DE1623103A1

DE1623103A1 - Verfahren und Anordnung zur magnetotellurischen Unterwasserprospektion

Info

Publication number: DE1623103A1
Application number: DE19671623103
Authority: DE
Inventors: Cagniard Prof Louis
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1966-06-23
Filing date: 1967-06-15
Publication date: 1970-12-03
Also published as: JPS469121B1; NL6708656A; US3514693A; GB1118509A; FR1569563A; OA02664A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch.

der Firma Etablissement public dit: CENTRE NATIONAL DE LA BECHERCHE SCXENTIFIQUE

betreffend:

"Verfahren und Anordnung zur magneto-tellurischen Unterwasserprospektion"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur magneto-tellurischen Unterwasserprospektion.

Unter magneto-tellurischer unterirdischer Prospektion versteht man die geophysikalische Prospektionstechnik, die aufgrund gleichzeitiger Aufzeichnungen der Variationen des Magnetfelds einerseits und des tellurischen Feldes andererseits an der Erdoberfläche Aufschlüsse über den spezifischen elektrischen Widerstand der Bodenschichten in verschiedenen Tiefen liefert.

Die französische Patentschrift 1 025 68$ beschreibt ein geophysikalisches Prospektionsverfahren zur Ausnutzung dieser magnetotellurischen Erscheinungen· Nach dieser Patentschrift ist nicht nur eine Untersuchung der festländischen Unterschichten, sondern auch der ,submarinen bzw· allgemein der Unterwasserbodenschichten vorgesehen· Es haben sich jedoch bei der Verwirklichung de« Unt*rwas««rverfahrens nach der genannten Patentschrift Schwierig-

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keiten ergeben.

Es scheint notwendig, zunächst einige allgemeine Grundlagen zu erwähnen: Van weiß, daß die sogenannte magneto-tellurische Prospektion auf die elektromagnetischen Induktionserscheinungen zurückgeht, die in dem festen Untergrund durch natürliche elektromagnetische Variationen hervorgerufen werden, deren Sitz und Ursprung oberhalb der Erdoberfläche in der Atmosphäre und irdischen Ionosphäre liegt· Sodann muß man in einem flüssigen Medium, das nicht unbeweglich ist, dessen Oberfläche durch Wogen und Dünung unruhig ist, dessen Oberfläche sich unter der Wirkung der Gezeiten anhebt und absenkt, dessen Massebereiche sich unter dem Einfluß von Strömungen, insbesondere von Gezeitenströmungen, verschieben, elektromotorische Kräfte berücksichtigen, also elektrische Ströme und Magnetfelder insbesondere, die von den genannten Verschiebungen herrühren. Es handelt sich dabei um elektromotorische Kräfte infolge der Bewegung eines Leiters in dem Erdmagnetfeld; in einem festen Stoff sind diese Kräfte nicht vorhanden. Die Theorie der magnetotellurischen Erscheinungen stellt diese elektromotorischen Kräfte nicht in Rechnung und dieselben können auch in einer erweiterten (Theorie praktisch nicht berücksichtigt werden, denn diese Bewegungen und Verschiebungen des maritimen Mediums sind weitgehend unbekannt» nicht erfaßbar und zusammengesetzter Natur«

Da man nach der Lehre der genannten Patentschrift eine schwimmend· tellurische Leitung verwendet, die in schwimmenden Elektroden endigt, erzeugen zusätzlich und unabhängig von den vorstehenden Überlegungen die Bewegungen der Wasseroberfläche, die Strömungen und Windböen große Störungen der Messung selbst, da die Variationen der Induktionsfläche nicht mehr von den Stromfäden des leitenden

Meerwasaers, sondern von dem Leiteratrang der Leitung selbst be-

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wirkt werden; infolgedessen müssen bei der praktischen Durchführung sehr strenge Vorsicht«maßnahmen eingehalten werden. Es zeigen sich auch Schwierigkeiten bei der Messung des an der Oberfläche vorhandenen Magnetfeldes; dabei muß man zeitliche Variationen einer magnetischen Horizontaljtfkompohente in einer vorgegebenen, festen, unveränderlichen und genau festliegenden Richtung bestimmen. Man muß also das schwimmende Magnetometer mit äußerster Genauigkeit stabilisieren, dasselbe gegenüber äußeren Störungen des Magnetfeldes schützen, die von dem Schiff oder der Tragboje für dieses Magnetometer herrühren können; die Messung des Magnetfeldes mit Hilfe einer vertikal ausgerichteten, teilweise eingetauchten Schleife oder auf der Erdoberfläche gleichzeitig mit der Messung des tellurischen Feldes auf der Wasseroberfläche erfordert eine sehr genaue Durchführung und ist im übrigen wenig sicher in den Meßergebnissen.

