DE1208086B

DE1208086B - Generating a seismic sound wave front

Info

Publication number: DE1208086B
Application number: DES74209A
Authority: DE
Inventors: Noyes Derling Smith Jun
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1960-06-06
Filing date: 1961-06-05
Publication date: 1965-12-30

Description

Erzeugen einer seismischen Schallwellenfront Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer gerichteten Schallwellenfront durch Detonation eines unter Wasser angeordneten detonierbaren Gasgemisches, das die Schallquelle bildet, für Untersuchungen unter Wasser angeordneter geologischer Formationen sowie auf eine Schallquelle zur Ausführung dieses Verfahrens.Generating a Seismic Sound Wave Front The invention relates to focuses on a method for generating a directed sound wave front by detonation a detonable gas mixture arranged under water, which is the sound source forms, for investigations of geological formations arranged under water as well as to a sound source to perform this procedure.

Es ist eine Schallquelle bekannt, in der mittels einer elektrolytischen Zelle ein detonierbares Gasgemisch gebildet wird, das in einer eine flexible Wand aufweisenden Kammer detoniert wird. Infolge. der Verwendung der elektrolytischen Zelle können dabei Detonationen nur mit großen Zwischenräumen erregt werden, die Vorrichtung kann nur in aufrechter Lage verwendet werden, und es ist nur eine kugelförmige Schallausbreitung in Art der Detonationswellen einer normalen Sprengladung erstrebt.There is a sound source known in which by means of an electrolytic Cell a detonable gas mixture is formed, which is in a flexible wall having chamber is detonated. As a result. the use of electrolytic Cell detonations can only be excited with large gaps Device can only be used in an upright position, and it is only spherical Tends to propagate sound in the manner of the detonation waves of a normal explosive charge.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter vielseitigen Einsatzbedingungen gerichtete seismische Schallwellen mit schneller Detonationsfolge erzeugen zu können.The invention is based on the object under versatile Conditions of use directed seismic sound waves with rapid detonation sequence to be able to generate.

Zum Lösen dieser Aufgabe wird nach der Erfindung das Gasgemisch als langgestreckte Säule in einer Umhüllung unter einem von 90° verschiedenen Winkel gegenüber der Horizontalen angeordnet und nach erfolgter Detonation durch Verdrängen der Verbrennungsgase durch neues detonierbares Gasgemisch ersetzt.To solve this problem, according to the invention, the gas mixture is as elongated column in an envelope at an angle other than 90 ° arranged opposite the horizontal and after detonation by displacement the combustion gases are replaced by a new detonable gas mixture.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Gasgemisches in Gestalt einer langgestreckten Säule wird eine gerichtete Schallwellenfront erregt, die infolge der Lage der Umhüllung unter einem von 90° verschiedenen Winkel gegenüber der Horizontalen in einer solchen Weise auf die zu untersuchenden Formationen trifft, daß ein erheblicher Teil der von der Schallwellenfront getragenen seismischen Energie den Formationen zugeleitet wird. Dabei kann eine gute Störsignalunterdrückung am Empfänger erreicht werden. Da nach jeder Detonation die Verbrennungsgase durch ein neues detonierbares Gasgemisch ersetzt werden, kann die Gassäule mit sehr kurzen Zeitabständen periodisch detoniert werden. Die Erfindung ist gut geeignet für seismische Untersuchungen von einem fahrenden Schiff aus.The inventive arrangement of the gas mixture in the form of a elongated column, a directed sound wave front is excited, which as a result the position of the envelope at an angle other than 90 ° with respect to the horizontal encounters the formations under investigation in such a way that a considerable Part of the seismic energy carried by the sound wave front to the formations is forwarded. Good interference signal suppression can be achieved at the receiver will. Since after each detonation the combustion gases are detonated by a new one Gas mixture are replaced, the gas column can be periodically at very short intervals be detonated. The invention is well suited for seismic surveys of a moving ship.

Zur gerichteten seismischen Untersuchung mittels detonierbarer Gasgemische von einem Schiff aus ist bereits die Verwendung von einer Reihe oder mehrerer paralleler Reihen von Schallquellen bekannt, bei denen das detonierbare Gasgemisch jeweils in einer an einer Seite mittels einer flachen Kolbenmembran begrenzten oder gar zum umgebenden Wasser offenen Kammer vor der Detonation erzeugt oder von einem Vorrat über einen Kolbenmechanismus eingeführt wird. Die Richtwirkung wird dabei durch die Anordnung einer Vielzahl von Schallquellen erreicht. Die Vielzahl dieser Schallquellen kann jedoch nicht in einfacher Weise gehandhabt werden. Überdies können die Verbrennungsgase wegen der Anzahl und relativ komplizierten Form der Kammern nicht in einfacher Weise von einem neuen detonierbaren Gasgemisch verdrängt werden, wodurch viel Gas und Zeit verlorengeht.For directed seismic investigation using detonable gas mixtures from a ship is already the use of a row or several parallel Rows of sound sources known in which the detonable gas mixture in each case in a limited or even limited on one side by means of a flat piston diaphragm Chamber open to the surrounding water prior to detonation or generated from a supply is introduced via a piston mechanism. The directional effect is thereby through the arrangement of a large number of sound sources achieved. The multitude of these sound sources however, it cannot be easily handled. In addition, the combustion gases not in a simple manner because of the number and relatively complicated shape of the chambers be displaced by a new detonable gas mixture, creating a lot of gas and Time is lost.

Die Schallquelle gemäß der Erfindung zum Ausführen des Verfahrens zum Untersuchen unter Wasser liegender Formationen weist demgegenüber eine mit flexibler Wand versehene, langgestreckt ausgebildete Kammer auf, die an ihrem einen Ende eine Zuführung für Gase oder Gasgemische und an ihrem anderen Ende eine Auslaßöffnung besitzt. Bei dieser konstruktiv sehr einfachen Anordnung kann die erstrebte Richtwirkung mittels einer einzigen Schallquelle erzeugt werden, die außerdem eine schnelle Regenerationszeit hat.The sound source according to the invention for carrying out the method for examining underwater formations, on the other hand, one with more flexible Wall provided, elongated chamber, which at one end a Feed for gases or gas mixtures and an outlet opening at its other end owns. With this structurally very simple arrangement, the desired directional effect can be generated by means of a single sound source, which also has a fast regeneration time Has.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using several exemplary embodiments.

F i g. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung ein System zum Durchführen seismischer Untersuchungen; F i g. 3 zeigt eine langgestreckte Schallquelle im Längsschnitt; F i g. 4 veranschaulicht schematisch eine zylindrische Wellenfront, die sich von einer in einem unbegrenzten strömungsfähigen Medium untergetauchten geradlinigen Schallquelle von unendlicher Länge radial ausdehnt; F i g. 5, 6, 7 und 8 sind Richtungsschaubilder einer seismischen Welle, die durch eine geradlinige Schallquelle mit der endlichen Länge L erzeugt wird, von der angenommen ist, daß sie gleichzeitig über ihre ganze Länge zur Detonation gebracht wird; F i g. 9 veranschaulicht schematisch die Richtwirkung einer geradlinigen seismischen Schallquelle oberhalb einer waagerechten reflektierenden Fläche zusammen mit dem Richtungsschaubild des Spiegelbildes der geradlinigen Schallquelle unterhalb der reflektierenden Fläche; F i g. 10 zeigt schematisch das Richtungsschaubild einer oberhalb einer stark geneigten reflektierenden Fläche angeordneten geradlinigen seismischen Schallquelle zusammen mit dem Richtungsschaubild des Spiegelbildes der geradlinigen Schallquelle unterhalb der reflektierenden Fläche; F i g. 11 veranschaulicht schematisch die kegelförmige Wellenfront, die von einer geradlinigen seismischen Signalquelle abgestrahlt wird, welche an einem Ende zur Detonation gebracht wird, wobei sich die Detonation über die Länge der Signalquelle fortpflanzt; F i g. 12 veranschaulicht schematisch die optimale Tiefe, in der man eine erfindungsgemäße geradlinige seismische Signalquelle im Wasser anordnen muß; F i g. 13 zeigt das Richtungsschaubild einer geradlinigen seismischen Signalquelle, die im Wasser unter einem Winkel angeordnet ist, wobei die Detonation am höher liegenden Ende der Signalquelle stattfindet.F i g. 1 and 2 show a schematic representation of a system for Conducting seismic surveys; F i g. 3 shows an elongated sound source in longitudinal section; F i g. 4 schematically illustrates a cylindrical one Wavefront emerging from a submerged in an unlimited flowable medium rectilinear sound source of infinite length radially expands; F i g. 5, 6, 7 8 and 8 are directional diagrams of a seismic wave passing through a rectilinear Sound source is generated with the finite length L, from which it is assumed that it is detonated simultaneously over its entire length; F i g. 9 illustrates schematically the directivity of a straight seismic sound source above a horizontal reflective surface together with the direction diagram of the Mirror image of the rectilinear sound source below the reflective surface; F i g. 10 shows schematically the directional diagram of an above a strongly inclined reflecting surface arranged rectilinear seismic sound source together with the direction diagram of the mirror image of the rectilinear sound source below the reflective surface; F i g. 11 schematically illustrates the conical Wavefront emitted by a straight line seismic signal source, which is detonated at one end, the detonation spreading over propagates the length of the signal source; F i g. 12 schematically illustrates the optimal depth at which to obtain a rectilinear seismic signal source according to the invention must arrange in the water; F i g. 13 shows the direction diagram of a straight line seismic signal source that is placed in the water at an angle, wherein the detonation takes place at the higher end of the signal source.

