-
Verfahren und Einrichtungen zur seismischen Vermessung von Flachwassergebieten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur seismischen Vermessung von Flachwassergebieten
mittels eines an sich schwimmfähigen Hochsee-Meßkabels und Einrichtungen dazu.
-
Derartige Hochsee-Meßkabel bestehen aus dem eigentlichen Kabel, das
an geeigneten Stellen mit Körperschallempfängern, sogenannten Hydrophonen, versehen
ist. Da die Hydrophone schwerer als Wasser sind, muß, um das Schwirnmkabel in seiner
Gesamtheit schwimmfähig zu halten, das Kabel selbst neben den üblichen elektrisch
benötigten Adern und dem Zugseil aus einem Körper gefertigt werden, der wesentlich
leichter als Wasser ist. Durch geeignete Aufteilung von Hydrophon-Massen, Zusatzgewichten
und Schwimmkörpern sowie geeignete Auswahl des eigentlichen Kabelmantels wird erreicht,
daß das Kabei nicht nur schwimmfähig ist, sondern auch unter Vermeidung vorspringender
Teile leicht auf eine Kabeltrommel gewickelt werden kann. Während bei Hochseemessungen
mit großer Wassertiefe mit einem solchen Kabel, bei dem sich die Hydrophone normalerweise
selbsttätig auf eine Wassertiefe von einigen Metern einregulieren und beim Schleppen
des Kabels mit an die Oberfläche des Wassers gezogen werden, keine Schwierigkeiten
entstehen, ist es unter Wandnähe im flachen Wasser nötig, gegebenenfalls die Hydrophone
bis auf Grund abzusenken, beim Schleppen jedoch, um Beschädigungen von Kabel und
Hydrophonen zu vermeiden, die ganze Anlage vom Grund zu heben. Die Erfindung zeigt
einen praktischen Weg zur Benutzung von üblichen schwimmfähigen Hochseekabeln sowohl
in tiefen als auch in flachen Gewässern.
-
Es sind bereits Anordnungen zur Regelung der Auftriebskraft von See-Schleppkabeln
bekannt. Bei einer derartigen Anordnung wird mit Hilfe von regelbar zugeführten
Luft- oder Gasmengen zwischen den Meßstellen das ein spezifisches Gewicht größer
als Wasser aufweisende Kabel angehoben und durch Ablassen von Luft oder Gas an den
Meßstellen infolge seiner natürlichen Schwere zum Absinken gebracht.
-
Die Luft wird dabei in Hohlräume des Kabels, der Hydrophone oder von
mit dem Kabel verbundenen Schläuchen und Schwimmkörpern gedrückt bzw. vom Wasser
wieder verdrängt, um das Kabel aufschwimmen oder absinken zu lassen.
-
Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens bestehen darin, daß bei
Defektwerden des Kabels oder der Luftdruckanlage das Kabel absinkt und mühsam geborgen
werden muß, daß ferner beim Füllen von Hohlräumen mittels Preßluft sehr vorsichtig
vorgegangen werden muß, um stehende Wellen im Füll-
schlauch zu vermeiden, so daß
schon der Füllgeschwindigkeit erhebliche Grenzen gesetzt sind, und daß schließlich
der Absenkvorgang sehr viel Zeit in Anspruch nimmt, da zum Auspressen der in den
Hohlräumen enthaltenen Luft nur eine geringe Druckdifferenz zur Verfügung steht,
so daß mit der Messung so lange gewartet werden muß, bis keine Strömungswirbel mehr
in den Hohlräumen erzeugt werden. Da das hier benutzte Kabel schwerer als Wasser
ist, muß es bei einer Verwendung auf hoher See an Zusatzschwimmern aufgehängt werden,
die ihrerseits die Einsatzfähigkeit auf hoher See stark einschränken.
-
Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe von in das Kabel einbringbaren
Flüssigkeiten durch entsprechende Änderung des Füllungsgrades eines in dem Kabel
enthaltenen Schlauches vor dem Auslegen ein bestimmtes spezifisches Gewicht des
Kabels in Anpassung an den Salzgehalt des jeweiligen Seemeßgebietes einzustellen.
Infolge der auftretenden Strömungsturbulenzen und der auch hier nur geringen möglichen
Druckdifferenzen zum Entleeren des Schlauches ist ein schnelles Fluten und Tauchen,
wie es während einer seismischen Messung von Meßpunkt zu Meßpunkt erforderlich ist,
nicht möglich.
