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Verfahren zur seismischen Erforschung geologischer Formationen Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur seismischen Erforschung geologischer
Formationen durch eine Reihe nacheinander erzeugter Signale, wobei alle Signale
von mehreren Empfängern aufgenommen und sodann zur Ausschaltung meßtechnischer Störungen
miteinander gemischt werden.
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Ein viel verwendetes, bekanntes seismisches Verfahren zur Erforschung
von Lagerstätten im Erdinneren besteht darin, daß in der Nähe der Erdoberfläche
eine seismische Störung erzeugt wird, beispielsweise durch einen mechanischen Schwingungserzeuger
oder eine Sprengung, und die an Unstetigkeiten im Erdinneren zur Erdoberfläche reflektierten
Schwingungen gemessen werden. Außer den die gewünschte Information liefernden reflektierten
Schwingungskomponenten treten jedoch auch immer gleichzeitig Störungen auf, die
sich den gewünschten Schwingungen überlagern, beispielsweise durch längs der Erdoberfläche
laufende Oberflächenwellen und durch gebrochene, gebeugte und gestreute Anteile
des in die Erde übertragenen Signals. Da die gewünschten Reflexionswellen praktisch
senkrecht wieder an der Erdoberfläche eintrdffen, erreichen sie die im Abstand voneinander
angeordneten Empfangsstationen praktisch gleichzeitig und erzeugen dementsprechend
gleichphasige Signale, während die obenerwähnten Störschwingungen an den verteilten
Empfangsstationen mit beträchtlichen und gegebenenfalls statischen Phasendifferenzen
eintreffen.
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Infolge der weitgehenden Gleichphasigkeit der von den verschiedenen
Empfangsstationen aufgenommenen Nutzsignale läßt sich der Störabstand der Nutzsignale
bekanntlich dadurch beträchtlich vergrößern, daß die von den verschiedenen Empfängem
aufgenommenen Signale zusammengesetzt, addiert oder gemischt werden. Die Nutzsignale
addieren sich dabei wegen ihrer Phasengleichheit, während sich die Störsignale weitgehend
kompensieren.
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In der Praxis werden die von den einzelnen Empfangsstationen aufgenommenen
Schwingungen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger registriert, wobei gewöhnlich
für jede Empfangsstation und seismische Störung eine entsprechende Spur aufgezeichnet
wird. Die den einzelnen Empfangsstationen entsprechenden Spuren werden dann bei
den bekannten Verfahren gleichzeitig einzeln abgespielt, go daß eine entsprechende
Anzahl elektrischer Signale erzeugt werden, die den von den verschiedenen Empfangsstationen
aufgenommenen seismischen Signalen entsprechen. Die einzelnen elektrischen Signale
werden dann im bekannten Falle zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals in
einem verhältnismäßig komplizierten Mischkreis vereinigt. Das kombinierte Signal,
das einen wesentlich besseren Störabstand hat als die Einzelsignale, aus denen es
erzeugt wurde, wird dann in üblicher Weise ausgewertet.
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Es ist ferner ein Gerät bekannt, das es gestattet, ältere magnetisch
aufgezeichnete Seismogramme zu korrigieren und gegebenenfalls in neuere seismische
Querschnittsdiagramme zu übertragen. Dieses Gerät enthält drei Trommeln, von denen
eine die auszuwertenden Magnetbänder trägt. Für eine Mischung von Signalen, die
durch mehrere seismische Empfänger gleichzeitig aufgezeichnet wurde, ist dieses
Gerät weder bestimmt noch geeignet, sein Zweck besteht vielmehr darin, die durch
Mischung mehrerer Einzelsignale erhaltenen verbesserten Signale weiterzzuverarbeiten.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen, kurz gesagt, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines kombinierten seismischen Signals mit verbessertem
Störabstand durch Vereinigung von Einzelsignalen angegeben werden, das besonders
einfach, preiswert, leicht und betriebssicher ist.