In F i g. 1 erkennt man ein Schiff 10, das mit einer oder mehreren Seilrollen 11 ausgerüstet ist, von denen aus mit Hilfe von Belastungsvorrichtungen 15 bzw. 19 zwei Schleppseile 12 und 17 unter verschiedenen Winkeln in das Wasser hinein abgespult werden. Mit den Schleppseilen sind ein Detektorstrang bzw. ein Seismometerkabel 13 und ein Strang 18 verbunden, der eine Quelle für seismische Wellen bildet.In Fig. 1 shows a ship 10 which is equipped with one or more rope pulleys 11, from which two tow ropes 12 and 17 are unwound into the water at different angles with the aid of loading devices 15 and 19, respectively. A detector strand or a seismometer cable 13 and a strand 18 , which forms a source of seismic waves, are connected to the tow ropes.

Die geradlinige bzw. langgestreckte Schallquelle 18 wird vorzugsweise durch einen flexiblen Schlauch bzw. eine Umhüllung 22 (F i g. 3) von kleinem Durchmesser gebildet; der Durchmesser des Schlauches beträgt z. B. zwischen 2,5 und 15 cm. Der Schlauch bzw. die Umhüllung kann aus einem Kunststoff, Gummi oder einem gummiähnlichen Material bestehen, dessen Wandstärke so gewählt ist, daß Schallwellen durch die Wand hindurch übertragen werden können. Um die Festigkeit der Umhüllung zu vergrößern, kann man in das betreffende Material des Schlauches die verschiedensten Stoffe einformen, z. B. Fäden, Gewebe oder Drähte. Das vordere Ende der Umschließung 22 ist durch einen Stopfen 23 verschlossen, in dem eine Mischkammer 24 ausgebildet ist, welche mit dem langgestreckten Innenraum 25 des Schlauches 22 über einen Kanal bzw. eine Drossel 26 in Verbindung steht. An die Kammer 25 sind zwei Rohrleitungen 27 und 28 angeschlossen. Das nur in einer Richtung erfolgende Strömen von Gas durch die Leitungen 27 und 28 wird durch Ventile gesteuert, z. B. durch zwei in den Stopfen 23 eingebaute federbelastete Rückschlagventile 31 und 32. Das hintere Ende des flexiblen Schlauches 22 der langgestreckten Schallquelle kann ständig offenbleiben, doch wird es vorzugsweise mit einem Stopfen 33 verschlossen, der einen Kanal bzw. eine Drossel 34 aufweist, welche normalerweise z. B. durch ein federbelastetes Rückschlagventi135 geschlossen gehalten wird. Wenn das Ventil 35 offen ist, kann das Gas durch die Drossel 34 ausströmen und über die nach außen führenden Öffnungen 36 abgegeben werden.The straight or elongated sound source 18 is preferably formed by a flexible hose or sheath 22 (FIG. 3) of small diameter; the diameter of the hose is z. B. between 2.5 and 15 cm. The hose or the sheath can consist of a plastic, rubber or a rubber-like material, the wall thickness of which is selected so that sound waves can be transmitted through the wall. In order to increase the strength of the sheath, a wide variety of substances can be molded into the relevant material of the hose, e.g. B. threads, fabrics or wires. The front end of the enclosure 22 is closed by a plug 23 in which a mixing chamber 24 is formed which is connected to the elongated interior 25 of the hose 22 via a channel or a throttle 26 . Two pipes 27 and 28 are connected to the chamber 25. The unidirectional flow of gas through lines 27 and 28 is controlled by valves, e.g. B. by two built into the plug 23 spring-loaded check valves 31 and 32. The rear end of the flexible hose 22 of the elongated sound source can remain open at all times, but it is preferably closed with a plug 33, which has a channel or a throttle 34, which usually e.g. B. is kept closed by a spring-loaded check valve. When the valve 35 is open, the gas can flow out through the throttle 34 and can be discharged via the openings 36 leading to the outside.

Die langgestreckte Schallquelle nach der Erfindung ist mit einer Zündvorrichtung ausgerüstet, damit ein explosionsfähiges Gasgemisch in dem langgestreckten Innenraum 25 der Umhüllung 22 zur Entzündung bzw. zur Detonation gebracht werden kann. In F i g. 3 ist eine Ausbildungsform einer Zündvorrichtung schematisch angedeutet; sie umfaßt mehrere Klötze 37 aus isolierendem Material, die in Längsabständen verteilt sind. Die Klötze 37 sind durch Leitungsdrähte 40 und 41 elektrisch miteinander verbunden. Auf der Oberseite jedes Klotzes 37 befinden sich zwei elektrische Kontakte 42 und 43, die eine Funkenstrecke bilden, welche es ermöglicht, zahlreiche explosive Gemische von brennbaren Gasen zu zünden. Die elektrischen Leitungen 40 und 41 sind isoliert und zu einem Kabel 44 zusammengefaßt, das seinerseits mit den Gasleitungen 27 und 28 umwickelt werden kann, um das Schleppseil für die Schallquelle zu bilden. Das elektrische Kabel ist an Bord des Schiffes 10 mit nicht dargestellten elektrischen Einrichtungen zum Zünden des Gases in dem Schlauch 22 verbunden. Gegebenenfalls kann man nur ein Paar von Kontakten 42 und 43 vorsehen, die an einem Ende des Schlauches eine Funkenstrecke bilden, wenn sich die Explosionswelle längs des Schlauches 22 fortpflanzen soll. Vorzugsweise verwendet man jedoch mehrere Funkenstrecken, die z. B. in Abständen von 30 oder 150 cm angeordnet sind, um die gesamte Gasmenge in dem Schlauch im wesentlichen gleichzeitig zur Detonation zu bringen. Wenn sich die Detonationswelle in dem explosiven Gemisch gleichmäßig fortpflanzt, könnte man jedoch erheblich größere Abstände zwischen den Zündstellen vorsehen. Der maximale Abstand richtet sich nach der höchsten zu beobachtenden Frequenz und wird durch die Forderung bestimmt, daß die gesamte Gasmenge innerhalb einer Halbperiode dieser Frequenz zur Detonation gebracht werden muß. Wenn die zu beobachtende maximale Frequenz z. B. 100 Hz und die Detonationsgeschwindigkeit des explosiven Gasgemisches 2000 m/s beträgt, würde man Abstände von 20 m zwischen den Zündstellen vorsehen.The elongated sound source according to the invention is equipped with an ignition device so that an explosive gas mixture can be caused to ignite or detonate in the elongated interior 25 of the casing 22. In Fig. 3 is an embodiment of an ignition device indicated schematically; it comprises several blocks 37 made of insulating material, which are distributed at longitudinal intervals. The blocks 37 are electrically connected to each other by lead wires 40 and 41. On the top of each block 37 there are two electrical contacts 42 and 43 which form a spark gap which enables numerous explosive mixtures of flammable gases to be ignited. The electrical lines 40 and 41 are insulated and combined to form a cable 44, which in turn can be wrapped with the gas lines 27 and 28 to form the tow rope for the sound source. The electrical cable is connected on board the ship 10 to electrical devices (not shown) for igniting the gas in the hose 22. If necessary, only one pair of contacts 42 and 43 can be provided, which form a spark gap at one end of the hose if the explosion wave is to propagate along the hose 22. Preferably, however, several spark gaps are used which, for. B. are arranged at intervals of 30 or 150 cm in order to detonate the entire amount of gas in the hose substantially simultaneously. If the detonation wave propagates uniformly in the explosive mixture, however, one could provide considerably larger distances between the ignition points. The maximum distance depends on the highest frequency to be observed and is determined by the requirement that the entire amount of gas must be detonated within a half period of this frequency. If the maximum frequency to be observed z. B. 100 Hz and the detonation speed of the explosive gas mixture is 2000 m / s, one would provide distances of 20 m between the ignition points.

