DE2040313A1

DE2040313A1 - Einrichtung zur Verhinderung des Seegangeinflusses bei seismischer Vermessung des Meeresbodens

Info

Publication number: DE2040313A1
Application number: DE19702040313
Authority: DE
Inventors: Martin Rowen Barry; Newington Timothy John; Peter Leggatt
Original assignee: Anglo American Corp of South Africa Ltd
Current assignee: Anglo American Corp of South Africa Ltd
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1970-08-13
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2058282A1; ZA695819B; MC876A1; NL7012021A

Description

-PHVS.

HÖGER - STELLREGHT -GRIESSBACH - HAECKER

DR.-IMO. OIPL.-ΙΝβ. M.SC. DIF»! PHVS. Dd. OIPL-PHVS. PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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11-. August 1970

ANGLO AMERICAN CORPORATION OF SOUTH AFRICA LIMITED

44 Main Street
Johannesburg/Transvaal
Republic of South Africa

Einrichtung zur Verhinderung des Seegangeinflusses bei seismischer Vermessung des Meeresbodens

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung bzw. zur Verhinderung des Einflusses von Seegang und Wasserbewegung auf die seismische Vermessung des Meeresbodens, bei welcher an einem Schiffskörper Anordnungen zur Aussendung und zum Empfang von von dem Meeresboden zurückgeworfenen Signalen vorgesehen sind, und wobei die sich aus Aussendung und Empfang des Signals ergebenden Informationen als Aufzeichnung des Meeresbodens ausgewertet werden. .

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Die Erfindung bezieht eich somit allgemein auf das Gebiet seismischer Aufzeichnungen und speziell auf die seismische Aufzeichnung bzw. Vermessung des Meeresbodens. Solche Aufzeichnungsvorrichtungen bzw. die sich aus diesen Vorrichtungen ergebende Genauigkeit der Aufzeichnungen ist weitgehend abhängig von den auf See vorherrschenden Bedingungen. Werden also beispielsweise Aufzeichnungen bzw. Vermessungen dann gemacht, wenn ein schwerer Seegang herrscht, dann wird sich der Einfluß des Seeganges den getätigten Aufzeichnungen überlagern, so daß eine Interpretation der Aufzeichnungen schwierig wird. In vielen Fällen geht kostbare Zeit verloren, weil die Amplitude des Seeganges die Aufzeichnung für eine Auswertung vollkommen nutzlos macht.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, auf elektronischem Wege den Einfluß des Seeganges bzw. der herrschenden Wellen auf die Aufzeichnungsanordnungen und auf die Aufzeichnungen selbst zu verringern bzw. ganz zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung au3 von einer Einrichtung der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß ein Beschleunigungsmesser zur Bestimmung der vertikalen, auf den Seegang zurückzuführenden Verschiebung des Schiffes und eine Anordnung zur doppelten Integration des von dem Beschleunigungsmesser stammenden Signales vorgesehen sind, und daß zur Kompensation der von dem Seegang verursachten Schiffsbewegung Schaltanordnungen (Summierverstärker, Niveaudetektor) vorgesehen sind, die den Zeitpunkt der Aussendung eines Signales verändern.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind dann noch ein Rekorder und ein in bestimmten Zeitabständen von dem Rekorder betätigter Punktionsgenerator zur Erzeugung einer ansteigenden Rampenfunktion vorgesehen, außerdem eine Addieranordnung, welche die Ausgangswerte des Rampenfunktionsgenerators zu den Ausgangswerten der Integratoren hinzufügt und ein Niveaudetektor, welcher den Ausgangswert der Summieranordnung abtastet. und das auf den Meeresboden ausgesandte Signal dann zeitlich nach vorn schiebt, wenn sich das Schiff oberhalb einer durchschnittlichen Höhe des Seeganges befindet, das auf den Meeresboden ausgesandte Signal dann jedoch zeitlich verzögert, wenn sich das Schiff unterhalb einer bestimmten mittleren vertikalen Position im Hinblick auf den herrschenden Seegang befindet.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung anhand der Zeichnungen noch näher erläutet. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des Grundprinzips, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagrarandes Schaltkreises, welches zur Durchführung der Erfindung verwendet wird, und

Fig. 3 Diagrammdarstellungen der Spannungsverläufe an

^un verschiedenen Stellen des Schaltkreises der Fig.

