DE1498046A1

DE1498046A1 - Verfahren und Anordnung zur Erdschichten-Vermessung

Info

Publication number: DE1498046A1
Application number: DE19651498046
Authority: DE
Inventors: Rockwell Don West
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1965-09-30
Publication date: 1969-01-09
Also published as: DE1498046B2; US3353151A; NL158298B; NL6512603A; GB1124181A; DE1498046C3

Description

Verfaliren und Anordnung zur Erdschichten-Vermessung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung für Erdschichten-Vermessung, wobei wenigstens ein ausgesendetes seismisches Signal an einer Erdschicht reflektieri wird ^ diese Reflexion an jeder von mindestens drei Beobachtungsstellen der Erdoberfläche nebst dem jeweils unmittelbar eintreffenden Signal als auszuwertende Impulsfolge ermittelt und so korrigiert wird, daß einerseits der Abstand der Beobachtungsstelle vom Sender und andererseits Unregelmäßigkeiten der Erdoberfläche eliminiert werden.

Bei geophysikalischen Erforschungen wird mittels einer Explosion oder einer anderen Art mechanischer Erschütterungen an einem nahe der Erdoberfläche gelegenen Punkt seismische Energie in die Erde gesendet, die sich als Wellenfront durch die Erde hinunter fortpflanzt. An den Grenzen von Zonen mit unterschiedlicher akustischer Geschwindigkeit wird ein Teil der Energie zur Erdoberfläche reflektiert, wo er durch eine Gruppe

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von Echolotgeräten empfangen und in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet wird.« Da die akustischen Geschwindigkeiten der verschiedenen Schichten beliebig unterschiedlich sind, besteht die seismische Information aus einem zufallsabhängigen Signal mit bestimmten charakteristischen -tfellenformen, die in dieser Technik als Ereignisse bezeichnet werden und gewöhnlich das Vorhandensein von Grenzschichten anzeigen. Die Erdoberfläche ist zumeist uneben, und üblicherweise wird das seismische Echosignal eines einzigen Snergieimpulses an mehreren von einander entfernten Punkten gleichzeitig empfangen» Infolgedessen müssen die verschiedenen entsprechenden Spuren derart korrigiert werden, daß sie das Echo am Punkt einer gegebenen Ebene aus einer an diesem Punkt gesandten Energie so darstellen, daß die lotrechte Entfernung zu einer lieflexionsschicht durch die Zeit ausgedrückt wird, die bis zum Eintreffen des Ereignisses in dem Antwortsignal vergeht ο Da diese Signale über der Zeit aufgetragen werden ist es bisher notwendig gewesen, sie auf einen Entfernungsmaßstab zu beziehen, bevor die Lage der Schichten ^zeichnet werden kann» Diese umwandlung wird durch die Tatsache kompliziert, daß sich die Geschwindigkeit der seismischen Energie, abhängig von den wechselnden Dichten und Eigenschaften der Formationen mit der Tiefe änderte Da die empfangene Energie niob!; notwendigerweise senkrecht verläuft, vielmehr von einer Grenzschicht unter einem Winkel, der gleich dem Einfallswinkel ist, reflektiert wird, so ist die Entfernung zu der reflektierenden Schicht nicht unbedingt gleich ihrer senkrechten Tiefe, sondern gleich der kürzesten Entfernung, d.h. gleich dem Normalabstand. Das Echosignal muß daher an zwei voneinander entfernten Punkten empfangen werden, um den Neigungswinkel der Einlagerung, bezogen auf eine durch die beiden Punkte verlaufende senkrechte Ebene, zu bestimmen. Außerdem ist die Information eines dritten nicht in der Ebene liegenden Punktes notwendig, um die tatsächliche Neigung und ihre dichtung zu bestimmen,, Das Problem der Neigungsbestimmung wird weiterhin dadurch kompliziert, daß sich dia

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seismische Energie infolge der Änderung ihrer Geschwindigkeit' mit der Tiefe zu und von der geneigten Schicht auf einem gekrümmten Weg fortpflanzt. Bisher hat man diese Bahn für kleine Geschwindigkeitsänderungen durch eine Gerade oder eine Heihe von Geraden angenähert. In bestimmten Fällen sind diese Verfahren zwar ziemlich genau, jedoch selbst "bei Verwendung der ve:? schiedenen für diesen Zweck entwickelten Aufzeichnungsgeräte mühsam und zeitraubend. In Fällen jedoch, in denen sich die seismische Geschwindigkeit schnell oder ungleichförmig ändert, werden diese Verfahren in zunehmendem Maße verwickelt, aufwendig und von fraglicher Genauigkeit. Außerdem erfordern sie, daß die seismischen Antwortsignale vor der Aufzeichnung ausge- i wertet werden, wodurch zusätzlich zu den Näherungsfehlern menschliche Irrtümer auftreten können. Zur Kombination einer Anzahl von Signalaufzeichnungen sind einige Techniken entwickelt worden, die jedoch nur die Zeitabhängigkeit und nicht die wahre oder verlagerte Position des üeflexionsurSprungs anzeigen.

Erfindunssgsmäß \-;erden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Impulsfolge der Antwortdaten zur Bestimmung der Größe von Radius und Verlagerung des Zentrums einer Welle dient, deren Front zur maßstäblichen Darstellung der Signalausbi-eitung mit Hilfe eines vorzugsweise elektromagnetischen Ab« "bildungsstralileß auf einem Aufzeichnungsträger wiedergegeben wird und daß die Wellenfront-Bilder der einzelnen Beobachtungs- \ stellen mittels eines Abtastsystems in Impulse verwandelt werden, deren Kombination auf einem weiteren Aufzeichnungsträger ein Summenmuster ergibt, aus dem Tiefe und Neigung der Erdschicht hervorgehen. Ein derartiges Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß nicht nur einzelne ausgewählte, sondern alle Informationsdaten zur Auswertung herangezogen werden. Außerdem wird ein öysteia vermittelt, daß die Daten mit der gleichen oder sogar mit größerer Geschwindigkeit verarbeitet, mit der sie bei den laufenden Versuchen anfallen. Das genannte Summenmuster wird vorzugsweise durch algebraische Sumraierung der Werte an einan»

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der entsprechenden Stellen der einzelnen Wellenfront-Muster erzeugt, indem negative Werte von positiven abgezogen werden. Sind jedoch die negativen Werte relativ zu den positiven Werten· klein, so kann das Summenmuster durch Addition der Absolutwerte erzeugt werden. Sofern die Geschwindigkeit der seismischen Energie im wesentlichen konstant ist, können die Wellenfront-Muster aus konzentrischen Kreisen derjenigen Intensolät bestehen, die dem Wert der Antwortdaten entspricht. Im allgemeinen ist es jedoch erforderlich, daß die einzelnen maßstäblichen Wellenfront-Muster den Ort der seismischen Energie nach verschiedenen Laufzeiten t als eine Schar kreisbogenförmiger Wellenfronten mit dem Radius

E₊ = ^Vd (sinh ^at), (1) dem Abstand des Mittelpunktes von der Grundlinie nach unten

H₊ = ^Vd (cosh ^at - 1) (2)

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und einem dem Antwortsinai entsprechenden Wert darstellen, wobei V, die Geschwindigkeit der Energie an der Grundlinie und a ihre Beschleunigung zum Zeitpunkt t ist· Die Energiebeschleunigung a kann entweder Null, eine Konstante oder eine Punktion der Laufzeit t seih. Erfindungsgemäß wird der genannte elektromagnetische Strahl über eine ebene Aufzeichnungsfläche auf kreisförmigen Bahnen bewegt, deren Radius gemäß Gleichung (17) und deren MittelpunktVerlagerung gemäß Gleichung (2) von der Momentangeschwindigkeit der seismischen Energie abhängt. Dadurch, daß sowohl das scheinbare Zentrum der Wellenfront abgesenkt als auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit verändert wird, kann der tatsächliche Weg der Energie durch die Erde mit einer Genauigkeit wiedergegeben werden, die von der Genauigkeit der verfügbaren Geschwindigkeitsinformationen abhängt, Erfindungsgemäß werden, die einzelnen Wellenfront-Muster um den Entfernungen der Beobact tungspunkte vom Sender maßstäblich entsprechende Stücke verschoben und auf einer gemeinsamen Aufzeichnungsfläche"abgebil- · det, wobei die einander überlappenden Bereiche entlang gemein-

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samer Tangenten Verdichtungsstellen "bilden, welche die Tiefe und die Neigung reflektierender Schichten unmittelbar maß stattlich darstellen. In "besonderer Ausgestaltung der Erfindung werden dabei entsprechende Punkte der einzelnen maßstäblich aufgetragenen Wellenfront-Muster gleichzeitig abgetastet. Die Aufzeichnung der Daten erfolgt gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung entweder auf einer Magnetschicht oder auf eiiiem fotographischen Film oder auf einem kapazitiven Ladungsträger oder mit Hilfe eines Elektronenstrahls; entsprechend dient zur Abtastung der Aufzeichnungen ein magnetischer Lesekopf, ein fotoelektrisches oder ein kapazitives System oder ein Elektronenstrahl.