Beim Gebrauch der erfindungsgemäßen langgestreckten Schallquelle läßt man Luft und ein brennbares Gas von dem Schiff 10 aus in den gewünschten anteiligen Mengen durch die Leitungen 27 und 28 strömen, so daß sich beim Durchmischen der Luft und des Gases in der Kammer 24 des Stopfens 23 ein explosives Gemisch bildet. Dieses Gemisch strömt durch die Drossel 26 und füllt die langgestreckte Kammer 25 des Schlauches 22. Wenn eine seismische Aufzeichnung hergestellt werden soll, leitet man einen elektrischen Strom durch die Leitungen 40 und 41, so daß an den durch die Kontakte 42 und 43 gebildeten Funkenstrecken Funken überspringen, d. h., daß gleichzeitig über die ganze Länge der Schallquelle in gegenseitigen Abständen mehrere Funken auftreten. Diese Funken leiten im wesentlichen gleichzeitig über die ganze Länge der Kammer 25 eine Explosion des Gasgemisches ein, und die hierbei entstehende seismische Welle wird durch die flexiblen Wände des Schlauches 22 zu dem den Schlauch umgebenden Wasser übertragen. Nachdem die Explosion in der langgestreckten Kammer 25 stattgefunden hat, kann man Luft durch die Kammer hindurchblasen, um die Verbrennungsprodukte zu entfernen, die hierbei über die Drossel 34 und das Rückschlagventi135 herausgedrückt werden, so daß die Kammer bereit ist, eine neue Ladung des explosiven Gasgemisches aufzunehmen. Alternativ kann man die Verbrennungsprodukte mittels einer frischen Ladung des explosiven Gasgemisches aus der Kammer 25 herausdrücken, um so die Zeit abzukürzen, die man zum Verdrängen der Verbrennungsprodukte und zum Füllen der Kammer 25 mit dem frischen explosiven Gemisch benötigt. Dieses leztere Verfahren bewährt sich insbesondere dann, wenn die Schallquelle in Abständen von wenigen Sekunden betätigt werden soll.When using the elongated sound source according to the invention, air and a combustible gas can flow from the ship 10 in the desired proportions through the lines 27 and 28, so that when the air and the gas are mixed in the chamber 24 of the plug 23, an explosive Mixture forms. This mixture flows through the throttle 26 and fills the elongated chamber 25 of the hose 22. When a seismic record is to be made, an electrical current is passed through the lines 40 and 41, so that at the spark gaps formed by the contacts 42 and 43 sparks skip, ie that several sparks occur simultaneously over the entire length of the sound source at mutual distances. These sparks initiate an explosion of the gas mixture essentially simultaneously over the entire length of the chamber 25, and the resulting seismic wave is transmitted through the flexible walls of the hose 22 to the water surrounding the hose. After the explosion in the elongated chamber 25 has taken place, air can be blown through the chamber to remove the combustion products which are thereby forced out via the throttle 34 and the non-return valve 35 so that the chamber is ready to receive a new charge of the explosive gas mixture to record. Alternatively, the products of combustion can be forced out of chamber 25 with a fresh charge of the explosive gas mixture to shorten the time it takes to displace the products of combustion and fill chamber 25 with the fresh explosive mixture. This last method is particularly useful when the sound source is to be actuated at intervals of a few seconds.

Der mittlere Auftrieb der langgestreckten Schallquelle 18 nach F i g. 1 wird nahezu konstant bleiben, da die Kammer 25 stets entweder mit dem explosiven Gasgemisch oder dessen Verbrennungsprodukten gefüllt ist. Der natürliche Auftrieb der Schallquelle richtet sich nach der gewählten Konstruktion und dem vorgesehenen Verwendungszweck. Bei einer Ausbildungsform wird die erfindungsgemäße seismische Schallquelle so aufgebaut, daß sie ein neutrales Auftriebsverhalten zeigt, d. h., daß sie bestrebt ist, die gleiche Lage im Wasser beizubehalten, wenn sie von einem Schiff geschleppt wird, wobei sie hinter der Beschwerungsvorrichtung 19 nach F i g. 1 eine gestreckte Lage einnimmt. In vielen Fällen, in denen die Erfindung angewendet wird, ist es jedoch zweckmäßig, eine langgestreckte Schallquelle mit negativem Auftrieb zu benutzen, so daß dann, wenn diese Schallquelle gemäß F i g. 1 am Ende eines Schleppseils 17 nachgeschleppt wird, das hintere Ende der Schallquelle erheblich tiefer im Wasser liegt als ihr vorderes Ende, wobei die Schallquelle diese Lage beibehält, solange sie mit konstanter Geschwindigkeit geschleppt wird. Der Winkel, den die geneigte geradlinige und langgestreckte Schallquelle mit der Wasseroberfläche bildet, kann zwischen 0 und 75° liegen, was sich jeweils nach der Art des Signals richtet, das erzeugt werden soll. Der Auftrieb der Schallquelle kann dadurch auf den gewünschten Wert eingestellt werden, daß man in bekannter Weise Beschwerungsgewichte an der Schallquelle anbringt oder bei deren Herstellung schwere Materialien einbaut. Alternativ könnte man die Schallquelle mit mehreren Schwimmern versehen, die in bekannter Weise an der Schallquelle angebracht oder in sie eingebaut sind, um den Auftrieb zu vergrößern. Wenn eine langgestreckte Schallquelle 18 mit positivem Auftrieb hinter der Beschwerungsvorrichtung 19 nach F i g. 1 nachgeschleppt wird, befindet sich das hintere Ende der Schallquelle in einem erheblich kleineren Abstand von der Wasseroberfläche als das vordere Ende.The mean lift of the elongated sound source 18 according to FIG. 1 will remain almost constant since the chamber 25 is always filled either with the explosive gas mixture or its combustion products. The natural buoyancy of the sound source depends on the construction chosen and the intended use. In one embodiment, the seismic sound source according to the invention is constructed so that it shows a neutral buoyancy behavior, ie that it strives to maintain the same position in the water when it is towed by a ship, being behind the weighting device 19 according to FIG . 1 assumes a stretched position. In many cases in which the invention is applied, however, it is expedient to use an elongated sound source with negative buoyancy, so that when this sound source according to FIG. 1 is towed at the end of a tow rope 17, the rear end of the sound source is considerably deeper in the water than its front end, the sound source maintaining this position as long as it is towed at constant speed. The angle that the inclined straight and elongated sound source forms with the water surface can be between 0 and 75 °, depending on the type of signal that is to be generated. The buoyancy of the sound source can be adjusted to the desired value by attaching weights to the sound source in a known manner or by incorporating heavy materials during its manufacture. Alternatively, the sound source could be provided with a plurality of floats, which are attached to the sound source or built into it in a known manner in order to increase the buoyancy. If an elongated sound source 18 with positive buoyancy behind the weighting device 19 according to FIG. 1 is towed, the rear end of the sound source is at a considerably smaller distance from the water surface than the front end.

Die erfindungsgemäße langgestreckte Schallquelle18 kann durch das Schiff 10 in verschiedenen Stellungen gegenüber einem Seismometerkabe113 nachgeschleppt werden. In F i g. 1 erstreckt sich die Schallquelle oberhalb einer flexiblen Seismometeranordnung 13 und parallel zu ihr. Jedoch könnte man die Schallquelle gegebenenfalls auf der einen oder anderen Seite des Seismometerkabels 13 oder unterhalb desselben und in paralleler Lage zu ihm nachschleppen. Ferner kann man in der Nähe einer langgestreckten Schallquelle 18 ein oder mehrere Seismometerkabel derart anordnen, daß sich auf jeder Seite der Schallquelle ein Seismometerkabel befindet, oder daß je ein Seismometerkabel oberhalb und unterhalb der Schallquelle nachgeschleppt wird. Weiterhin ist es möglich, mehrere langgestreckte Schallquellen 18 zu benutzen, die vorzugsweise in der gleichen Wassertiefe, jedoch in waagerechten Abständen voneinander mitgeschleppt werden, so daß sie eine Fläche von erheblicher Größe überdecken. Ein solches Aggregat aus langgestreckten Schallquellen kann in Verbindung mit jeder gewünschten Anordnung von flexiblen Seismometerkabeln benutzt werden.The elongated sound source 18 according to the invention can be towed through the ship 10 in various positions with respect to a seismometer cable 113. In Fig. 1, the sound source extends above a flexible seismometer arrangement 13 and parallel to it. However, the sound source could possibly be dragged on one side or the other of the seismometer cable 13 or below it and in a parallel position to it. Furthermore, one or more seismometer cables can be arranged in the vicinity of an elongated sound source 18 in such a way that a seismometer cable is located on each side of the sound source, or that one seismometer cable is dragged above and below the sound source. Furthermore, it is possible to use several elongated sound sources 18 , which are preferably dragged along in the same water depth, but at horizontal distances from one another, so that they cover an area of considerable size. Such an assembly of elongated sound sources can be used in conjunction with any desired arrangement of flexible seismometer cables.