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Ein Verfahren zur seismischen Erforschung geologischer Formationen
durch eine Reihe nacheinander erzeugter Signale, wobei alle Signale von mehreren
Empfängern aufgenommen und sodann zur Ausschaltung meßtechnischer Störungen miteinander
gemischt werden, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Anlegen jedes
Signals der Reihe an einen magnetischen Schreibkopf, -
b) Bewegen eines
magnetischen Trägers in bezug auf den daran angrenzenden Schreibkopf während ihm
jedes Signal der Reihe zugeführt wird, c) Weiterschaltung des Schreibkopfes quer
zur Bewegungsrichtung des magnetischen Trägers nach jeder Speisung des Schreibkopfes
mit einem Signal der Reihe, um einen Satz paralleler magnetischer Spuren auf dem
Träger zu erzeugen, von denen jede eines der Signale darstellt, ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichzeitiges Abtasten sämtlicher Spuren eines
Satzes mit einem einzigen Lesekopf zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals
mit einer Augenblicksamplitude erfolgt, die gleich der algebraischen Summe
der entsprechenden Augenblicksamplituden sämtlicher Signale der Reihe ist.
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Eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens mit einem magnetischen
Schreibkopf zur Aufzeichnung der einzelnen Signale einer Reihe bei ihrer Erzeugung,
einem magnetischen Aufzeichnungsträger, einer Vorrichtung, die den Aufzeichnungsträger
wiederholt um einee bestimmte Strecke am Schreibkopf vorbeizubewegen gestattet,
einer Vorrichtung züm Verschieben des Schreibkopfes quer zur Bewegungsrichtung des
Aufzeichnungsträgers derart, daß ein, Satz paralleler Aufzeichnungsspuren auf dem
magnetischen Aufzeichnungsträger entsteht, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch einen Lesekopf solcher Größe, daß er alle Aufzeichnungsspuren eines' Satzes
gleichzeitig unter Erzeugung eines zusan-unengesetzten Signals abzutasten gestattet.
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Der magnetische Aufzeichnungsträger ist vorzugsweise in an sich bekannter
Weise auf der Oberfläche einer umlaufenden Trommel angeordnet, und der Schreibkopf
ist dann parallel zur Achse dieser Trommel verschiebbar gelagert. Der den Satz von
Spuren schreibende, verschiebbare Schreibkopf und der alle Spuren des Satzes gleichzeitig
abtastende Lesekopf können in verschiedenen Geräten angeordnet sein, also mit verschiedenen
Vorrichtungen, die den Aufzeichnungsträger wiederholt um eine bestimmte Strecke
an den Köpfen vorbeibewegen, zusammenwirken, andererseits können in einem einzigen
Gerät sowohl ein verschiebbarer Schreibkopf als auch ein Lesekopf, der die vom Schreibkopf
erzeugten Spuren gleichzeitig abzutasten gestattet, vorgesehen sein.
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Um den zur Speicherung nutzbaren Raum des magnetischen Aufzeichnungsträgers
optimal auszunutzen, wird vorzugsweise der Schreibkopf zwischen der Aufzeichnung
zweier aufeinanderfolgender Signale einer Reihe jeweils um einen Betrag weitergeschaltet,
der kleiner als die doppelte Breite einer von ihm erzeugten Spur ist. Wenn der Schreibkopf
bei der Aufzeichnung in an sich bekannter Weise mit einer Vorspannung gespeist wird,
wird der Schreibkopf zwischen zwei Aufzeichnungen vorzugsweise jeweils so weit weitergeschaltet,
daß die zuerst aufgezeichnete Spur gerade noch nicht durch die dem Schreibkopf bei
der Aufzeichnung zugeführte Vorspannung gelöscht wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung eingehender erläutert.
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F i g. 1 ist eine Draufsicht auf die Registriervorrichtung,
welche zur Ausübung der Erfindung verwendet wird, wobei der größte Teil der Vorrichtung
zum besseren Verständnis schematisch dargest#ellt wurde; F i g. 2 ist eine
Draufsicht auf ein Wiedergabegerät zur Ausübung der Erfindung, wobei der größte
Teil des Gerätes schematisch dargestellt wurde; - F i g. 3 ist eine
schematische Draufsicht # auf ein kombiniertes Gerät zum Aufzeichnen und'Wiedergeben
gemäß der Erfindung.