In Anbetracht der Bedeutung der Magneto-tellurischen Prospektion wurden weitere Untersuchungen sur Aufschaltung der genannten Nachteile und insbesondere im Hinblick auf die magneto-tellurisohe Unterwasserprospektion durchgeführt· Im Laufe dieser Versuche hat es eich gezeigt, daß die Beziehungen zwischen den Horizontalkomponenten der kreuzweise aufeinander senkrechten elektrischen und magnetischen Felder in einer bestimmten Tiefe im Untergrund sich ausschließlich auf dt» elektrischen Widerstandswerten des Bodenbereichs unterhalb der genannten Tiefe zurückführen lassen: Daraus folgt, daß bei Durchführung der elektrischen und magnetischen Messungen auf dem Meeresboden und nicht an der Oberfläche oder zwischen swei Wasserschichten die magneto-tellurischen Verhältnisse denjenigen gleich werden, die nach vorheriger Auetrocknung am Meeresboden gemessen werden. Infolgedessen lassen sich die oben genannten Schwierigkeiten vollständig ausschalten.

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Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten wurden noch folgende Beobachtungen gemacht: Wenn man in der unten angegebenen Weise arbeitet, schaltet man nicht nur Störungen aufgrund elektromotorischer Kräfte durch Änderung der Flußfläche aus, sondern es ergibt sich noch folgender überraschender Vorteil. Der Versuch sowie die Rechnung zeigen, daß eine magneto-tellurische Messung auch bei sorgfältiger und fehlerfreier Durchführung dem Geologen nicht alle Informationen liefert, die er benötigt, denn die Oberflächenschichten sind viel leitfähiger als die tieferen Schichten_o Dies ergibt sich auch genau bei einer magneto-tellurischen Messung an der Meeresoberfläche bei Was β er tief en von nur einigen zehn Metern; dabei können die Messungen fehlerfrei sein und an der Oberfläche eines vollständig unbewegten flüssigen Mediums durchgeführt werden· Die elektrische Leitfähigkeit von Meerwasser ist hundertmal oder tausendmal größer als diejenige fester Bodenschichten und macht sich bei der Bestimmung des Wertes des mittleren spezifischen Widerstandes bis zu beträchtlichen Tiefen von mehreren hundert Metern oder mehr überdeckend bemerkbar. Die leitende dünne Oberflächenschicht stellt gewissermaßen einen Kurzschluß für die darunter liegenden dickeren Schichten mit hohem Widerstand dar. Infolgedessen wird es nahezu unmöglich, die Änderungen des spezifischen Widerstandes, die sich zu nahe am Boden zeigen können, deutlich herauszustellen. Dabei wirkt offenbar nicht die Absorption der elektromagnetischen Wellen durch das Meerwasser als Ursache. Diese Absorption spielt nur in einem seichten Meeresteil bei höheren Frequenzen oberhalb einiger Hertz oder einiger zehn Hertz eine Holle. Es handelt sich also nicht um einen elektromagnetischen Abschirmeffekt, sondern um eine mathematische Erscheinung, die bestimmte Einzelheiten in den Messungen verhüllt. Man muß nicht nur bestimmte Lücken in der Information Inkaufnahmen, sondern man muß die harmonische Analyse

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der Meßwerte bis zu sehr großen Perioden ausdehnen, wenn man Aufschlüsse über eine bestimmte Tiefe erhalten will. Daraus ergibt sich eine Verlängerung der Meßdauer und damit ein Anstieg der Untersuchungskosten. Im einzelnen ist weiter unten dargestellt, wie die Erfindung die genannte Absorptionswirkung beseitigt.

Zur Lösung schlägt die Erfindung vor, daß die Messungen des tellurischen und magnetischen Feldes beide auf dem Gewässerboden unter Ausschluß jeder Vergleichsmessung an der Wasseroberfläche oder innerhalb der den Gewässerboden überdeckenden Wasserschicht durchgeführt werden. Durch diese Maßnahmen schaltet man den Einfluß der Eigenschaften des Wassermediums- und der Effekte, die von dem Wassermedium ausgehen, auf die Meßergebnisse aus.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß man auf dem Gewässerboden mindestens ein Magnetometer im Sinne einer Messung der Variationen der jeweiligen Komponente des Magnetfeldes ausrichtet und daß man das bzw. die Magnetometer und die tellurischen Endelektroden an ein Registriergerät anschließt· °

Zur Beseitigung des Empfindlichkeitsverlustes infolge der starken Dämpfung der elektromagnetischen Wellen mit kurzen Perioden bei ihrem Durchgang durch eine Wasserschicht bapw» im Meer, kann man nach der Erfindung eine künstliche, intensive, periodische oder nichtperiodische elektromagnetische Störung in einer ausreichenden Entfernung v©n der magneto-tellurigschen Anordnung erzeugen.

Weiterhin schlägt die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung de« Verfahrens mit einer Überwaseerregistrieretation vor, wonach Bindestena zwei tellurisch« Endelektroden ia Kontakt mit dem Wasser auf dem Waaaerboden aufsitzen, daß ein« tellurisch« Leitung mit

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mehreren Strängen jeweils mit einem Ende an die Uherwasserregistrierstation und mit den gegenüberliegenden Enden der Stränge jeweils an eine Endelektrode angeschlossen ist, wobei alle Stränge mit Ausnahme eines auf dem Wasserboden jeweils zwischen zwei Endelektroden aufruhen, daß mindestens ein ausrichtbares Magnetometer mit einem Ausrichtgerät auf dem Wasserboden steht und daß innerhalb der Uberwasserregistrierstation eine Registriereinrichtung zur Aufzeichnung der Variationen der magnetischen und telluriechen Feldkomponenten am Wasserboden vorhanden ist.