Eine besonders zweckmäßige Anordnung einer erfindungsgemäßen langgestreckten Schallquelle in Verbindung mit zwei Seismometerkabeln ist in F i g. 2 dargestellt, wo die Enden der Schallquelle mit zwei Seismometerkabeln 13 und 13a verbunden sind, um einen zusammenhängenden Strang zu bilden, der durch das Schiff 10 geschleppt wird. Für diesen Fall liegt es auf der Hand, daß das Seismometerkabel 13 im Inneren oder auf seiner Außenseite mit geeigneten Gasleitungen und elektrischen Leitungen versehen sein muß, damit man der Schallquelle 18 das benötigte Gas zuführen und die Gasfüllung in jedem gewünschten Zeitpunkt zur Entzündung bringen kann. Zwar zeigt F i g. 3 eine erfindungsgemäße langgestreckte Schallquelle mit zwei Leitungen 27 und 28 zum Zuführen der Gase, z. B. von Luft und Acetylen zu der Mischkammer 24, doch sei bemerkt, daß es auch möglich ist, ein explosives Gasgemisch an Bord des Schiffes zu erzeugen und mittels Pumpen oder auf andere Weise durch eine einzige Leitung in die langgestreckte Kammer 25 der Schallquelle einzuführen.A particularly expedient arrangement of an elongated sound source according to the invention in connection with two seismometer cables is shown in FIG. 2, where the ends of the sound source are connected to two seismometer cables 13 and 13a to form a coherent string which is towed through the ship 10. In this case it is obvious that the seismometer cable 13 must be provided inside or on its outside with suitable gas lines and electrical lines so that the sound source 18 can be supplied with the required gas and the gas filling can be ignited at any desired point in time. Although FIG. 3 an elongated sound source according to the invention with two lines 27 and 28 for supplying the gases, e.g. B. of air and acetylene to the mixing chamber 24, but it should be noted that it is also possible to generate an explosive gas mixture on board the ship and pump it or otherwise through a single line into the elongated chamber 25 of the sound source.

Das mit Hilfe der erfindungsgemäßen langgestreckten Schallquelle erzeugte seismische Signal bietet gegenüber mittels anderer Quellen erzeugten seismischen Signalen zahlreiche Vorteile. Bis jetzt ist es nicht möglich, eine Sprengstoffladung in die richtige Wassertiefe zu bringen, um optimale Bedingungen für die Herstellung eines Seismogramms zu gewährleisten, denn es ist erforderlich, die Pulsationen der Gasblase auszuschalten, die bei der Zündung des Sprengstoffs entsteht. Bei der Verwendung von Sprengstoffen, die eine im wesentlichen punktförmige Signalquelle bilden, entstehen sehr hohe Drücke bei hohen Frequenzen in der Nähe der Signalquelle, wenn man einen ausreichenden Druck in dem relativ niedrigen Frequenzband zwischen 30 und 60 Hz erzielen will, das für seismische Untersuchungen von Bedeutung ist. Bei Sprengstoffen wird somit der größte Teil der Energie im hochfrequenten Bereich abgegeben. Wenn man jedoch ein großes kugelförmiges Volumen eines explosiven Gases als seismische Schallquelle verwenden würde, so würde der größte Teil der von einer solchen Schallquelle abgegebenen Energie in den Bereich von Frequenzen fallen, die niedriger sind als die für seismische Untersuchungen erwünschten seismischen Frequenzen.That generated with the aid of the elongated sound source according to the invention Seismic signal offers seismic signals compared to other sources Signals numerous advantages. Until now it is not possible to carry an explosive charge To bring in the right water depth to create optimal conditions for the production a seismogram, because it is necessary to monitor the pulsations of the Switch off the gas bubble that is created when the explosive is ignited. When using of explosives, which form an essentially point-like signal source very high pressures at high frequencies near the signal source when one sufficient pressure in the relatively low frequency band between 30 and 60 Hz wants to achieve that is important for seismic investigations. With explosives Thus, most of the energy is emitted in the high-frequency range. if However, one considers a large spherical volume of an explosive gas to be seismic Would use sound source, so would most of that from such a sound source released energy fall in the range of frequencies lower than the seismic frequencies desired for seismic surveys.

Die erfindungsgemäße langgestreckte Schallquelle ist somit anderen Quellen für seismische Energie überlegen, da sie wegen ihres kleinen Durchmessers einen größeren Teil der Energie des explosiven Gases in Frequenzbändern konzentriert, die für seismische Untersuchungen von Interesse sind. Gleichzeitig werden die bei hohen Frequenzen auftretenden hohen Drücke ausgeschaltet. Durch die Verteilung der Schallquelle in einer geradlinigen Anordnung, wobei die Länge der langgestreckten Schallquelle bei den zu untersuchenden Frequenzen bis zu mehreren Wellenlängen entspricht, wird ein erheblicher Gewinn bezüglich des Verhältnisses zwischen dem Signalpegel und dem Störpegel erzielt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man sowohl die langgestreckte Schallquelle als auch den Schallempfänger bzw. das Seismometerkabel in einer geeigneten Wassertiefe anordnen, um das Auftreten von Pfeiftönen auf ein Mindestmaß herabzusetzen; diese Pfeiftöne verhindern anderenfalls in vielen Fällen die Registrierung brauchbarer seismischer Daten bei von Wasser bedeckten Flächen. Die Länge der langgestreckten Schallquelle verhindert die Erregung bestimmter Arten von Pfeiftönen. Außerdem werden durch die erfindungsgemäße langgestreckte Schallquelle keine Seetiere geschädigt. Ferner ist die an Hand von F i g. 3 beschriebene Schallquelle im Vergleich zu Sprengstoffen verhältnismäßig gefahrlos, denn das explosive Gemisch aus Luft und dem brennbaren Gas braucht erst in der Mischkammer hergestellt zu werden. Weiterhin benötigt man nur ein einziges Schiff zum Erzeugen und Aufnehmen der seismischen Signale, während man bis jetzt normalerweise bei Arbeiten dieser Art zwei Schiffe benötigt.The elongated sound source according to the invention is thus different Seismic energy sources are superior because of their small diameter a larger part of the energy of the explosive gas in frequency bands that are of interest for seismic surveys. Simultaneously the high pressures occurring at high frequencies are switched off. Through the Distribution of the sound source in a straight line arrangement, the length of the elongated sound source at the frequencies to be examined up to several Corresponding to wavelengths, there is a significant gain in relation to the ratio achieved between the signal level and the noise level. In the method according to the invention you can use both the elongated sound source and the sound receiver or Arrange the seismometer cable in a suitable water depth to avoid the occurrence to reduce whistling sounds to a minimum; otherwise prevent these whistling sounds in many cases the registration of useful seismic data from water covered areas. The length of the elongated sound source prevents the excitation certain types of whistling sounds. In addition, elongated by the invention Sound source does not harm sea animals. Furthermore, on the basis of FIG. 3 described Compared to explosives, the sound source is relatively safe because it is explosive Mixture of air and the combustible gas first needs to be produced in the mixing chamber to become. Furthermore, you only need a single ship to create and record of seismic signals, while up until now one normally works at this Kind of two ships needed.

Damit man alle Möglichkeiten der langgestreckten Schallquelle nach der Erfindung ausnutzen kann, ist es zweckmäßig, in das Kabel eine Einrichtung zum Bestimmen der Tauchtiefe des Kabels einzubauen bzw. mehrere solche Einrichtungen über die Länge des Kabels zu verteilen. Ferner wird das Kabel vorzugsweise mit einem Servosystem ausgerüstet, das es ermöglicht, den Auftrieb des Kabels zu variieren, um es auf einer vorbestimmten Wassertiefe zu halten.So that you can see all the possibilities of the elongated sound source can take advantage of the invention, it is appropriate to include a device in the cable Determine the immersion depth of the cable or install several such devices to be distributed over the length of the cable. Furthermore, the cable is preferably with a Equipped with a servo system that allows the lift of the cable to be varied, to keep it at a predetermined water depth.

Zur genaueren Erläuterung des Grundgedankens der Anwendung seismischer Wellen bei den Verfahren und Vorrichtungen nach der Erfindung sei auf F i g. 4 verwiesen, wo eine geradlinige Schallquelle 50 von unendlicher Länge dargestellt ist, die sich in einem unendlich großen Volumen eines strömungsfähigen Mediums, z. B. Wasser, befindet. Wenn diese langgestreckte Schallquelle gleichzeitig über ihre ganze Länge zur Detonation gebracht wird, entsteht eine zylindrische Welle 51, die sich radial nach außen ausbreitet. Unter diesen Bedingungen ist die Druckamplitude der sich ausbreitenden Druckwelle an der ganzen zylindrischen Wellenfläche gleichmäßig, und es erfolgt eine Abnahme der Amplitude umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Radius r während der Ausbreitung der so erzeugten zylindrischen Welle.For a more detailed explanation of the basic idea of the seismic application Waves in the methods and devices according to the invention are shown in FIG. 4 referenced, where a rectilinear sound source 50 of infinite length is shown extending in an infinitely large volume of a flowable medium, e.g. B. water, is located. If this elongated sound source simultaneously over its entire length is detonated, a cylindrical shaft 51 is created, which extends radially spreads outwards. Under these conditions, the pressure amplitude is the spreading pressure wave on the whole cylindrical wave surface evenly, and there is a decrease in amplitude inversely proportional to the square root of the Radius r during the propagation of the cylindrical wave generated in this way.

In dem an Hand von F i g. 4 beschriebenen Falle würden die Geometrie der Wellenfront und die Art der Abnahme ihrer Amplitude mit zunehmendem Abstand von der Wellenlänge der durch die Explosion erzeugten elastischen Welle unabhängig sein.In the with reference to FIG. The case described in 4 would be the geometry the wavefront and the type of decrease in its amplitude with increasing distance independent of the wavelength of the elastic wave generated by the explosion be.

