgangssignal Verhältnis zu einer bestimmten Erregungsamplitude wird in 43 auf den Einfluss waagrechter, nicht jedoch vertikaler Kom-erster Linie gesteuert durch die Höhe der Flüssigkeit oberhalb 25 ponenten zurück. Wenn die Orientierung des Geophons aus des Messwandlers in der bestimmten Orientierung. der Position C in die Position B oder D geändert wird, wird die

Die teilweise Trennung eines Messwandlers von der Flüs- Amplitude des Ausgangssignals 43, das durch Subtraktion ent-sigkeit in bestimmten Orientierungen kann dazu verwendet steht, als Funktion des Kosinus des Orientierungswinkels in werden, ein Geophon zu bilden, bei dem die Empfindlichkeit, bezug auf die Waagrechte geändert. Wenn die Position A oder d.h. das Verhältnis von Amplitude des Ausgangssignals zu der 30 E erreicht sind, ist das Ausgangssignal 43 nicht mehr repräsen-Amplitude der abgetasteten Bewegungskomponente nicht tativ für waagrechte Beschleunigungskomponenten.

durch die Orientierung des Geophons in Bezug auf die Verti- Es ist daher insbesondere zweckmässig, eine Anzahl von kale beeinflusst wird. Geophonen 10 in im wesentlichen waagrechter Stellung zur

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Abtastung reflektierter seismischer Signale zu verwenden. Die Verhältnis des Durchmessers zu der Höhe der eingeschlosse- 35 Ausgangssignale der einzelnen Messwandler 27 und 27' können Flüssigkeitssäule 36 so gewählt, dass die Amplitude der nen sodann getrennt zu einer Verarbeitungseinrichtung überSignale 43 im wesentlichen bei allen Positionen A bis E, d.h. von tragen werden, durch die sie durch Addition und Subtraktion der aufrechten Position bis zu der umgekehrten Position gleich- überlagert oder aufgezeichnet und anschliessend überlagert bleibt. werden, so dass sowohl vertikale als auch waagrechte Kompo-

Das Geophon 10 kann daher bei geophysikalischen 40 nenten für dieselbe Position der Erdoberfläche durch ein Geo-

Untersuchungen zur Abtastung seismischer Reflexionen ohne phon ohne Änderung der Orientierung festgestellt werden kön-sorgfältige Aurichtung verwendet werden. Eine Anzahl von nen.

Geophonen kann in beliebiger Orientierung eingesetzt werden Fig. 3 entspricht weitgehend Fig. 2, ausgenommen dass die und erzeugt Ausgangssignale mit korrekten Amplituden und Erdbewegung, die durch die Pfeile 42' wiedergegeben ist, nach Polaritäten zur Wiedergabe der vertikalen Beschleunigungs- 45 unten gerichtet ist, so dass eine Einwärtsverbiegung aufgrund komponenten der Erdoberfläche. eines Nachlassens des statischen Druckes der trägen Flüssig-

Das Geophon 10 kann so ausgelegt werden, dass es nur auf keit und der Federwirkung der flexiblen Platten 22,22' eintritt, vertikale Komponenten anspricht. Dies beruht darauf, dass Wie in Fig. 3 gezeigt ist, biegen sich die Messwandler 27,27'

waagrechte Komponenten die Messwandler 27 und 27' in einer in allen Positionen A bis E des Geophons 10 nach innen, d.h. Weise ansprechen lassen, bei der sich die Wirkung durch Addi- 50 fort von ihren jeweiligen Deckeln 14,16. Die Messwandler 27, tion der Ausgangssignale bei der Bildung des Signals 43 aufhe- 27 ' erzeugen daher elektrische Signale 43 ' mit einer Polarität, ben. die der Polarität der elektrischen Signale 43 der Messwandler

Der Einfluss einer waagrechten Komponente soll am Bei- 27,27 ' bei einer Aufwärtsbewegung der Erde gemäss Fig. 2 ent-spiel einer Beschleunigung von links nach rechts erläutert wer- gegengesetzt gerichtet ist.