■ Zur Ausführung dieses Verfahrens zur Erdschichten-Vermessung dient erfindungsgemäß eine Anordnung, die durch eine Kathodenstrahlröhre gekennzeichnet ist, deren Strahl durch das verstärkte seismische Antwortsignal moduliert und mittels zweier durch einen Phasenschieber um 90° versetzter in y-Richtung durch eine H, entsprechende Vorspannung verschobene und von einem G-eschwindigkeits-Funktionsgenerator gesteuerte Sinuswellen entlang der genannten Kreisbogen abgelenkt wird, und ferner durch einen fotographischen PiIm, der in einer Kamera nach jeder Aufnahme eines Wellenfront-Musters um eine maßstäblich entsprechende Länge fortgeschaltet wird. Ein besonderer Vorteil einer solchen Schaltung ist es, daß nur handelsübliche Bauelemente verwendet werden. Bei einer anderen Ausgestaltung dieser Anordnung, wird de.r Film kontinuierlich transportiert und der zur X-Ablenkung dienenden Sinuswelle eine mit der Filmbewegung proportional anwachsende Spur-Vorspannung überlagert, Normalerweise nimmt die Intensität des Elektronenstrahls bei größerer Ablenkung, d. h. mit wachsendem Radius R. der Kreisbahnen ab. Um dies zu vermeiden.

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kann ein Verstärker vorgesehen sein, der durch die Amplitude der X- oder der Y-AbIenkspannung gesteuert wird und die Intensität des Elektronenstrahls mit dem Radius erhöht. Da weiterhin nur

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die der Ausbreitung in die Erde entsprechende Hälfte der Wellenfront interessiert, kann eine Abdeckstufe vorgesehen sein, die durch die Phase der X- bzw» Y-Ablenkspannung gesteuert wird und den Elektronenstrahl mindestens in der bildmäßig oberen Hälfte der Kreisbogen auslöscht. Dadurch wird eine möglichst gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bildschirmes erreicht.

Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Erdschichten-Vermessung wird in bildmäßig horizontaler Richtung ein Magnetband bewegt, das über zwei Hollen eines gemäß der Größe H. in bildmäßig vertikaler Richtung verschiebbaren Tisches läuft und auf das ein auf einer Gewindespindel, die um einen Drehpunkt verschwenkbar ist, axial bewegbarer magnetischer Schreibkopf nacheinander und maßstäblich versetzt die einzelnen Wellenfront-Muster aufzeichnet, die von einem durch eine Gewindespindel in der senkrechten Richtung bewegbaren magnetischen Lesekopf abgetastet werden. Zur weiteren Vereinfachung ist es möglich, ein endloses Magnetband zu verwenden, das an einer in Bewegungsrichtung vor der Aufzeichnung liegenden Stelle durch einen magnetischen Löschkopf neutralisiert wird. Um bei dieser Anordnung eine lineare Addition der verschiedenen Magnetisierungen ein und derselben Stelle der Aufzeichnungsfläche zu erhalten, ist es nötig, den Luftspalt des Schreibkopfes in fester Ausrichtung zu halten. Dazu kann ein aus der genannten Gewindespindel, einer zweiten Welle und einem Mihrungsarm bestehendes Parallelgestänge vorgesehen sein. Statt einer solchen-Führung wird der Magnetkopf bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung mittels eines geschlitzten Armes gegenüber dem Magnetband mit einer Differenzgeschwindigkeit längs einem in einer Scheibe befindlichen spiralförmigen Schlitz gefuhrt, dessen Radius gemäß der Geschwindigkatefunktion der Energieaüsbreitung zunimmt. Um die Ungenauigkeitendet mechanischen Bewegung eines einzigen Schreibkopfes zu vermeiden,

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sieht wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung eine Yielzahl von Magnetköpfen in segmentförmiger Anordnung vor, die in einer Vielzahl von Kreisbögen angeordnet sind und von denen alle längs desselben Kreisbogen liegenden über den gleichen Wicklung» draht verbunden sind und gemeinsam über einen vom Mittelpunkt des Kreissektors aus verschiebbaren Schleifkontaktes aktiviert werden. Ist die Neigung der zu ermittelnden Erdschichten von vorneherein bekannt, so wird vorzugsweise ein Lesekopf mit einem längl-ichen und entsprechend der Neigung einstellbaren Magneten verwendet. Dabei kann der längliche Magnet auoh in mehrere nebeneinander angeordnete Einzelmagnete aufgeteilt werden, um wiederum die Luftspalte der einzelnen Magnete entsprechend der Magnetisierungsrichtung, die ja im allgemeinen von der Neigung der Erdschicht verschieden ist, auszurichten.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen, wobei

Mg. 1 in einem schematischen Querschnitt durch die Erde allgemein die Art und Weise zeigt, in der aan seismische Reflexionssignale erhält;

Fig, 2 eine Vielzahl von idealisierten seismischen Spuren zeigt, die etwa von den in Fig. 1 dargestellten Empfängern aufgezeichnet wurden;

Fig. 3 die seismischen Reflexionsspuren der Fig. 2 schematisch wiedergibt, wie sie nach Elimination der Entfernungen der Empfänger vom Sender und unter Bezug auf eine gemeinsame Ausgangsebene erscheinen;

Fig. 4 eine schematische Zeichnung zur Darstellung des Grundprinzips der Erfindung ist;

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!ig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß erzeugten Wellenfront-Musters ist;

, 6 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Anordnung darstellt;

Pig. 7 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 8 eine Aufzeichnungsvorrichtung, wie sie in der Anordnung nach Pig. 7 verwendet werden kann., im Detail zeigt;

Fig. 9 eine andere Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung in der in Mg. 7 gezeigten Anordnung wiedergibt;

Fig.10 einen. Teil der Aufzeichnungsvorrichtung der Fig. 9 im Detail abbildet;

Fig. 11 ein magnetisches Aufzeichnungselement der Vorrichtung nach Fig. 9 darstellt;

Fig. 12 eine weitere Aufzeichnungsvorrichtung für die in Fig. 7 gezeigte Anordnung wiedergibt;

Fig. 13 die Zeichnung eines Abtastkopfes für die in Fig. 7 gezeigte Anordnung;

Fig. 14 eine schematische Ansicht eines anderen, ebenfalls in Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 7 verwendbaren Abtastkopfes ist;

Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines solchen Abtastkopfes zeigt; und

Fig. 16 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Anordnung schematisch darstellt.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Querschnitt verläuft