Im Gegensatz zu der Anordnung nach F i g. 4 soll nunmehr eine langgestreckte Schallquelle von endlichen Abmessungen mit einer Länge L betrachtet werden, von der angenommen sei, daß sie gleichzeitig über ihre ganze Länge zur Detonation gebracht wird. Die Amplitude bei einer bestimmten Wellenlänge richtet sich in diesem Falle nach dem Winkel zwischen einer Linie, die vom Mittelpunkt der langgestreckten Schallquelle nach unten verläuft, und einer Linie, welche den Mittelpunkt der Schallquelle mit einer Beobachtungsstelle, z. B. einem Seismometer, verbindet. Diese Beziehung läßt sich wie folgt ausdrücken: Hierin ist Ra das Verhältnis des Drucks bei x = 0 zu dem Druck bei a = a, und zwar bei der Messung in einer Entfernung, die im Vergleich zur Länge L der langgestreckten Schallquelle groß ist; a ist der Winkel zwischen einer Linie, welche die Beobachtungsstelle mit dem Mittelpunkt der Schallquelle verbindet, und einer durch den Mittelpunkt der Schallquelle verlaufenden senkrechten Linie; L bezeichnet die Länge der langgestreckten Schallquelle; a bezeichnet die Wellenlänge.In contrast to the arrangement according to FIG. 4 an elongated sound source of finite dimensions with a length L shall now be considered, from which it is assumed that it is detonated simultaneously over its entire length. The amplitude at a certain wavelength depends in this case on the angle between a line that runs from the center of the elongated sound source downwards, and a line that connects the center of the sound source with an observation point, e.g. B. a seismometer connects. This relationship can be expressed as follows: Here, Ra is the ratio of the pressure at x = 0 to the pressure at a = a, when measured at a distance which is large compared to the length L of the elongated sound source; a is the angle between a line connecting the observation point with the center of the sound source and a vertical line passing through the center of the sound source; L denotes the length of the elongated sound source; a denotes the wavelength.

F i g. 5, 6, 7 und 8 veranschaulichen die Art und Weise, in der die Amplitude variiert, wenn sich der Winkel zwischen der zur Schallquelle rechtwinkligen Linie 52 und der Beobachtungsstelle zwischen 0 und 90° ändert, wenn jeweils ein anderes Verhältnis zwischen der Länge L der Schallquelle und der Wellenlänge A, gewählt wird. Aus F i g. 5 bis 8 ist ersichtlich, daß sich die Richtwirkung der langgestreckten Schallquelle vergrößert, wenn die Länge der Schallquelle nach der Erfindung zunimmt; in F i g. 5 entspricht diese Länge einer halben Wellenlänge, in F i g. 6 einer ganzen Wellenlänge, in F i g. 7 vier Wellenlängen und in F i g. 8 sechs Wellenlängen. Aus den Schaubildern der Richtwirkung in F i g. 5 bis 8 ist zu entnehmen, daß sich die Hauptrichtung der Wellenfortpflanzung bei zunehmender Länge der Schallquelle auf einen schmalen Bereich auf beiden Seiten einer Linie konzentriert, die durch den Mittelpunkt der Schallquelle und rechtwinklig zu deren Achse verläuft.F i g. 5, 6, 7 and 8 illustrate the manner in which the Amplitude varies when the angle between the perpendicular to the sound source changes Line 52 and the observatory changes between 0 and 90 ° if each one different ratio between the length L of the sound source and the wavelength A, is chosen. From Fig. 5 to 8 it can be seen that the directivity of the elongated sound source increases when the length of the sound source according to the Invention increases; in Fig. 5 this length corresponds to half a wavelength, in Fig. 6 of a whole wavelength, in FIG. 7 four wavelengths and in F i g. 8 six wavelengths. From the diagrams of the directivity in FIG. 5 to 8 is it can be seen that the main direction of wave propagation changes with increasing Length of the sound source to a narrow area on either side of a line concentrated passing through the center of the sound source and at right angles to it Axis runs.

Bei seismischen Untersuchungen an im wesentlichen waagerechten Formationen oder bei nur unter kleinen Winkeln geneigten Formationen führt eine erfindungsgemäße, mit Richtwirkung arbeitende langgestreckte Schallquelle zu einer erheblichen Verbesserung des Verhältnisses zwischen dem Signalpegel und dem Störpegel. In F i g. 9 sind ein Seismometerkabel 13 und eine mit Richtwirkung arbeitende langgestreckte Schallquelle 18 dargestellt, die oberhalb einer waagerechten reflektierenden Formation 54 angeordnet sind, von der angenommen sei, daß sie sich in einer erheblichen Tiefe unter der Erdoberfläche befindet. Das Richtwirkungsdiagramm 55 ist unterhalb der langgestreckten seismischen Schallquelle 18 eingezeichnet, während das Spiegelbild der Schallquelle in Form eines Richtwirkungsschaubilds 56 unter der reflektierenden Formationsgrenze 54 eingezeichnet ist. Für eine Beobachtung am Mittelpunkt eines Hydrophonaggregats, z. B. des Seismometerkabels 13, besitzt das Spiegelbild eine maximale Amplitude.In the case of seismic investigations on essentially horizontal formations or in the case of formations inclined only at small angles, an elongated sound source according to the invention which works with directional effect leads to a considerable improvement in the relationship between the signal level and the interference level. In Fig. 9, a seismometer cable 13 and directional elongated sound source 18 are shown positioned above a horizontal reflective formation 54 which is believed to be at a substantial depth below the surface of the earth. The directivity diagram 55 is drawn below the elongated seismic sound source 18, while the mirror image of the sound source in the form of a directivity diagram 56 is drawn below the reflective formation boundary 54. For an observation at the center of a hydrophone unit, e.g. B. the seismometer cable 13, the mirror image has a maximum amplitude.

Wenn sich jedoch die seismischen Untersuchungen mit reflektierenden Schichten von Erdformationen befassen, die gegenüber der Wasseroberfläche stark geneigt sind, würde eine langgestreckte seismische Schallquelle mit einer Länge, die zu einer starken Richtwirkung führen würde, wie es in F i g. 7 und 8 bei 57 bzw. 58 dargestellt ist, für ein Seismometerkabe113, das in der Nähe der Schallquelle parallel zur Wasseroberfläche angeordnet ist, kein reflektiertes Signal oder nur ein erheblich abgeschwächtes Signal erzeugen. Diese Sachlage ist in F i g. 10 dargestellt, wo das Richtwirkungsschaubild 60 der langgestreckten Schallquelle 18 und das Spiegelbild 61 der Schallquelle auf entgegengesetzten Seiten einer stark geneigten reflektierenden Formationsgrenze 62 unter der Erdoberfläche eingezeichnet sind. Man erkennt, daß der größte Teil der von der Schallquelle 18 abgegebenen Energie durch die Formation oder Schicht 62 in der Nähe der Linie 63 reflektiert wird und daß nur ein kleiner Teil der ausgesandten Energie entlang der Linie 64 reflektiert wird, um mit Hilfe des Seismometerkabels 13 nachgewiesen zu werden. Für eine Beobachtung am Mittelpunkt des Seismometerkabels ist die Intensität des Spiegelbildes stark herabgesetzt, und diese Intensität kann bis auf Null zurückgehen.However, if the seismic surveys are concerned with reflective layers of earth formations that are steeply inclined from the water surface, an elongated seismic sound source with a length that would lead to a strong directivity, as shown in FIG. 7 and 8 at 57 and 58, respectively, for a seismometer cable 113, which is arranged in the vicinity of the sound source parallel to the water surface, do not generate a reflected signal or only a considerably weakened signal. This situation is shown in FIG. 10, where the directivity diagram 60 of the elongated sound source 18 and the mirror image 61 of the sound source are drawn on opposite sides of a strongly inclined reflective formation boundary 62 below the earth's surface. It can be seen that the major part of the energy emitted by the sound source 18 is reflected by the formation or layer 62 in the vicinity of the line 63 and that only a small part of the emitted energy is reflected along the line 64 in order to be able to use the seismometer cable 13 to be proven. For an observation at the center point of the seismometer cable, the intensity of the mirror image is greatly reduced, and this intensity can go back to zero.

