DE1548372A1

DE1548372A1 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung von Stoerungen in insbesondere untertaegigen Gebirgsschichten

Info

Publication number: DE1548372A1
Application number: DE19661548372
Authority: DE
Inventors: Borges Dr Ing Eberhard
Original assignee: BORGES DR ING EBERHARD
Current assignee: BORGES DR ING EBERHARD
Priority date: 1966-02-03
Filing date: 1966-02-03
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR1503292A; GB1161080A; US3433321A

Description

PATbNTANWALi Essen, den 2. Februar

Dr. Andrejewski (25 /)

43 Essen, KettwigerStr.36

(Am Haupthahnhof · Liditburg)

Patentanmeldung des Herrn

Dr.-Ing. Eberhard Borges
Assessor des Bergfacüs

43 Essen-Heidhausen
Spillheide 78

"Verfahren und Anordnung zur Ermittlung vcn Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgsschichten¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung von Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgeschichten. Der Begriff Störungen umfaßt dabei auch Verwerfungen, Klüfte, Schichtablösungen und dergleichen. Vorzugsweise beschäftigt sich die Erfindung mit der Ermittlung von Störungen in flächenhai't ausgebildeten, geringmächtigen Lagerstätten, insbeson-

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in Kohleflözen. Der Begriff "Gebirgsschicliten" umfaßt auch Lagerstätten und insbesondere Kohleflöze.

Verfahren zur Ermittlung von Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgsschichten sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bekannt sind vor allem seismische Verfahren, und zwar kennt man die Verfahren der sogenannten Reflexionsseismik. Dabei werden seismische Wellen oder Strahlen an definierten Stellen erzeugt und an den Störungen reflektiert, während man aus der Richtungsabänderung und der Laufzeit den Verlauf der Störungen zu ermitteln versucht. Für die Erfassung von Störungen mit geringem Verwurf im Kohlenbergbau und bei ähnlichen Fällen ist die übliche Reflexionsseismik weniger geeignet, da die Störungen an den Grenzflächen häufig keinen genügenden Geschwindigkeits— oder Dichtekontrast aufweisen. Reflexionen können daher ausbleiben und die Beurteilung verfälschen. Andererseits können Reflexionen aus anderen Schichten Störungen vortäuschen, welche nicht in der zu untersuchenden Schicht liegen. Ia übrigen läßt sich die Reflexionsseismik häufig, z.B. dann nicht einsetzen, wenn es sich darum handelt, zu ermitteln, ob in Zuge des Abbaus von Kohleflözen das Hangende kompakt genug ist, um ein Aussteifen mit schreitendem Ausbau zuzulassen. Hier sind die zu untersuchenden Bereiche zu klein, um einen Einsatz der bekannten Maßnahmen zu ermöglichen. - Die Mangel will die Erfindung vermeiden.

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Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein Verfahren zur Ermittlung von Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgeschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits auf einer Seite der vermuteten Störung von einem sogenannten Erregerpunkt oder mehreren Erregerpunkten aus in die zu untersuchende Gebirgsschicht eine direkte seismische Welle hineingeschickt und andererseits auf der anderen Seite der vermuteten Verwerfung oder Störung an einem oder mehreren Registr;Lerpunkten die Energie dieser seismischen Welle gemessen wird, wobei die ankommende Energie ein Maß dafür darstellt, ob die Störung durchstrahlt wurde oder nicht. - Die Begriffe seismische Welle und seismischer Strahl sind im Rahmen der Erfindung gleichwertige Begriffe und beschreiben das gleiche bekannte physikalische Phänomen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Verwendung des direkten Strahls seismischer Wellen zwischen einem Erreger- und Registrierpunkt als eine Möglichkeit sich anbietet, die Absorption an Energie und ihre Größenordnung in einer tektonisch beanspruchten und verworfenen Zone von mehr oder weniger großer Stärke meßbar auszuwerten. Das ist deshalb erfolgversprechend, weil im allgemeinen die Dichte des Gebirges vor und hinter einer Störung wenig verschieden, innerhalb der Verwerfungen aber weniger kompakt und zermürbt ist, Bei dem erf indungsge*aäßen Verfahren können sowohl Grene-

