DE1548497A1

DE1548497A1 - Verfahren und Anordnung fuer die Verbesserung seismischer Schlagsignale

Info

Publication number: DE1548497A1
Application number: DE19661548497
Authority: DE
Inventors: Mayne William Harry
Original assignee: PETTY GEOPHYSICAL ENG CO
Current assignee: PETTY GEOPHYSICAL ENG CO
Priority date: 1965-06-16
Filing date: 1966-06-11
Publication date: 1970-06-18
Also published as: GB1149863A; US3367443A; ES327941A1; ES338049A1

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Petty Geophysical Engineering Company, San Antonio, Texas /USA

betreffend:

"Verfahren und Anordnung für die Verbesserung seismischer

Schlagsignale"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung für die Verbesserung seismischer Schlagsignale. Solche Signale werden erzeugt durch einen Schlag auf die Erde mit einer beweglichen Masse, wie beispielsweise einem Hammer.

Signale für die Benutzung bei seismischen Untersuchungen sind bisher erzeugt worden durch einen Schlag auf die Erde mit einem Sjekallgewicht oder irgendeiner anderen beweglichen Masse. Es ist schwierig gewesen, mit solchen Impulsgeneratoren Signale . guter Gleichförmigkeit an verschiedenen Orten zu erzeugen infolge der Veränderungen in der Charakteristik der Erdoberfläche. Es ist vorgeschlagen worden, daß eine metallische Kupplungsplatte in gutem Kontakt mit der kompakten Erdoberfläche gehalten wird , um den Wirkungsgrad und die Gleichförmigkeit der seismischen Impulse zu verbessern, die von der beweglichen Masse erzeugt werden. Unter gewissen Umständen kann jedoch das Schlaggerät selbst zerstört werden infolge exzessiver Spannungen nach wiederholtem Gebrauch durch das Schlagen der Metallplatte mit der höchstmöglichen Schlagstärke, die gebraucht wird, um seismische Impulse hoher Amplitude und scharfer Anstiegszeit zu erzielen.

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Es ist demgemäß ganz allgemein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes seismisches Sohlaggerät zu schaffen, das erhöhte Signalstärke,ohne ins Gewicht fallenden Anstieg der Spannunq auf die Schlagmasse selbst zu erzeugen, gestattet.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung sind bedeutende Verbesserungen in der Amplitude und der Form der seismischen Signale, die in konventionellen seismischen Untersuchungssystemen gebraucht werden können.

Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Anordnung für die Verbesserung ^ seismischer Schlagsignale und für gleichmäßige Ergebnisse.

Gemäß vorliegender Erfindung weisen seismische Schlaggeräte eine Zwischenkupplungsanordnung zwischen dem Schlaghammer und der Erde auf. Diese Kupplungsanordnung dient zur Verbesserung der Gleichförmigkeit und des Wirkungsgrades der seismischen Impulserzeugung in der Erde für den Gebrauch in konventionellen seismischen Untersuchungssystemen. Ganz allgemein stellt das Kupplungssystem eine feste Kupplungsplatte in festem Kontakt mit der Erdoberfläche dar sowie ein elastisches Puffermaterial zwischen dieser Platte und dem Schlaghammer, um die Spannung, die auf den Hammer selbst wirkt, zu reduzieren. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung geht man also in der folgenden Reihenfolge ψ vor: Die Erdoberfläche wird kompakt vorbereitet, um ein Bett

für die feste Kupplungsplatte in festem Kontakt mit der Erdoberfläche zu gewinnen. Die Hammeranordnung wird dann in Schlagkontakt mit dem Puffermaterial gebracht, um eine seismische Schockwelle mittels der daraus resultierenden Kupplungsplattenbewegung zu ο erzeugen.

(O I

^₁ Ein weiterer Schritt ist die elastische Steuerung

^ der Stoßspannung auf die bewegliche Masse, während eine -» seismische Gesamtimpulsanstiegszeit und -amplitude aufrecht-

_m erhalten werden, die nicht bemerkenswert von demjenigen abweichen, die mit einem Schlag des Hammers direkt auf die feste Kupplungsplatte erzielt^ Wurden dust? Schritt wird in praxi

durchgeführt mittels Vorsehen eines elastischen Puffermaterials zwischen einer festen Kupplungsplatte und dem Hammer, das den Stoß empfängt und damit die Spannung reduziert, die sonst in dem Hammer selbst erzeugt würde.