-
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden,
indem ein an sich schwimmfähiges Hochsee-Meßkabel zur Durchführung der einzelnen
Messung dadurch abgesenkt wird, daß während der Meßfahrt zum abwechselnden Absenken
und Aufschwimmen des Meßkabels ein mit dem Meßkabel lösbar verbundener Schlauch
abwechselnd
mit zwei fließbaren Stoffen verschiedenen spezifischen
Gewichtes gefüllt wird.
-
Zweckmäßig wird dabei der parallel zum Meßkabel geführte Schlauch
einmal mit Wasser gefüllt.
-
Das Kabel ist mit diesem mit Wasser gefüllten Schlauch noch voll schwimmfähig,
da der Mantel des Zusatzschlauches entweder aus einem Material mit dem spezifischen
Gewicht von eins oder kleiner besteht oder aber, falls größer als eins, eine Wandstärke
hat, daß es noch von dem normalen Auftrieb des Seekabels getragen wird. Selbstverständlich
ist auch eine Grundfüllung mit einer anderen, nicht zu schweren Flüssigkeit, z.
B. ö1, möglich. Dieser Schlauch wird nun zum Absenken des Kabels mit einer Flüssigkeit
oder Flüssigkeitsemulsion gefüllt, deren spezifisches Gewicht größer als eins, gegebenenfalls
sogar erheblich größer als eins ist. Unter Emulsion wird hier eine Aufschwemmung
in Art der in der Tiefbohrtechnik gebräuchlichen Dickspülung verstanden, oder es
wird eine Einschwemmung von Festkörpern, die in Wasser unlöslich sind, darunter
verstanden, z. B. kleine Glas- oder Stahlkugeln. Die Durchführung des Verfahrens
sieht dann auf dem Meßschiff nur eine Wasserpumpenanlage vor, die in der Lage ist,
das in dem parallel zum Meßkabel geführten Schlauch befindliche Wasser auszupumpen
und die Flüssigkeit oder Flüssigkeitsemulsion durchzupumpen. Es ist selbstverständlich,
daß die zum Absenken des Kabels gewählte Flüssigkeit möglichst so beschaffen ist,
daß sie mit Wasser nicht mischbar ist, da man dann eine klare Trennung der beiden
Flüssigkeiten ohne störende Vermischungszone erhält.
-
Dabei kann der Umlauf durch die Hin- und Rückleitung des Schlauches
sowohl durch eine Pumpe in Verbindung mit Behältern vorgenommen werden als auch
durch zwei Behälter, die abwechselnd angehoben bzw. abgesenkt werden.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann auch nur ein einziger Schlauch
beigegeben werden, der an der vom Meßschiff abgewandten Seite nur für Wasser (z.
B. durch ein Sieb) offen ist. Hierbei wird zum Absenken eine Wasser-Festkörpermischung
in den Schlauch gepumpt, so daß die Festkörper in dem Schlauch verbleiben. Durch
entsprechendes Rückpumpen können dann die Festkörper wieder aus dem Schlauch in
einen Vorratsbehälter befördert werden.
-
Schließlich kann der Schlauch durch für Wasser durchlässige Siebe
oder Ventile in einzelne Abschnitte unterteilt werden, in denen sich Festkörper
befinden. Durch Hin- und Herpumpen des Wassers kann dabei die Lage der Festkörper
von einem Ort zwischen den Hydrophonen zu einem Ort neben oder unter den Hydrophonen
verändert werden. Da die Hydrophone und damit die Meßkabelabschnitte in unmittelbarer
Nachbarschaft der Hydrophone schwerer als das übrige Meßkabel sind, läßt sich bei
entsprechender Wahl der Auftriebs- und Gewichtsverhältnisse eine selektive Absenkung
der Hydrophone erreichen.
-
In den Zeichnungen sind einige Beispiele erfindungsgemäßer Einrichtungen
schematisch dargestellt.
-
Sie werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt Abb. 1 eine erfindungsgemäße
Einrichtung mit einem zu einer Schlaufe geschlossenen Schlauch, Abb. 2 eine Einrichtung
nach Abb. 1, bei der statt der Pumpe zwei Behälter auf verschiedenem Niveau angeordnet
sind, und
Abb. 3 eine Einrichtung mit einem mit Sieb verschlossenen einfachen Schlauch.
-
In dem Meßschiff 1 befinden sich nach Abb. 1 eine Wasserpumpe 2 und
ein Vorratsbehälter 3, dessen Volumen gleich oder größer ist als das Gesamtvolumen
des Schlauches 4, der parallel zum Meßkabel 5, aber lösbar mit diesem mittels der
Verbindungsstücke 6 geführt ist.