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Das Grundprinzip, von welchem die Erfindung ausgeht, ist schon bekannt. Um jedoch die Erklärung der Erfindung und das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern, soll mit Bezug auf Fig. 1 dieses Grundprinzip nochmals kurz erläutert werden. In der Zeichnung ist ein Schiff 11 dargestellt, welches am Schiffskörper bzw. am Unterschiff befestigte seismische Aufzeichnungsapparate trägt und welches sich durch einen schweren Seegang 12 mit einer durchschnittlichen Wellehhöhe 13 bewegt. Um die Beschreibung nicht unnötig zu komplizieren, soll angenommen werden, daß der Meeresboden absolut horizontal verläuft und eben ist.

Wenn sich das Schiff 11 in der Position A befindet, d.h. also auf der Mittellinie des Seeganges, wird zur Zeit T ein Impuls in Richtung des Mssresbodens 10 geschickt. Dieser Impuls wird von dem Meeresboden zurückreflektiert und von der seismischen Empfangsapparatur in dem Schiff empfangnn. Es soll angenommen werden, daß die Laufzeit des Impulses, um von dem Schiff auf den Meeresboden zu gelangen, t Sekunden beträgt. Die gesamte Laufzeit des Impulses bei der Position A des Schiffes beträgt dann 2t, so daß der Impuls dann das Schiff zur Zeit (T ♦ 2t) wieder erreicht, wobei angenommen werden soll, daß sich der Abstand zwischen dem Schiff dem Meeresboden während dieses Zeitraumes nicht wesentlich verändert. In der Position B befindet sich das Schiff 11 auf einem Wellenberg, d.h. in der höchsten Stellung des Seeganges. Es soll angenommen werden, daß in diesem Falle die Laufzeit von der Position B bis zum Seeboden t + Δ t beträgt. Die gesamte Laufzeit des Impulses in der Position B beträgt dann (2t + 2 At).

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In der Position C des Schiffes befindet sich dieses in einem Wellental, so daß angenommen werden soll, daß die Laufzeit des Impulses in der Position C bis zu dem Meeresboden t -At beträgt. Die gesamte Laufzeit des Impulses in der Position C beträgt dann (2t - 2 At).

Daraus folgt somit, daß unter der Voraussetzung, daß keine Kompensation für die aufgrund des Seeganges hervorgerufene verringerte bzw. vergrößerte Laufzeit des Impulses erfolgt, die zeitliche Verringerung bzw. Vergrößerung um Δt auf den Aufzeichnungen erscheint und eine Interpretation derselben schwierig macht.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß der Impuls in Übereinstimmung mit der jeweiligen vertikalen Position des Schiffes relativ zu dem Mittelwert des Seeganges entweder zeitlich nach vorn verschoben, d.h. beschleunigt oder verzögert wird. In der Position B erfolgt also eine Impulsabgabe bzw. eine Impulsübertragung zum Zeitpunkt (T - 2At). Mit anderen Worten ist der Impuls in der Position B um einen Zeitraum nach vorn geschoben, welcher dem doppelten Abstand des Schiffes über dem Mittelwert des Wellenganges bzw. Seeganges entspricht. Das bedeutet, daß der Impuls in diesem Falle zum folgenden Zeitpunkt von dem Schiff wieder empfangen wird (T₀ - 2At + 2t + 2 At), d.h. also zum Zeitpunkt T_Q ♦ 2t.

In der Position C erfolgt die Impulsfreigabe bzw. die Aussendung des Impulses zum Zeitpunkt (T + 2At). In dieser Stellung wird also der Impuls im Zeitraum (T + 2At) erzeugt. Mit anderen Worten erfolgt in der Position C eine Verzögerung um eine Zeiiperiode, die dem doppelten Abstand des Schiffes unterhalb der Mittellinie des Seeganges entspricht. Das bedeutet, daß in dieser Position der Impuls zu folgendem Zeitpunkt vom Schiff wieder empfangen wird

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(T₀ ♦ 2At ♦ 2t - 2Ät), das bedeutet zum Zeitpunkt T +2t.