Die oben beschriebenen Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes zusammen mit anderen Vorteilen werden JLm folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, wobei

Fig. 1 eine Skizze eines mobilen seismischen Schlaggeräts darstellt, das gemäß den Lehren vorliegender Erfindung benutzt werden kann;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Kupplungsanordnung ist für das Empfangen des Schlages eines seismischen Hammers gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung! und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung, teilweise im Schnitt,'eines anderen Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist ein seismischer Hammer 10 dargestellt,

der von einem Lastwagen 11 oder irgendeinem anderen geeigneten _^ Gerät getragen wird, das den Schlagmechanismus 12 im Feld von Ort zu Ort transportiert. Die Erdoberfläche 13 ist an der Stelle durch Fallenlassen des Kammers IO komprimiert, wobei der ausgelöste Stoß für seismische Untersuchungssysteme zur Darstellung einer seismischen Aufzeichnung benutzt wird. Normalerweise wird der Hammer 10 mit einer typischen Geschwindigkeit von 8 bis 30 m/sec. fallengelassen, und zwar in einem bestimmten Augenblick, wobei eine seismische Stoßwelle erzeugt wird und in die Erde ausgesandt wird, von wo sie mit einer Zeitbasis synchronisiert wieder aufgenommen und aufgezeichnet wird in konventionellen seismischen Untersuchungssystemen. Die Erde wird vor dem Schlag der Masse 10 komprimiert,

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wie es durch die Ausnehmung 14 angedeutet wird, um die Kupplungsplatte 21 aufzunehmen, die in Fig. 2 dargestellt ist. Wie in Fig. dargestellt, kann die Kupplungsplatte mittels des Fahrzeuggewichtes an ihrem Platz gehalten werdeh und der Hammer für einen federgetriebenen Schlag ausgelöst werden.

Gemäß den Lehren vorliegenden Erfindung wird eine

Pufferplatte 22 zwischen der Kupplungsplatte 21 und der beweglichen Masse des Hammers vorgesehen, um dessen Schlag aufzunehmen. Diese kann entweder als ein Teil des Hammers selbst, wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet werden oder als ein Teil der Kupplungsplatte, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung, insbesondere der Pufferplatte 22 selbst, genügt es, die effektive Dicke der Schlagmasse oder des Kopfes mit beispielsweise 14 cm anzugeben. Der Schlagmechanismus 12 ist nicht dargestellt, aber kann irgendeine konventionelle Ausbildung besitzen; da er keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wird er hier nicht näher beschrieben.

In Fig. 2 erkennt man, daß die Kupplungsanordnung in die kompakte Erdausnehmung bei 14 eingesetzt ist für den Empfang des Schlages der beweglichen Masse. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt eine feste Kontaktplatte 21, die beispielsweise aus Stahl sein kann, in festem Kontakt mit der Erde innerhalb des kompakten Bereichs 14. Im allgemeinen wählt man die Dicke dieser Platte gleich der effektiven Kopfdicke, um einen sauberen Schlag ohne Prellen zu erreichen. Zwischen der schlagenden Oberfläche des Hammers und der festen Kupplungsplatte ist die elastische Pufferauflage 22 vorgesehen, um elastisch den Schlag des Hammers aufzunehmen und übernormale Spannung in dem Hammer zu verhindern. Die Zusammensetzung dieser Lage kann verändert werden; in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die elastische Pufferauflage aus einer Lage von Sand, die in einem geeigneten Behälter angeordnet ist, einer Lage Gummi oder einer Lage Wasser, das ebenfalls in einem geeigneten metallischen Behälter aufbewahrt wird, oder aber aus einer Kombination

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derselben, wie es durch die typische Anordnung 25,26,27 dargestellt ist. öl, Schaumstoffe, Plastikstoffe oder andere Materialien können die vorbeschriebenen ersetzen, je nachdem, wie es gewünscht wird.

Im allgemeinen tritt keine feststellbare Verschlechterung der seismischen Untersuchungsergebnisse auf, wenn die Anstiegszeit in der Größenordnung von 0.6 Millisekunden nicht überschritten wird. Darauf wird bei der Vorbereitung des elastischen Puffermaterials 22 Rücksicht genommen. Demgemäß, wenn dieses Material eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit von 1000 m/sec. aufweist und von so kritischer Dicke ist, daß die Durchgangszeit gleich der Reflektionszeit durch den Hammerkopf ist, so ist der Spannungspegel in der Maschine oder dem Hammerkopf um einen Faktor von 6 zu 1 reduziert, und unter diesen Umständen wird der Erdstoß und die entsprechende seismische Amplitude leicht vergrößert. Die Anstiegszeit des seismischen Impulses wird unter diesen Umständen um etwa 0.3 Millisekunden vergrößert, was eine mehr als adäquate Schärfe für seismische Untersuchungsaufgaben bedeutet. Der Spannungspegel kann sogar noch weiter verringert werden auf Kosten der Vergrößerung der Anstiegszeit des seismischen Impulses. Typische Werte für Spannungen im Kopf und in der Erde und die entsprechenden Anstiegszeiten sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

	& Puffer η	= 3	Spannung	Erde	ο kg/cm	Anstiegszeit
Mit	η	Kopf	91	2 kg/cm	schnell
Platte		4500 kg/cm²	94,5	kg/cm	0.3 ms
Platte		703 kg/cm	68,5		0.6 ms
		422 kg/cm²