In Weiterbildung der Erfindung werden Endelektroden aus Blei, einem anderen Metall oder einem anderen elektrischen Leiter vorgeschlagen, damit man einen Innigen elektrischen Kontakt mit dem Wasser erhält· Eine quadratische Oberfläche in der Größe von einigen Quadratdezimetern ist für die Elektroden ausreichend. Die tellurIsche Leitung besteht aus einem gut isolierten Kabelstrang mit geringem Querschnitt; die Anschluß-Verbindungen der Leitung mit den Elektroden sind störfrei ausgebildet·

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Zuleitungsstrang zwischen den Endelektroden und der Registrierstation aus zwei isolierten, verzwirnten Leitern besteht, die in den Bereich der einen Elektrode geführt sind und deren freie Enden einerseits an die genannte Elektrode und andererseits an den auf dem Wasserboden aufliegenden und zu der zweiten Elektrode geführten Strang angeschlossen sind·

Schließlich schlägt die Erfindung vor, daß die Magnetometerelnriohtung innerhalb eines auf mit Gewichten beschwerten Beinen auf dem Wasserboden aufstehenden Gestells ein· Plattform sowie innerhalb derselben «ine um eine horizontale Achse schwenkbare Plattform sowie innerhalb der letzter.^ ji^j fötffo gekreuzte

schwenkbare Plattform enthält, welche einen vertikal auegerichteten, innerhalb der Achse der Plattform verlaufenden Schaft mit mindestens einem Magnetometer trägt, wobei dieser Schaft gegenüber der Plattform drehbar ist, und daß der Schaft ebenfalls frei drehbar um die Schaftachse eine Bussole sowie eine Ausrichteinrichtung zur Einstellung der Magnetometer gegenüber einer Marke der Bussole trägt· ·

Ein mit Gewichten beschwertes Bein des Gestells kann als Endelektrode benutzt werden·

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen verschiedene Aueführungsformen der Erfindung beschrieben. Es stellen dar:

Figur 1 die Anordnung der tellnrischen Endelektroden nach der Erfindung,

Figur 2 eine sohematische Ansicht des versenkbaren Gestelle für die Magnetometer,

Figur 3 einen Schnitt nach der Linie 111*111 in Figur 1,

Figur 4- einen Schnitt durch eine Auerichtbus sole in vergrößertem Maßstab,

Figur 5 einen Schnitt durch den Drehkörper der Bussole nach Figur 4,

Figur 6 eine schematische Sarstellung der Aufstellung des Magnetometergestells und

Figur 7 eine sohematische Barstellung der Anordnung der Meßeinrichtungen auf der Wasseroberfläche.

Im folgenden werden nacheinander die tellurisohen und magnetischen Meßeinrichtungen sowie die im Rahmen der Erfindung erforderlichen Verfahrensschrittβ erläutert· Bie tellurisch« Leitung 2 aus zwei isolierten Kupferkabelsträngen mit geringem Querschnitt (Figur 1) endigt in Endelektroden 1 und ia bspw* aus Blei. Dieselben stehen auf dem Meeren- bzw· Seeboden 3t ohne daß Maßnahmen für einen

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gut'en Ubergangskontakt bzw· einen direkten Eontakt mit dem Boden getroffen sind, wobei Jedoch ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Endelektroden 1 und 1a sowie dem Wasser 4 vorhanden ist. Zum Aussetzen der Elektroden und zur Bestimmung ihrer Lage, ihres gegenseitigen Abstandee und der Ausrichtung der tellurischen Leitung 2 nach dem Aussetzen der Elektroden ist jeweils in eine Halterung 5» 5a einer Jeden Elektrode ein festes und leichtes Tau 6, 6a Mjub b'spw. aus Nylon eingehängt; damit dieses Tau im wesentlichen vertikal innerhalb der Wasserschient vom Boden bis zur Oberfläche gehalten wird, setzt man an das Tau jeweils einen Schwimmerkörper 7» 7&, der leichter als das Wasser ist (bspw. aus Kork oder in Form eines Hohlkörpers)· Das Tau 6, 6a, dessen Länge größer als die Wassertiefe ist, kann mit seinem Endstück 8, 8a auf der Wasseroberfläche schwimmen, wodurch eine Kennzeichnung, ein Aussetzen und ein Einholen der Elektroden und der tellurischen Leitung möglich ist, sobald eine Meßreihe beendet ist. Zum leichteren Aussetzen der Elektroden kann jeweils an das Tau 6 bzw. 6a ein Ballon 9 bzw. 9a angehängt sein, der einige Meter über der Wasserfläche steht. Sie beiden Elektroden befinden sich in einem gegenseitigen Abstand von einigen hundert Metern, bis zu einem Kilometer oder noch mehr·

Die Anschlußverbindungen 10 bzw. 10a der tellurischen Leitung 2 mit den Bleielektroden 1 bzw· 1a vermeiden jeden Kontakt zwischen dem Wasser und dem Kupfer der tellurischen Leitung, damit keine elektrische Streukopplung auftritt· Der Leitungsstrang 2a der Elektrode liegt einfach auf dem Meeresboden \ es ist überhaupt nicht erforderlich, daß der Leitungsstrang gerade gerichtet ist; die tellurisch· Messung ist im wesentlichen nur von dem Abstand der Endelektroden und 1a abhängig. Demit die tellurische Messung nicht gestört wird, müssen die beiden Zuleitungsetränge 2' und 2" der tellurischen Leitung 2 vom Meeresboden auf die Oberfläche umeinander verschlungen