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Das Registriergerät 20 gemäß F i g. 1 besitzt einen Rahmen
38, welcher eine zylindrische Trommel 40 trägt, die darin drehbar auf einer
sich längs durch ihre Mitte erstreckenden Achse 42 gelagert ist, deren Enden an
gegenüberliegenden Enden des Rahmens 38 in Lagern 44 ruhen. Der Rahmen
38 trägt auch einen Motor 46, welcher die Trommel 40 über ein Getriebe 48
antreibt und sie mit der gewünschten Geschwindigkeit um ihre Längsachse dreht. Die
Trommel 40 kann aus einem Material hergestellt sein, das zum magnetischen Registrieren
dient, oder ein Blatt 50 eines magnetischen Trägers kann, auf ihrem Umfang
befestigt sein.
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Mehrere Halter 58 sind auf einer Seite des Rahmens
38 auf einer Gleitschiene 60 gleitend befestigt, so daß sie siellparallel
zur Längsachse der Tronunel 40 bewegen Aonnen. Eine derartige Längsbewegäng der
Halter 58 wird von einer Spindel 62 gesteuert, die auf gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens 3,8
in den Lagern 64 läuft und durch die Halter
58 geschraubt ist. An einem Ende der Spindel 62 sind eine Skala und
ein Handrad 66 befestigt, so daß die Halter 58 um einen genau bemessenen
Betrag manuell seitlich bewegt werden können. Wie ersiätlich ist, können die Halter
auch ohne weiteres derart auf der Spindel 62 aufgeschraubt sein, daß sie
um den gleichen Betrag bewegt werden, wenn, die Spindel 62 gedreht wird.
Jeder der Halter 58 trägt einen Schreibkopf 68, der auf dem Umfang,
der Trommel 40 anliegt, so daß die Spuren 70, 72, 74, 76 und
78 auf dem magnetischen Träger 50 registriert werden. Träger
58 und Schreibköpfe 68 können in Abhängigkeit von der Größe des magnetischen
Trägers 50 in beliebiger Anzahl verwendet werden. Jeder Schreibkopf
68 ist über entsprechende Leitungen mit einem oder mehreren zusammenliegenden
Empfängern verbunden.
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Beim Betrieb des Registriergerätes 20 werden die Halter
58, wie in F i g. 1 gezeigt wird, auf dem magnetischen Träger
50 auf eine Seite bewegt.
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Nachdem die Trommel 40 eine Umdrehung ausgeführt hat, wird sie angehalten,
und die Schreibköpfe 68 werden durch Drehen der Spindel 62 um einen
Schritt nach rechts bewegt. Jedes neu aufgenommene Signal, wie z. B. ein seismisches
Signal, wird von den Schreibköpfen 68 auf dem magnetischen Träger
50 registriert, wie durch die gestrichelten Linien 70 a,
72 a ... 78 a dargestellt wird. Durch Wiederholen dieser Vorgänge
wird eine Reihe von parallelen Spuren auf dem magnetischen Träger 50
verzeichnet,
welche der Reihe der empfangenen Signale entsprechen, wobei auf jeder Spur eines
der empfangenen Signale der Reihe aufgezeichnet ist.
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Nachdem die gewünschte Anzahl Aufnahmen durchgeführt worden ist, wird
der magnetische Träger 50 von der Trommel 40 des Registriergeräts 20 auf
die Trommel 80 eines Abspielgeräts bzw. Wiedergabegeräts 82 gebracht,
das in F ig. 2 dargestellt ist. Das Wiedergabegerät besitzt einen Rahmen 84 mit
einer an gegenüberliegenden Enden gelagerten
Welle 86, welche
die Trommel 80 drehbar im Rahmen trägt. Die Trommel wird von einem Motor
88 über ein Getriebe 90 in der üblichen Weise in Umdrehung versetzt.