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durch, eine linie von aufeinanderfolgenden Explosionspunkten 10, 12 und 14, denen Gruppen von Echolotetapfängern 16a bis I6i, 18a bis 18i, und 20a bis 2Oi zugeordnet sind. Nach Erzeugung eines seismischen Energieimpulges durch eine Explosion oder aus einer anderen Quelle am-Punkt 10 nehmen die Empfänger 16a bis 16i seismische Antwortimpulse auf, die duroh die idealisierten Spuren 22a bis 22i wiedergegeben sind. In ähnlicher Weise wird das Echo der am Punkt .12 abgegebenen seismischen Impulse von den Empfängern 18a bis 18i wahrgenommen und durch die Spüren 24a bis 24i wiedergegeben und das Echo der am Punkt 14 erzeugten Impulse von den Empfängern 20a bis 201 aufgenommen und in den Spuren 26a bis 26i dargestellt. Die von den Empfängern aufgenommene Antwort wird gebräuchlicherweise bezüglich der verstrichenen Zeit auf Magnettrommel oder Magnetband aufgezeichnet und nur wenn optische Untersuchung erforderlich ist, fotograpMsd: reproduziert. Erfindungsgemäß ist dies nur soweit erforderlich, als die seismischen Daten bezüglich der Entfernung der Empfänger vom Explosions Zentrum korrigiert und auf eine gemeinsame Ausgangsebene bezogen werden müssen. Das erste Ereignis 28 jeder Spur wird durch die seismische Energie verursacht, die auf dem unmittelbarsten Weg zu den Empfängern gelangt. Man sieht, daß dieses erste zum Zeitpunkt IJuIl eintretende Ereignis 28 in den äußeren Spuren a und i jeder Gruppe später auftritt als in der Spur e. Ebenso weisen auch die Ereignisse 30, die etwa von der Reflexion an der Schicht 32 herrühren, gewisse Zeitdifferenzen entsprechend den längeren und gekrümmten Wegen, beispielsweise 1Oa und 1Oi auf, jedoch nimmt dieser Effekt mit der Iia?e ab. Ein Teil der Zeitunterschiede ist auf die veränderliche Kontur der Erdoberfläche 34 zurückzuführen, auf der die Empfänger 16, 18 und 20 angeordnet sind. Bevor deshalb die Informationen, die durch die Antwortspuren 22, 24, und 26 dargestellt sind, erfindungsgemäß verwendet werden, müssen die Werte auf eine gemeinsame Grundlinie 36 bezogen und bezüglich der Entfernung der Empfänger in bekannter Weise korrigiert werden, um den Unterschied in der Länge der kurzen Reflexionswege, z. B.

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1Oe, und der langen, z.B. 10a und 1Oi zu eliminieren. Nach dieser Korrektur, die· jedoch nicht die Neigung berücksichtigt, kön*»· nen die seismischen Antwortsignale durch die idealisierten Spuiaa 38a bis 38i, 40a bis 4Oi und 42a bis 42i nach Fig. 3 wiedergegeben werden.

Jede Gruppe von korrigierten Daten, die. durch die Antwortspuren 38, 40, und 42 dargestellt ist, wird dann in die ein maßstäbliches Wellenfront-Muster nach Fig. 5 darstellenden Daten umgewandelt. Wenn gewünscht, können auch nur die Spuren 38e, 4Oe und 42e umgewandelt werden, die den kurzen Wegen entsprechen. Wie jedoch aus dem Folgenden ersichtlich wird, ist es im allgemeinen wünschenswert, alle Spuren zu benützen, um eine . möglichst dichte Belegung aus den überlappenden Mustern zu erhalten. Jedes maßstäbliche Wellenfront-Muster wird Punkt für Punkt aus den durch eine einzige Spur dargestellten Antwortdaten gezeichnet. Von einem Mittelpunkt 44 auf der G-rundebene 36 ausgehend wird jeder diskrete Wert der seismischen Antwortdaten abhängig von der Zeit in Daten umgesetzt, die eine kreisbogenförmige Wellenfront mit einer dem diskreten Wert entsprechenden Intensität oder Größe und mit einer maßstäblichen Lage und Form darstellen, die alle möglichen Lagen der tatsächlichen seismischen Energie in dem betrachteten Zeitpunkt wiedergibt. Die Lage und Form der maßstäblichen Wellenfront ist dann gleich der wirklichen Tiefe ausgedrückt als Funktion der Geschwindigkeit und der Ausbreitungszeit. Die Geschwindigkeit V in einer Tiefe ζ kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden

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worin V, die Geschwindigkeit an der Grundlinie ist, a die Besohleunigung der seismischen Energie und t die Zeit, die für beide Richtungen benötigt wird. Die Beschleunigung braucht keine Konstante zu sein und kann auch als Funktion der Zeit ausge»

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drückt werden, wenn geeignete Informationen über die Geschwindigkeit vorliegen. Gemäß einer wiohtigen Eigenschaft der Erfindung hat die bogenförmige Wellenfront einen Radius R, der durch die obige Gleichung (1) gegeben ist und einen Mittelpunkt, der um die Strecke H, gegeben duroh die Gleichung (2), von der Grund« linie entfernt ist. Geschwindigkeitsinformationen werden durch die besten verfügbaren Mittel, z.B. duroh Vermessen einer Brunn« bohrung in der gleichen geologischen Region oder duroh eine andere geeignete Näherung gewonnen. Auf diese Weise können beispielsweise die Ereignisse K bis P der in Fig. 5 gezeigten Reflexionsspur kreisbogenförmige Wellenfronten mit den Mittelpunkten k bis ρ sein. Die Werte, die das maßstäbliche Wellenfront-Muster darstellen, können entweder analoger oder digitaler Natur sein, wie aus dem Folgenden erhellt. Die einzelnen Datengruppen werden dann zu Daten kombiniert, die die Summe von maßstäblichen Wellenfront-Mustern wiedergeben, wobei die Muster maßstäblich so zueinander angeordnet werden, wie es der gegenseitigen lage der entsprechenden Echoempfänger entspricht, d.h. der Abstand zwischen nebeneinander liegenden Wellenfront-Mustern ist proportional zum horizontalen Abstand zwischen den Empfängern, die die ursprünglichen Antwortsignale aufnehmen. Die Summierung entsprechender Werte, d.h. von Werten, die in einem gemeinsamen Maßstabsnetz die gleichen Koordinaten belegen, ergibt verstärkte Muster, wobei die Wellenfronten mit gemeinsamen Werten im allgemeinen eine gemeinsame !Dangente haben, wie dies mit 46 in Fig. 4 dargestellt ist, und die z. B. die Reflexions-BOhioht 32 darstellt. Wie oben erwähnt, kann die Summierung der maßstäblichen Wellenfront^Muster, sofern sie in maßstäblicher Lage zueinander angeordnet sind, entweder algebraisch erfolgen oder aus einer einfachen Addition bestehen, um die verstärkten Muster zur Darstellung von Reflexionsschichten zu erzeugen. Man eicht, daß sämtliche seismischen Antwortinformationen benützt «erden. Außerdem werden die Daten vor der Auswertung verlagert, um menschliche Irrtümer bei Ermittlung der Ereignisse auszu-■ ohließen. Die Kombination der Daten,"""welche die Wellenfront-

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Muster darstellen, bewirkt insbesondere bei Anwendung der algebraischen Summierung eine verstärkte Auflösung des Antwortsignales, und die Kombination erfolgt nach dem Verlagerungsverfahren, d.h. die Signale verstärken andere Signale, die am gleichen Punkt im Raum entspringen. Es ist wichtig festzustellen, daß die seismischen Antwortinformationen über der Laufzeit aufgetragen werden, ohne in Werte, abhängig von der Tiefe umgewandelt worden zu sein. Trotzdem wird jede Zunahme des Antwortsignals in eine Wellenfront auf einem Entfernungs- oder Tiefenmaßstab umgewandelt, so daß das maßstäbliche Wellenfront-Muster auf Entfernungen und nicht auf Laufzeiten bezogen ist.

In Mg. 6 ist ein erfindungsgemäß entworfenes System im ganzen mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet. Darin werden Gruppen von seismischen Antwortsignalen mittels einer Kathodenstrahlröhre 52 in Daten zur Wiedergabe eines maßstäblichen Wellenfront-Musters umgewandelt und fortlaufend auf einer I¹J]TiIrOlIe 56 in einer Kamera 54 summiert. Ein optisches System 58 kann verwendet werden, um das auf dem Bildschirm der Röhre 52 erscheinende Muster auf den Film zu fokussieren. Der abtastende ■Elektronenstrahl wird entsprechend den Antwortdaten moduliert und kreisbogenförmig nach der Geschwindigkeitsfunktion der seismischen Energie geschwenkt. Der Film 56 kann entweder ständig synchron mit einer Verschiebung des Bildes auf der Röhre bewegt oder wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird, in maßstäbliche Positionen weitergeschaltet werden. Die korrigierten seismischen Antwortdaten können aus magnetischen Aufzeichnungen durch ein geeignetes Wiedergabesystem 60 reproduziert und einem Verstärker 62 zugeführt werden. Das WMergabesystem 60 arbeitet mit einer Programmeinheit 64 synchron, die einen Sinus-Oszillator 66 steuert. Die Amplitude des Oszillatorsignales wird von einem Geschwindigkeits-Funktionsgenerator 68 gesteuert und ändert sich daher mit der Momentangeschwindigkeit der seismischen Energie. Der Ausgang des Oszillators 66 liegt an einem Phasenschieber 70, der zwei um 90° phasenverschobene Sinus-