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oder verdrillt sein, damit die elektromotorischen Kräfte der iTußfläche, die bei Verschiebung lind Bewegung in den Strängen induziert werden, gegeneinander gerichtet sind und sich wechselweise aufheben. In dem Ausführungsbeispiel ist diese !Doppelleitung mechanisch an die Elektrode,1a angehängt; ein Zuleitungsstrang 2¹ ist unmittelbar elektrisch an die Anschlußverbindung 10a angekoppelt, das Ende des anderen Zuleitungestrangs 2¹¹ ist vor dem Absenken der zweiten Elektrode 1 an das Ende der tellurischen Leitung 2a gehängt, die von der ersten Elektrode 1 ausgeht·

Der Abstand zwischen den Elektroden 1 und 1a muß auf einige Prozent bekannt sein; zur Bestimmung desselben kann man die Lage jeder Elektrode gesondert bestimmen, bspw. mittels einer Radioortung von selten des Elektroden-Legeschiffs· Man kann diesen Abstand auch durch optisch· Entfernungsmessung zwischen den Bojen oder Ballonen der Elektroden oder mittels jedes anderen Verfahrens bestimmen· Eine andere indirekte Möglichkeit ist die Messung der Ausbreitungszeit einer akustischen Welle zwischen den Elektroden: Zu diesen Zweck bringt man bspw· von selten des Meflschiffs eine kleine Spreng» ladung in unmittelbarer Nachbarschaft einer Elektrode zur Zündung und zeichnet den Zündzeitpunkt auf; indessen zeichnet ein an der zweiten Elektrode angeordnetes Hydrophon die Ankunftszeit der Schalt welle auf. Sie entsprechende Zeitdauer ermöglicht die Berechnung des Abstands aufgrund der bekannten Schallgeschwindigkeit in Wasser.

Die Tauchmagnetometeranordnung (Figuren 2 und 3) sitzt in einem widerstandsfähigen und starren Metallgestell 12 aus einem nicht- magnetischen und korrosionsfesten Metall, das mit drei Beinen 13 auf dem Boden steht. Nicntdargestellte Streben sorgen für die erforderliche Aussteifung des Gestells. Ein Gitter oder ein Netz kanm um das Gestellt, herumgezogen _Bein, damit sich keine Algen ■ ^ 009849/0504 bad original

festsetzen können und fische abgewehrt werden· Das Gestall besitzt oben eine Ringöse 14 zum Anhängen eines festen und leichten Taus bspw. aus Nylon, das zum Aufhängen, Absenken und Anheben dient. Dieses Tragtau ist ebenso wie das Tragtau für die Elektroden aufgebaut und besitzt entsprechende Halteelemente mit geringerar Sichte als das Wasser. Sas Tauende schwimmt auf der Wasseroberfläche« Man kann einen Kennzeichnungsballon vorsehen.

Bas Tauchgestell 12 besitzt in mittlerer Höhe eine horizontal ange ordnete ausgeschnittene Plattform 15» die mit dem Gestell fest ver bunden ist· In dem Mittelaueschnitt dieser festen Plattform sitzt eine zweite, ebenfalls ausgeschnittene Plattform 16 auf einer hori zontalen Achs« 171 17 schwenkbar gegenüber der ersten Plattform. Bine dritte Innenplattform 18 sitst um ein· horizontal« Achse 19, schwenkbar innerhalb der zweiten Plattform 16, wobei die Achsen 17, 17 und 19» 19 senkrecht aufeinander stehen. Damit ist die Innenplatt» form 18 gegenüber dem Gestell kardanisch aufgehängt.

Durch dan Mittelpunkt dar Innenplattform reicht senkrecht zur Eben· d*rs«lb«n ein möglichst starr·? Schaft Torsugsw«is· in Form eiaes Metallrohr·, der »ur Halterung des bzw. dor Magnetometer 21 und 22 aowie dos Auerichtgerät· 23 dient. Die feet alt dom Mittelschaft verbundenen Geräte sind nach dor Erfindung Jeweils in unmagnetisohe, dicht· und druckfest· Gehäus· eingeschlossen. Si· sind längs des Schaft·· 20 ober- und unterhalb der Mittelplattfora j«weil· in einem genügenden gegenseitigen Abstand voneinander aufgereiht, damit si· sich nicht gegenseitig beeinflussen können· Bor Schwerpunkt der beweglichen Baugruppe ist möglichst tief* während das Auftriebsmoatrua so hoch als möglich liegt. Damit stellt sich der Schaft 20 selbsttätig in eine nahezu vertikale Stellung ein, und die Magnetometer kommen selbsttätigϋΐη eine günstige Stellung zur Messung der

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Variationen einer Horizontalkomponente· Die Beine 13 des Gestells können mit Zylindern 24 oder Platten aus Blei beschwert sein} damit man einen stabilen Stand erhält; diese Platten oder Zylinder 24 können auch für eine der Endelektroden 1a dienen·

