DE102017128160A1 - Seismisches dreidimensionales Vermessungsverfahren kleiner Objekte, Seekabel und dergleichen im Meeresboden - Google Patents

Seismisches dreidimensionales Vermessungsverfahren kleiner Objekte, Seekabel und dergleichen im Meeresboden Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein seismisches dreidimensionales Vermessungsverfahren kleiner Objekte, Seekabel, anderer Störkörper, archäologische Bauten, Felsen oder gering mächtiger Ablagerungshorizonte, Massivsulfide im Meeresboden, wobei eine Vermessungsvorrichtung mit einem Rahmen mit mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalgeber und mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalempfänger besetzt ist, kontinuierlich im oder auf dem Wasser oberhalb des zu analysierenden Meeresbodens bewegt wird, wobei eine nicht summierende online Übertragung der Messwerte der einzelnen Empfänger zu einem Mutterschiff erfolgt, und eine online Übertragung der Position des Sensorrahmens im Raum gemessen anhand wenigstens eines Bewegungssensors erfolgt.

Description

  • Bei der Verlegung von Seekabeln (Strom, Telefonie, etc.) besteht die Auflage diese in mindestens 1,5 m Tiefe unter dem Meeresboden zu vergraben. Die erfolgreiche Tiefenverlegung muss nach Abschluss der Arbeiten nachgewiesen werden. Wiederholungsmessungen sind im Abstand von 2 Jahren, später 4 Jahren, durchzuführen. Übliche Detektionstiefen sind zwischen 0 - 6 m, ausnahmsweise auch bis zu 10 m zu erwarten.
  • Bisherige Verfahren arbeiten mit Magnetfeldvermessung oder akustischer Vermessung. Die Geräteträger werden am Schiff oder ROV (Remotely Operating Vehicle = selbstfahrendes Unterwasserfahrzeug) montiert (z.B. pangeo, SubSea) oder an der Meeresoberfläche geschleppt (z.B. GeoChirp3D, Kongsberg). Die Systeme verfügen über einen nur wenige Meter breiten Vermessungsfächer und sind somit anfällig gegenüber Kursabweichungen durch Strömung oder Verschwenkungen der Kabeltrasse. An der Meeresoberfläche geschleppte Geräteträger sind anfällig gegenüber Seegang. Bei den eingesetzten Signalfrequenzen im kHz-Bereich ist eine mindestens zentimetergenaue Lagebestimmung der Empfänger notwendig, die in üblicher Seegangsbewegung kaum oder schwer zu erzielen ist.
  • Die Magnetfeldmessung für stromführende Kabel scheitert an der fehlenden Vorhersagbarkeit bzw. Auswertbarkeit der zu erwartenden Anomalie. Bei der Kabelfertigung eingebrachte Magnetfeldprägungen können nur im stromlosen Zustand vermessen werden und erlauben eine Detektion nur bis ca. 1,8 m Vergrabungstiefe. Besonders in Sandlagen kann das Kabel häufiger bis 2 m absacken und ist dann mit diesem Verfahren nicht mehr nachweisbar. Akustische Verfahren können die Kabel bisher nur auf kreuzenden Profilen gut abbilden. Daher erfolgen diese Messungen nur punktuell. Zwischen den Messpunkten wird unter Berücksichtigung der Biegesteifigkeit des Kabels interpoliert. Das akustische pangeo system ist zwar für die profilhafte Vermessung entlang der Kabeltrasse konzipiert, kann aber aufgrund der geringen Fächerbreite die Vergrabungstiefe entlang der Kabeltrasse nur punktuell an Stellen optimaler Messbedingungen verfolgen.
  • Aus dem Stand der Technik sind die folgenden Druckschriften bekannt:
    • - Patent AU 2011279350: Strukturerkennung im marinen Untergrund anhand gekreuzter seismsicher Transduceranordnung;
    • - Patent US 2013/0258811: Apparatur zur Abbildung des marinen Untergrundes - gleiche Sender - Empfängeranordnung, geodätische Positionierung über Transponder, bedarf aber abweichend zur hier vorgelegten Erfindung eines Bodenfahrzeugs für Messungen in vordefiniertem Abstand, in Verbindung mit gekreuzter Einweg-Messkette auf dem Meeresboden, in Verbindung mit kohärenter Stapelung der Empfangssignale schon in der Empfangseinheit auf dem Geräteträger;
    • - Patent US 8,125,850 , US 8,391,103 , US 2012/0008461: Akustisches Array wird auf dem Meeresboden ausgelegt;
    • - Patent WO 2012/006712 : Methode der seismischen Bestimmung akustischer Eigenschaften des Meeresbodens in Verbindung mit dem Pumpen von Flüssigkeiten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geräteträger zu konstruieren, der für eine ultra-hochauflösende 3D seismische Vermessung geeignet ist. Der Geräteträger soll bei Seegang einsetzbar sein und eine kontinuierliche, der (Kabel-)trasse folgende, Vermessung erlauben. Das akustische Verfahren soll eine Auflösung im Zentimeterbereich ermöglichen und eine ausreichende Eindringung bis zu 10 m in den Meeresboden hinein ermöglichen. In weiteren Anwendungen wird das Verfahren auch für die Detektion anderer Gegenstände im Meeresboden einsetzbar sein. Mit einer Lösung vom Überwasserträger wird die Sensorplattform und Verfahrenstechnologie den Einsatz des Systems in tief geschleppten Vermessungen am Meeresboden ermöglichen. Flach liegende Fluidkanäle oder geologische Einheiten wie z.B. Massiv-Sulfid Vorkommen (eSMS) und vergleichbare Strukturen sind mögliche Vermessungsziele.
  • Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die integrative Verfahrenstechnik, bestehend aus einem Geräteträger, einem seegangsunabhängigen Schleppkörper und hierauf spezifisch abgestimmter Ansätze zur Datenverarbeitung, durch die erst die geforderte Genauigkeit von Lageinformationen erarbeitet werden, die einen Einsatz von seismischen Signalfrequenzen im Bereich einiger hundert Hertz (Hz) bis Kilohertz (kHz) erlauben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur seismischen 3D Vermessung kleiner Objekte (Seekabel und andere Störkörper wie archäologische Bauten oder Felsen) oder gering mächtiger Ablagerungshorizonte (z.B. Massivsulfide) im Meeresboden, gemäß Hauptanspruch.
  • Das seismische dreidimensionale Vermessungsverfahren kleiner Objekte, Seekabel, anderer Störkörper, archäologische Bauten, Felsen oder gering mächtiger Ablagerungshorizonte, Massivsulfide im Meeresboden ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vermessungsvorrichtung mit einem Rahmen mit mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalgeber und mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalempfänger besetzt ist, kontinuierlich im oder auf dem Wasser oberhalb des zu analysierenden Meeresbodens bewegt werden, wobei eine nicht summierende online Übertragung der Messwerte der einzelnen Empfänger zu einem Mutterschiff erfolgen kann, und eine online Übertragung der Position des Sensorrahmens im Raum gemessen anhand wenigstens eines Bewegungssensors erfolgen kann.
  • Flächenvermessungen können durch Parallelprofile erfolgen, die sich zu einem 3D Datenvolumen ergänzen.
  • Eine Erkennung der direkten Meeresbodenreflektion und ihres Ghost-Signales in den Messreihen der einzelnen Signalempfänger kann ausgewertet werden, um die aktuelle Tiefenlage des Signalempfängers zu bestimmen.
  • Die von einem Störkörper als Diffraktion zurück geworfene Energie kann ausgewertet werden, um dessen Lage im Raum zu bestimmen.
  • Ferner kann die gemessene Laufzeit der Meeresbodenreflektion an einem Sensor und deren Abweichung zu weiteren Sensoren zur Lagebestimmung des Sensors benutzt werden.
  • Weiter kann über akustische Telemetrie geographische Positionsinformationen des Geräteträgers ermittelt werden.
  • Die Lage- und Navigationsinformationen können durch einen Lagesensor und GPS Signale erfasst und online an das Mutterschiff übertragen werden.
  • Ferner können die Lage- und Navigationsinformationen online durch einen Lagesensor und akustische Signale oder eine Long-Baseline Installation erfasst und online an das Mutterschiff übertragen werden.
  • Es kann eine automatische Auswertung von Navigations- und Lagesensoren auf einem Auftriebskörper oder Geräteträger erfolgen und Steuerungselemente automatisch nachgeregelt werden, um eine vorgegebene Kursfolge sicherzustellen.
  • Die Lage des Störkörpers kann online ausgewertet und zur Korrektur
    • - der Steuerelemente des Geräteträgeres
    • - der schiffseitigen Positionierung des Geräteträgers und/oder
    • - des Kurses vom Schiff,
    interaktiv verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8125850 [0004]
    • US 8391103 [0004]
    • WO 2012/006712 [0004]

