DE2228769A1 - Verfahren zur untersuchung eines mediums durch hindurchsendung von energie in form einzelner impulse und seine anwendung auf seismische untersuchungen - Google Patents

Description

PATcNTANVMLT 13.6.1972

Minchen 21 · fata.8i 7065-I/He

Telefon S* 17*2

Societe Nationale des Petroles d'Aquitaine, Courbevoie

(Frankreich)

"Verfahren zur Untersuchung eines Mediums durch Hindurchsendung von Energie in Form einzelner Impulse und seine Anwendung auf seismische Untersuchungen¹¹

Priorität aus der französischen Patentanmeldung Nr. 71 21467

vom Ik. Juni 1971

Es ist bereits ein Verfahren zur seismischen Untersuchung eines Mediums bekannt (FR-PS 1 583 239), das darin besteht, ein langes Signal auszusenden, das sich in dem betreffenden Medium in Form von Wellen fortpflanzt, die aufgenommen und registriert werden in Form von Signalen nach Reflektion an wenigstens einem Reflektor. Die empfangenen Signale werden dann mit einem Signal verglichen, das gesendet wurde, um die Laufzeiten der reflektierten Wellen zu bestimmen. Das lange Signal wird gebildet aus einer Folge einzelner Energie-Impulse mit nahezu konstanter Amplitude, deren Zahl bestimmt ist, damit in an sich bekannter Weise die Autokorrelatiore-Funktion des gesendeten Signals Korrelationsreste einer Amplitude darstellt, die kleiner ist als ein gegebener Teil der maximalen Amplitude dieser Funktion.

Obwohl dieses Verfahren leicht durchgeführt werden kann mit

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einer guten Ausbeute an mechanischer Energie der verwendeten Energiequellen für die Impulsreihen und auch eine gute Bestimmung der Reflektoren ermöglicht, wenn man den Sender der akustischen Wellen verschiebt, ist es jedoch nicht möglich, gleichzeitig brauchbare Informationen über die verschiedenen seismischen Abschnitte zu erhalten. Daher erfordert die Erkennung einer gegebenen geologischen Schicht die Festlegung einer Untersuchungsvorrichtung über eine ziemlich lange Zeit, was ziemlich hohe Kosten pro Kilometer seismischen Profils zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Untersuchungsverfahren in der Weise zu verbessern, daß es die Möglichkeit bietet, mit dem gleichen Empfänger und während der gleichen Sendezeit mehrere verschiedene seismische Abschnitte zu erhalten, d.h. mehr Informationen über den Untergrund für eine gleiche Festlegung der Untersuchungsvorrichtung. Hieraus resultiert eine größere Wirtschaftlichkeit bei der Feststellung eines seismischen Profils einer gegebenen Region.

Dies gelingt bei einem solchen Untersuchungsverfahren für ein Medium, bei dem ein langes Signal in Form einzelner Energie-Impulse mit nahezu konstanter Amplitude gesendet wird, deren Zahl bestimmt ist, damit die Autokorrelatiom-Funktion des gesendeten Signals Korrelationsreste einer Amplitude darstellt, die kleiner ist als ein gegebener Teil der maximalen Amplitude dieser Funktion, wobei dieses lange Signal sich in Form von Wellen fortpflanzt, die empfangen und registriert werden in Form von Signalen nach Reflektion an wenigstens einem Reflektor, und bei dem die aufgefangenen Signale mit dem gesendeten Signal verglichen werden, um die Laufzeiten der reflektierten Wellen zu bestimmen, erfindungsgemäß dadurch, daß dieses lange Signal von mehreren Sendern ausgeht, die mit einem seitlichen Abstand voneinander und in Bezug auf den Empfänger

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aufgestellt sind, wobei die zeitliche Abstimmung der Impulsabgabe der einzelnen Sender so erfolgt, daß man beim Inbeziehungsetzen der Impulsfolge aller Sender mit der Impulsfolge irgendeines dieser Sender für eine Zeit, die der Hin- und Rücklaufzelt der längsten Welle gleich ist, die sich in dem zu untersuchenden Medium fortpflanzt, eine Punktion erhält, bei der das Verhältnis der maximalen Amplitude zu der der sekundären Reste von der gleichen Größenordnung ist wie das Verhältnis von maximaler Amplitude zu der Amplitude jedes der sekundären Pics der Autokorrelations-Punktion der Sendezeiten irgendeines dieser Sender.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Sender in einer Reihe senkrecht zur Richtung des Empfängers angeordnet, wobei einer der Sender sich in Verlängerung dieses Empfängers befindet.