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schichtwellen zwischen der zu untersuchenden Schicht, insbesondere zwischen Flöz- und Nebengestein, als auch Körperwellen als Longitudinal- und Transversalwllen ausgewertet werden. Die Größenordnung der absorbierten Energie kann durch Vergleich mit der Amplitude der Erregerwelle mit der am Registrierpunkt ermittelten Energie bei ungestörtem und gestörten; Gebirge gemessen werden. Aus dieser Relation kann daher auf das Vorhandensein von Störungen und auf den Grad der tektonisciien Zermürbung geschlossen werden. Da die direkte Welle schneller als ein reflektierter öder gebrochener Wellenverlauf am Registrierpunkt eintrifft, können Verwechslungen mit Reflexionen anderer Horizonte oder aus anderen Richtungen ausgeschlossen werden. -

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiton. Um Einflüsse von kleineren Frakturen oder Einschlüssen auszuschalten, die sich ohnehin weitgehend statistisch ausgleichen, geht ein besonderer Vorschlag der Erfindung dahin, daß mit seismischen Wellen gearbeitet wird, deren Wellenlänge groß ist zum Durchmesser ν. η Einschlüssen, die nicht ermittelt werden sollen. Um im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eindeutige Bezugsgrößen zu erreichen, empfiehlt die Erfindung so vorzugehen, daß unmittelbar in Nebengestein des Erregerpunktes, von dem aus die seismische Welle in die zu untersuchende Schicht hineingeschickt wird, beispielsweise mit hilfe eines kurzen Bohrloches, ein weiterer Registrierpunkt angeordnet und die dort ankommende

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Energie als Bezugsenergie gemessen wird.

Nach bevorzugter Ausfuhrungsforin ist auch die Ermittlung des Verlaufes einer Störung möglich. In diesem Zusammenhang ist die Erfindung mit selbständiger Bedeutung dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der vermuteten Störung in die zu untersuchende Schicht nacheinander an mehreren örtlich voneinander entfernten Stellen eine seismische Welle hineingeschickt und/oder andererseits der vtsriaueteten Verwerfung oder Störung in die zu untersuchende Schicht nacheinander oder gleichzeitig an mehreren örtlich voneinander entfernten Stellen die Energie dieser seismischen Wellen bzw. Welle gemessen und dadurch der Verlauf der_t Verwerfung oder Störung abgetastet wird, z.B. durch parallele Annäherung ungestörter direkter seismischer Wellen bis an die gestörte Zone, deren Verlauf ermittel wird. Dabei wird man die Amplitude an den einzelnen Registrierpunkten messen und die Differenzen nach Vornahme geeigneter Konekturen für die Wellenlänge der einzelnen Meßstrahlen und ihrer dichtung zwecks Feststellung gestörter und ungestörter Richtungen ermitteln.

Wie schon erwähnt wird man im allgemeinen die Stärke der in das Gebirge hineingeschickten seismischen Wellen, d.h. die Stärke der AusgangserschUtterung , zur Kontrolle und um eine Bezugsgröße zu besitzen ebenfalls messen. Zur Aufnahme der seismischen Weilern dienen bevorzugt an sich bekannte Geophone, Verstärker und Registriergeräte. Die Energie der seismischen

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Wellen können auch mit Hilfe von sogenannten Stethoskopen mit Meßanzeigen ermittelt werden. Als Quelle für die seismischen Wellen kommen z.B. Abbauhämmer, Bohrhammerschläge oder Sprengungen in Frage. Insbesondere empiehlt es sich, mit besonderen Bohrhämmern zu arbeiten, die Bohrstangen und Bohrkronen aufweisen, welche es erlauben, die Energie, mit der die seismischen Wellen in das Gebirge hineingeschickt werden, annähernd konstant zu halten.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung zur Ermittlung von Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgsschichten mit Hilfe von seismischen Wellen. Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet, durch zumindest einen Erregerpunlct einerseits der vermuteten Verwerfung am Rande der Schicht und durch eine Vielzahl von Registrierpunkten für die Registrierung von direkten seismischen Weilen andererseits der vermuteten Verwerfung am Rande der Schicht. Nach bevorzugter Ausführungsform ist dabei die Anordnung so getroffen, daß den Erregerpunkten in unmittelbarer Nachbarschaft und auf der gleichen Seite Bezugsregistrierpunkte zugeordnet sind. Die Erregerpunkte und gegebenenfalls auch die Registrierpunkte sind zweckmäßig als Bohrungen im Gebirge ausgeführt. Den Erregerpunkten wird man an sich bekannte Geräte zur Erzeugung seismischer Wellen zuordnen. Dem oder den Registrierpunkten sind auf die ankommende Energie ansprechende Meßgeräte zugeordnet. Die Geräte zur Erzeugung seismischer Wellen sind in bevorzugter Ausführungs-

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form solche, die Schockwellen erzeugen. Tatsächlich können gerade diese mit den oben schon genannten einfachen Aggregaten hervorgerufen werden, ohne daß beim Arbeiten mit kontinuierlichen Wellenzügen häufig störende Ankopplungsprobleme auftreten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. .

