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Verfahren zum Registrieren von künstlich erzeugten seismischen Bodenwellen
Bei der bekanntenUntersuchung von unterirdischen Bodenschichten mittels künstlich
erzeugter seismischer Bodenwellen werden diese von üblichen Schwingungsempfängern
aufgenommen und in elektrische Wechselspannungen umgewandelt. Die Wechselspannungen
werden gewöhnlich dadurch registriert, daß die Lichtspuren von Spiegelgalvanometern
auf einem Registrierstreifen aufgezeichnet werden.
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Um ein perspektivisches Bild der Bodenschichten eines Bereichs zu
erhalten, ist es erforderlich, eine große Anzahl von Aufzeichnungen zu überprüfen
und miteinander zu vergleichen.
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Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung bei der Registrierung und
Auswertung der Seismogramme. Das Registrieren wird so vorgenommen, daß die zeitliche
Länge der Einzelschwingungen ohne Rücksicht auf ihre Amplituden durch diezeitabhängige
Registrierung der Nulldurchgänge der Schwingungen aufgezeichnet wird. Die Nulldurchgänge
der Schwingungen aller einzelnen Schwingungsempfänger können dabei auf einer gemeinsamen
Linie einer Aufzeichnungsebene aufgezeichnet werden, so daß sich die Nulldurchgänge
in einer Aufzeichnungsspur überlagern, oder es können einzelne Aufzeichnungen der
Nulldurchgänge der verschiedenen Schwingungen erfolgen, so daß die Aufzeichnungsspuren
nebeneinanderlitgen. In jedem Fall werden die Aufzeichnungen gegenüber der bisher
üblichen Registrierung der vollen Schwingungen wesentlich konzentriert, wodurch
die vergleichendeAuswertung der zahlreichenSeismogramme erheblich erleichtert und
beschleunigt wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht. Es zeigt Fig.
1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Abänderung der Vorrichtung nach
Fig.1. Fig. 3 eine weitere abgeänderte Ausführung der Erfindung, Fig. 4 eine Abänderung
der Vorrichtung nach Fig.1. Fig.5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Vorrichtung nach Fig. 4.
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In Fig. 1 ist eine Anzahl von Schwingungsempfängern 10 dargestellt,
die auf der Erdoberfläche angeordnet und durch Kabel 11 mit einem Mehrfachkanalverstärker
12 verbunden sind, dessen Ausgänge durch Kabel 13 mit einer Reihe 14 von Galvanometern
15 verbunden sind. Licht von einer nicht dargestellten Lichtquelle wird auf die
Spiegel der Galvanometer 15 gerichtet und in Strahlen 16 auf eine Blende 17 reflektiert.
Ein Registrierstreifen 18 von einer Vorratsrolle 19 wird hinter der Blende 17 vorbeigezogen,
was nicht besonders dargestellt ist, da solche Einrichtungen allgemein bekannt sind.
Es entsteht also als Ergebnis auf dem Streifen 18 eine einzige Aufzeichnungsspur.
Im Betrieb werden die Galvanometer 15 anfänglich so eingestellt, daß die von ihnen
reflektierten Lichtstrahlen auf die Mitte der Öffnung 17a der Blende 17 gerichtet
sind. Bei dieser Einstellung wird auf dem Streifen 18 eine ruhige Linie erzeugt.
Nach der Detonation einer explosiven Ladung zur Erzeugung von seismischen Wellen
betätigen aber die in den Schwingungsempfängern 10 erzeugten Signale die einzelnen
Galvanometer 15 in Abhängigkeit von der Erdbewegung an der Stelle jedes Schwingungsempfängers
10. Die Verstärkung der Signale im Verstärker 12 wird so eingestellt, daß die Ausschläge
der Galvanometerstrahlen auf dem Streifen 18 eine ziemlich große Amplitude haben.
Vorzugsweise werden die Ausschläge imVergleich zu denAbmessungen der Öffnung 17a
groß gehalten. Wenn also der Registrierstreifen 18 hinter der Öffnung
17a vorbeiläuft, werden die Nulldurchgänge oder -ausschläge der Strahlen
16, die von den Galvanometern 15 kommen, als kurze Segmente aufgezeichnet, d. h.
entweder als Punkte oder kurze Linien, die senkrecht zur Laufrichtung des Registrierstreifens
18 stehen.