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wellen erzeugt» Die beiden Wellen liegen an zwei Schaltkreisen • 72 und 74, die die X- bzw. Y-Ablenkung der Kathodenstrahlröhre 52 steuern. Eine vom G-eschwindigkeitsfunktionsgenerator 68 gesteuerte Stufe 78 beaufschlagt das Y-Ablenkungssignal mit einer Vorspannung, um das scheinbare Zentrum der kreisförmigen Strahlabtastung abwärtszuverschieben, wie im folgenden beschrieben. Venn der Mim 56 kontinuierlich bewegt werden soll, wird eine Spurvorspannungs-Stufe 76 verwendet, um das Sinussignal zur X-Ablenkung mit einer Vorspannung zu beaufschlagen, so daß sich das Muster auf dem Schirm der Röhre 52 synchron mit dem Mim 56 bewegt. Wird jedoch der Mim 56 schrittweise in einzelne maßstäbliche Lagen fortgeschaltet, so kann die Stufe 76 zur Erzeugung .der Spur vor spannung weggelassen werden. Der Ausgang des Verstärkers 62 liegt an einem R-Verstärkungskreis 80, dessen Verstärkung sich zu der Amplitude des Sinus-Ablenksignals so verhält, daß der Lichtfleck gleiche Intensität beibehält, während der Elektronenstrahl aus dem Zentrum herausbewegt und mit größerer Geschwindigkeit geschwenkt wird..Der Ausgang der R-Verstärkungsstufe liegt an einer Abdeokstufe 82, die den Elektronenstrahl wenigstens während der oberen Hälfte der kreisförmigen Ablenkung auslöscht. Der Ausgang der Abdeckstufe führt zu der Röhre 52 und moduliert die Intensität des Elektronenstrahls. Wie bekannt, beschreibt der Elektronenstrahl, wenn zur X- und Y-Ablenkung zwei Sinuswellen unter einer Phasenverschiebung von 90° verwendet werden, auf dem Schirm der Röhre, einen Kreis. Der Durchmesser des Kreises in X- und Y-Richtung ist gleich der Amplitude des X- bzw. Y-AbIenksignals, genössen von Spitze zu Spitze. Der Mittelpunkt des Kreises in X- und Y-Richtung, wird durch die Vorspannungen der beiden Ablenksignale bestimmt. TJm aus den als Funktion der Laufzeit aufgetragenen Antwortdaten ein entfernungs-maßstäbliehes Wellenfront-Muster zu erhalten, sind folgende Schritte nötig. Am besten wird das scheinbare Zentrum 84 der. Wellenfront in die Nähe des oberen Ran des des Bildschirmes der Röhre 52 gelegte Abhängig von der Polarität der· Röhre wird dies durch Anheben oder Absenken <äsr Vor span-

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nung der sinusförmigen Y-Ablenkung erreicht. Zum Zwecke der Erläuterung ist es einfach, eine hohe Gleichvorspannung anzunehmen. Am Anfang eines Zyklus wird das scheinbare Zentrum 84 in die Ausgangsebene gelegt, bezüglich der die seismischen Antwortinformationen korrigiert worden sind. Zu Beginn der Wiedergabe einer Gruppe von Antwortdaten regt die Programmatufe 64 den Zyklus des G-eschwindigkeitsfunktionsgenerators 68 an, dessen Aus· gangssignal die Amplitude des sinusförmigen Signals des Oszillators 66 beeinflußt. Die Sinusamplituden sowohl des X- als auch des Y-Ablenksignals steigen in Abhängigkeit von. der Momentangeschwindigkeit der seismischen Energie in dem bestimmten Zeitpunkt, so daß der Radius R des kreisbogenförmigen Ablenkweges in jedem Zeitpunkt durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden kann. Da die Amplitude der sinusförmigen Ablenkspannungen, gemessen von Spitze zu'Spitze, zunimmt, so vergrößert sich in entsprechendem Maße der Durchmesser des Kreisbogens, den der Elektronenstrahl auf der Röhre beschreibt und scheint sich vom Mittelpunkt her auszubreiten. Die obere Hälfte der kreisförmigen Bahn wird unterdrückt, so daß die untere Hälfte bei Absenken des Mittelpunktes τ wie im folgenden beschrieben - nicht gestört wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung läuft der abtastende Elektronenstrahl mit einer frequenz von 2000 Hz um und die Geschwindigkeit, mit der der Radius R der Kreisbögen zunimmt, entspricht den wirklichen Verhältnissen, d.h. diese Geschwindigkeit ist gegenüber derjenigen, mit der sich die seismische Energie in die Erde fortpflanzt halb so groß, entsprechend der Laufzeit der Energie in beiden Richtungen, und so sind zur Darstellung jedes maßstäblichen fellenfront-Musters nur einige Sekunden erforderlich. Wenn gewünscht, kann die Geschwindigkeit durch geeignete Änderungen der seismischen Signale schneller oder langsamer gemacht werden. Das scheinbare Zentrum 84, der die Energie-Wellenfront darstellenden Kreisbögen bewegt sich von dem Bezugspunkt aus um den Betrag H nach Gleichung (2) abwärts. Man sieht, daß in dieser Gleichung die momentane Be-

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schleunigung a die einzige "Variable ist. Deshalb wird die H-Vor-Spannungsstufe 78 durch ein Signal des Gesohwindigkeitsfunktionsgenerators 68 angesteuert, das der Beschleunigung oder der Geschwindigkeit sänderung der seismischen Energie entspricht und das Y-Ablenksignal mit einer Gleichspannung bestimmter Polarität beaufschlagt, um den Mittelpunkt der Wellenfronten in zeitlicher Abhängigkeit von a abwärtszuversohieben. Die Beschleunigung a kann irgendeine Punktion der Zeit oder auch eine Eonstante sein. Hier soll festgehalten werden, daß das beschriebene System die über der Laufzeit aufgetragenen anstatt der bezüglich eines gleichmäßigen Entfernungsmaßstabs korrigierten Antwortdaten benützt. Andernfalls müssen Geschwindigkeit und Beschleunigung Punktionen der Tiefe sein, um richtige Werte für R und H zu erhalten» Da sich der Elektronenstrahl auf Bahnen mit fortschreitend zunehmenden Radien bewegt, nimmt seine Geschwindigkeit gegenüber dem Schirm der Röhre zu und würde infolge der größeren Schreibgeschwindigkeit bei gleicher ^iektronenintensität ein Bild von immer geringerer leuchtdichte erzeugen. Deshalb wird die Intensität des Elektronenstrahls mittels der R-Yerstärkungsstufe 80 mit zunehmendem Bahnradius erhöht. Da weiterhin nur die untere Hälfte des vom Strahl beschriebenen Kreises zur Darstellung des maßstäblichen Wellenfront-Musters benützt wird, wird mindestens die obere Hälfte des Kreises abgedeckt· Da das scheinbare Zentrum 84 absinkt, ist dies besonders wichtig, um Interferenzen der oberen Hälfte der Kreise mit den vorher gezeichneten Bögen kleiner Radien zu verhindern. Die Abdeokstufe 82 löscht den Elektronenstrahl wenigstens während einer Hälfte des Y-Ablenksignals aus. Wenn gewünscht, kann, mittels des Abdeckkreises auch ein größerer Teil des Kreisbogens ausgelöscht werden, um den Neigungsbereich des Systems zu steuern. Beispielsweise könnte der -Elektronenstrahl überall außer in dem Bereich zwischen den gestrichelten Linien 86 und 88 in Pig. 5 unter-' drückt werden« Wie oben erwähnt, bewegt sich der PiIm 56 mit konstanter Geschwindigkeit vor dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 52 vorbei. Das maßstäbliche Wellenfront-Muster auf dem

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Bildschirm wird so erzeugt, daß es der Bewegung des Films mittels der Spurvorspannungs-Stufe 78 folgt. Diese Stufe "beaufschlagt das X-Ablenksignal mit einer fortschreitend zunehmenden Gleichspannung, die so synchronisiert ist, daß sie bei Beginn einer jeden seismischen Antwort bei Hull anfängt und mit einer von der Bewegung des Films 56 gelenkten Geschwindigkeit zunimmt. Die Filmgeschwindigkeit wird so ausgewählt, daß zu Beginn jeder Gruppe von seismischen Antwortsignalen der Mittelpunkt der Röhre der geeigneten maßstäblichen X-Lage der bestimmten Antwortdaten gegenüber liegt. ?/enn jedoch gewünscht, kann der Film X in die maßstäbliche X-Lage fortgeschaltet werden, wenn der Oszillograph jeweils ein Wellenfront-Muster erzeugt hat. In diesem Fall würde die Spurvorspannungs-Stufe 78 durch eine passende (nicht gezeigte) Fortschaltsteuerung ersetzt werden.