Damit man die Variationen der gewünschten Magnetfeldkomponente entsprechend der gewählten Ausrichtung aufzeichnen kann, muß man den Vertikalschaft 20 mit den Magnetometern gegenüber der Mittelplattform 18 drehen können. Hierfür ist ein kleiner Motor 25 vorhanden, der auf der Mittelplatte ebenso wie ein Gegengewicht 26 zum mechanischen Ausgleich derselben befestigt ist· Der Motor 25 steuert mit sehr starker Untersetzung, bspw. mittels einer Schraubspindel 27, die Drehung eines Zahnringe 26, der fest auf den Mittelschaft 20 aufgezogen ist. Dessen Drehung ist auf eine vollständige Umdrehung bzw. zwecks Vergrößerung der Bequemlichkeit auf einige Grade mehr als eine vollständige Umdrehung durch zwei nichtdargesteilte Anschläge begrenzt·

Als Motor 25 benutzt man vorzugsweise entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeiapiel einen, kleinen Hydraulikmotor, den man vollständig aus nichtmagnetischen Werkstoff aufbauen kann; ein nachgiebige« Rohr 29 verbindet den Motor mit einer Metallmuffe, die in der festen Plattform 15 sitzt· Das andere Ende der Metallmuffe 30 nimmt ein anderes Bohr 31 auf, das in der Oberflächenstation an eine kleine Handpumpe angeschlossen ist« Einige Pumpenhübe genügen zur kurzfristigen Ausrichtung in dem gewünschten Sinn, wie man weiter unten erkennen wird·

Anstelle eines Hydraulikmotors kann man jeden anderen Kot or, insbesondere einen Elektromotor benutzen, wenn derselbe genügend weit von den Magnti-omeSern entfernt ist, damit die innerhalb desselben vorhandenen srngsie ti sehen Stoffe sieht merklich das Magnetfeld am Ort

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der Magnetometer stören.

Im Rahmen dee beschriebenen Ausführungßbeispiels erreicht man die Steuerung und Einhaltung der gewünschten Ausrichtung mittels einer widerstandsfähigen und empfindlichen Bussole (Figuren 4 und 5). Die geeignete Bussole besitzt die Form eines rechtwinkligen, leichten Prismas 32, das gegebenenfalls ausgehöhlt und um eine Vertikalachse 33» 33 in Lagerzapfen drehbar ist« Zwei einander gegenüberliegende Vertikalflächen 34 sind mit rechtwinkligen gleichen Platten besetzt, die horizontal in Breitenrichtung magnetisiert sind. Die magnetischen Momente derselben sind gleich groß, liegen in gleicher Richtung und sind in Figur 5 durch die Vektoren M1 und M2 dargestellt. Die beiden anderen senkrechten Flächen des Prismas tragen zwei ebene, gleiche Spiegel 35 ¹⁰¹¹Cl 36· ^¹Ur die Reflexion eines Beleuchtungslichtbündels wird nur der Spiegel 36 benutzt. Der Spiegel 35 dient zur Erhaltung der Symmetrie und des Gleichgewichts. Die Bussole ist im Laufe ihrer Handhabung Desonders starken Stoßen ausgesetzte Deshalb ist die prismatische Bussole in eine transparente Flüssigkeit eingesetzt, deren Dichte dem Archimedischen Auftrieb das Gleichgewicht hält. Man sorgt auch dafür, daß der Schwerpunkt alt dem AuftriebsZentrum zusammenfällt. Die Bussole ist in einen dichten Mantel 37 eingeschlossen! der vor dem Spiegel 36 eine transparente Glasscheibe 38 besitzt. Eine elektrische Lampe 39 iet vor dem Objektiv 40 aufgestellt und schickt ein Beleuchtungelichtbündel auf den Spiegel 36, damit auf dem Fenster 41 einer Differentialfotozelle 42 die Lampe 39 abgebildet wird. Die Spannungsdifferenz an den Klemmen der Fotozelle verschwindet jeweils dann, wenn die beiden Fensterhälften gleich beleuchtet sind*

Die Bussole und ihre Zubehörteile eiteen fest auf eines abnehmbaren Iraghalter 43, der im Innern eijies Gehäuses 44 eitzt. Die Seitenwende desselben sind verschraubt und fugendicht gegenüber dem

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starken Wasserdruck zusammengesetzt. Ein Hohlzylinderschaft 45 dient zur Ausführung der Anschlußdrähte 46 der Lampe 39 sowie der Anschlußdrähte 47 der Fotozelle durch eine Dichtung 48 hindurch. Schließlich läßt sich der Schaft 45 in das Oberende des Schaftes (Figuren 2 und 3) einsetzen, damit sich das Ausrichtgerät 23 in der Stellung nach Figur 2 befindet. Der Auftrieb des Gehäuses.44 ist vorzugsweise größer als das Gewicht desselben·

Das Gehäuse 44 mit seinem Ansatz kann sich gegenüber dem Mittelschaft 20 frei drehen. Eine beliebige Ausrichtanordnung erlaubt die Einstellung des gegenseitigen Drehwinkels auf einer Skala und die gegenseitige Sperrung der beiden Schaftteile in der gewünschten Einstellung· Die notwendige Verstellmöglichkeit für diese Drehung reicht von - 90° bis + 90°; doch ist die Einrichtung eines zusätzlichen Drehbereiches von einigen Grad zweckmäßig, damit man nicht in manchen Fällen am Anfang der Verstellskala arbeiten muß·