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Ist störende Geräuschenergie vorhanden, so ist die Aufzeichnungsspur
durch einen verhältnismäßig hellen, recht gleichmäßigen Schatten gekennzeichnet,
wie er im Aufzeichnungsabschnitt 20 dargestellt ist. Wenn dagegen die Erdbewegung
bei allen Schwingungsempfängern 10 gleichmäßig ist oder in Phase liegt, wie dies
der Fall ist, wenn auf der Erdoberfläche Energie ankommt, die von einer unterirdischen
Schicht
reflektiert wird, laufen alle Galvanometerstrahlen zu gleicher
Zeit durch die Öffnung 17a, wodurch auf dem Streifen 18 verhältnismäßig dunkle Bänder
erzeugt werden, die durch helle Bänder getrennt sind, wie beispielsweise durch die
Aüfzeichnungabschnitte 21, 22, 23, 24 veranschaulicht ist. Die zeitliche Koinzidenz
der Nulldurchgänge der so aufgezeichneten seismischen Signale kann bei Beobachtung
oder Auslegung die Teile des Streifens 18 anzeigen, die durch reflektierte Energie
gekennzeichnet sind, und. andererseits kann der Teil des Streifens 18 angezeigt
werden, der durch Störungsenergie gekennzeichnet ist.
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Das ganze Seismogramm kann eine einzige Aufzeichnungsspur darstellen,
die dann von. einer Beurteilungsperson benutzt wird, und zwar beispielsweise im
Zusammenhang mit einer Anzahl von entsprechenden Seismogrammen, die im gleirchen
Bereich aufgenommen worden sind, um .eine genaue graphische Wiedergabe- einer Erdschicht
längs eines ausgewählten Profils zu erhalten. Es ist leicht verständlich, daß die
Aufzeichnung nur kleinen Raum einnimmt, der z. B. seitlich geringer als 1 ,cm .ist,
so daß eine große Anzahl von Aufzeichnungen innerhalb einer Übersicht vorgesehen
werden kann, um den regionalen Charakter der Bodenschichten anzuzeigen.
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In Fig. 2 ist ein anderes System für die beschriebene Aufzeichnungsart
dargestellt, Bei diesem System werden die Lichtstrahlen von Galvanometern 30 auf
eine Fotozelle 31 gerichtet, deren Ausgangsseite mit einer Registriereinrichtung
32 verbunden ist. Diese Einrichtung kann nach dem Galvanometersystem arbeiten oder
so ausgebildet sein, daß die von der Zelle31 abgegebeneEnergie in reproduzierbarerForm
aufgezeichnet wird, beispielsweise auf einem Magnetband. Im Weg des Lichtstrahls
vom Galvanometer 30 zur Fotozelle 31 ist eine Blende 33 vorgesehen, so daß das Licht
die Zelle 31 nur dann erregt, wenn beim Ausschlag des Galvanometers Nulldurchgänge
vorkommen. Die von der Zelle 31 abgegebene Energie erzeugt also eine Aufzeichnungskurve,
die der Aufzeichnung auf dem Streifen 18 nach Fig. 1 äquivalent ist. Zum Vergleich
ist eine solche Aufzeichnungskurve auf dem Streifen 34 in Fig. 1 veranschaulicht.