Pig. 7 zeigt eine weitere, gemäß der Erfindung entworfene Anordnung, die allgemein mit -der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist und der Anordnung 50 mit der Ausnahme ähnelt, daß das zur Aufzeichnung verwendete Übertragungssystem aus einem Magnetkopf besteht, der gegenüber der magnetischen Speicherschicht mechanisch kreisbogenförmig geführt wird. Ein endloses magnetisches Aufzeichnungsband 102 läuft über Rollen 104 und 106, die zur Erzeugung der horizontalen Bewegung in X-Richtung auf einem Tisch 108 gelagert sind. Zur Änderung von H ist der Tisch durch geeignete Mittel, wie z. B₀ Gewindewellen 110 und 112 so angebracht, daß er Transversalbewegungen des Bandes 102 gestattet» Die Wellen 110 und 112 können durch einen entsprechenden Mechanismus 114- angetrieben werden. Ein magnetischer Schreibkopf 116 ist nahe der Oberfläche des magnetischen Bandes 102 angeordnet und bewegt sich längs eines Armes 118, der durch einen entsprechenden Mechanismus in dem Drehlager 120 mit konstanter Geschwindigkeit über einen vorbestimmten Kreisbogen in-und hergeschwenkt wird. Der Kopf 116 wird längs des Armes 118 durch einen eigenen Mechanismus 122 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die in Abhängigkeit des Wertes R verändert werden kann. Eine

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Reihe seismischer Antwortsignale., die in "benachbarten Spuren auf einer Magnettrommel 125 gespeichert ist, kann über einen " 'Serienwandler und eine Programmstufe 124 in Serie wiedergegeben werden. Die Signale gehen dann zu einem Verstärker 128 und treiben den Magnetkopf. 116. Die Programmstufe 124 synchronisiert auch die Wirkungsweise einer R-Steuerstufe 130, die den Mechanismus 122 mit variabler Geschwindigkeit so antreibt, daß sich der Schreibkopf 116 entlang des Armes 118 von der Schwenkachse des Armes entsprechend dem Wert R entfernt. Ähnlich synchronisiert die Programmstufe 124 auch die Wirkung einer H-Steuerstufe 132 am Anfang der Wiedergabe jedes seismischen Antwortsignals. Die Stufe 132 steuert den Mechanismus 114 zur Bewegung des gesamten Tisches 108 und damit auch des Aufzeichnungsbandes 102 in Richtung auf das Lager 120. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung führt den Faktor H in das Wellenfront-Muster ein. Mach der Wiedergabe jeder seismischen Antwortspur veranlaßt die Programmstufe 124 die X-Vorschubstufe 134 zu einer Bewegung des Magnetbandes 102 von rechts nach links um eine Strecke, die dem horizontalen Abstand X derjenigen Punkte entspricht, an denen aufeinander folgende Gruppen von Reflexionsinformationen gespeichert wurden. Ein Abtastkopf 136 ist über der Oberfläche des Magnetbandes 102 angebracht und bewegt sich durch einen geeigneten Mechanismus, der durch eine Gewindespindel 137"dargestellt ist, quer zu dem Magnetband, d.h. in maßstäblioh senkrechter Richtung. Der Abtastkopf 136 bewegt sich nur, solange das Band 102 zwischen den Aufzeichnungsstellungen verschoben wird, wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird. Dabei kann sich das Band 102 nach Wunsch entweder kontinuierlich bewegen oder schrittweise fortgeschaltet werden. Der.Ausgang des Lesekopfes 136 liegt über einen Verstärker 138 an einem geeigneten Leseausgang 140 und einem Aufzeichengerät 142· Der Leseausgang 140 kann aus einem Oszillographen oder einem ähnlichen Gerät bestehen. Der Aufzeichner 142 kann irgendein geeignetes herkömmliches Gerät sein, etwa mit einem Übertragungssystem, das sich synchron mit dem Lesekopf 136 bezüglich eines

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Aufzeichnungsblattes "bewegt, das sieh selbst synchron mit dem Band 102 verschiebt. Ein geeigneter Löschkopf 143 ist vorgesehen um die vorher auf dem Band aufgezeichneten Signale in der herkömmlichen Art und Weise zu löschen. Das System 100 arbeitet so, daß die seismischen Antwortdaten in Serie wiedergegeben, verstärkt und einem Schreibkopf 116 zugeführt werden. Zu Beginn der Wiedergabe ist der Schreibkopf 116 in der Nullstellung,und der Arm 118 schwenkt über einen vorbestimmten Kreisbogen mit konstanter relativ hoher Geschwindigkeit hin und her. Das Magnetband 102 steht bezüglich des Tisches 108 still. Der Tisch befindet sich in einer Stellung nahe dem Mechanismus 114» so da£ der Drehpunkt des Armes 118 in einer Grundlinie liegt. Wenn nun die seismischen Antwortdaten wiedergegeben werden und der Arm 118 hin- und herschwenkt, bewegt sich der Schreibkopf 116 entlang dem Arm mit einer Geschwindigkeit, die der Momentangeschwindigkeit der seismischen Energie durch die Erde in dem entsprechenden Zeitpunkt nach Gleichung (1) entspricht. Gleichzeitig veranlaßt der Mechanismus 114 auf Grund des H-Steuerkreises eine Bewegung des ganzen Tisches 108 und damit des Magnetbandes 102 in Richtung auf das Lager 120, so daß derDrehpunkt des Armes 118 und damit das scheinbare Zentrum der Wellenfronten von der Grundlinie entsprechend der Gleichung (2) abwärts bewegt wird. Nachdem sich der Schreibkopf 116 bis zum Ende des Armes'118 bewegt hat - zu diesem Zeitpunkt ^^s^ ^^e seismische Antwortspur vollständig wiedergegeben worden -, kehrt er in seine Ausgangsstellung in der Nähe des Drehpunktes zurück und ebenso geht auch der Tisch 108 in die Stellung in der Nähe des Mechanismus 114 zurück, während das Magnetband 102 in Fig. 7 von rechts nach links um eine Strecke bewegt wird, die dem Abstand zweier Punkte aufeinanderfolgender seismischer Antwortspuren entspricht. Während sich das Aufzeichnungsband 102 in die neue Stellung bewegt, tastet der iesekopf 136 das Band in maßstäblich vertikaler Richtung ab und gibt das auf dem Magnetband befindliche magnetische Muster an eine Aufzeichnungseinrichtung 142 ab. Nachdem das Magnetband 102 um die erforderliche Strecke

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bewegt wurde, hält es an und übernimmt das nächste Wellenfront-Muster aus der folgenden seismischen Signalspur_o Das zweite und alle folgenden Wellenfront-Muster werden in maßstäblicher Lage dem vorhergehenden überlagert, so daß sich ein zusammengesetztes magnetisches Muster als Darstellung der Summe entsprechender räumlicher Punkte der Wellenfront-Muster ergibt. Die auf diese Weise erzeugten Muster haben im wesentlichen die gleiche geometrische Konfiguration wie das durch das System 50 erzeugte. Durch das Überlappen entsteht eine algebraische Summe anstatt einer bloßen Addition wie im Pail des Systems 50, obwohl bei Verwendung magnetischer Systeme eine linearer Summierung nur schwer erreicht werden kann.