den. Daraus ergibt sich zugleich die Wirkungsweise einer 55 Die Konstruktion des Geophons 10 ermöglicht auf verhält-waagrechten Komponente in beliebiger Richtung. In der Posi- nismässig einfache Weise eine Aufrechterhaltung des tion A haben waagrechte Komponenten keinen Einfluss auf gewünschten Verhältnisses zwischen der Masse der trägen beide Messwandler, da die Beschleunigung parallel zu der Flüssigkeit 36 und der Masse der übrigen Komponenten des

Oberfläche der Messwandler erfolgt. In der Position B wird der Geophons einschliesslich des Gehäuses 12 bei einem Wert über Messwandler 27' nach innen und der Messwandler 27 nach aus- 601. Ein derartiges Verhältnis ist für seismische Untersuchungen sen verformt. Dasselbe gilt für die Positionen C und D. In der zweckmässig, wie aus der US-PS 3 067 404 hervorgeht. Bei den Position E tritt wiederum keine Wirkung ein. In der Position C bekannten Geophonen mit Einrichtungen zur selbsttätigen ist das Ausmass der Verbiegung und damit die Amplitude der Ausrichtung, wie etwa kardanischen Aufhängungen zur Orien-Ausgangssignale der Messwandler 27 und 27 ' gleich. In der tierung des Geophons, kann das gewüschte Verhältnis aufPosition B und D kann das Verhältnis zwischen Durchmesser 6s grund des Gewichtes dieser Aufhängung in der Praxis nicht und Höhe der eingeschlossenen Flüssigkeitssäule, bezogen auf erreicht werden.

die Position A, gewählt werden, und der Füllungsgrad der Kam- Das Geophon 10 kann in einem geeigneten Gehäuse 60 mer 34 mit Flüssigkeit 36 kann so eingestellt werden, dass die (Fig. 4) untergebracht werden, das durch eine elastische Hülse

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geschützt ist, deren Enden in geeigneter Weise mit Hilfe eines Bandes 65 mit der Aussenhülse eines schleppbaren seismischen Kabels 62 verbunden ist. Zwei Leitungsdrähte 66,67 verbinden die Ausgangsklemmen des Geophons mit zwei Leitern in dem seismischen Kabel 62. Wenn eine Empfindlichkeit in Bezug auf vertikale und waagrechte Beschleunigungskomponenten erwünscht ist, können zwei zusätzliche, nicht gezeigte Leitungsdrähte das Geophon mit zwei weiteren nicht gezeigten Leitern in dem seismischen Kabel 62 verbinden.

In dem seismischen Kabel 62 können eine Anzahl von in geeigneten Abständen liegenden und miteinander verbundenen Geophonen vorgesehen sein. Entsprechend einem wichtigen Gesichtspunkt kann jedes der Geophone auf der Seite liegen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, und trotzdem vollständig funktionsfähig sein, wie aus Fig. 2C, 3C und 7C hervorgeht, und nach oben oder nach unten gerichtete Erdbewegungen entsprechend den Pfeilen 42 und 42' abtasten.

Entsprechend einer Ausführungsform des erfindungsge-mässen Verfahrens (siehe Fig. 5) wird das seismische Kabel 62 zusammen mit den eingeschlossenen Geophonen mit Hilfe eines seismischen Schleppwagens 72, der eine Verarbeitungseinrichtung, wie etwa eine Aufzeichnungseinrichtung 73 zur Aufnahme der Signale des Kabels 62 aufweist, gezogen. Das Kabel 62 kann von einer Trommel 70 abgewickelt oder auf diese aufgewickelt werden, und die Energie zur Durchführung 5 der seismischen Untersuchungen kann durch eine geeignete Energiequelle geliefert werden.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Geophon 10 in einem Gehäuse 90 (Fig. 6) untergebracht, und die Ausgangsklemmen der Geophone sind mit io einem kurzen Zuleitungskabel 91 verbunden, das von einem Verteilerkabel 93 ausgeht. Die Messmannschaft legt das Verteilerkabel 93 auf die Erdoberfläche, wobei die Gehäuse 90 in beliebiger Stellung liegen können, bei der es auf die Beziehung zur senkrechten Richtung nicht ankommt. Wenn die Gehäuse 15 90 jedoch Geophone 10' enthalten, sollten sie auf der Erdoberfläche 40 nicht umgekehrt stehen, so dass verhindert wird, dass die träge Flüssigkeit 36 die Platte 22 des einzigen Messwandlers 27 gemäss Fig. 7E freigibt.