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Der Vergleich zeigt, daß gleichzeitige Nulldurchgänge aller Strahlen
16 den starken (großeAmplitude) Ausschlägen der Kurve 35 entsprechen, wie durch
die Zonen 36 gekennzeichnet ist, während Nulldurchgänge der Strahlen, 16 infolge
von Störungsenergie einem verhältnismäßig niedrigen, gleichmäßigen Niveau der Kurve
35 entsprechen, wie durch die Zone 37 veranschaulicht ist.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der eine
Reihe von Galvanometern. 40 vorhanden ist, um Signalschwingungen auf einem Registriermittel41
aufzuzeichnen. Unuittelbar vor den Galvanometern 40 befindet sich eine Blenden.reihe
42, und vor dem Aufzeichnungsmittel 41 liegt eine zweite Blendenreihe 43. Diese
Blendenreihe 43 dient dazu, Licht auf das Registriermittel 41 nur an bestimmten,
in Abstand befindlichen Öffnungen durchgehen zu lassen. Vorzugsweise ist der Abstand
zwischen diesen Öffnungen ungefähr gleich der Weite der Öffnungen. Die zweite Blendenreihe
dient dazu, daß Licht z. B. vom Galvanometer 40a am Durchgang durch jede Öffnung
in der Blendenreihe 43 gehindert wird, mit Ausnahme der ersten Öffnung 43a, so daß
also ein Durcheinander der Aufzeichnungen auf dem Registriermittel 41 verhindert
wird. In gleicher Weise kann das Licht vom Galvanometer 40b das Registriermittel
nur durch die Öffnung 43b erreichen usw. Dieses System kann dann eine Aufzeichnung
erzeugen, die der auf dem Registrierstreifen18 der Fig.1 ähnlich ist, so daß die
Aufzeichnungsspuren seitlich in sechs dicht nebeneinander liegenden parallelen Sperren
verschoben sind und also getrennt aufgezeichnet werden. Die zeitliche Koimzi.denz
der Nulldurchgänge wird auf dem Aufzeichnungsmittel 41 graphisch aufgenommen und
erleichtert die Beobachtung und das Analysierverfahren in der gleichen Art, wie
sie weiter oben in Verbindung mit dem Streifen 18 erwähnt wurde.
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Es ist also ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung besonders praktisch
bei derAnalyse von Seismogrammen ist, die in phonographisch reproduzierbarer Form
aufgenommen worden sind. Signale, die, beim Rückspielen einer phonographisch reproduzierbaren
Aufzeichnung erzeugt werden, können dann auf ein permanentes Registriermittel aufgebracht
werden, um eine einzige Aufzeichnungsspur zu bilden., die alle Nulldurchgänge einer
Anzahl Signale der phonographisch reproduzierbaren Aufzeichnungen. in der Weise
zusammenfaßt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
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Gewünschtenfalls können dieSignalevon derphonographisch reproduzierbaren
Aufzeichnung getrennt in der Weise aufgezeichnet werden, wie es in Fig. 3 dargestellt
ist, um die zeitliche Relation. der Nulldurchgänge der ganzen Signale graphisch
wiederzugeben.
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Ein weiteres System zur Aufzeichnung des zeitlichen Stattfindens der
Nulldurchgänge von seismischen Signalen ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Ein seismisches
Signal in der Form der Aufzeichnungsspur 50 (Fig.5), das auf einem Magnetband
51 (Fig.4) aufgezeichnet ist, wird von einem Abnehmer 52 übernommen und auf
einen Verstärker 53 übertragen. Nach der Verstärkung ändert ein Amplitudenbegrenzer
54 die Wellenform der Aufzeichnungsspur 50, so daß die Aufzeichnungsspur 55 entsteht,
Die Ausgangsseite des Amplitudenbegrenzers 54 ist weiter an eine Einrichtung 56
zum Differenzieren angeschlossen, deren Ausgangsenergie durch die Wellenform 57
dargestellt wird. Diese Spannungen werden auf eine Elektrode 58 einer Registriervorrichtung
übertragen, die mit Aufzeichnung durch Funkenentladung arbeitet und bei der ein
elektrisch empfindliches Papier 59 über eine geerdete, leitende Walze 60 läuft,
wobei also das Vorkommen elektrischer Funken zwischen Elektrode 58 und Walze 60
registriert wird. Diese Funken werden in Abhängigkeit von den Spitzen der Wellenform
57 erzeugt. Die Punkte der Aufzeichnungsspur 50, die die Nullamplitude wiedergeben,
werden also durch die zeitlich getrennten Punkte dargestellt, die in der Aufzeichnung
61 enthalten sind.