G-emäß weiterer Merkmale der Erfindung wird der Schreibkopf 116 vorzugsweise in einer bestimmten konstanten Orientierung bezüglich der maßstäblich senkrechten Richtung auf dem Band 102 gehalten, um eine Kombination der Daten aus überlagerten Wellenfront-Mustern zu ermöglichen. Zum Beispiel kann der luftspalt 144 des Schreibkopfes 116 in Pig. 8 in maßstäblich horizontaler Lage gehalten werden, indem er drehbar mit dem Wagen 145» &^er sich entlang dem Arm 118 bewegt, verbunden ist. Der Kopf 116 kann in dieser vorbestimmten Lage durch jedes geeignete herkömmliche Mittel gehalten werden, wie z. B. durch einen (nicht gezeigten) Kreisel oder durch einen am Ko£f 116 befestigten Arm 146, der über eine Hülse gleitend mit einem zweiten Arm 147 verbunden ist. Dieser Arm wird zu dem Arm 118 durch ein gestrichelt gezeichnetes parallelogrammförmiges System parallel gehalten. Indem der Schreibkopf 116 in einer Richtung festgehalten wird, erreicht man eine linearere und genauere Summierung der überlappenden Wellenfront-Muster.

Durch horizontale Ausrichtung des Luftspaltes des Schreibkopfes 116 wäre auch der Luftspalt des Lesekopfes 136·, wie in Pig. 13 gezeigt, grundsätzlich horizontal orientiert· In den meisten Pällen ist die Neigung der verschiedenen Schichten an einem bestimmten Ort bekannt oder kann im allgemeinen

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in einer vorausgehenden Untersuchung festgestellt werden. In einem solchen Pail kann es erwünscht sein, vorzugsweise die verstärkten magnetischen Muster, die entlang den Tangenten der'kreisbogenförmigen Wellenfronten liegen, durch einen verlängerten Lesekopf 150 wahrzunehmen, wie er in !ig. 14 mit einem entsprechend der vorher bestimmten Neigung verlaufenden luftspalt 152 gezeigt ist. Der Lesekopf 150 kann auf der Halterung 154, durch die die Gewindespindel 137 hindurchführt so verstellbar befestigt sein, daß jede beliebige Neigung ausgewählt werden kann.

Sine andere Bauform für einen Lesekopf zur Feststellung einer bevorzugten Neigung ist in Pig. 15 allgemein mit der Bezugsziffer 160 bezeichnet. Bei dieser Ausführung ist eine Reihe von magnetischen Leseköpfen 162, 164, 166, 168 und 170 mit parallel zu dem Luftspalt 144 des Schreibkopfes 116 verlaufenden Luftspaltes angeordnet. Die Köpfe sind mit einer auf der Gewindespindel 137 laufenden Halterung 172 durch eine Reihe von Schlitzen 174 verstellbar verbunden, durch die sie mit (nicht gezeigten) Schraubenbolzen hindurchragen. Die Bolzen können durcl (nicht gezeigte) Flügelmuttern oder andere geeignete Mittel befestigt werden, so daß die Köpfe in jeder beliebigen Zuordnung entsprechend der Neigung, welche vorzugsweise festgestellt werden soll, angeordnet sind. Die Ausgänge dieser ganzen Köpfe werden miteinander verknüpft, so daß entlang dem bevorzugten Neigungswinkel Meßwerte aufgenommen und kombiniert werden, um die Empfindlichkeit der unter einem ausgewählten Neigungswinkel liegenden verstärkten Muster zu erhöhen und das Rauschen zu vermindern. Wenn gewünscht, kann eine ausreichende Zahl von Köpfen verwendet werden, so daß für jeden Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen von Datengruppen nur ein Durchlauf der Leseköpfe erforderlich ist»

Gemäß Pig. 7 bewegt sich der Arm 118 nur über den ganzen Neigungsbereioh. Gegenüber der Bewegung der Schreibköpfe

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entlang dem Arm muß sich dieser sehr schnell bewegen, um das ge_r wünschte Ergebnis zu liefern. Die Anordnung kann auch langsamer arbeiten, als es dem tatsächlichen Versuchsablauf entspricht, wenn die seismischen Informationen verlangsamt werden. Wenn gewünscht, können zwei oder mehr Arme in einem Winkel zueinander befestigt werden, und miteinander hin- und herschwingen, um die Geschwindigkeit der Köpfe und die Anforderungen an die Beschleunigung herabzusetzen» Selbstverständlich wäre es auch möglich, ein oder mehrere Arme 118 über volle 360° zu drehen, wobei die Köpfe 116 ebenso wie der Elektronenestrahl in der Anordnung 50 nur währenä des gewünschten Segmentes der Bewegung eingeschaltet sind·

In Pig. 9 ist ein anderer magnetischer Schreibkopf zur Erzeugung von maßstäblichen Wellenfront-Mustern allgemein mit der Bezugsziffer 180 bezeichnet, der den Schreibkopf 116 und den hin- und herschwingenden Arm 118 der Anordnung 100 ersetzt. Der Schreibkpf 180 weist eine große Zahl kreisbogenförmiger, konzentrischer, magnetischer Schreibsegmente 182 auf, von denen jedes zwischen einem Kontakt 184 und einem gemeinsamen Erdpotential 186 so eingeschaltet ist, daß die Segmente durch einen an den Kontakten 184 entlang laufenden Schleifkontakt 188 der Reihe nach angeregt werden. Ein geeigneter (nicht gezeigter) Mechanismus wie z. B. eine Gewindespindel bewegt den Schleifkontakt 188 so nach außen, daß seine Entfernung vom Mittelpunkt der bogenförmigen Segmente 182 immer gleich dem durch Gleichung (1) gegebenen Radius R ist.

Jedes der Schreibsegmente 182 kann aus einer Reihe von kleinen Elektromagneten 190 von der in Fig. 11 gezeigten Art bestehen. Ein einziger Leiter 192 ist uk die Kerne aller ^Elektromagnete 190 eines Segmentes, in der in ?ig. 11 gezeigten herkömmlichen Weise gewickelt und erstreckt sich zwischen dem Kontakt 184 und dem Erdpotential 186. Die Pole 194 und 196 jedes

ti

Magneten sind vorzugsweise in maßstäblich senkrechter ichtung

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ausgerichtet, so daß die bewirkte Magnetisierung des Schreibbandes 102 durch den lesekopf 136 festgestellt werden kann. Die Arbeitsweise des Systems 100 unter Verwendung des Schreibkopfes 180 ist mit der vorher beschriebenen identisch, mit Ausnahme der Tatsache, daß die gesamte bogenförmige Wellenfront unter jedem Segment 182 gleichzeitig magnetisiert wird, indem der Schleif kontakt 188 an der Reihe der Kontakte 184 entlang-läuft. Auf diese Weise wird der Spitzenwert der seismischen Antwortspur während der Periode während der der Schleifkontakt 188 über den Eontakt 184 einen elektrischen Stromkreis schließt, als ein bogenförmiges Muster in das Magnetband 102 geprägte Obwohl die Radien der bogenförmigen Schreibsegmente fest sind, wird der in Wahrheit gekrümmte Weg der Wellenfront der seismischen Energie aufgezeichnet, da die Bewegung des Schleifkontaktes 188 gesteuert wird, um den richtigen Weg R zu erhalten und die Bewegung des Tisches 108-gesteuert wird, um den richtigen Wert H zu erhalten. Vom Standpunkt der Arbeitsweise ist der Schreibkopf 180 einfacher als der Kopf 116, jedoch ist es wegen der Größe der Elektromagnete 190 schwieriger, ein gutes Ergebnis zu erhalten.