Der Zweck der Bussole ist folgender:

Im Laufe einer Voreinstellung an der Erdoberfläche legt man die folgenden Bedingungen fest: Der Nullpunkt der Skala wird einer Marke gegenübergestellt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen der Fotozelle verschwindet} andererseits verriegelt man die Magnetometer auf dem Zentralschaft in Umfangerichtung derart, daß sie in einer entsprechenden Stellung zur Aufzeiehnung der Variation« der magnetischen Nord-Süd-Komponente stehen·

Wenn man in diesem Zustand das Bussolengehäuse um η Grad in der entsprechenden Winkelrichtung gegenüber dem Schaft verschwenkt, wo man die Drehung und die Marke auf der Teilung η anhält, genügt es nach Absenken des Magnetometers auf den Grund einige Stöße auf die Hydraulikpmep· su geben, damit man den Spannungeuntereohied

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an den Klemmen der Fotozelle auf Null zurückführt und sicher sein kann, daß sich die Magnetometer am Meeresboden in der gewünschten Stellung zur genauen Aufzeichnung der Variationen der magnetischen Horizontalkomponente befinden, deren Azimut gegenüber der magnetischen Nordrichtung η Grad nach West liegt.

Die Magnetometer 21 und 22 ebenso wie die Registriergeräte für die magnetischen und tellurischen Variationen können einer beliebigen Bauart angehören, die für die irdische magneto-tellurisehe Prospektion geeignet ist» Bspw. kann man zur Untersuchung kurzperiodischer Variationen mit Perioden ron weniger als 0,1 see bis 1 see vorzugsweise Induktionsspulen ohne Kern, mit einem Kern aus Ferrit oder aus einer Legierung mit großer magnetischer Permeabilität verwenden. Sa kein beweglicher Teil vorhanden ist, sind diese Anordnungen außerordentlich widerstandefähig· Für die Messung längerer Perioden bis xu meieren zehn Minuten kann man wie bei Oberflächen» messungen Magnetometer mit beweglichem Magneten verwenden, nämlich ein Jolivet-Magnetometer, derben beweglicher Teil in eine Flüssigkeit sum Abgleich des Gewichts und des Archimedischen Auftriebs eingetaucht ist« wodurch die Anordnung besonders fest und widerstandsfähig gegenüber heftigen Schlägen wird. Ein solches Magnetometer wird von der Firma M.N.O.P. hergestellt und vertrieben (MECANIQUE HAVALE et OPTIQUE de PHECISIOH, 71 bis Quai du Docteur Dervaux - ASNIEEES - Seine). In allen Fällen sind die Anschlußleiter der verschiedenen, an dem Mittelschaft 20 befestigten Bauteile im Innern desselben, der sum mechanischen Schutz derselben dient, xu einem Punkt in möglichster Nähe des Zentrum· der Mitt«!plattform 18 geführt. Die Anschlußleiter sind in Form einee nachgiebigen Kabels 49 herausgeführt, das an eine Steckmuffe 50 innerhalb der festen Plattform 15 angeschlossen ist. Mit die»er Steckmuffe 50

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ist ein Mehrfachkabel 51 verbunden, das an die oberirdischen Geräte angeschlossen

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Bleimassen 24 an den Beinen 13 des Gestells 12 eine tellurisch« Elektrode ersetzen können. In dem Fall, wo man gleichzeitig mit zwei rechtwinklig zueinander ausgelegten tellurischen Leitungen arbeiten will, womit man eine iaagiieto-tellurische Kreuz-Messung erhält, kann man innerhalb eines einzigen Gestells nicht nur zwei Elektroden, (Je eine für jede Leitung^ sondern auch ein zweifaches System gekreuzter Magnetometer vorsehen«

In Figur 6 ist eine mögliche Aufstellung des Tauchgestelle 52 auf dem Meeresboden dargestellt, wo das Aufhängetau 54 durch einen Schwimmerkörper 53 geringer Dichte in vertikaler Stellung gehalten wird· Eine leichte Boje 55 schwimmt auf der Wasserfläche, die mit dem Endteil 56 des Aufhängetaus verbunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt man diese Schwimmboje als Relaisstation, damit dort das Ende des Steuerrohrs für den Hydraulikmotor befestigt und das fiehrfachkabtl 51 an einen Verbindungsstecker 5? angeschlossen werden kenn« An diesen Verbindungsstecker 57 schließt nan ein Mehrfachkabel an, das zu dem Aufzeichnungsgerät 58 führt.