Aus der an Hand von F i g. 5 bis 10 gegebenen Beschreibung geht hervor, daß sich die zweckmäßigste Länge einer erfindungsgemäßen langgestreckten seismischen Schallquelle nach dem Neigungswinkel der aufzunehmenden reflektierenden Formationen richtet. Aus F i g. 5 bis 8 ist zu ersehen, daß dann, wenn die Länge der seismischen Schallquelle gleich der Hälfte der Wellenlänge der zu untersuchenden Frequenz ist, ein gewisser Gewinn an Richtwirkung erzielt wird, doch geht aus dem Richtwirkungsschaubild auch hervor, daß eine erhebliche Übertragung von Energie in allen Richtungen erfolgt, die mit der Linie 52, welche gemäß F i g. 5 rechtwinklig zur Schallquelle 18 verläuft, einen Winkel zwischen 0 und 90° einschließen. Aus diesem Grunde würde eine seismische Schallquelle, deren Länge etwa der halben Wellenlänge entspricht, für die Untersuchung von geneigten Formationen sehr geeignet sein, deren Neigungswinkel in einem großen Bereich variieren. Wenn dagegen die Länge der Schallquelle z. B. sechs Wellenlängen entspricht, würde das seismische Signal in hohem Maße gerichtet sein, so daß man mit Hilfe einer parallel zur Wasseroberfläche angeordneten langgestreckten Schallquelle nur waagerechte Formationen oder solche Formationen einwandfrei feststellen könnte, die gegenüber der Waagerechten unter sehr kleinen Winkeln geneigt sind. Jedoch würde man bei diesen waagerechten oder nur wenig geneigten Formationen bei der Verwendung einer langgestreckten Signalquelle im Vergleich zu einer punktförmigen Signalquelle, z. B. einer Sprengstoffladung, welche die gleiche Gesamtenergiemenge abgibt, ein sehr hohes Verhältnis zwischen dem Signalpegel und dem Geräuschpegel erzielen. Bei den meisten bei seismischen Untersuchungen von unter Wasser liegenden Flächen gegebenen Bedingungen würde eine langgestreckte seismische Signalquelle mit einer zwei Wellenlängen entsprechenden Länge brauchbar sein, um die Feststellung geneigter Formationen bis zu einem Neigungswinkel von etwa 15° zu ermöglichen, denn in diesem Falle würde die Amplitude bei einem Neigungswinkel von 15° nur um etwa die Hälfte verringert werden.From the hand of FIG. 5 to 10 it is apparent that the most appropriate length of an elongated seismic sound source according to the invention depends on the angle of inclination of the reflective formations to be recorded. From Fig. 5 to 8 it can be seen that when the length of the seismic sound source is equal to half the wavelength of the frequency to be investigated, a certain gain in directivity is achieved, but the directivity diagram also shows that a considerable transfer of energy in takes place in all directions, which with the line 52, which according to FIG. 5 runs at right angles to the sound source 18 , include an angle between 0 and 90 °. For this reason, a seismic sound source, the length of which is approximately half the wavelength, would be very suitable for the investigation of inclined formations, the inclination angles of which vary over a wide range. If, on the other hand, the length of the sound source z. B. corresponds to six wavelengths, the seismic signal would be directed to a high degree, so that with the help of an elongated sound source arranged parallel to the water surface, only horizontal formations or those formations that are inclined at very small angles relative to the horizontal could be determined. However, one would with these horizontal or only slightly inclined formations when using an elongated signal source compared to a point-shaped signal source, e.g. B. an explosive charge, which emits the same total amount of energy, achieve a very high ratio between the signal level and the noise level. In most of the conditions involved in seismic surveys of underwater surfaces, an elongated seismic signal source with a length equivalent to two wavelengths would be useful to enable the detection of inclined formations up to an inclination angle of about 15 °, in which case the amplitude would can only be reduced by about half at an angle of inclination of 15 °.

Ein wichtiges Merkmal der langgestreckten seismischen Signalquelle nach der Erfindung besteht darin, daß es sich um eine Signalquelle handelt, bei welcher der Winkel der maximalen Richtwirkung durch die Art und Weise geändert werden kann, in der die Schallquelle zur Detonation gebracht wird. In F i g. 11 ist eine langgestreckte seismische Signalquelle 18 für den Fall dargestellt, daß sie an ihrem Ende 65 zur Detonation gebracht wird, wobei sich die Detonation mit einer Geschwindigkeit Vd über die Länge der Signalquelle bis zum anderen Ende 66 fortpflanzt. In dem die Signalquelle umgebenden Wasser wird die Welle mit einer Geschwindigkeit V", in Form eines Kegels 67 fortgepflanzt, dessen Achse mit der Achse der langgestreckten Signalquelle 18 zusammenfällt. Der Winkel, den die Wellenfront mit der Achse der Signalquelle bildet, kann durch den Ausdruck wiedergegeben werden. Die Geschwindigkeit der Detonationswelle Va kann bei der Verwendung eines geeigneten Gasgemisches in einer erfindungsgemäßen schlauchförmigen langgestreckten seismischen Signalquelle in der Größenordnung von 300 m/s liegen, während V. etwa 1500 m/s beträgt. Somit beträgt sin O 1500/3000 = 0,500, so daß O gleich 30° ist. Hierbei handelt es sich um einen Winkel, unter dem man die langgestreckte Signalquelle ohne Schwierigkeiten anordnen könnte. Da bereits an Hand von F i g. 3 gezeigt wurde, daß man bei der erfindungsgemäßen Signalquelle mehrere Detonationspunkte in Abständen über die ganze Länge des Gehäuses bzw. der Umschließung 22 verteilen kann, wobei die Detonation an diesen Punkten in jedem gewünschten Zeitpunkt eingeleitet werden kann, d. h. nacheinander oder in bestimmten Zeitabständen oder aber gleichzeitig, liegt es auf der Hand, daß man jeden Winkel zwischen 0 und 30° durch Variieren des zeitlichen Ablaufs und der Zündfolge erzielen kann. In dem in F i g. 11 gezeigten Falle wird eine annähernd glatte Wellenfront dadurch erzielt, daß man mit mehreren Zündstellen arbeitet, die als mehrere kleine einzelne seismische Signalquellen wirken, welche auf einer geraden Linie verteilt sind. Praktisch wird die effektive Geschwindigkeit der Detonation erhöht, wenn man mehrere über die Länge der Signalquelle verteilte Zündstellen benutzt, die nacheinander gezündet werden. Die niedrigste Detonationsgeschwindigkeit wird durch die normale Detonationsgeschwindigkeit eines bestimmten explosiven Gases bestimmt, wenn der Durchmesser der Signalquelle und die Druckverhältnisse gegeben sind. Durch die nacheinander erfolgende Betätigung mehrerer über die Länge der Signalquelle verteilter Zündstellen ist es möglich, diese Detonationsgeschwindigkeit bis zu einem unendlich großen Wert zu erhöhen, der dann erreicht wird, wenn sämtliche Funkenstrecken gleichzeitig zur Wirkung gebracht werden.An important feature of the elongated seismic signal source of the invention is that it is a signal source in which the angle of maximum directivity can be changed by the manner in which the sound source is detonated. In Fig. 11 , an elongated seismic signal source 18 is shown in the event that it is detonated at its end 65, the detonation propagating at a velocity Vd along the length of the signal source to the other end 66. In the water surrounding the signal source, the wave is propagated at a speed V ", in the form of a cone 67, the axis of which coincides with the axis of the elongated signal source 18. The angle that the wavefront forms with the axis of the signal source can be expressed by the expression be reproduced. When a suitable gas mixture is used in a tubular, elongated seismic signal source according to the invention, the speed of the detonation wave Va can be of the order of magnitude of 300 m / s, while V. is approximately 1500 m / s. Thus, sin O is 1500/3000 = 0.500, so that O is equal to 30 °. This is an angle at which the elongated signal source could be arranged without difficulty. Since on the basis of FIG. 3 it has been shown that with the signal source according to the invention several detonation points can be distributed at intervals over the entire length of the housing or the enclosure 22, the detonation at these points being initiated at any desired point in time, ie one after the other or at certain time intervals or else at the same time, it is obvious that any angle between 0 and 30 ° can be achieved by varying the timing and the firing order. In the one shown in FIG. 11, an approximately smooth wave front is achieved by working with several ignition points which act as several small individual seismic signal sources which are distributed on a straight line. In practice, the effective speed of the detonation is increased if one uses several ignition points distributed over the length of the signal source, which are ignited one after the other. The lowest detonation speed is determined by the normal detonation speed of a certain explosive gas, if the diameter of the signal source and the pressure conditions are given. By successively actuating several ignition points distributed over the length of the signal source, it is possible to increase this detonation speed up to an infinitely large value, which is reached when all spark gaps are brought into effect at the same time.