Eine andere Form des Schreibkopfes, der in dem System 100 anstelle des Kopfes 116 und des Armes 118 verwendet werden kann,'ist in Pig. 12 allgemein mit der Bezugsziffer 200 bezeich-. net. Eine Scheibe 202 dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit um den Drehpunkt 204 und hat'einen spiralförmigen Schlitz 206, der sich vom Drehpunkt bis zu einem Größenradius R₁ erstreckt. Die Geschwindigkeit mit der sich der Radius R des spiralförmiger Schlitzes 206 hinsichtlich einer Winkelkoordinate ändert, hängt von der Momentangeschwindigkeit der seismischen Energie durch den betrachteten Erdabschnitt ab. Ein Schreibkopf 208, der bezüglich einer anfangs durch den Mittelpunkt 204 verlaufenden Grundebene eine feste Zuordnung iiat, kann entlang dem Schlitz 206 durch einen in der Hut verlaufenden_rStift 210 geführt werden· Der Stift steckt außerdem in einem Schlitz 214 eines Armes

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212. Dieser Arm dreht sich, um den Mittelpunkt 204 in derselben Richtung aber mit etwas geringerer Geschwindigkeit als die Scheibe 202, Wenn sich nun die Scheibe 202 in der durch den Pfeil 216 angedeuteten Richtung mit einer Geschwindigkeit V und der Arm 212 in der gleichen Richtung, dargestellt durch den Pfeil 218, mit der Geschwindigkeit V-Y dreht, so hat der Arm 212 bezüglich der Platte 202 eine Relativgeschwindigkeit Y in der Richtung des Pfeiles 219 int Gegenzeigersinn. Diese Relativbewegung Y führt den Schreibkopf 208 entlang dem spiralförmigen Schlitz 206, so daß die Geschwindigkeit, mit der der Radius R zunimmt, durch die Kürmmung des Schlitzes bestimmt ist. Dadurch, daß diese Kürmmung entsprechend der Geschwindigkeitsfunktion gestaltet wird, kann der Radius R, wie eben beschrieben, gesteuert werden. Der Tisch 108 kann relativ zu der Drehscheibe in der oben genannten Weise bewegt werden, um die notwendige H-Änderung zu erzeugen.

In I¹Ig. 16 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt und mit der Bezugsziffer 220 allgemein bezeichnet. Dieses System wird benutzt, um eine algebraische Summierung mehrerer seismischer Wellenfront-Muster zu erreichen. Dazu wird eine Vielzahl getrennter Speichermedien T- bis Tg benützt, die aus irgendeiner geeigneten Aufzeichnungsoberfläche bestehen, auf der die maßstäblichen Wellenfront-Muster eingeprägt, erhalten und nacheinander Punkt für Punkt ausgetastet werden können· Beispielsweise bestehen die Speichermittel T- bis Tg aus einem magnetischen Material. In diesem Fall würde zur Erzeugung der Muster auf federn der Speichermittel eine geeignete Aufzeichenvorrichtung, wie etwa der Schreibkopf 116 mit dem Arm 118 oder der Schreibkopf 180,verwendet werden. Andererseits kann jeder der Speicher auch aus einer herkömmlichen Kathodenstrahlröhre bestehen, die elektrische ladungen über einen abgelenkten Strahl auf einem Schirm innerhalb der Röhre abgibt. Dabei würde der aufzeichnende Elektronenstrahl jeder Röhre das Wellenfront-Muster

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in der beim System 50 beschriebenen Weise erzeugen. Die gespeicherten ladungen können durch denselben oder einen weiteren abtastenden Strahl herausgelesen werden oder es kann jedes Speichermittel T₁ bis Tg aus einem Permanentspeicher etwa einem xerographischen oder fotographischen System bestehen, bei dem die Wellenfront-Muster durch einen abgplenkten und modulierten Lichtstrahl erzeugt und dann nacheinander durch ein geeignetes im folgenden beschriebenes Übertragungssystem abgelesen werden. Auf den Speichern T₁ bis Tg werden Wellenfront-Muster mit den ursprünglichen scheinbaren Zentren X. bisXg gespeichert. Die Muster können von korrigierten seismischen AntwortSignalen 38a bis 38f hervorgerufen sein, die entlang der horizontalen Grundlinie im Abstand fa X empfangen wurden. Getrennte Übertragungsabtaster S₁ bis Sg arbeiten synchron, so daß maßstäblich entsprechende Stellungen auf den jeweiligen Wellenfront-Mustern gleichzeitig abgetastet werden. Unter der Annahme, daß die Speichermittel T₁ bis Tg etwa magnetische Flächen sind, bestehen die Übertragungssysteme S₁ bis Sg aus magnetischen Leseköpfen. Wie in I¹Ig. 16 dargestellt, befinden sich die Übertrager S₁ bis Sp- in Zwischenstellungen. Anfänglich befinden sich alle Übertrager S₁ bis Sg in Stellungen, an der linken Kante der betreffenden Speicherflächen T₁ bis Tg, wobei der Abtastkopf in der durch das anfängliche Zentrum X₁ bis Xg dargestellten Grundebene liegt. Sodann beginnt das Übertragungssystem mit der Abtastung in der vertikalen Richtung des Pfeiles 222. iiach jedem vertikalen Durchlauf wird der Übertrager in der durch den'Pfeil 224 angedeuteten horizontalen Richtung fortgeschaltet. Wenn gewünscht, kann die Abtastung der Übertragungssystem S₁ bis Sg in vertikaler Richtung kontinuierlich und schnell, in horizontaler Richtung relativ langsam erfolgen. Wenn sich das übertragungssystem S₁ in horizontaler Richtung maßstäblich um die Strecke bewegt hat, die dem horizontalen Abstand X zwischen den Signalen 38a und 38b entspricht, so beginnt das Übertragunge system S~ die Speicherfläche Tp in vertikalem und horizontalem Gleichlauf abzutasten, so daß maßstäblich entsprechende Stellungen der Wellenfront-Muster gleichzeitig abgetastet.und in

BAD OHMüNAL

Signale entsprechend den Werten 'dieses Punktes umgewandelt wer-. den. Nachdem sioh die "beiden Übertragungssysteme um eine weitere Strecke X entsprechend dem Abstand der Signale 38b und 58c fortbewegt haben, beginnt das Übertragungssystem S~ mit der Abtastung der Speicherfläche. I, in horizontalem und vertikalem Gleichlauf mit den Systemen S₁ und S_?. Die Systeme S-, Sr und Sg folgen in ähnlicher Weise. Vorgesehen ist eine ausreichende Anzahl von Speichermitteln T, so daß zu dem Zeitpunkt, in dem das erste Übertragungssystem S₁ die Abtastung der Speieherfläche T₁ vollendet hat, noch nicht sämtliche anderen Systeme begonnen haben. Dadurch entsteht ein Zeitintervall, während dessen das nächste Wellenfront-Muster wie z„ B. das des Antwort signal es 38g auf dem Speicher T. aufgetragen werden kann. Wenn der letzte Übertrager Sg sich um eine Strecke maßstäblich entsprechend dem Abstand der Signale 38f und 38g bewegt hat, beginnt wiederum das Übertragungssystem S₁ mit der Abtastung synchron zu den anderen Übertragern· Auf diese Weise kann ein kontinuierliches zusammengesetztes Muster aus einer beliebigen.Zahl seismischer Antwort-Datengruppen erzeugt werden. Die Ausgänge der Übertragungssysteme S₁ bis Sg liegen an einer Summierungsstufe 226, wo die Signale vorzugsweise algebraisch summiert werden. Das summierte Signal wird einem Aufzeichner 228 ,zugeführt, der synchron mit der horizontalen und vertikalen Bewegung der Übertragungssysteme S₁ bis Sg arbeitet, um eine sichtbare Aufzeichnung 230 des Interferenzmusters zu erzeugen. Wenn gewünscht, kann das summierte Signal auch nur magnetisch oder in jeder anderen beliebigen Weise aufgezeichnet werden« Auch ist es isöglichy die Übertragungssysteme S₁ bis Sg in der maßstäblich vertikalen Richtung synchron schrittweise fortzuschalten und die nötigen horizontalen Stellen synchron abzutasten, um eine gleichzeitige Abtastung maßstäblich entsprechender Stellen zu erreichen. Unter maßstäblich entsprechenden Stellen sind diejenigen Punkte zu verstehen, die zusammenfallen wurden, wenn alle Wellenfront-Muster in maßstäblicher lage in einer einzigen Aufzeichnung übereinander gelegt wurden.