Der seitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendern wird vorzugsweise so gewählt, daß er der Entfernung zwischen dem Empfänger und dem mit ihm sich in einer Linie befindlichen Sender entspricht.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man mehrere Empfänger, wobei die von jedem Sender ausgehenden Wellen an verschiedenen Reflektoren reflektiert und von jedem dieser Empfänger registriert werden. Man kann so die seismischen Abschnitte in den verschiedenen Richtungen vervielfachen.

Bei dem erfindungsgemäßen Untersuchungsverfahren verwendet man mindestens zwei Sender. Diese können sich auf gleicher Höhe befinden, wie es z.B. bei der Meeresforschung der Fall ist, wo sich die Sender an der Meeresoberfläche befinden. Die Sender \ können auch verschieden hoch sein, wie es bei Untersuchungen

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auf demJLande der Fall ist. Die gewonnenen Informationen werden dann so aufbereitet, daß sie sich auf dieselbe Ebene beziehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig, 1 die Darstellung des Weges seismischer Wellen, die von drei Sendern ausgehen, die sich in drei Richtungen bewegen, wobei die genannten Wellen nach Reflektion von einem einzigen Empfänger empfangen werden, und

FIg₆ 2 die Darstellung dss Weges seismischer Wellen, die von zwei Sendern ausgehen und nach Reflektion von zwei
Empfängern empfangen werden.

Bei der Vorrichtung zur seismischen Untersuchung, wie sie in der Fig* i schsmatisch dargestellt ist, besteht die seismographlsehe Einrichtung oder- die Empfangsanlage aus mehreren
Seismographen oder Empfängern FL₅ Rg ··· R^₅ die sich in einer Linie D befinden. Der erste Sender E. bewegt sich in einer
Richtung D₁₅ die mit der· Linie D zusammenfällt. Diese bewegt sieh mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Sender E., um
die Entfernung zwischen dem Sender E₁ und dem nächsten Empfänger R₁ konstant zu halten. Die Sender Ep und E-, befinden sich in der Ebene P₅ die durch die Gerade D und den Sender E₁ bestimmt wird. Die Sender E₂ und E, bewegen sich in den Richtungen D₂ und D-Jj die vorzugsweise parallel zur Linie D oder ~ur Richtung D₁ sind, wenn letztere mit D zusammenfällt. E₂ und E,
sind beide in der gleichen Entfernung von E₁ angeordnet, wie E.von dem nächsten Empfänger R₁ entfernt ist.

Das Sendeprogramm der Sender E₁, E₂ und E^ wird im voraus gewählt und festgelegt, wobei die zeitliche Abstimmung der
Impulsabgabe der einzelnen Sender so erfolgt, daß man beim

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Inbeziehungsetzen der Impulsfolge aller Send$» zu der Impulsfolge irgendeines dieser Sender für eine Zeit, die^der Hin- \ und Rücklaufzeit T des Signals, das sich in dem zu untersuchenden Medium fortpflanzt, eine Funktion erhält, bei der das Verhältnis der maximalen Amplitude zu der der sekundären Reste ι "von der gleichen Größenordnung ist wie das Verhältnis von maj ximaler Amplitude zu der Amplitude jedes der sekundären Pics der Autokorrelations-Punktion der Sendezeiten irgendeines i" dieser Sender. .

j Man kann z.B. E₁, E₂ und E, nacheinander zyklisch in Tätigkeit setzen, wobei jeder Sender nur einen Impuls pro Zyklus _; abgibt. :

; j

ι ; J Die Durchführung kann so erfolgen, daß man einen Sendecode \ aufstellt, bei dem die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen bei der Impulsfolge aller Sender Vielfaches ! einer gleichen Zeiteinheit sind. Die Folge der Multiplikatoren' ι ! ist eine Reihe von Zufallszahlen; dann entsprechen die Impuls- ! j folgen den Größen (3p + 1) für den Sender E₁, (3p + 2) für den j j Sender E₂ und (3p + 3) für den Sender E₃; ρ ist hierbei eine j ganze Zahl gleich oder größer als Null.