Je ein Lesekopf 92 ist gegenüber jedem auf dem magnetischen Träger
50 durch die Schreibköpfe 68 des Registriergeräts 20 aufgezeichneten
Satz paralleler Spuren fest am Rahmen 84 befestigt. Jeder dieser Leseköpfe ist so
groß, daß er sämtliche Spuren des entsprechenden Satzes abtastet. Einer der Leseköpfe
92 ist z. B. gegenüber den Spuren 70 bis 70 c angeordnet, die
vom darüberliegenden Schreibkopf 68 auf dem magnetischen Träger
50
aufgezeichnet wurden. Die übrigen Leseköpfe 92
sind in ähnlicher
Weise in bezug auf die von den anderen Schreibköpfen 68 verzeichneten Spuren
angeordnet. Die Leseköpfe 92 müssen wesentlich breiter sein als die Schreibköpfe
68 bzw. wesentlich breiter als die einzelnen Spuren, In einer kommerziellen
Ausführungsform der Erfindung haben die Leseköpfe 92 Normgröße, und die Schreibköpfe
68
sind wesentlich kleiner, so daß sie auf dem magnetischen Träger
50 Spuren von etwa 0,3 mm Breite erzeugen. Die Köpfe 68 werden
jedesmal um einen Betrag weitergeschaltet, der ausreicht, um zwischen den einzelnen
aneinandergrenzenden Spuren jedes Satzes einen Zwischenraum von 0,05 mm zu
bilden.
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Beim Betrieb des Wiedergabegerätes 82 wird die Trommel
80 vom Motor 88 über das Getriebe 90
gedreht, so daß sämtliche
Spuren jedes einem der Leseköpfe 92 gegenüberliegenden Spurensatzes gleichzeitig
abgetastet werden. Demzufolge bewirkt jeder Lesekopf 92 ein Zusammensetzen
sämtlicher in den von ihm abgetasteten Spuren enthaltener Signale unter Bildung
eines zusammengesetzten Signals, das eine Augenblicksamplitude hat, die gleich der
algebraischen Summe der entsprechenden Augenblicksamplituden sämtlicher Signale
jedes Satzes von Signalen ist, die von einem Empfänger empfangen wurden. Und, wenn
alle empfangenen Signale einer Reihe bei der Aufnahme auf dem Träger 50 in
Bezug aufeinander synchronisiert sind, so entsprechen alle von jedem Spurensatz
dargestellten Signale der gleichzeitigen Sendung sämtlicher Signale durch die Erde,
so daß die zufälligen Schwankungen der Signale auf ein Minimum beschränkt und die
synchronisierten aus den Reflektionswellen entstehenden Änderungen im zusammengesetzten
Signal verstärkt werden.
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Eine Kombination eines Registrier- und Wiedergabegerätes ist in F
i g. 3 dargestellt. Dieses Gerät 100 kann an Stelle des Registriergeräts
20 und des Wiedergabegeräts 82 verwendet werden. Es besitzt einen Rahmen
102 mit einer darin drehbar gelagerten Trommel 104. Diese sitzt auf der an gegenüberliegenden
Enden des Rahmens in den Lagern 108 gelagerten Welle 106. Ein Motor
110 ist ebenfalls am Rahmen 102 angebracht und steht über ein Getriebe 112
mit der Welle 106 in Verbindung, um die Trommel 104 um ihre Längsachse zu
drehen. Ein magnetischer Träger114 in Blattform ist auf dem Umfang der Trommel 104
befestigt.
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Ein Halter 116 ist gleitend am Rahmen 102 auf der Stange
118 derart befestigt, daß er sich parallel zur Längsachse der Trommel 104
bewegen kann. Mehrere Schreibköpfe 120 werden vom Träger 116
in einem Abstand
voneinander längs der Trommel 104 und nahe an deren Umfang getragen. Die Schreibköpfe
120 werden mit den Signalen gespeist, so daß sie mehrere Sätze von Spuren auf dem
magnetischen Träger 114 registrieren, wobei jeder Spurensatz die empfangenen Signale
enthält. Der Halter 116 und die Köpfe 120 werden mittels der Spindel 122
längs des magnetischen Trägers 114 weitergeschaltet. Die Spindel 122 ist im Rahmen
102 gelagert und mit durch den Halter 116 geschraubtem Gewinde versehen.
Ein mit einer Skala versehenes Handrad 124 ist an der Spindel 122 befestigt und
dient zum manuellen Weiterschalten des Halters 116
mit den Schreibköpfen 120.
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Mehrere Leseköpfe 128 sind fest am Rahmen 102 in einem Abstand von
den Schreibköpfen 120 am Umfang der Trommel angordnet. Jeder Sprechkopf
128 ist derart angeordnet und hat ein derartiges Ausmaß, daß er sämtliche
Spuren auf dem magnetischen Träger 114 abtastet, die von einem der Schreibköpfe
120 geschrieben werden.