BAD OWGINAL

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Aus der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist für den Fachmann eisLchtlich, daß das Verfahren auf einem Digitalrechner ausgeführt werden kann, der in beliebiger herkömmlicher Weise programmiert werden kann, indem zunächst die erste Gruppe seismischer Antwortsignale in digitale Werte zur Darstellung des betreffenden maßstäblichen Wellenfront-Musters umgesetzt werden. Diese Werte werden dann koordinatenartig gespeichert, und die folgenden Gruppen von seismischen Antwortdaten werden ebenso umgewandelt· Entsprechende digitale Koordinatenwerte aller Wellenfront-Muster werden dann zur Erzeugung anderer digitaler Koordinatenwerte summiert, die die Summierung mehrerer Wellenfront-Muster wiedergeben, vorausgesetzt daß die Muster in maßstäblichen Lagen bezüglich einer Grundlinie ausgerichtet sind« Aus der obigen näheren Beschreibung einer Reihe von erfindungsgemäßen Ausführungsformen geht hervor, daß hiermit ein sehr nützliches Verfahren und System zur Verarbeitung seismischer Antwortdaten gegeben ist. Die Antwortdaten werden automatisch und dem wirklichen Zeitablauf entsprechend aufgezeichnet» Dabei werden nicht nur ausgewählte Teile sondern sämtliche Antwortinformationen zur Zeichnung verwendet; die Informationen können in dem Maße genau lokalisiert werden, als Werte über die seismische Geschwindigkeit vorliegen. Die mit der manuellen Aufzeichnung verbundenen Fehler werden im wesentlichen ausgeschaltet, und die dazu benötigte Zeit wird wesentlich verkürzte Die früher zur Auswertung benötigten Zwischenaufzeichnun-C gen der Antwortinformationen werden überflüssig. Durch Verstärkung und Dämpfung überlappender Teile der Antwortdaten ergibt sich eine Kombination, durch welche die Signale verdeutlicht werden_e Diese Kombination erfolgt verlagert, was früher nicht möglich war·

Obwohl hier mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben wurden versteht es sich, daß verschiedene Abänderungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

BAD OPTIMAL

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Erdschichten-Vermessung, bei dem. wenigstens ein ausgesendetes seismisches Signal an einer Erdschicht reflektiert wird, diese Reflexion an jeder von mindestens drei Beobachtungsstellen der Brdoberfläche nebst dem ;jeweils unmittelbar eintreffenden Signal als -auszuwertende Impulsfolge ermittelt und so korrigiert Titrd, daß einerseits der Abstand der Beobachtungsstelle 'vom Sender und andererseits Unregelmäßigkeiten der Erdoberfläche eliminiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge zur Bestimmung der Größe von Eadius und Verlagerung des Zentrums einer Welle dient, deren Front zur maßstäblichen Darstellung der Signalausbreitung mit Hilfe eines vorzugsweise elektromagnetischen Abbildungsstrahles auf einem Aufzeichnungsträger wiedergegeben wird, und daß die Wellenfront-Bilder der einzelnen Beobachtungsstellen mittels eines Abtastsystems in Impulse verwandelt werden, deren Kombination auf einem weiteren Aufzeichnungsträger ein Summenmuster ergibt, aus dem Tiefe und Neigung der Erdschicht hervorgehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summenmuster (Fig. 4) durch algebraische Summierung der Werte an einander entsprechenden Stellen der einzelnen Wellenfront-Muster (Fig. 5) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summenmuster (Fig. 4·) durch Addition der Absolutwerte an einander entsprechenden Stellen der einzelnen Wellenfront-Muster (Fig, 5) erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet* daß die einzelnen maßstäblichen Wellenfront-Muster (Fig. 5) den Ort der seismischen Energie nach verschiedenen Laufzeiten t als eine Schar kreisbogenförmiger Wellenfronten

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~²⁸~ - Ί498046

(K, L, M...) mit dem Radius

E₊ = ^Td (sinh ^at),
* ~ 2"

dem Abstand des Mittelpunktes (k, 1, m.,_)e) von der Grundlinie (36) nach unten

H, = ^Yd (cosh ^at - 1)

und einem dem Antwortsignal entsprechenden Wert darstellen, wobei V^ die Energiegeschwindigkeit an der G-rundlinie und a ihre Beschleunigung im Zeitpunkt t ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebeschleunigung a den Wert 0 hat. :
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebeschleunigung a eine Konstante ist.
7ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebeschleunigung a eine Funktion der Laufzeit t ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Strahl auf entsprechenden kreisförmigen Bahnen über eine ebene Aufzeichnungsfläche bewegt wird»
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wellenfront-Muster um die maßstäblichen Entfernungen Δ X verschoben übereinander auf einer gemeinsamen Aufzeichnungsfläche abgebildet v/erden und die ein-...-ander überlappenden Bereiche entlang gemeinsamer Tangenten (46) Verdichtungsstelien bilden.

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" ²⁹ " U98046
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Punkte der einzelnen maßstäblich aufgetragenen Wellenfront-Muster gleichzeitig abgetastet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf einer Magnetschicht aufgezeichnet und mit einem magnetischen Lesekopf abgetastet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten auf einem photograph!sehen EiIm aufgezeichnet und photoelektrisch abgetastet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten als kapazitive Ladungen abgebildet und kapazitiv abgetastet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten durch einen Elektronenstrahl als kapazitive Ladungen abgebildet und durch einen Elektronenstrahl abgetastet werden.
15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anpruch 12, gekennzeichnet durch eine Kathodenstrahlröhre (52), deren Strahl durch das verstärkte (62) seismische Antwortsignal moduliert und mittels zweier durch einen Phasenschieber (70) um 90° versetzter, in Y-Richtung durch eine H. entsprechende Vorspannung (78) verschobener und von einem G-eschwindigkeits-Funktionsgenerator (68) gesteuerter Sinuswellen entlang der genannten Kreisbogen abgelenkt wird, und durch einen photographischen Mim (56), der in einer Kamera (54) nach jeder Aufnahme eines Wellenfront-Musters um eine maßstäblich entsprechende Länge A X fortgeschaltet wird»
16„ Anordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch kontimier-

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lichen Filmtransport und eine zur Filmbewegung proportional anwachsende Spur-Vorspannung (76), die der Sinuswelle zur X-Ablenkung (72) überlagert wird.
17· Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen Verstärker (80), der durch die Amplitude der X- oder der Y-Ablenkspannung gesteuert wird und die Intensität des Elektronenstrahls in Abhängigkeit vom Radius R+ erhöht.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine Abdeckstufe (82), die durch die Phase der X- oder der Y—Ablenkspannung gesteuert wird und den Elektronenstrahl mindestens in der bildmäßig oberen Hälfte der Kreisbogen auslöscht.
19· Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein in bildmäßig horizontaler Richtung bewegbares Magnetband (102), das über zwei Rollen (104, 106) eines gemäß der Größe H₊ in bildmäßig vertikaler Richtung verschiebbaren lisches (108) läuft und auf das ein auf einer Gewindespindel (118), die um einen Drehpunkt (122) verschwenkbar ist, axial bewegbarer magnetischer Schreibkopf (116) nacheinander und maßstäblich um A X versetzt die einzelnen Wellenfront-Muster aufzeichnet, die von einem durch eine Gewindespindel (137) in der senkrechten Richtung bewegbaren magnetischen Iasekopf (136) abgetastet werden.
20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetband (102) endlos ist und an einer in Bewegungsrichtung vor der Aufzeichnung liegenden Stelle durch einen magnetischen löschkopf (143) neutralisiert wird.
21, Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch ein aus der Gewindespindel (118) einer Welle (147) und einem Mihrungsarm (146) bestehenden Parallelgestänge.

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22. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Sehreibkopf mittels eines geschlitzten Amres (212) gegenüber dem Magnetband (102) mit einer Differenzgeschwindigkeit (220) längs einem in einer Scheibe (202) "befindlichen spiralförmigen Schlitz (206) geführt wird, dessen Radius gemäß der Geschwindigkeitsfunktion zunimmt.
23. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch Ersatz des einzigen bewegten Schreibkopfes durch eine segmentförmige Anordnung (180) einer Vielzahl von magnetischen Schreibköpfen (190), von denen alle längs desselben Kreisbogens liegenden über den gleichen Wicklungsdraht (192) verbunden sind und gemeinsam über einen vom Mittelpunkt aus verschiebbaren Schleifkontakt (188) aktiviert werden.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf (136) zur Ermittlung von Schichten mit bekannter Ueigung einen länglichen gegenüber der Gewindespindel (137) in beliebigem Winkel einstellbaren Magneten (150) aufweist.
25. Anordnung nach Anspruch 24» gekennzeichnet durch Aufteilung des länglichen Magneten (150) in mehrere nebeneinander angeordnete und in Schlitzen (174) längs der Spindelachse (137) verschiebbare Einzelmagnete (162 bis 170).

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