DE19528480A1 - Anordnung zur Erfassung seismischer Bodenbewegungen mit einem Geophon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung seismischer Bodenbewegungen mit einem Geophon nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Erfassung seismischer Wellen werden in der Landseismik nahezu ausschließlich elektrodynamische Geophone verwendet. Sie enthalten eine Spulenanordnung, die gegenüber einer schweren Masse federnd gelagert ist. Bei Anregung durch Bodenbewegungen ist die Ausgangsspannung der Spulenanordnung proportional der Schwinggeschwindigkeit des Bodens.

Ein übliches Geophon, dessen Gehäuse im Boden verankert wird, enthält einen starr mit dem Gehäuse verbundenen Magneten, gegenüber dem die Spulenanordnung federnd aufgehängt ist. Zur Vermeidung einer Verkantung der Spulenanordnung wird in der Regel ein Federpaar verwendet, wodurch die Spulenanordnung nur einen Freiheitsgrad in Axialrichtung des Geophons hat. Bei Vertikalgeophonen, d. h. Geophonen zur Erfassung von Kompressionswellen, weist die Federanordnung in der Regel eine Vorspannung auf, um das Eigengewicht der Spulenanordnung zu kompensieren. Diese Maßnahme kann bei Horizontalgeophonen, d. h. Geophonen zur Scherwellenerfassung, entfallen.

Obgleich derartige Geophone konstruktionsmäßig so ausgebildet sind, daß elektrische Signale nur dann erzeugt werden, wenn die Bewegung des Geophons in der Axialrichtung erfolgt, hat sich allerdings gezeigt, daß trotz verschiedener konstruktiver Maßnahmen es bisher nicht gelungen ist, die Empfindlichkeit des Geophons gegenüber Bewegungen in den zwei weiteren Richtungen vollständig zu unterdrücken. Ein Geophon mit vertikal gerichteter Spulenachse, wie es für seismische Messungen für Kompressionswellen Verwendung findet, reagiert daher nicht nur auf die Bewegung des Erdbodens in vertikaler Richtung, sondern erfaßt auch horizontale Bewegungen, wenngleich im geringeren Ausmaß, wie sie von Scherwellen und Oberflächenwellen hervorgerufen werden. Aufgrund der Größe dieser Störwellen, insbesondere im Bereich der Ersteinsätze, wird dem Betrachter dadurch eine mehr oder weniger starke Signalspannung vorgetäuscht, die die von den Kompressionswellen erzeugten und zu beobachtenden Bewegungen in vertikaler Richtung verdecken können. Bei Verwendung von Geophonen für die Scherwellenexploration fällt die gewünschte Richtung maximaler Empfindlichkeit mit einer der horizontalen Achsen zusammen. Daher ist es für die Beobachtung von Scherwellen störend, wenn gleichzeitig einfallende Kompressionswellen in dem Geophon Signalspannungen hervorrufen, die Scherwellensignale vortäuschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erfassung seismischer Bodenbewegungen anzugeben, bei der die Empfindlichkeit der Anordnung für orthogonal zur Geophonachse auftreffende Wellen deutlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß einem ersten Geophon ein zweites Geophon achsparallel zugeordnet wird, wobei die orthogonale Empfindlichkeit des zweiten Geophons der orthogonalen Empfindlichkeit des ersten Geophons entgegengerichtet ist. Beide Geophone sind elektrisch miteinander verbunden.

Durch diese Maßnahme wird die Empfindlichkeit in der gewünschten Axialrichtung des Geophons bzw. der Geophonanordnung verdoppelt, während die Empfindlichkeit gegenüber orthogonal gerichteten Störwellen im wesentlichen aufgehoben wird.

Vorzugsweise werden die beiden Geophone um 180° gegeneinander versetzt angeordnet, wobei die Geophonanschlüsse elektrisch gegenphasig miteinander verbunden sind.

Diese Anordnung ist insbesondere für Horizontalgeophone verwendbar, bei der die Längsachse der Geophone horizontal gerichtet ist.

Da Vertikalgeophone nicht einfach in ihrer vertikalen Richtung umgekehrt werden können, kann ihre orthogonale Empfindlichkeit durch Aufbringen einer gegeneinander gerichteten mechanischen Vorspannung des Federmassesystems kompensiert werden. Alternativ kann eine gegensätzliche elektrische Polarisierung vorgenommen werden.

Durch den Einsatz der Erfindung ist es möglich, die Signalschärfe eines Geophons erheblich zu verbessern. Orthogonal gerichtete Störsignale können weitgehend eliminiert werden. Dadurch ist es möglich, den Zeitpunkt der Signaleinsetzung wesentlich genauer zu bestimmen als es bei bekannten Geophonanordnungen möglich ist.