Wenn Vd die effektive Detonationsgeschwindigkeit eines Gases bezeichnet, erhält man den Ausdruck hierin bezeichnet d L die Abstände zwischen den Funkenstrecken in Metern, und d t ist der Zeitunterschied zwischen dem n-ten und dem (n+1)-ten Funken in Sekunden. Man kann eine beliebige Schaltung benutzen, um die verschiedenen Funken in der gewünschten Zündfolge zu erzeugen und die Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Funken zu variieren. Zwar kann man die erfindungsgemäße langgestreckte seismische Schallquelle in beliebigen Wassertiefen benutzen, doch gibt es eine optimale Tiefe unter der Wasseroberfläche, bei der die erfindungsgemäße Schallquelle das stärkste Signal erzeugt. Im oberen Teil von F i g. 12 ist die erfindungsgemäße Schallquelle 18 parallel zur Wasseroberfläche 70 und in einer Tiefe h unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet dargestellt. Bei dem hier zu behandelnden Beispiel sei angenommen, daß die durch die Schallquelle 18 erzeugte elastische Welle in einer großen Entfernung unterhalb der Schallquelle beobachtet wird. Bei seismischen Untersuchungen bilden die Frequenzen des durch eine Explosion erzeugten Signals ein breites Frequenzband, doch ist es üblich, Übertrager, Verstärker und Filter zu verwenden, um die Beobachtungen auf ein ziemlich schmales Frequenzband zu beschränken. Somit kann man die direkte Welle, welche mit einem Gerät beliebiger bekannter Bauart beobachtet wird, annähernd als ein Signal von einer Wellenlänge der beobachteten Frequenzen kennzeichnen. Im mittleren Teil von F i g. 12 sind die Amplituden der direkten Welle 14 und der von der Wasseroberfläche zurückgeworfenen Welle 16 als Funktion der Zeit aufgetragen. Wenn ta die Zeit des Eintreffens der direkten Welle am Beobachtungspunkt bezeichnet und t, der Zeitpunkt des Eintreffens der an der Wasseroberfläche reflektierten Welle ist, so erhält man den Ausdruck Hierin ist h die Tiefe der Schallquelle unterhalb der Wasseroberfläche, und Vw bezeichnet die Geschwindigkeit der elastischen Welle in Wasser. Wenn h groß ist, beobachtet man als resultierendes Signal zwei getrennte Wellen. Die reflektierte Welle weist eine Phasenverschiebung von 180° gegenüber der direkten Welle auf, da es sich bei der Wasseroberfläche um eine freie Fläche handelt. Wenn man h gleich 0 setzt, erhält man für die resultierende Welle den Wert 0, denn es findet eine vollständige Interferenz statt. Wenn man h so wählt, daß der erste nach unten gerichtete Ast der reflektierten Welle zu dem nach unten gerichteten Ast der direkten Welle addiert wird, wie es im unteren Teil von F i g. 12 dargestellt ist, weist die resultierende Welle einen zusätzlichen Ast auf, doch erhält man eine größere Amplitude, die nahezu dem Doppelten der maximalenAmplitude der getrennten Wellen entspricht. Dieser bevorzugte Zustand wird erreicht, wenn die reflektierte Welle der direkten Welle mit einer Verzögerung von einer Halbperiode nacheilt. Dieser Zustand läßt sich wie folgt ausdrücken: Hierin ist T die Dauer einer Wellenperiode. Löst man die Gleichung nach h auf, erhält man Diesen Ausdruck kann man wie folgt schreiben: denn V. T = 2, . When Vd denotes the effective detonation speed of a gas, the expression is obtained here d L denotes the distances between the spark gaps in meters, and dt is the time difference between the nth and the (n + 1) th spark in seconds. Any circuit can be used to generate the various sparks in the desired ignition sequence and to vary the time intervals between successive sparks. Although the elongated seismic sound source according to the invention can be used in any water depth, there is an optimal depth under the water surface at which the sound source according to the invention generates the strongest signal. In the upper part of FIG. 12, the sound source 18 according to the invention is shown arranged parallel to the water surface 70 and at a depth h below the water surface. In the example to be dealt with here, it is assumed that the elastic wave generated by the sound source 18 is observed at a great distance below the sound source. In seismic surveys, the frequencies of the signal generated by an explosion form a wide frequency band, but it is common to use transmitters, amplifiers, and filters to limit the observations to a fairly narrow frequency band. Thus, the direct wave observed with any device of any known type can be roughly characterized as a signal of one wavelength of the observed frequencies. In the middle part of FIG. 12, the amplitudes of the direct wave 14 and the wave 16 reflected from the water surface are plotted as a function of time. If ta is the time of arrival of the direct wave at the observation point and t is the time of arrival of the wave reflected on the surface of the water, the expression is obtained Here, h is the depth of the sound source below the surface of the water, and Vw is the speed of the elastic wave in water. When h is large, two separate waves are observed as the resulting signal. The reflected wave has a phase shift of 180 ° compared to the direct wave, since the water surface is a free area. If you set h equal to 0, you get the value 0 for the resulting wave, because there is complete interference. Choosing h so that the first downward branch of the reflected wave is added to the downward branch of the direct wave, as shown in the lower part of FIG. 12, the resulting wave has an additional branch, but a greater amplitude is obtained which is nearly twice the maximum amplitude of the separated waves. This preferred state is achieved when the reflected wave lags the direct wave with a delay of half a period. This state can be expressed as follows: Here T is the duration of a wave period. Solving the equation for h one obtains This expression can be written as follows: because V T = 2.

Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen seismischen Schallquelle besteht darin, daß man feststellen konnte, daß die durch eine langgestreckte Gassäule in einem flexiblen Schlauch erzeugten seismischen Wellen keine Pulsationen aufweisen, so daß man die Schallquelle in optimalen Tiefen verwenden kann, die normalerweise größer sind als die bei einer festen Sprengstoffladung anwendbaren Tiefen. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße seismische Schallquelle besondere Vorteile bietet, wenn seismische Untersuchungen in Gebieten durchgeführt werden sollen, wo das Auftreten von Pfeiftönen zu Schwierigkeiten führt. Bei den bis jetzt bekannten seismischen Untersuchungsverfahren, bei denen für die Durchführung von Unterwasseruntersuchungen eine einzige Sprengstoffladung benutzt wird, die annähernd einer punktförmigen Quelle seismischer Energie entspricht, beobachtet man häufig einen anhaltenden Schwingungsvorgang, der auf Wellen zurückzuführen ist, welche sich in der Wasserschicht und möglicherweise in einer oder zwei festen Schichten nahe der Trennfläche zwischen flüssigem und festem Material am Meeresboden fortpflanzen. Die Erregung mancher dieser Schwingungen beruht auf der Kugelform der ursprünglichen Welle. Wenn man Beobachtungen auf der Höhe der Enden einer langgestreckten seismischen Signalquelle nach der Erfindung und in einigem Abstand von den Enden durchführt, kann man von der angenäherten Annahme ausgehen, daß sich die Beobachtungsgeräte auf der Achse einer sich ausdehnenden zylindrischen Wellenfront befinden. Dies würde der Darstellung an Hand von F i g. 2 entsprechen, wobei Seismometerkabe113 und 13a an beiden Enden einer langgestreckten seismischen Schallquelle 18 vorgesehen sind. Die an jedem Ende der langgestreckten Schallquelle erzeugten kugelförmigen Wellenfronten besitzen eine kleine Amplitude im Vergleich zu der zylindrischen Wellenfront, die sich von der langgestreckten Schallquelle aus radial ausdehnt. Infolgedessen müßte die von den Enden der langgestreckten Schallquelle ausgehende Energie, die für eine Fortpflanzung zur Verfügung steht, bei der Pfeiftöne auftreten können, gering sein im Vergleich zu der bei einer punktförmigen Signalquelle gleicher Stärke verfügbaren Energie. In Gebieten, in denen sich infolge von Pfeiftönen Schwierigkeiten ergeben, wird daher die Anordnung nach F i g. 2 vorgezogen. In Gebieten jedoch, in denen keine Pfeiftöne auftreten, kann man mit einer parallelen Anordnung der langgestreckten Schallquelle und des Seismometerkabels arbeiten. Ferner kann man mehrere parallel angeordnete langgestreckte Schallquellen nach der Erfindung gleichzeitig nachschleppen, so daß sich eine einem Vielfachschuß gleichwertige Wirkung ergibt.An important feature of the seismic sound source according to the invention is that it has been found that the seismic waves generated by an elongated gas column in a flexible hose have no pulsations, so that the sound source can be used at optimal depths, which are normally greater than those at depths applicable to a solid explosive charge. It has been shown that the seismic sound source according to the invention offers particular advantages when seismic investigations are to be carried out in areas where the occurrence of whistling sounds leads to difficulties. In the seismic investigation methods known up to now, in which a single explosive charge is used to carry out underwater investigations, which approximately corresponds to a point source of seismic energy, one often observes a sustained oscillation process, which can be attributed to waves that are in the water layer and possibly propagate in one or two solid layers near the interface between liquid and solid material on the seabed. The excitation of some of these vibrations is based on the spherical shape of the original wave. When observing at the level of the ends of an elongated seismic signal source according to the invention and at some distance from the ends, one can make the approximate assumption that the observation devices are on the axis of an expanding cylindrical wavefront. This would be the illustration on the basis of FIG. 2, with seismometer cables 113 and 13a being provided at both ends of an elongated seismic sound source 18 . The spherical wave fronts generated at each end of the elongated sound source have a small amplitude compared to the cylindrical wave front which expands radially from the elongated sound source. As a result, the energy emanating from the ends of the elongated sound source, which is available for a propagation in which whistling sounds can occur, would have to be small compared to the energy available with a point-like signal source of the same strength. In areas in which difficulties arise as a result of whistling sounds, the arrangement according to FIG. 2 preferred. In areas, however, in which no whistling sounds occur, one can work with a parallel arrangement of the elongated sound source and the seismometer cable. Furthermore, according to the invention, several elongated sound sources arranged in parallel can be dragged in at the same time, so that an effect equivalent to a multiple shot results.