Die Verwendung einer solchen Relaisboje bringt verschiedene Vorteile mit sich; ncm daß Meer nicht genügend tief ist, bedingt der über den KagiietöGcaerß vorhandene Schiffskörper beträchtliche Störungen der Auf seiehsöng, ohne daß dadurch -eine merkliche Störung des Gleiehgeuiclrf ^austandes der eingesenkten Bussole bewirkt wird. Die Ausrichtung c^:ct- «lagnetometer kann also ohne Schwierigkeit von dem Schiff aus #jU*lgen, das als Hauptschiff beselehnet wird und von des rim die äraenfcimg der Magnetometer erfolgt« Man benötigt also l"»iiiG Ub^ian.-·ο ^/>a Steuerrohrs für den·Hydraulikmotor. Im Gegensatz

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dazu kann das Schiff 59 (Figur 7) mit dem Registriergerät 58 In mehreren hundert Metern Entfernung von der Schwimmboje 55 liegen· Es wird dann auf der Wasseroberfläche ein langes Kabel 51 ausgelegt, das in genügend schlaffern Zustand von mehreren Schwimmern 60 getragen wird. Bei unruhiger See, wo die Arbeiten unterbrochen werden müssen, genügt es, den Verbindungsstecker 5? zu lösen und die Anordnung an der ausgelegten Stelle eingetaucht zu lassen, bis günstigere Witterungsbedingungen eine Rückkehr erlauben·

Im Rahmen der heute in Frankreich angewandten Technik erfolgen die Aufzeichnungen normalerweise auf einem Magnetband, nachdem eine entsprechende Verstärkung und Filterung erfolgt ist· Die kurzen Perioden werden manchmal unmittelbar in Kurvenform aufgezeichnet, dagegen die sehr langen Perioden auf einem Lochband in numerischer Form. In jedem Fall kann die gesamte Apparatur, die auf dem Festland in eines kleinen Transportwagen Platz findet, ohne Schwierigkeiten in einem Beiboot mit sehr geringer Wasserverdrängung oder einem sogenannten Meßboot untergebracht werden, das in der Nähe der Tauchstation während der mehrere Stunden betragenden Meßzeit liegen kann. Selbstverständlich stört das Boot die Messungen umso-weniger, je kleiner es ist. Umsomehr kann sich das Bovt auch der Meßanordnung nähern und die Kabellänge zum Anschluß an die.Relaisboje 55 verkürst werden·

Das Hauptboot mit einer größeren Wasserverdrängung hat die Aufgab· des Aussetzens und Einholens der Meßanordnung, wogegen die Aufzeichnungen in den Beibooten erfolgen.

Dem Hauptboot kann eine weitere wichtige Aufgabe zugeteilt werden· Bekanntlich ist die Messung der kurzperiodischen magnetischen und tellurischen Variationen mit Perioden von zehntel, hundertetel oder einigen tausendstel Sekunden zur Bestimmung des spezifischen Wider-

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Standes dar Deekflachen des Meeresbodens besonders vorteilhaft, damit man die magnsto^tellurisch© Messung gut auswerten kann_a

Dooh die Amplitude dies©r natürlichen Variationen, die sieh manohmal bei der Prospektion auf d©m Fastland als gerade noch ausreichend erweist, findet sieh am Gewässerboden nur s©hr sehwaeh« Man kann der fahlenden Intensität dieaar Erscheinung dadurch abhelfen, daß man in einigen Kilometern Entfernung von dar getauchten Meßanordnung eine genügend stark© künstliche Störung erzeugt_o Alle Einrichtungen zur Erzeugung einer pei^iodischen odar niehtperiodiaehen, sinusförmigen oder nichtsinuaförmigen, modulierten oder nichtmodulierten, regulären oder nichtregulären elektromagnetischen Störung können benutzt werden· Wenn bspw· die Besatzung des Meßboots die Messung durchführt, kann das Hauptschiff ohne {jede Bewegung ein schwimmfähiges oder nichtsehwimmfähiges Kabel auslassen, das in einer Elektrode oder auch einer Schleife endigt, wie sie bei der Suche magnetischer Minen verwendet wird, jedoch mit viel geringeren Abmessungen und viel geringenem Querschnitt, und während einiger Augenblicke einen Wechselstirom einer bestimmten frequenz in dieses Kabel einspeisen, dessen Intensität in der Große eines Ampireaein kann· Man kann ia übrigen zu dem gleichen Zweck eine Spule mit oder ohne Kern schwimmen oder in möglichster Mho der Oberfläche eintauchen lassen und durch diese Spule einen Wechselstrom schicken. Wesentlich ist, daß die günafeige Störung genügend weit ron der Meßanordnung erregt wird, damit die Wellenformen des günstigen tellurik sehen Stroma in Bereich der Meßanordnung genügend gleichmäßig sind, so daß sie wie natürliche tellurieoha Wellenformen erscheinen·

DaJ V-arfahran nach dar hvtiiidting kanu ,offdnaiahtllca in ab.ja-rand ι L~ Ifora durchgeführt w.>i?d;m_% vm.1 mn kann

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der beaehriebsnan i)inriehtun§®n sowie deren Zusaamsii-i ballumg Foraeh®a₉ oima daß aan iron atm Erfi&dungsgsdanicsn aV./aichto B kann unter anderem dia EelaisbcQe durch sin© £ρ?οβ^ϊ3 feste Boje sr-aebsb oder alt darsalban verainigt warden, die am Meeresboden verankert oder auf denaalben aufgesetzt 1st, sro ein automatiBshas» bediamingsfraioa ßagiatriergerät eingerichtet isbo Man kann auch Yoreehan, daB diese Boje oder das Moßboot nichfe mit dar Durchführung der Registrierungen belastet sind, sondern allein für die drahtlose Übertragung der auf dem Boden gemessenen magnetischen und fcellurischen Variationen vorhanden sind. Die drahtlosen Signale werden dann auf dem Hauptschiff oder auf dem Festland empfangen und aufgezeichnet. Die Durchführung der Arbeiten kann sich von einer Maßstelle zur nächsten ändern»

