DE1623584A1

DE1623584A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Impulse

Info

Publication number: DE1623584A1
Application number: DE19671623584
Authority: DE
Inventors: Brock Fred Alden; Johnston Jun Roy Charles
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1966-12-12
Filing date: 1967-10-18
Publication date: 1971-05-06
Also published as: US3437170A; GB1196645A; NL6712703A; MY7300366A

Description

DIPL.-ING. M. SC. DlPU.-I=HYS. DRi'

DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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11. Oktober 1967

b-124

Texas Instruments Ine« Dallas, Texas (U.S.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Impulse

ist ©si

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unternommen, Energie in einem besonderen Frequenzband abzustrahlen, um wirkungsvollere seismische Störungen hervorzurufen· Diesem Zweck dienen elektrische Entladesysteme zur Erzeugung von funken unter Wasser, die ^ akustische Impulse verursachen, deren Energiespektrum bis su einem gewissen Grad durch entsprechende Einstellung ά@τ elektrischen Parameter des Entladesyetems verändert waräea kann» Jedoch weisen diese Energiequellen ein außegwcttatliGh breites Band auf, so daß sie demzufolge is ds® verhältnismäßig schmalen. Frequenzband, das bei Umts^msseruntersuchungen. allein von Interesse ist, relativ unwirkaam sind*

Der Erfiaduag liegt daher äle Aufgabe zugrunde, das " laergieSpektrum seismischer Impulse in dem bei seismischem Untersuchungen ausschließlich interessanten Bereieli irafiierea und wunscligemaS einstellen su können» und ausgegangen wird bei der lösung dieser Aufgabe von Verfahren der eingangs erwälmten Art. Gemäß der wenden- nun unter Wasser gleichzeitig swei Gasblasen mit ustersehiedliohen Energi©- setagt₉ äeren Abstasel iromainander groß genug § vm ©im® Terelaigimg des? ls@Mas Blasen zu varhindera»

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Durch eine entsprechende Wahl der ßasblasengröße rand/oder -energie lassen sich so zwei erzeugen, deren Iiberlagerimg zvl einem seismischen Impuls mit den geidlnseiiten Energiespektrum führt» Besonders gweckaiäBig ist es, wenn'mindestens drei« gegebenenfalls gleiche Blasen erzeugt werden, von denen die "beiden ersten einem so großen Abstand-voneinander haben, "daß sie sich sieht vertilgen können₉ während die zweite und dritte Blase s«a Zwecke ihrer Yereinigung nahe beieinander eraeiagt Pferden land, eine Gasblase mit einem vom Saergiespek&nM &θτ ersten Blase unterschied« liehen Spektnaa srge"&ea_e .-■_.. - - . -.

Ss ist aber axsch aSglicli- gleichseitig' direkt' verschieden, große Sesblasen su erzeugen.»

Die Erfinduag teniht--siatf ier !Datsache _s äaß eine ¥asser von- ejb&ss? skssstiischen Bae

&asblase isit ©imer Mgeiifreqiaeffia

schwingt s. die iron ä@sa Eigeasöhsftea des? g

und &@n HaMlss€iisgpiEg©m €er. ii©se «igebesiieis Flüssigksit abhängen * 3Di© ©i?8S@ ä©s> Blase mmd iks?e iassesi

BAOÖ^OINAL

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Sandbedingungen imä ihres Anfangszustands bestimmen« Das von der Gasblase erzeugte Energie Spektrum hängt von der Blasengröße ab„ Unter Energiespektrum soll im folgenden die Abhängigkeit der akustischen Energie in dB von der Frequenz verstanden, werden» ·

Durch gleichzeitige Krseugung von Blasen unterschiedlichen Yolumens läßt sich eine kleine Wellenfront herstellen, deren EnergieSpektrum einen ganz bestimmten Verlauf hat· Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nun Gasblasen unterschiedlicher* aber bekannter Yolumina an verschiedenen, Stellen erzeugt, von denen ein ¹SeH sich sofort vereinigt« Auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften der neu entstehenden Blase leicht vorhersagen*

Weitere j vorteilhafte Yieiterbildungen der Erfindung darstellende Merkmale ergeben sich, aus den Patentansprüchen und/oder aus der nachfolgenden BeSchreibung_s die der näheren Erläuterung der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung dient? es seigens

Fig_e 1 eine echaubildliche Darstellung einer

mechanischen "vorrichtung 3ur Erzeugung von

Glasblasen!