Für den Wert η in der vorangehenden Tabelle, der. das Verhältnis der Durchsetzungszeit der seismischen Impulswellen durch den Puffer bzw. durch den Kopf selbst darstellt, können die folgenden Materialien in der typischen elastischen Pufferzone 22 benutzt werden:

■" 6 —

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ORIGINAL INSPECTED

Material n = ί η

Wasser	{1463 m/s)"	m/s)	4,	3	cm
Gummi	( 914 m/s)	2,	5	cm
Sand,	trocken (762	2,	25	cm

12,7 cm , 7,9 cm Sf 6 cn

Man erkennt aus den in den vorangehenden Tabellen gegebenen Daten, daß die Spannungswerte im Kopf bemerkenswert reduziert wurden durch das Anbringen einer elastischen Pufferzone 22 mit einer Durchsetzungszeit für die seismischen Kellen von mindestens der gleichen Größenordnung wie durch die feste Kupplungsplatte und die Schlagmasse selbst und daß dabei immer noch der seismische Impuls in der Erde nicht ernsthaft verschlechtert wurde in seiner Amplitude in dem Bereich, in dem seine Anstiegszeit akzeptabel für den Gebrauch in seismischen Untersuchungssystemen ist. Es muß auch berücksichtigt werden, daß mit dem oben beschriebenen Gerät und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Gleichförmigkeit der Erzeugung seismischer Impulse in verschiedenen Erdreichtypen unter unterschiedlichen Untersuchungsortbedingun-gen aufrechterhalten wird. Ferner dient die vorliegende Erfindung einer Erhöhung der Lebensdauer deyseismis-chen Schlaganordnung, da die Spannung, die in Rechnung gestellt werden muß« bei dem Schlagmechanismus oder dem Kopf 10,in großem Maße reduziert wird. Dies ist insbesondere wichtig in Verbindung mit der Benutzung eines kraftgetriebenen seismischen Kopfes, dessen Verwendung ebenfalls möglich ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der elastische^ Puffer eine einzelne Schicht 22* aus Plastikmaterial aufweisen, das eine effektive Dicke und Fortpflanzungszeit besitzt, die genügend groß sind, um die Forderungen für ein elastisches Spannungsrelief und die richtige Anpassung zwischen dem Hammer 10* und der Kupplungsplatte 21* zu gewährleisten.

Patentansprüche : 009825/0195 - ⁷ "

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren und Anordnung für die Verbesserung seismischer Schlagsignale, die von einer auf eine in festem Kontakt mit der Erdoberfläche stehende feste Platte aufschlagenden Masse erzeugt werden, gekennzeichnet durch eine Zwischenlage elastischen Puffermaterials derartiger Dimensionen, daß die Spannung in der Schlagmasse während des Schlages reduziert wird im wesentlichen, unter Beibehaltung der Amplitude und der Anstiegs-· zeit des seismischen Impulses, die entständen, wenn die Masse direkt auf die Kupplungsplatte ohne Zwischenlage aufträfe.

2) Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangszeit der seismischen Welle durch das elastische Puffermaterial in der gleichen Größenordnung liegt wie die Durchgangszeit durch den Schlaghammer.

3) Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangszeit der seismischen Welle durch das Puffermaterial mindestens so groß ist wie die Durchgangszeit durch die Dicke· der festen Kupplungsplatte.

M) Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagmasse im wesentlichen die gleiche Dicke wie die Kupplungsplatte aufweist.

5) Verfahren und Anordnung nach Anspruch H₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangszeit der seismischen Welle durch die Schlagmasse und die Kupplungsplatte im wesentlichen gleich groß sind und daß die Durchgangszeit durch die Pufferschicht mindestens so groß ist wie eine der Durchgangszeiten durch Masse oder Platte.

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OfHGINAt. JNSPECTED

6) Verfahren und Anordnung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht aus mehreren Lagen elastischen Materials, wie Wasser, Gummi, Sand, öl oder Plastikschaum, besteht.

7) Verfahren und Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet j daß die Durchgangszeit der seismischen Wellen durch das Puffermaterial größenordnungsmäßig ein- bis fünfmal höher liegt als die Durchgangszeit der seismischen Wellen durch die Kupplungsplatte.

8) Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Erdoberfläche, der mit der festen Platte in Kontakt steht, vor dem Auftreffen des Hammers komprimiert wird.

9) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittabfolge:

1) Komprimieren der Erdoberfläche,

2) Inkontaktbringen der komprimierten Oberfläche mit der festen Kupplungsplatte,

3) Aufschlagen einer beweglichen Masse auf das Kupplungsmaterial, um eine seismische Stoßwelle zu erzeugen, wobei

k) ein Teil des Schlages elastisch absorbiert wird zwischen der beweglichen Masse und dem Kupplungsmaterial unter Aufrechterhaltung der resultierenden Amplitude und Anstiegszeit des seismischen Impulses.

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