Im Rahmen der Erfindung kann man auch ein Unterwasserfahrzeug oder ein anderes Oberflächenwasserfahrzeug oder «in Tauchfahrzeug zur Durchführung des einen oder anderen. Arbeitsganges vorsehen, der im Hahnen der vorstehenden Beschreibung einem herkömmlichen Schiff vorbehalten war·

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur magneto-tellurischen Unterwasserprospektion, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen des tellurischen und magnetischen Feldes beide auf dem Gewässerboden unter Ausschluß Jeder Vergleichsmessung an der Wasseroberfläche oder innerhalb der den Gewässerboden überdeckenden Wasserschicht durchgeführt werden.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. nan auf den Gewässerboden zwei tellurische Endelektroden in Berührung mit dem Wasser und in einem gegenseitigen Abstand zwischen etwa einhundert Metern und einigen Kilometern aufstellt, daß man diesen Abstand genau bestimmt, daß man auf dem Gewässerboden mindestens ein Magnetometer im Sinne einer Messung der Variationen der jeweiligen Komponente des Magnetfeldes ausrichtet und daß man das bzw. die Magnetometer und die tellurischen Endelektroden an ein Registriergerät anschließt«

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine künstliche, starke, periodische oder nichtperiodische elektromagnetische Störung au* einem ausreichenden Abstand gegenüber der magneto-tellurischen Meßeinrichtung anregt·

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder

2, mit einer tJberwass erregistriere tat ion, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei tellurische Endelektroden (1, 1a) in Kontakt mit dem Wasser auf.dem Wasserboden aufsitzen, daß eine tellurieche Leitung (2) Kit mehreren Strängen jeweils mit einem Ende an die Überwaeserregistrierstatiön und mit den gegenüberliegenden Enden der Stränge jeweils an eine Endelektrode angeschlossen ist, wobei

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alle Stränge mit Ausnahme eines auf dem Wasserboden jeweils zwischen zwei Endelektroden auf ruhen, daß mindestens ein ausrichtbares Magnetometer (£1, 22) mit einem Ausrichtgerät (25) auf dem Waeeerboden steht und dafi innerhalb der Uberwasserregistrierstation eine Registriereinrichtung zur Aufzeichnung der Variationen der magnetischen und tellurisohen Feldkomponenten am Wasserboden vorhanden ist·

5· Anordnung naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet _t daß zwei tellurisohe Elektroden (1, 1a) in Kontakt mit dem Wasser auf dem Wasserboden stehen, wobei die tellurisohe Leitung aus zwei Strängen (2¹, 2") besteht und einer dieser Stränge (2) zwischen diesen beiden Elektroden auf dem Waeeerboden aufliegt· *

6· Anordnung naoh Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch tellurisohe Endelektroden (1, 1a) aus Blei, einem anderen Metall oder einem anderen elektrischen Leiter zur Erzielung eines guten elektrischen Kontakts mit dem Wasser.

7· Anordnung naoh einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet« daß die tellurisohe Leitung aus einem gut isolierten Kabel mit geringem Querschnitt besteht.

8· Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen der tellurisohen Leitung und den Elektroden störstromfrei aufgebaut sind·

9· Anordnimg nach, einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch, gekenn«» zeichnet, daß der Zuleitungsstrang swisohen den Endelektroden und der Begistrierstation aas zwei ieelierten, rerswirnten Leitern besteht _¥ die in den Bereich der einen Elektrode geführt sind und

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deren freie Enden einerseits an die genannte Elektrode (1a) und andererseits an den auf dem Wasserboden aufliegenden und zu der zweiten Elektrode geführten Strang (2, 2a) angeschlossen sind«

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetometereinrichtung innerhalb eines auf mit Gewichten beschwerten Beinen (1J) auf dem Wasserboden aufstehenden Gestells (12) eine Plattform (15) sowie innerhalb derselben eine um eine horizontale Achse schwenkbare Plattform (16) sowie innerhalb der letzteren eine um eine gekreuzte horizontale Achse schwenkbare Plattform (18) enthält, welche einen vertikal ausgerichteten, innerhalb der Achse der Plattform (18) verlaufenden Schaft (20) mit mindestens einem Magnetometer (21, 22) trägt, wobei dieser Schaft gegenüber der Plattform (18) drehbar ist, und daß der Schaft (20) ebenfalls frei drehbar um die Schaft achse eine Bussole (32) sowie eine Ausrichteinrichtung zur Einstellung der Magnetometer gegenüber einer Marke der Bussole trägt.

11· Anordnung naoh Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen ferngesteuerten Hydraulikmotor (25) zur Drehung des Vertikalsohaftes (20) gegenüber der Plattform (18)·

12· Anordnung naoh einem der Ansprüche 4· bis 11, dadurch gekenn» zeichnet, daß mindestens ein mit Gewichten beschwertes Bein (13) des Gestelle (12) als Endelektrode dient.

13· Anordnung nach einem der Aasprüohe 4- bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bussole eine Richteinrichtung zur Einstellung gegenüber der Ausrichtung der Magnetometer trägt« .-

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14· Anordnung nach, einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die MagnetOKetereinrichtung aus swei gekreuzt ausgerichteten Magnetonetern besteht.

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