Diesen Erläuterungen kann entnommen werden, daß unter Verwendung des weiter vorn erläuterten Grundprinzips die auf einen Seegang zurückzuführende Welligkeit, die in den Aufzeichnungen zum Ausdruck kommen, wirksam beseitigt werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Grundprinzip unter Verwendung einer vollelektronischen Arbeitsweise angewendet; der verwendete Schaltkreis ist in dem in Pig. 2 dargestellten Blockdiagramm enthalten.

Ein empfindliches Beschleunigungsffiefcgerät 20 ist kardanisch, d.h. in einem Kardanrahmen mit dem Schiffskörper verbunden bzw. in diesem aufgehängt. Der Beschleunigungsmesser mißt die vertikale Beschleunigung des Schiffes, welche auf den Seegang zurückzuführen ist. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers besteht in einem analogen Spannungssignal und und wird einem Paar von Integratoren 21 und 22 zugeführt, was zu einem Ausgangswert führt, welcher der vertikalen Verschiebung des Schiffes in dem Seegang proportional ist. Das liegt selbstverständlich daran, daß die doppelte Integration einer Beschleunigung den Weg ergibt.

Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Meßgerät wird verwendet, um die sich aus dieser doppelten Integration ergebenden Funktion zu überwachen; es ist zu diesem Zweck in Entfernungsangaben geeicht, beispielsweise in Fuß, relativ zu der durchschnittlichen vertikalen Position des Schiffes. Als besonders gut geeigneter Beschleunigungsmesser für diese Zwecke stellte sich das Modell 609 heraus, welches von der Firma Bourns verkauft wird.

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Weiterhin wird eine übliche Zähl--bzwv Registriereinheit 23 verwendet, die dazu bestimmt ist, periodisch die Abgabe eines Impulses von der Photodiode 24 an einen Funktionsgenerator 25 zu veranlassen, welcher einen rampenförmigen Spannungsanstieg erzeugt.

Ein Niveaudetektor 26 stellt den Mittelwert jeder erzeugten Rampenfunktion fest, und zwar in Abwesenheit eines Ausgangssignales des Beschleunigungsmessers 20 und erzeugt eine Impulsreihe, welche um einige Millisekunden gegenüber der ursprünglichen, von der Photodiode erzeugten Impulsreihe verzögert ist. Genauer kann dies den in Fig. 3 dargestellten Impulsen entnommen werden, wobei zu bemerken ist, daß die Darstellung der Pig-. 3 nur dann zutrifft, wenn sich die vertikale Position des Schiffes nicht ändert, bzw. wenn der Ausgangswert der doppelten Integratoren Null ist.

Die von dem Funktionsgenerator 25 erzeugte rarapenförmige bzw. von einem bestimmten Niveau kontinuierlich ansteigende Funktion ist in Fig. 3a dargestellt; dieser Figur kann auch entnommen werden, daß der Mittelwert dieser bis zu einem gewissen Grad dreieckförmigen Funktion bei Null Volt liegt. Der Niveaudetektor 26 ist so vorgespannt, daß er sich dann einschaltet, wenn das an ihm anliegende Eingangssignal (in diesem Falle die monoton ansteigende Rampenspannung) den Wert von Null Volt übersteigt. Mit anderen Worten schaltet sich der Niveaudetektor zum Zeitpunkt T₂ ein und zum Zeitpunkt T₁ ab.

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Die Wellenform des am Ausgang des Niveaudetektors vorliegenden Spannungsverlaufes ist in der Fig. 3b dargestellt. Die negativ abfallende Kante der Ausgangsspannung des Niveaudetektors (also immer bei T₂ des Wellenzuges) wird dann verwendet, um kurze Impulse T₂ - T, von fester Dauer wie in Fig.3c dargestellt, zu erzeugen.

Bewegt sich nun das Schiff in einem Seegang, dann wird selbstverständlich der Beschleunigungsmesser einen Ausgangswert aufweisen, dessen doppeltes Integral mittels eines Summierverstärkers 27 der ansteigenden Rampenfunktion hinzugefügt wird, bevor die Summenspannung dem Niveaudetektor 26 zugeführt wircl.