Die erfindungsgemäße langgestreckte seismische Schallquelle eignet sich besonders zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die langgestreckte Schallquelle im Wasser orientiert ist und die Detonation in der Schallquelle in einer solchen Weise eingeleitet wird, daß durch die Richtwirkung der orientierten Schallquelle die direkte Reflexion an der Wasseroberfläche, die normalerweise bei allen seismischen Untersuchungen an unter Wasser liegenden Flächen zu beobachten ist, ausgeschaltet oder weitgehend herabgesetzt wird. Dieses Verfahren ist von besonderer Bedeutung, und es läßt'sich leicht durchführen, insbesondere dann, wenn man hochfrequente Signale mit Frequenzen in der Größenordnung von 100 bis zu mehreren hundert Hertz benutzt. In F i g. 11 wurde die Richtwirkung der erfindungsgemäßen Schallquelle für den Fall dargestellt, daß die kegelförmigen Wellen von der langgestreckten Schallquelle 18 unter einem Winkel von 30` abgestrahlt Werden. In F i g. 13 ist eine langgestreckte seismische Schallquelle mit der Länge L dargestellt, die unter der Wasseroberfläche 70 unter einem Winkel von 45° zur Wasseroberfläche angeordnet ist. Wenn die langgestreckte seismische Schallquelle 18 an dem mit 0 bezeichneten Ende, das der Wasseroberfläche am nächsten benachbart ist, zur Detonation gebracht wird, pflanzt sich die Detonation längs der Schallquelle mit der Geschwindigkeit Va bis zum Punkt P fort. Wie schon an Hand von F i g. 11 festgestellt. ist wenn 0 der Winkel zwischen der ausgesandten Wellenfront und der Achse der Schallquelle ist.The elongated seismic sound source according to the invention is particularly suitable for carrying out a method according to the invention in which the elongated sound source is oriented in the water and the detonation in the sound source is initiated in such a way that the direct reflection on the water surface through the directivity of the oriented sound source, which is normally observed in all seismic investigations on underwater surfaces, is eliminated or largely reduced. This method is of particular importance and is easy to perform, especially when using high frequency signals with frequencies on the order of 100 to several hundred Hertz. In Fig. 11 shows the directivity of the sound source according to the invention for the case that the conical waves are emitted from the elongated sound source 18 at an angle of 30 '. In Fig. 13 shows an elongated seismic sound source with the length L, which is arranged below the water surface 70 at an angle of 45 ° to the water surface. When the elongated seismic sound source 18 is detonated at the end marked 0, which is closest to the surface of the water, the detonation propagates along the sound source at the speed Va to the point P. As already with reference to Fig. 11 found. is if 0 is the angle between the emitted wavefront and the axis of the sound source.

Wenn man einen Winkel 0 von 45' wählt, erhält man Löst man diese Gleichung nach Va auf, erhält man Vd = r2 Vu,. Wenn Vw gleich 1500 m/s ist, erhält man Va = 1,41 - 1500 = 2115 m/s.If you choose an angle 0 of 45 ', you get Solving this equation for Va , one obtains Vd = r2 Vu ,. If Vw is 1500 m / s, then Va = 1.41 - 1500 = 2115 m / s.

Die Geschwindigkeit der Detonation von Gemischen aus Sauerstoff und Acetylen in einem schlanken Zylinder in Form einer langgestreckten seismischen Schallquelle nach der Erfindung läßt sich je nach der Art des verwendeten Gemisches zwischen 2000 und 3000 m/s variieren. Ferner kann man Gemische aus anderen explosiven Gasen verwenden, um den Bereich der Detonationsgeschwindigkeiten gegenüber den vorstehend angegebenen Werten nach oben und unten zu erweitern. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen langgestreckten seismischen Schallquelle, bei der als Energieträger ein Gasgemisch verwendet wird, läßt sich somit ein seismisches Untersuchungsverfahren durchführen, bei dem ein sehr geringer Teil der Energie der Schallquelle von der Wasseroberfläche zurückgeworfen wird. Diese Bedingung ist in F i g. 13 dargestellt, wo die Richtwirkungsschaubilder oder Keulen 72 und 73 von entgegengesetzten Seiten der Schallquelle 18 ausgehen, wenn man die Schallquelle aus einer Entfernung betrachtet, die im Vergleich zur Länge der Schallquelle groß ist. Das Richtwirkungsschaubild 73 veranschaulicht die Energie, welche senkrecht nach unten in die Erdformationen hinein fortgepflanzt wird. Das Richtwirkungsschaubild 72, das normalerweise von der Wasseroberfläche zurückgeworfen würde, wenn die langgestreckte Schallquelle 18 parallel zur Wasseroberfläche angeordnet wäre, erstreckt sich im wesentlichen waagerecht und somit parallel zur Wasseroberfläche, so daß nur ein geringer Teil der Energie der Schallquelle von der Wasseroberfläche reflektiert wird.The speed of detonation of mixtures of oxygen and acetylene in a slender cylinder in the form of an elongated seismic sound source according to the invention can be varied between 2000 and 3000 m / s depending on the type of mixture used. Furthermore, mixtures of other explosive gases can be used in order to expand the range of the detonation velocities upwards and downwards compared to the values given above. With the aid of the elongated seismic sound source according to the invention, in which a gas mixture is used as the energy carrier, a seismic investigation method can thus be carried out in which a very small part of the energy of the sound source is reflected from the water surface. This condition is shown in FIG. 13, where the directivity graphs or lobes 72 and 73 emanate from opposite sides of the sound source 18 when the sound source is viewed from a distance which is great compared to the length of the sound source. The directivity diagram 73 illustrates the energy that is propagated vertically downward into the earth formations. The directivity diagram 72, which would normally be reflected from the water surface if the elongated sound source 18 were arranged parallel to the water surface, extends substantially horizontally and thus parallel to the water surface, so that only a small part of the energy of the sound source is reflected from the water surface.

Claims

Claims: 1. Method for generating a directed sound wave front, which is used for a seismic investigation of underwater formations, by detonation of a detonable gas mixture arranged under water, the forms the sound source, characterized in that the gas mixture as an elongated Gas column in an envelope at an angle different from 90 ° with respect to the Arranged horizontally and after detonation by displacing the combustion gases is replaced by a new detonable gas mixture.

2. The method according to claim 1, characterized in that for continuous seismic investigation the elongated Sound source simultaneously with one or more seismometer cables in predetermined Dragged through the water at a depth and in a predetermined position parallel to the surface of the water and the gas column of the sound source is periodically ignited and renewed.

3. Procedure according to claim 1 or 2, characterized in that to produce a cylindrical Wavefront ignited the elongated gas column over its entire length at the same time will.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for generation a conical wave front, the elongated column of gas alone at one of them End or in a predetermined time sequence at points at a predetermined distance is successively ignited progressively.

5. The method according to claim 4, characterized characterized in that the composition of the gas mixture in the elongated Gas column is chosen so that the desired propagation speed of the detonation is obtained along the gas column.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the sound source. at such a depth (h) the water is dragged that the first half-wave of the water surface reflected sound wave becomes the second half-wave of the sound source directly outgoing sound wave added.

7. The method according to any one of claims 1, 2, 4 to 6, characterized in that the elongated sound source under a Angle (O) to the water surface and the detonation or detonation sequence is initiated at the higher end of the sound source. B.

Method according to claim 7, characterized in that this angle and the speed of propagation the detonation along the sound source are coordinated so that a Side of the conical wave front essentially parallel to the water surface runs.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that this Angle relative to the horizontal between about 30 and about 60 ° is chosen.

10. A method according to claim 3 for examining inclined formations, characterized in that that the sound source is dragged through the water at roughly the same angle which is also formed by the formation to be examined with the horizontal.

11. Procedure according to one of claims 1 to 10, characterized in that the gas column is at least is chosen to be half as long as that characteristic of the seismic investigation Wavelength of the sound wave.

12. Sound source for performing the method according to Claims 1 to 11 with a chamber having a flexible wall, a device for supplying a detonable gas mixture into the chamber and an ignition device, characterized in that the one provided with the flexible wall Chamber (25) is elongated and the feed (27, 28) for the gases or the gas mixture at one end and an outlet opening (34, 36) owns.

13. Sound source according to claim 12, characterized in that the Chamber (25) has a large length in relation to its diameter.

14. Sound source according to claim 12 or 13, characterized in that the chamber (25) is essentially consists of a flexible material over its entire length.

15. Sound source after Claim 12 to 14, characterized in that the feeds (27, 28) and / or the outlet opening (34, 36) are equipped with check valves (31, 32; 35).

16. Sound source according to claim 12 to 15, characterized in that between two Supply lines (27, 28) and the elongated chamber (25) a gas mixing chamber (24) is arranged.

17. Sound source according to claim 16, characterized in that that between the gas mixing chamber (24) and the elongated chamber (25) and between this and the outlet opening (36) each have a throttle (26, 34) arranged are.

18. Sound source according to one of claims 12 to 17, characterized in that that the ignition device (37) is arranged at one end of the chamber (25).

19. Sound source according to one of claims 12 to 17, characterized in that several ignition devices (37) arranged at a distance from one another distributed over the entire length of the chamber (25) are.

20. Sound source according to one of claims 12 to 19, characterized in that that the elongated chamber (25) at least at one end with a seismometer cable (13, 13a) is connected. Publications Considered: USA: Patents No. 2,679,205; 2,772,746; British Patent No. 826 932.