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BAD ORIGjNAt,...

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Fig, 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit den von ihr erzeugten Blasen;

Pig» 3 das von der Vorrichtung gemäß den Fig„ 1 und 2 hervorgerufene Energiespektrum "bei Berücksichtigung der Rand- und Anfangsbedingungen;

Pig. 4 eine erste Anordnung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Gasblasenj .

Pig» 5 eine aweite Anordnung solcher Vorrichtungen;

Pigο 6 das bei Anordnung gemäß Pig. 5 erzeugte Energieapektrum;

Fig. 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung und

Pigρ 8 das bei Betätigung der Einrichtung gemäß Figo 7 erzeugte EnergieSpektrum.

Die in Pig,, 1 dargestellte Akustik^UnterwasBerenBrgiequelle 10 arbeitet mit Druckluft. Sie setzt sich aus einem oberen und einem unteren Gehäuseteil 11 bzw. zusammen, die mittels eines Zylinders 13 verbunden sind. Dor letztere hat über seinen Umfang verteilt und jeweils

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um einen Winkel von 30° gegeneinander versetzt angeordnet vier Auslaßöffnungen, von denen in Fig_e 1 die Öffnungen H Ms 16 gezeigt sind. Often am Gehäuseteil 11 befindet sich ein Einlaß 18 für äen Anschluß einer Druckluftleitung sowie elektrischer Zuleitungen* Die Druckluft-Energiequelle hat zweckmäßigerweise ein ganz bestimmtes Kammervolumen» nämlich ungefähr 49 und 164 cnr in einer Stellung und ungefähr 3₉3 und 9j8 1 in einer anderen Stellung· Derartige Druckluft-Energiequellen können von der Firma Bolt Associates Jn Saat Horwaiki, Connecticut, U.SJU, besogen werden»

Beim Auslösen einer solchen Energiequelle öffnen sich die Auslaßöffnungen im Zylinder 13» so daß vier Blasen k A-D erzeugt werden, die sich zu einer einzigen, ringförmigen Blaae B vereinigen (gestrichelt in Fig, 2 dargestellt). Der maximal® Hadius der Blasen A - D, wie sie von einer solchen Unterwasser-Energiequelle erzeugt warden* ergibt sich aus der Gleichung:

cc

1/3

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BAD

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wobei, folgende Abkürzungen verwendet wurden:

P s absoluter hydrostatischer Druck in der Oüefe ■ der-Energiequelle'

?_c - ursprünglicher, absoluter Eammerdruck der Energiequelle

T_c ~ 1/4- des Gesamtkammervolumens der Energiequelle

r_Q - maximaler Blasenradius

Die Ton der Energiequelle 10 erzeugten Blasen A-D vereinigen sich zur ringförmigen Blase E₅ die mit eii'ier gang bestimmten Eigenfrequenz schwingte Das auf diese WeIee/EnergieSpektrum zeigt die Mg₀ 3« Unter eni'spreehszLden Hand- und Anfangsbedingungen talrd ein g

Maximum an Energie.hauptsächlich in einem schmalen Band zwischen 30 und 40 Es abgestrahlt* Ungefähr ein Drittel der akustischen Energie ist innerhalb eines JPrequens«* bereiehs ron ±ß Es um daa Maximum des Energiespektrums konzentriert, d_eh. praktisch bei der Eigenfrequenz der scht-?ir.genden Blase«

Die Figo 4 seigt eine Gruppe von seche Energiequellen 10a bis 1Of₉ die in solchen Abständen voneinander

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angeordnet sind, daß die von ihnen erzeugten Blasen unabhängig voneinander schwingen. Bei gleichzeitiger Auslösung der sechs Energiequellen ergibt sich ein Gesamtenergiespektrum, das demjenigen einer einzigen ^ Energiequelle gleicht_s wobei jedoch die Bnergiewerte sechsmal oder ungefähr 7,8 dB höher liegen als im Falle einer einsigen Energiequelle„