-
Das vom Meßschiff abgewandte Ende des Schlauches 4 ist durch ein
Krümmerstück 7 mit der Rückführung des Schlauches verbunden. Die Pumpe 2 hat die
Aufgabe, den im Gesamtschlauch befindlichen Flüssigkeits- oder Flüssigkeits-Emulsions-Inhalt
in den bzw. aus dem Behälter 3 zu pumpen. Es besteht demnach folgender Kreislauf:
Kabel schwimmend, Schlauch gefüllt mit Wasser, Behälter 3 gefüllt mit Flüssigkeit
schwerer als Wasser; nach dem Pumpen: Kabel abgesenkt, Schlauch gefüllt mit Flüssigkeit
schwerer als Wasser, Behälter 3 gefüllt mit Wasser.
-
Es kann somit eine einfache und anspruchslose Wasserpumpe nicht zu
hohen Druckes Verwendung finden, durch die nur reines Wasser befördert werden muß,
so daß Beschädigungen durch die Flüssigkeit, schwerer als Wasser, mit Sicherheit
vermieden werden.
-
Der Behälter 3 kann unter Umständen in zwei Behälter aufgeteilt werden,
so daß der Transport der betreffenden Flüssigkeiten in je einem Behälter erfolgt,
wobei sich die Pumpenanlage vereinfachenläßt.
-
Eine Möglichkeit, die Pumpe einzusparen, besteht in dem Aufteilen
der Behälter, wie es in Abb. 2 dargestellt ist. Hier ist für den hinführenden und
den rückführenden Schlauch je ein Behälter 3 a und 3 b mit einem Absperrhahn 8,
9 vorgesehen. Durch Heben und Senken der Behälter 3 a und 3 b kann bei wechselseitigem
Schließen und Öffnen der Hähne 8 und 9 der Schlauch entweder mit dem Inhalt des
Behälters 3 a oder mit dem Inhalt des Behälters 3 b gefüllt werden. Statt Heben
und Senken der Behälter 3 a und 3 b können natürlich auch andere physikalische Methoden,
wie z. B. Drehen oder Beschweren der Oberflächen der Behälter durch eine Art Stempel
oder ein Luftdruckpolster, benutzt werden.
-
Eine andere Ausführungsart gemäß der Erfindung ist in Abb. 3 dargestellt,
bei der nur ein einfacher Schlauch 4 dem Meßkabel 5 parallel geführt ist, in dessen
Lauf zwei Siebe 11 undl2 eingebaut sind.
-
Zum Beschweren des Schlauches dienen in diesem Falle kleine Festkörper,
z. B. Glas- oder Stahlkugeln, die von dem durch die Pumpe 2 erzeugten Flüssigkeitsdruck
in den Schlauch 4 gleichmäßig verteilt eingeschwemmt werden und bei Umschalten der
Pumpe auf Saugen in den Vorratsbehälter 10 eingesaugt werden, wo sie sich an der
Stelle 14 ablagern.
-
Die abgesaugte Flüssigkeit wird von der Pumpe direkt nach außen gefördert.
Siebe an den Stellen 11 und 12 verhindern ein Hinausschwemmen der Festkörper bzw.
eine Beschädigung der Pumpe. Es ist auch möglich, nicht nur an den Stellen 11 und
12 derartige Siebe anzubringen, sondern auch an mehreren Stellen des Kabels, z.
B. an den Stellen, an denen sich Hydrophone befinden. Es ist dann durch kurzes Pumpen
möglich, die Festkörper von einer Stelle des Schlauches zwischen entsprechenden
Sieben hin- und herzuschwemmen, so daß bestimmte Stellen des Kabels zum Absenken
bzw. Aufsteigen gebracht werden können.
-
Es ist zweckmäßig, bei Auswahl des Schlauch materials neben dessen
Festigkeits- und Gewichtseigenschaften
auch die optischen Eigenschaften
zu beachten. So besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß das Schlauchmaterial
durchsichtig oder durchscheinend gemacht ist und gleichzeitig die verwendeten Flüssigkeiten
oder Flüssigkeitsemulsionen oder die verwendeten Festkörper so angefärbt sind, daß
sie sich merklich von Wasser unterscheiden. Man ist dann in der Lage, auch optisch
vom Schiff aus jederzeit die Füllung der Schläuche zu überwachen, und kann bei eventuell
auftretenden Fehlern schnell den Fehlerort lokalisieren.