Die auf diese Weiee erhaltene Wellenform ist in Fig. 4 dargestellt. Der Fig. 4a kann in diesem Fall der zusammengesetzte Wellenzug, welcher aus der doppelten Integralfunktion und der Rampenfunktion besteht, entnommen werden, wobei der floppelt integrierte Wert des Beschleunigungsmessers nochmals getrennt in gestrichelter Darstellung eingetragen ist. Fig. ¹Ib zeigt das Ausgangssignal des Niveaudetektors, während der Fig. ²Ic die Darstellung der von einem Triggerverstärker erzeugten Ausgangsspannung entnommen werden kann.

Der Fig. ¹Ib kann weiterhin entnommen werden, daß dann, wenn sich der durchschnittliche Wert des zusammengesetzten Wellenzuges der Fig. 4a oberhalb der Bezugslinie von 0 Volt befindet (d.h. wenn die doppelte Integralfunktion positiv ist), der Zeitabstand zwischen T₁ und T₂ verringert wird (siehe zweiten Impuls in Fig. 4b). Auf ähnliche Weise wird der Zeitabstand zwischen T₁ und Tp vergrößert, wenn sich das mittlere Niveau des zusammengesetzten Wellenzuges unterhalb von 0 Volt in Fig. 4a befindet.

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Daraus folgt, daß unter Verwendung des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises eine Zeitverzögerung T₁ - T₂ eingeführt wird, welche .sich mit der vertikalen Position des Schiffes in der Weise ändert, daß dann, wenn sich das Schiff auf einem Wellenberg befindet, das Zeitintervall T- - T₂ verringert wird und wenn sich das Schiff in einem Wellental befindet, dieses Zeitintervall T₁ -' Tp vergrößert wird. Hit anderen Worten ergibt sich daraus, daß der tatsächlich auf den Meeresboden herabgeschickte Impuls zeitlich nach vorn verschoben bzw. verzögert ist, wie das im Hinblick auf die Fig. 1 schon beschrieben worden ist.

Schließlich ist noch zu bemerken, daß, soweit es die Integratoren 21 und 22 betrifft, die üblichen frequenzabhängigen Eigenschaften eines Wechselstromintegrators verbessert worden e±ad, um eine genaue Integration auch bei geringen Frequenzen zu erzielen. Solche Eigenschaften werden dadurch erreicht, daß parallel zu dem die Integration bewirkenden Kondensator noch ein T-Netzwerk geschaltet ist, welches so berechnet ist, daß es bei angenähert der gleichen Frequenz, bei der der stabilisierende Widerstand und der Kondensator normalerweise beginnen würden, einen niederfrequenten Ausgangswert zu begrenzen, wirksam wird.

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Claims

AO

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Patentansprüche :

IJEinrichtung zur Verringerung bzw. zur Verhinderung des Einflusses von Seegang und Wasserbewegung auf die seismische Vermessung des Meeresbodens, bei welcher an einem Schiffskörper Anordnungen zur Aussendung und zum Empfang von von dem Meeresboden zurückgeworfenen Signalen vorgesehen sind, und wobei die sich aus Aussendung und Empfang des Signales ergebenden Informationen als Aufzeichnung des Meeresbodens ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungsmesser (20) zur Bestimmung der vertikalen, auf den Seegang zurückzuführenden Verschiebung des Schiffes (11) und eine Anordnung (21, 22) zur doppelten Integration des von dem Beschleunigungsmesser stammenden Signales vorgesehen sind, und daß zur Kompensation der von dem Seegang verursachten Schiffsbewegung Schaltanordnungen (Summierverstärker 27» Niveaudetektor 26) vorgesehen sind, die den Zeitpunkt der Aussendung eines Signales verändern.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rekorder (23) und ein von dem Rekorder zu festgesetzten Zeitintervallen betätigter Funktionsgenerator (25) zur Erzeugung einer ansteigenden Rampenfunktion vorgesehen sind, d?.ß eine Summieranordnung (27) zur Addition der Ausgänge des Funktionsgenerators (25) und der Integratoren (21, 22) vorgesehen ist, und daß schließlich ein den Ausgangswert der Summiereinrichtung (27) abtastender Niveaudetektor (26) vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit davon, ob sich das Schiff (11) oberhalb einer

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durchschnittlichen Höhe des Seeganges befindet, den zum Meeresboden ausgesandten Impuls zeitlich nach vorn verschiebt oder der das ausgesandte Signal verzögert, wenn sich das Schiff unterhalb der Durchschnittshöhe des Seeganges befindet.

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