Bei seismischen Untersuchungen ist ein "breiteres Frequenzband erwünscht, und gemäß der Erfindung werden sechs Energiequellen 21 - 26 so angeordnet, wie dies die Pig» zeigt, nämlich in drei Gruppen. Die τοπ der Energiequelle 21 erzeugte Blase 21a vereinigt sich mit keiner Blase der anderen Energiequellen und schwingt deshalb unab~ w häftgig-. voa diesen mit einer von ihrer Größe bestimmten Eigenfrequenz. Die von den Energiequellen 22 und 23 erzeugten Blasen 22a und 23a vereinigen sich, und die siefe hieraus ergebende Glasblase schwingt ebenfalls mit einer Eigenfrequenz die von ihrer Größe bestimmt wird» Auoh die tob. de» Energiequellen 24 - 26 erseugten Blasern 24a -^ 26a w©rd©a e© na&e beieinander erzeugt» da§ sie sich V©^eiaig@a₉ isö die resultierende Blas©

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SrSSe bestimmt wird. Die Eigenfrequenz der von den Energiequellen 24 - 26 insgesamt erzeugten Blase liegt tiefer als die Eigenfrequenz der BIaBe der Energiequellen 22 und 23? und die Blase 21a der Energiequelle 21 hat schließlich eine !frequenz, die höher als jede der "beiden anderen Eigenfrequenzen ist. Die von den Energiequellen 24 - 26 insgesamt erzeugte Blase ist dreimal so groß wie die einzelne Blase der Energiequelle 21 _f während die von den Energiequellen 22 und 23 gemeinsam erzeugte Blase zweimal so groß wie die Einzelblase 21a ist« Das Energiespektruin des Gesamtsignals der Anordnung gemäß Fig, 5 ist in Fig* 6 dargestellt» Es ergibt sich also eine beträchtliche "Verbreiterung des Snergiespektrums*

Ein bevorisugtee Ausfiihrungsbeispiel für Unterwasser-Untersuchungen zeigt die Fig» 7, gemäß der eine Reihe von Schv/iiraikörpern an einem KaläL von einem Schiff gezogen warden. Das vom Schiff ausgehende Kabel 101 enthält einen Druckluftschlauch. Bei dem Ausführungabeispiel sind 23 Schwimmkörper hintereinander angeordnet, und zwar jeweils in Abständen voneinander. Der Schwimmkörper 102 trägt zwei Druckluft-Energiequellen

in
103 und 1041 die/einem solchen Abstand voneinander

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angeordnet sind, daß die von ihnen erzeugten Gasblasen sich vereinigen,, Brei weitere Schwimmkörper 105 tragen Druckluft-Energiequellen 106 bis 108, deren Abstand voneinander groß genug ist, mn eine Vereinigung der erzeugten Glasblasen asu verhindern«. An sechs weiteren Schwimmkörpern sind sechs Energiequellen 109 aufgehängt, und zwar in aeichen Abständen voneinander, dsS ihre Glasblasen sich ebenfalls nicht vereinigen kennen. Schließlich ist das Kabel 101 noch mit weiteren zwölf Schwimmkörpern versehen, die eine ebensolche Anzahl von Druckluft-lnergiequellen 110 tragen, -and sirar -wiederum in solchen Abständen voneinander, daß eich deren Gasblasen nicht vereinigen können. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispial haben die Jünergie quell en 103 und 104 ein Volumen von Q ,66 1. Bas gleiche Yolumen haben die Energiequellen 106 - 108. Das Yolmaea der Energiequellen 109 liegt bei 0,33 1 und dasjenige der Energiequellen 110 bei 0,165 1. Das Gesamtvolumen des Systems liegt also bei ungefähr 7,2 1. Die Energiequellen werden außerdem vorzugsweise in siner 5iefa von ungefähr 3 m unter der Wasseroberfläche gehalten,

8 zeigt das Energieapektrum bei gleichseitiger Auslösung aller Energiequellen der Fig. 7« Dia akustische

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Energie ^Mrde dabei als funktion der !frequenz aufge~ tragen· Die gestrichelte Kurve 120 ergibt sieh "bei einer Aufladung der Energie quellen der Pig. ? mit einem Druck von ungefähr 133*6 atü und bei einer Anordnung im ungefähr 5,1 ι unter der Waeseroberflache_β Das erste Maximum 121 rührt im wesentlichen von ä&x Energie her_s die die aus der Tereinigung der Blasen der Energiequellen 103 und 104 entstandene Sasblase.abstrählt* Das zweite Maximum 122 rührt von &en Blasen der Energiequellen bis 108 har_s wahrend das dritte Maximum 123 auf Sie Blasen der Energiequellen 109 unü das vierte 124- auf &±e Blasen der Energiequellen 110 ist.