Die einzige Figur zeigt den Grundriß einer Flözgrenze zum Nebengestein, eine Anordnung, die für die Durchführung des erfindungsgeitäüen Verfahrens eingerichtet ist.

In dem genannten Grundriß einer Flözgrenze zum Nebengestein ist als Störung eine Verwerfung i mit unbekanntem Verlauf einem Bohrloch 4 dargestellt. Die Erregerpun¹ te der Energie werden erstens im Bohrlochendpunkt 5_t zweitens und drittens seitlich von einer Strecke angeordnet 6, 7· Die seismischen Erschütterungs- oder Schallwellen werden in der Strecke 31 beispielsweise an den Registrierpunkten 8, 9, iO und Ii gemessen. Aus den vergleichbar umgerechneten Amplituden der Ersteinsätze ergibt sich die Lage der unbekannten oder vermuteten Verwerfung. Zur Ermittlung der erforderlichen Korrekturen für die ausgehenden Wellen dienen die Registrierpunkte 12, 13 und 14. Direkte seismische Strahlen mit er-

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höhter Energieverminderung 15 kreuzen im Störungsbercich die Verwerfung 1. Direkte seismische Strahlen mit normaler Energieverminderung verlaufen außerhalb der Verwerfung. Mit Hilfe einer parallelen Annäherung 17 kann die Lage und Richtung einer Verwerfung bestimmt werden. - Man erkennt unmittelbar, daß man bei Anordnung von Bohrlöchern, wie sie dem Bohrloch 4 entsprechen, mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen auch untersuchen kann, ob das Hangende in genügendem Maße frei ist von Schichtflözen und Klüften, um beispielsweise den Einsatz von schreitendem Ausbau zuzulassen.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung von Störungen in insbesondere untertägigen Gebirgssciiichten, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der vermuteten Störung von einem sogenannten Erregerpunkt oder mehreren Erregerpunkten aus in die zu untersuchende Gebirgsschicht eine direkte seismische Welle Jiineingeschickt und andererseit der vermuteten Störung an einem sogenannten Registrierpunkt oder an mehreren Registrierpunkten die. Energie dieser seismischen Welle gemessen wird, wobei die ankommende Energie ein MaO dafür darstellt, ob Störungen durchstrahlt worden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, daß ■it seismischen Wellen gearbeitet wird, deren Wellenlänge groß ist zum Durchmesser von Einschlüssen oder Frakturen, die nicht ermittelt werden sollen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar im Nebengestein neben dem Erregerpunkt die Energie der seismischen Welle als Bezugsgröße gemessen wird.

H, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi einerseits der vermuteten Störung in die zu untersuchend· Schicht nacheinander von mehreren örtlich voneinander entfernten Stellen eine seismische Welle hineingeechiokt und/ oder andererseits der vermuteten Störung nacheinander oder

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gleichzeitig an mehreren, örtlioh voneinander entfernten Stellen, die Energie dieser seismischen Wellen gesessen und dadurch der Verlauf der Störung abgetastet wird.

5« Anordnung zur Ermittlung von Störungen in insbesondere untertagigen Gebirgsschichten Bit Hilfe von seismischen Wellen und nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis Anspruch 4, gekennzeichnet, durch zumindest einen Erregerpunkt einerseits der vermuteten Störung am Rande der Schicht, und durch eine Vielzahl von Registrierpunkten für die Registrierung direkter seismischer Wellen andererseits der vermuteten Störung am Rande der Schicht.

6. Anordnung anch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Erregerpunkten in unmittelbarer Nachbarschaft und auf der gleichen Seite Bezugsregistrierpunkte zugeordnet sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerpunkte und gegebenenfalls auch die Registrierpunkte baw. Bezugsregistrierpunkte als Bohrungen im Gebirge ausgeführt sind.

8. Ansordnung nach den Ansprüchen 5 fels 7, dadurch gekennzeichnet, dafi den Erregerpunkten an sich bekannte. Oerttte zur Erzeugung seismischer Wellen zugeordnet sind.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß dem oder den Regietrierpunkten auf die ankommende Energie ensprechende Meßgeräte zugeordnet sind.

Patentanwalt Dr. Andrejewski

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