Das so festgelegte Sendeprogramm liefert Korrelationsreste der Interkorrelations-Funktionen der Impulszeiten irgendeines der Sender E., E₂ und E, zu den Impulszeiten aller Sender, die kleiner sind als die Korrelationsreste der Autokorrelations-Funktionen der Impulszeiten aller Sender E₁, E₂ und E,.

Von dem Sender E₁ gehen akustische Wellen aus, die sich in der Erde fortpflanzen. Ein Teil von ihnen wird an einem Teilreflektor reflektiert, der verkörpert wird von dem Segment d., einer Spiegelebene M. Der einfallenden Welle 1_Q entspricht die

si

reflektierte Welle l^! _a, die von dem Empfänger R₁ aufgenommen wird, während der einfallenden Welle l_fo die reflektierte Welle

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l'_b entspricht, die von dem Empfänger R^ aufgenommen wird. Das gleiche gilt für die Sender E₂ und E,, deren Wellen in den Segmenten d₂ und d, der Spl-^gelebene M reflektiert werden. Die Empfänger R₁, R₂ ... R_k registrieren gleichzeitig die akustischen Wellen der Sender E₁, Ep und E-, nach Reflektion an den Segmenten d._} d₂ und d,.

Die Informationen, die jedem der Sender e^, E₂ und E, entsprechen, werden bei ihrer Registrierung vermischt.

Wenn man mit g^Ct), g₂(t) und g,(t) die Punktionen bezeichnet, die dem Sendecode der Sender E₁, E₀ und E, entsprechen, und mit h₁(t), h₂(t) und h,(t) die gesuchten Punktionen bezeichnet, die den erhaltenen seismischen Aufzeichnungen entsprechen, wenn man die Emissionen von der Erdoberfläche aus mittels der Sender E₁, E₂ und E-. bewirkt hat, so ist das, was von dem oder den Empfängern aufgenommen wird, die Summe folgender Produkte:

S₁Ct) χ 1I₁Ct)'+ S₂(^) χ h₂(t) + S₃Ct) χ h₃(t).

Ausgehend von diesen gegebenen Mischungen kann man durch ein besonders ausgewähltes Sendeprogramm für die Sender E₁, E₂ und E,,die den Segmenten d^, d₂ und d-, entsprechenden Informationen voneinander unterscheiden, indem man die von der Gesamt heit der Empfänger aufgenommerfitrnd registrierten Signale in Beziehung setzt zu der zeltliehen Folge der Impulsabgabe der einzelnen Sender E₁, E₂ und E,,

Wenn man das Zeitintervall T des oder der Empfänger mit einer der oben definierten Emissionsfunktionen in Beziehung aetat, kann man das Ergebnis dieser Interkorrelation bezüglich des Senders E₁ wie folgt schreiben»

G₁₁Ct) χ Ji₁Ct) + G₁₂Ct) x H₂Ct) * G₁₃Ct) χ h₃i*;},

In diesem Ausdruck ist G₁₁Ct) die Autokorrelations-Funk-

tion von g^Ct), G₁₂Ct) ^und G₁^Ct) bezeichnen die Interkorrelations-Funktdbnai von g^Ct) mit g₂(t) und von g₁(t) mit g,(t).

Infolge der Programmwahl für die Sender E., E„ und E, ist die Amplitudenhöhe für die sekundären Reste G₁₂Ct) ^und G₁₃(t) von der gleichen Größenordnung wie der Korrelationsrest der Funktion G₁₁Ct), so daß das Endergebnis identisch ist mit dem, was man erhalten hätte, wenn nur der Sender E₁ vorhanden wäre und nach dem Code g-,(t) senden würde, d.h. identisch mit dem Produkt: G₁₁Ct) χ h₁(t).

Man kann also aus dieser Interkorrelation die Funktion h₁(t), die gesucht ist, ableiten, ohne von den sekundären Ausdrücken G₁₂Ct) x h₂(t) + G₁₅Ct) χ h-z(t) gehindert zu sein, deren Größenordnung die gleiche ist wie die des Produkts Ji₁Ct) durch die sekundären Reste von G₁

Um auf die gleiche Weise das Ergebnis zu bestimmen, das identisch wäre mit denen bei alleinigem Betrieb der Sender und E,, rechnet man für den Sender E₂ mit dem Ausdruck:

G₂₂Ct) χ h₂(t) + G₂₃Ct) χ h₃(t) + G₂₁Ct) χ 1I und für den Sender E, mit dem Ausdruck:

G₃₃Ct) χ h₃(t) + G₃₁Ct) χ Ji₁Ct) + G₃₂Ct) χ h_₂(t).