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Im Hinblick auf die eingehende Beschreibung der Arbeitsweise des Registriergeräts
20 und des Wiedergabegeräts 82 braucht die Arbeitsweise des kombinierten
Registrier- und Wiedergabegeräts 100 nur kurz beschrieben zu werden. Ein
gewünschtes Signal, wie z. B. ein seismisches Signal, wird einem der Schreibköpfe
120 zugeführt. Nach einer vollständigen Umdrehung der Trommel 104 wird der Schreibkopf
120 weitergeschaltet, so daß er die nächste gestrichelt dargestellte Linie, die
an die ausgezogene Spur angrenzt, bespricht. Danach erfolgt wiederum eine Registrierung
der empfangenen Signale in der eben beschriebenen Weise. Dies wird für die gewünschte
Anzahl von Registrierungen wiederholt. Die Leseköpfe 128 werden während des
Registriervorganges ausgeschaltet.
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Nach Beendigung des Registrierens werden bei Verwendung des Gerätes
gemäß F i g. 3 die Schreibköpfe 120 abgeschaltet und die Leseköpfe
128 eingeschaltet. Beim Drehen der Trommel 104 wird also, wie ersichtlich
ist, jeder von jedem der Schreibköpfe 120 erzeugte Spurensatz gleichzeitig von einem
der Leseköpfe 128 für den Zusammensetzungsvorgang abgetastet.
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Bei Verwendung entweder des getrennten Schreib-bzw. Registriergeräts
20 und Wiedergabe- bzw. Ab-
spielgeräts 82 oder der Kombination des
Registriergeräts mit dem Wiedergabegerät 100 ist es wünschenswert, daß die
magnetischen Spuren, welche von jedem Schreibkopf erzeugt werden, so nahe nebeneinanderliegen,
wie möglich ist, um das zur Speicherung dienende Gebiet und die Größe der Leseköpfe
auf ein Mindestmaß zu beschränken. Die Breite jeder Spur wird nur von dem erforderlichen
Wert von Nutzpegel zu Störpegel begrenzt, der für das untersuchte Gebiet benötigt
wird. Wie dem Fachmann wohlbekannt ist, ist der Wert dieses Verhältnisses um so
größer, je breiter die magnetische Spur ist. Wie oben angeführt wurde, hat
bei einer für den Handel bestimmten Ausführungsform der Erfindung eine Spurbreite
von 0,3 mm zufriedenstellende Ergebnisse gezeitigt. Der Mindestabstand zwischen
angrenzenden Spuren, welche von jedem Schreibkopf erzeugt werden, wird nur von der
Löschwirkung begrenzt. Jeder Schreibkopf wird während des Schreibvorganges mit einer
Vorspannung gespeist, die die Neigung hat, die auf der angrenzenden Spur gespeicherte
Information zu löschen. Daher muß der Betrag, um den der Schreibkopf von einer bis
zur nächsten Spur weitergeschaltet wird, so groß sein,
daß die zuerst
geschriebene Spur gerade nicht während der weiteren Aufzeichnung gelöscht wird.
Zu bemerken ist aber, daß das übergehen von zwei aneinander angrenzenden Spuren
ineinander, die irgendeinem Spurensatz angehören, also das Übersprechen, nicht von
Bedeutung ist, da gemäß der Erfindung die Wiedergabe eines vollständigen Spurensatzes
durch einen einzigen Lesekopf ein hundertprozentiges Mischen bzw. übersprechen bedeutet.
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Aus obiger Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung ein neuartiges
Registriergerät vorsieht, bei welchem eine große Anzahl von auleinanderfolgenden
Registrierungen für eine Zusammensetzung verwendet werden kann, ohne daß ein verwickelter
Mischkreis erforderlich ist. Seismische Untersuchungen zur Erforschung von Lagerstätten
lassen sich unter Verwendung der Erfindung in einem Minimum an Zeit, mit einem Minimum
an Ausrüstung und bedeutend billiger als bisher ausführen. Das Verfahren `und die
Vorrichtung gemäß der Erfindung sind aich bei der Ausführung zahlreicher verschiedener
Verfahren der seismischen Erforschung von Lagerstätten dienlich. So z. B. bei einer,
welche ein Kurzzeitsignal verwendet, wenn z. B. Dynamit oder das Fallenlassen eines
Gewichtes als Energiequelle dient.