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Um eine Anzahl von seismischen Signalen aufzuzeichnen, kann eine entsprechende
Anzahl von Kanälen gemäß Fig.4 vorgesehen werden, wobei dieAusgangsleistung aller
Kanäle auf die Elektrode 58 übertragen wird, um eine zusammengesetzte Aufzeichnungsspur
aller Signale zu erzeugen. Andererseits kann eine Anzahl vonElektroden, und zwar
je eine für jedenKanal, vorgesehen werden, deren Spitze seitlich im Abstand über
dem empfindlichen Papier 59 liegen, so daß die Zeitpunkte der Nullsignale getrennt
aufgezeichnet werden. Diese Ausführungsform der Erfindung kann als geeignet angesehen
werden, um kompakte seismischeAufzeichnungen zu erzeugen, die zwar in bezug auf
die Wiedergabe der Einzelheiten der Erdbewegung nicht ausführlich sind, aber doch
wesentliche, zeitliche Daten veranschaulichen, um Veränderungen der unterirdischen
Bodenbeschaffenheit zu bestimmen.
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Nach der Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsformen
nach Fig. 1 bis 4
ist also ersichtlich, daß Seismogramme aufgezeichnet
werden, um die Nulldurchgänge der Wechselspannungen wiederzugeben. Dadurch ist es
möglich, eine Anzahl von seismischen Signalen unter Benutzung eines Minimums an
Platz aufzuzeichnen. Die Aufzeichnungen in der Art der Aufzeichnungsspur 61 nach
Fig. 5 können so vereinigt werden, daß ausgedehnte seismische Profile in einem bestimmten
Bereich so gedrängt wiedergegeben werden, daß sie dem Betrachter regionale Schichterhebungen
und -neigungen in klarer Weise vermitteln.
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Gewünschtenfalls können Aufzeichnungen im Sinne der Erfindung erfolgen,
die mehr Angaben enthalten als die der Aufzeichnungsspur 61 der Fig. 5. Beispielsweise
kann, falls die Blenden 42 und 43 aus einem Material hergestellt werden, das einen
verringerten Lichtdurchgang ergibt und also etwas Licht durchläßt (im Gegensatz
zu dem obenerwähnten völlig undurchsichtigen Material), eine Anzahl von Aufzeichnungsspuren
in dicht nebeneinander liegender Anordnung erhalten werden, wobei die Nulldurchgänge
stark hervortreten, wenn das Licht durch die Öffnungen in beiden Blenden 42 und
43 durchgeht. In den Teilen, wo das Licht von den Galvanometern 40 durch die den
Lichtdurchgang mildernden Teile der Blenden 42 und 43 durchgeht, wird eine feine
Aufzeichnungsspur von stark verringerter Intensität erhalten, wobei also alle Einzelheiten
der seismischen Signale beibehalten werden. Die Aufzeichnungsspuren 62 und 63 der
Fig. 5 zeigen eine solche Art der Registrierung. Die ganze Aufzeichnungsspur wird
festgehalten und bildet einen hellen Hintergrund für die starken bzw. dunklen Zeitsegmente
jederAufzeichnungsspur, wenn diese Spuren die Nullachse kreuzen. Durch richtige
Wahl der Dimensionen der Öffnungen in der Blende 43 kann sowohl die Neigung der
Signalkurven neben den Nullschnitten als auch der Zeitpunkt der Nulldurchgänge sichtbar
gemacht werden. Regionale Eigenschaften können also schnell erkannt werden. Für
eine mehr ins einzelne gehende Untersuchung können die feineren Teile derAufzeichnung
benutzt werden, um dieStrukturprobleme auf ihre Richtigkeit zu prüfen und sie weitergehend
darzustellen.
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Üblicherweise wird bei seismischen Ermittlungen von der zeitlichen
Koinzidenz der Schwingungsspitzen oder -täler der seismischen Geschwindigkeitsfunktionen
ausgegangen, beispielsweise von dem Wellental 66 der Fig. 5. Obwohl sich die vorstehenden
Erläuterungen auf die Registrierung der Nulldurchgänge beziehen, ist es klar, daß
die Angaben solcher Spitzen oder Täler in der hier beschriebenen Weise aufgezeichnet
werden können, indem einfach ein Signal, etwa das der Aufzeichnungsspur 50, differenziert
wird und die Nulldurchgänge aufgezeichnet werden. In diesem Fall werden die Zeitpunkte
der Nullbeschleunigung aufgezeichnet. Durch Integrierung können Verschiebungsnulldurchgänge
aufgezeichnet werden.