Claims (10)

  1. Seismisches dreidimensionales Vermessungsverfahren kleiner Objekte, Seekabel, anderer Störkörper, archäologische Bauten, Felsen oder gering mächtiger Ablagerungshorizonte, Massivsulfide im Meeresboden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vermessungsvorrichtung mit einem Rahmen mit mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalgeber und mindestens einem seismischen und/oder akustischen Signalempfänger besetzt ist, kontinuierlich im oder auf dem Wasser oberhalb des zu analysierenden Meeresbodens bewegt wird, wobei eine nicht summierende online Übertragung der Messwerte der einzelnen Empfänger zu einem Mutterschiff erfolgt, und eine online Übertragung der Position des Sensorrahmens im Raum gemessen anhand wenigstens eines Bewegungssensors erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Flächenvermessungen durch Parallelprofile erfolgen, die sich zu einem 3D Datenvolumen ergänzen.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennung der direkten Meeresbodenreflektion und ihres Ghost-Signales in den Messreihen der einzelnen Signalempfänger ausgewertet wird, um die aktuelle Tiefenlage des Signalempfängers zu bestimmen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Störkörper als Diffraktion zurück geworfene Energie ausgewertet wird, um dessen Lage im Raum zu bestimmen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Laufzeit der Meeresbodenreflektion an einem Sensor und deren Abweichung zu weiteren Sensoren zur Lagebestimmung des Sensors benutzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über akustische Telemetrie geographische Positionsinformationen des Geräteträgers ermittelt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Lage- und Navigationsinformationen durch einen Lagesensor und GPS Signale erfasst und online an das Mutterschiff übertragen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Lage- und Navigationsinformationen online durch einen Lagesensor und akustische Signale oder eine Long-Baseline Installation erfasst und online an das Mutterschiff übertragen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Auswertung von Navigations- und Lagesensoren auf einem Auftriebskörper oder Geräteträger erfolgt und Steuerungselemente automatisch nachgeregelt werden, um eine vorgegebene Kursfolge sicherzustellen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Störkörpers online ausgewertet und zur Korrektur - der Steuerelemente des Geräteträgeres - der schiffseitigen Positionierung des Geräteträgers und/oder - des Kurses vom Schiff, interaktiv verwendet wird.
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