Dieses liiergiesge&truia kann mit demjenigen Yferdea_s. flas sicäh. bei der gleichseitiges. Auslösung acht EnergieQsellea in raigefshr 2_S1 m fief© ©sgiM (siehe die Kvjsw® 1255° Meser Vergleiela seigt al©® ohne weiteregs §.&B die Erzeugung SasMagea %m ein©a s©M? viel
führt als "bei,

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Verwendung desselben Systems wie bei der Herstellung der ersten Kurve 120, jedoch bei der Anordnung der Energiequellen in ungefähr 6,6 m liefe ergibt _o Ss zeigt sieh also, daß durch eine entsprechende Auswahl der

_k größen der Energiequellen, ihrer Abstände und ihrer

Tiefe das Energie Spektrum in weitem Umfang gemäß der Erfindung verändert und eingestellt werden kann*

Obwohl die erläuterten Ausführungsbeispiele ausschließlich mit Druckluft arbeiten, läßt sich selbstverständlich die erfindungegemäße lehre auch auf andere₅ einen explosionsartigen Ablauf aufweisende Energiequellen, anv?enden₅ beispielsweise auf die ZÜndirag brennbarer Gase oder von Sprengstoffen«

Zur Herstellung von Glasblasen verschiedener Grb'ße zum Zwecke der Erzielung eines bestimmten Energiespektrums werden swsckmäßigerweise Druckluft-Energiequellen ver~ wendet, deren Volumina zwischen ungefähr 164 cm und 10 1 oder mehr liegen, und durch Kombination solcher Energiequellen lassen sich Schallwellen eraeugen, deren Energiespektrum allen auftretenden Anforderungen bei seismischen Untersuchungen angepaßt werden kann.

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Claims

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P "a ten ta η-sprüche:

1. "Verfahren zur Erzeugung seismischer Impulse eines

bestinunten Energiespektrums für Ünterwasseruntersuchungen mit Hilfe durch Explosionen oder von Druckluft ο»dgl. hergestellter₉ schwingender Glasblasen, dadurch g e k β. Ά Ji zeichnet , daß unter Wasser gleich- ™ zeitig mindestens zwei Gasblasen mit unterschiedlichen Energiespektren erzeugt werden, deren Abstand voneinander groß genug ist, um eine Vereinigung der beiden Blasen zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ge.kennze i ο h η e t durch das gleichzeitige Austretenlassen verschieden großer Bruckluft^Volumina in das Wasser.

3· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Zündung verschieden großer Sprengladungen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ θ lehnet _v daß in einer Anordnung nach einem ersten Muster mehrere erst· Oaablaaon erzeugt werden« deren Abstand voneinander so groß ist, daß sie sich nicht vereinigen, und daß in

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einer Anordnung nach einem zweiten Muster mehrere sv/eite Gasblasen so nahe beieinander erzeugt werden,, daß sie sich miteinander vereinigen, deren Abstand von den ersten Blasen jedoch ao groß ist* daß sie sich mit diesen nicht vereinigen können.

· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 ~ 3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei, gegebenenfalls gleiche Blasen erzeugt werden, von denen die beiden ersten einen so großen Abstand voneinander haben, daß sie sich nicht vereinigen können, während die zweite und dritte Blase sum Zwecke ihrer Vereinigung nahe beieinander erzeugt werden und eine Gasblase mit einem vom Energiespektrum der ersten Blase unterschiedlichen Spektrum ergeben.

6. Verfahren nach Anepruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Grasblasen verschieden groß sind.

7« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anepruch 4 oder 5» gekennzeichnet durch mehrere räumlich getrennte Blasenquellen.

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8_e Torrichtung nach Anspruch 1₅ geken η zeichnet durch gleichseitig offenbare Bruckluftbehältero

9« Yorriclitufig nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet _? daß die Blasenquellen f

an einem schwimmenden Träger in vorbestimmten Waesertief en aufgehängt sindc

10* Vorrichtung nach Anspruch 9_e dadurch gekennzeichnet , daß der Träger im Schlepp eines Schiffes angeordnet ist_e

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