Hierbei bezeichnen G₂₂Ct) und G₃₃Ct) die Autokorrelations-Funktion von g₂(t) und g₃(t), während G₂₃Ct), G₂₁Ct), G₃₁Ct) und G₃₂Ct) die Funktionen der jeweiligen Interkorrelationen bezeichnen.

In Fig. 2 ist. schematisch eine Vorrichtung zur seismischen Untersuchung dargestellt, die aus zwei Sendern E₁ und E₂ und zwei Empfängern D und D' in Form von Reihenempfängern besteht,

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Der Sender E₁ befindet sich in Verlängerung von D, der Sender Ep in Verlängerung von D'.

Ein Teil der von E₁ ausgehenden akustischen Wellen wird von dem Empfänger D nach Reflektion an dem Segment d, der Spiegeleben.e M aufgenommen, während ein anderer Teil von dem Empfänger D^f nach Reflektion an dem Segment d, der Ebene M aufgenommen wird.

Ebenso wird ein Teil der Wellen des Senders Ep von dem Empfänger D^f nach Reflektion am Segment dp aufgenommen, während ein anderer Teil von dem Empfänger D nach Reflektion am Segment dj, aufgenommen wird, der mit d-, zusammenfällt infolge der speziellen Anordnung der beiden Sender.

Die von jedem Empfänger aufgenommenen Signale werden wie oben beschrieben behandelt, um die Informationen der einzelnen Segmente d^, d₂ und d-, voneinander zu trennen.

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Claims (6)

1. Dipl.-Inq. Dipl. oec. pwW. ? ? ? ft 7 R 9

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   PATt t -i! ANWALT 13.6.1972

   Societe Nationale des Petroles d¹Aquitaine, Courbevoie

   (Prankreich)

   Patentansprüche;

   Verfahren zur Untersuchung eines Mediums, bei dem man ein langes Signal aus einer Folge einzelner Energie-Impulse mit nahezu konstanter Amplitude aussendet, deren Zahl bestimmt ist, damit die Autokorrelations-Funktion des gesendeten Signals Korrelationsreste einer Amplitude darstellt, die kleiner ist als ein gegebener Teil der maximalen Amplitude dieser Funktion, wobei dieses lange Signal sich in dem genannten Medium in Form von Wellen fortpflanzt, die empfangen und registriert werden in Form von Signalen von wenigstens einem Empfänger, nachdem sie von mindestens einem Reflektor reflektiert wurden, und bei dem die aufgegangenen Signale mit dem gesendeten langen Signal verglichen werden, um die Laufzeiten der reflektierten Wellen zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß das lange Signal von mehreren Sendern ausgeht, die in einem seitlichen Abstand voneinander und in bezug auf den Empfänger aufgestellt sind, wobei die zeltliche Abstimmung der Impulsabgabe der einzelnen Sender so erfolgt, daß man beim Inbeziehungsetzen der Impulsfolge aller Sender mit der Impulsfolge irgendeines dieser Sender für eine Zeit, die der Hin- und Rücklaufzeit der längsten Welle, die sich in dem zu untersuchenden Medium fortpflanzt, eine Funktion erhält, bei der das Verhältnis der maximalen Amplitude zu der der sekundären Reste von der gleichen Größenordnung ist wie das Verhältnis von maximaler Amplitude zu der Amplitude jedes der sekundären Pics der Autokorrelations-Funktion der Sendezeiten irgendeines, dieser Sender.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender sich in einer Reihe senkrecht zur Richtung der Empfänger befinden, wobei einer der Sender sich in Verlängerung der Empfangseinrichtung befindet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendern gleich ist der Entfernung zwischen Empfänger und dem sich in der gleichen Reihe befindlichen Sender.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Empfangseinrichtungen verwendet, wobei die von jedem Sender ausgehenden und an den verschiedenen Reflektoren reflektierten Wellen von jeder dieser Empfangseinrichtungen registriert werden.
5. 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sender nacheinander in einem ^! Zyklus senden, wobei jeder Sender nur einen Impuls pro Zyklus abgibt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen bei der Impulsfolge aller Sender Vielfaches einer gleichen Zeiteinheit sind, wobei die Folge der Multiplikatoren eine Reihe von Zufallszahlen ist.

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