Da in der hochauflösenden Seismik insbesondere mit Einzelgeophonen gearbeitet wird, ist der Einsatz der Erfindung hier besonders vorteilhaft. Auch in der 3-D-Kompressionswellenseismik bietet die Erfindung erhebliche Vorteile, da die Trennung zwischen Vertikal- und Horizontalsignalen hierbei unmittelbar durch die Geophonanordnung bewirkt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipansicht einer Geophonanordnung für die Scherwellenaufnahme, und

Fig. 2 eine Signaldarstellung zur Erläuterung der durch die Erfindung erreichten Signalverbesserung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Geophon 1, dessen Kopfseite 2 nach rechts gerichtet ist. Unmittelbar räumlich benachbart ist ein zweites Geophon 3 angeordnet, dessen Kopfseite 4 nach links gerichtet ist. Da die Geophone gegenpolig zusammengeschaltet sind, erzeugen horizontal gerichtete in Axialrichtung der Geophone verlaufende Wellen Signale, die eine Addition der Ausgangssignale der beiden Geophone ergeben.

Orthogonal auf die Geophonanordnung auftreffende Kompressionswellen werden von den beiden Geophonen gleichphasig erfaßt, aber durch die gegenpolige Beschaltung gegeneinander kompensiert. Die Kompensation erfolgt um so besser, je ähnlicher die beiden Geophone ausgebildet sind.

Anstelle einer unmittelbaren Zusammenschaltung der Geophone kann auch vorgesehen sein, daß die Signale der Geophone mit Hilfe einer elektronischen Schaltung addiert bzw. substrahiert werden, wobei Empfindlichkeitsunterschiede ausgeglichen werden können.

Da bei einer Vertikalanordnung der beiden Geophone die Kopfrichtungen der Geophone in die gleiche Richtung zeigen, ist hierbei eine entgegengerichtete Anordnung der Geophone nicht ohne weiteres möglich. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die orthogonale Empfindlichkeit der Vertikalgeophone konstruktiv entgegengesetzt gegeneinander ausgebildet ist, indem beispielsweise den Federmassesystemen der Geophone eine entgegengesetzt gerichtete mechanische Vorspannung aufgeprägt wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß eine elektrische Polarisierung in entgegengesetzter Richtung vorgenommen wird.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung verschiedener Signale, wobei in der oberen Darstellung eine Vertikalbewegung 5 dargestellt ist, die sich als Störsignal dem gewünschten Horizontalsignal überlagert. In der mittleren Darstellung 6 der Fig. 2 ist ein entsprechendes Signal dargestellt, das aus dem eigentlichen Horizontalsignal und dem in der oberen Darstellung gezeigten Vertikalsignal 5 zusammengesetzt ist. In der unteren Darstellung ist die reine Horizontalbewegung 7 dargestellt, wobei deutlich ist, daß sich gegenüber der mittleren Darstellung 6 insbesondere eine Verbesserung der Signaleinsätze ergibt. Es sind nur noch geringe Störsignale vorhanden.

Insbesondere aus der unteren Spur 7 ist erkennbar, daß die auf die Vertikalbewegung der Horizontal-Geophonanordnung zurückzuführenden Störsignale, wie sie in der mittleren Spur 6 noch deutlich zu erkennen sind, wesentlich geringer sind. Erst dadurch gelingt es, den Beginn der Horizontalbewegung, der mit dem Eintreffen der Scherwellen zusammenfällt, genauer zu bestimmen.

Die Erfindung eignet sich daher insbesondere zur Verbesserung der Auflösung der Signaleinsätze, um insbesondere eine bessere und wirtschaftlichere Erkundung von flachseismischen Messungen durchführen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Geophon
2 Geophonkopf
3 Geophon
4 Geophonkopf
5 Vertikalspur
6 Horizontalspur
7 bereinigte Horizontalspur

Claims (5)

1. Anordnung zur Erfassung seimischer Bodenbewegungen mit einem Geophon (1), das eine in Bezug auf eine Spulenanordnung federnd gelagerte Masse enthält, wobei in Axialrichtung des Geophons (1) auftretende Bodenbewegungen zur Erzeugung einer elektrischen Spannung in der Spulenanordnung führen, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Geophon (1) ein zweites Geophon (3) achsparallel zugeordnet ist, wobei die orthogonale Empfindlichkeit des zweiten Geophons (3) der orthogonalen Empfindlichkeit des ersten Geophons (1) entgegengerichtet ist und beide Geophone elektrisch miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Geophon (1) gegenüber dem zweiten Geophon (3) um 180° versetzt angeordnet ist, und die Geophonanschlüsse elektrisch gegenphasig verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geophone Horizontalgeophone sind und ihre Längsachse horizontal gerichtet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vertikalgeophonen die Geophone eine gegeneinander gerichtete mechanische Vorspannung ihres Federmassesystems aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vertikalgeophonen die Geophone elektrisch gegeneinander gerichtet polarisiert sind.