Anstelle der Kristall-Drucksensoren 24,24', die übiicher-20 weise aus piezo-keramischem Material bestehen, können ebenfalls andere Drucksensoren verwendet werden.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

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1. Seismisches Messverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Anzahl von seismischen Detektoren, die mehr als 50% mit einem Fluid oder pulverförmigen Metallen gefüllt sind, in zufälliger Orientierung auf der festen Erdoberfläche anbringt, dass man die durch das Fluid oder die pulverförmigen Metalle als Ergebnis von Schwingungen aufgrund reflektierter seismischer Signale erzeugten Drücke mit Detektoren misst, die zwei einander gegenüberliegend angeordnete Druck-Messwandler aufweisen, und dass man die Ausgangssignale der beiden Messwandler eines Detektors miteinander verknüpft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ausgangssignale der Messwandler zur Bestimmung ausschliesslich vertikaler Schwingungskomponenten addiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Füllungsgrad des Detektors so einstellt, dass die Empfindlichkeit des Detektors auf vertikale Schwingungskomponenten in allen Orientierungen des Detektors gleich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Detektoren in waagrechter Lage anordnet und die Ausgangssignaie durch Subtraktion zur Bestimmung ausschliesslich waagrechter Schwingungskomponenten miteinander verknüpft.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale durch Addition und Subtraktion zur getrennten Bestimmung der vertikalen und waagrechten Schwingungskomponenten miteinander verknüpft werden.

6. Seismischer Detektor zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse, das im Inneren eine Kammer sowie zwei Druck-Messwandler und ein Fluid oder pulverförmige Metalle innerhalb der Kammer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (36) oder die pulverförmigen Metalle die Kammer (34) zu mehr als 50%, jedoch nur bis zu einem bestimmten Anteil ausfüllt, und dass die Messwandler (27,27') einander gegenüberliegend derart angeordnet sind, dass einer der Messwandler (27') bei bestimmten Orientierungen des Detektors wenigstens teilweise von dem Fluid oder den pulverförmigen Metallen getrennt ist.

7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (51,52,51 ', 52') der Messwandler so miteinander verbunden sind, dass sich die Ausgangssignale der Messwandler (27,27') addieren.

8. Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des mit dem Fluid oder den pulverförmigen Metallen gefüllten Bereiches der Kammer (34) so gewählt sind, dass der Detektor auf vertikale Schwingungskomponenten unabhängig von der Orientierung des Gehäuses (12) anspricht.

9. Detektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad der Kammer (34) so gewählt ist, dass die Amplitude der Summe der Ausgangssignale der Messwandler (27,27') bei vertikalen Schwingungskomponenten im wesentlichen gleich ist, unabhängig von der Orientierung des Gehäuses.

10. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (51,52,51 ', 52') der Messwandler so miteinander verbunden sind, dass sich die Ausgangssignale der Messwandler (27,27') zur Messung waagrechter Schwingungskomponenten bei im wesentlichen waagrechter Abstandsstrecke zwischen den Messwandlern subtrahieren.

11. Detektor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er am empfindlichsten ist auf Schwingungen in Richtung einer Verbindungslinie zwischen den beiden Messwandlern (27,27').

12. Detektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wandler parallele Flächen aufweisen und dass die Empfindlichkeit senkrecht zu diesen Flächen am grössten ist.

13. Detektor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messwandler (27,27') eine flexible Platte (22,22'), die die Kammer (34) begrenzt, und eine Einrichtung (24,24') zur Abtastung einer Verbiegung der flexiblen Platte umfasst.

14. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung ein piezo-elektrischer Kristall (24, 24') ist.

15. Detektor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (34) die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist und dass die flexiblen Platten (22) kreisförmige Stirnflächen dieses Zylinders bilden.