DE2407918A1

DE2407918A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der raeumlichen lage von empfaengern fuer seismische echos

Info

Publication number: DE2407918A1
Application number: DE19742407918
Authority: DE
Inventors: Jacques Cholet; Robert Le Moal; Daniel Saussier
Original assignee: ERAP
Current assignee: ERAP
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1974-08-22
Also published as: US3953827A; FR2218571B1; DE2407918B2; NL7402345A; DE2407918C3; GB1456548A; NL168951B; FR2218571A1; NL168951C

Description

. ""._- 19.2.1974

;..ti '· i ■..·" CM 7775-IV/He.

•^BafcrepVise^de Recherches et d'Activites Petrolieres ELP Paris, Rue Nelaton 7 (Prankreich)

"Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Lage von Empfängern für seismische

Echos"

Priorität vom 21. Februar 1973 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 73 06123

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung j zur Bestimmung der räumlichen Lage von längs eines Schleppkabels angeordneten Empfängern für seismische Echos.

Häufig werden längs des Schleppkabels und insbesondere an seinem Ende angeordnete Hydrophone zur Ermittlung des Abstandes vom Schußpunkt verwendet. Des weiteren werden zur Ermittlung der Tiefe der verschiedenen Punkte des Schleppkabels Manometer benutzt, die mit dem seismischen Meßplatz verbunden sind.

Außerdem sind verschiedene Vorrichtungen zur Ermittlung der Richtung bekannt, in der sich das Ende des Schleppkabels, oder genauer, der Schwimmer, der an diesem Ende befestigt ist, befindet. Optische Geräte sind nur bei klarem Wetter verwendbar. Eine Radarpeilung unter Verwendung eines auf dem Schwimmer angebrachte!Radarreflektors ist nur bei schwach

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bewegter See möglich. Dagegen ist unter allen Wetterbedingungen eine Radiopeilung unter Verwendung eines auf dem Schwimmer angebrachten Radiosenders anwendbar.

Die getrennte Verwendung dieser Meßgeräte führt nicht zu einer hinreichenden Kenntnis der Lage der Hydrophone im
Raum, die es gestattet, die Ankunftsorte oder Ankunftszeiten der seismischen Wellen mit der vollen, anzustrebenden
Genauigkeit wieder zu ermitteln. Die Schwierigkeiten
der Auswertung erhöhen sich mit der Länge der Schleppkabel, die gegenwärtig 3 000 bis 4 000 m erreicht, sowie mit der
Verwendung von Unterwasserschleppkabeln, deren Tauchtiefe
15 bis 60 m beträgt. Unter diesen Umständen liegen die wesentlichen Schwierigkeiten bei der Reflexionsseismik in der Summierung der Impulse durch einen Spiegelpunkt und in der
Refraktionsseismik in der Gewinnung der Kupplungen-(embrayages)

Im folgenden wird die Bedeutung des Problems im Fall der Reflexionsseismik genauer erläutert.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Diagramm der Auswertung
mittels des Verfahrens der Summierung der einem gemeinsamen Spiegelpunkt entsprechenden Bahnen oder Spuren, und zwar
für den Fall eines Schleppkabels mit 24 Hydrophonen 1 bis 24, das geradlinig hinter einem Schiff herläuft, das sich längs eines Profiles P bewegt, welches der Gegenstand der seismischen Untersuchung ist. Man addiert die beiden Gruppen geradzahliger und ungeradzahliger Bahnen oder Spuren entsprechend aufeinanderfolgenden Schüssen (a, b, c, d ). Die

diesen Schüssen entsprechenden Positionen des Schleppkabels sind mit den gleichen Buchstaben bezeichnet. Der den geradzahliftgen Bahnen oder Spuren gemeinsame Spiegelpunkt ist
mit M bezeichnet, der den ungeradzahligen Spuren gemeinsame Spiegelpunkt mit N.

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In Pig. 2 ist ein gleichförmiger Strom durch den Pfeil Q
dargestellt, wobei das Schiff derart navigiert, daß es dem
Profil P folgt, während das Schleppkabel, das in einer ersten Näherung noch als gerade angenommen wird, einen W^Inkel A
mit dem Profil P einschließt. Der Spiegelpunkt der Bahn oder Spur 4 während des Schusses b wird nicht mehr derselbe sein
wie der Spiegelpunkt (M) der Bahn oder Spur 2 während des
Schusses a: Man beobachtet eine Streuung bzw. ein Wandern
des Spiegelpunktes längs eines Ortes, der, projiziert in die Horizontalebene, durch die Gerade MM* dargestellt wird.

Pig· 3 gestattet die Berechnung der Entfernung zwischen
den Spiegelpunkten A und C entsprechend einer Verschiebung e des Schiffes, wobei die zu summierende Bahn oder Spur A sich beim folgenden Schuß bei D befindet und somit hinter dem
Schiff um 2e auf dem Schleppkabel verschoben ist.

AC = 2e sin* ;

Es sei angenommen, daß die zwölf Bahnen oder Spuren ein
identisches seismisches Nutzsignal enthalten und daß die
dynamischen Korrekturen unter günstigen Umständen durchgeführt wurden.

Wenn der Spiegel in dieser Richtung AC einen Zeitgradienten g (ausgedrückt beispielsweise in Millisekunden pro Kilometer) besitzt, wird das ein und demselben seimischen Horizont entsprechende Ereignis von einer zusammengesetzten Spur zur anderen verschoben sein um

t = g« 2e(sinsC /2) * 10"⁶ ;

Unter diesen Umständen ist die Grenzfrequenz bei -3 Dezibel gleich l/2n^t = 1/24^t, und die Frequenz 1/12Ab ist
vollständig unterdrückt.

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Im praktischten Fall einer Entfernung zwischen den Bahnen oder Spuren von 100 m bei einer Be- oder überdeckung von 12 beträgt die Grenzfrequenz:

Fc

48 g simC/2

Bei einer Winkelabweichung von <C = 30° und einem Zeitgradienten längs MM' von 20 Millisekunden je Kilometer, sowie einer mittleren Geschwindigkeit von 3 000 m je Sekunde und einer Neigung von 30 m je Kilometer beträgt die Grenzfrequenz 40 Hz und die Signalkomponente mit 80 Hz ist gleich Null. Die entspricht auch dem Fall einer Winkelabweichung von 10° mit einer Neigung von 90 m je Kilometer.

Da die seismischen Frequenzen von 10 bis 100 Hz reichen, ist ersichtlich, daß Summierungen von Bahnen oder Spuren, bei denen die Winkelabweichung nicht oder nur unvollständig berücksichtigt ist, Gefahr laufen, das Signal zu vernichten, das bei Einhaltung dieses Verfahrens verbessert werden könnte.

Verfahren Um eine wirkungsvolle Anwendung der /für die Summierung der

seismischen Bahnen oder Spuren in der seismischen Meereserforschung zu ermöglichen, insbesondere der Verfahren nach den französischen Patenten 2 04l 016 und 2 061 831 hat die Erfindung es sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, die entweder unmittelbar oder in numerischer Form die notwendigen und hinreichenden Elemente für die Festlegung der räumlichen Lage einer Anzahl von Punkten des Schleppkabels im Moment jeden Schusses liefern.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Gattung ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lage jedes Empfängers durch Interpolation der Meßwerte bestimmt wird,

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die durch Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel am Ort mindestens einer Vorrichtung erhalten werden, die hierzu zwischen den Empfängern angeordnet wird.

Die räumliche Lage der Vorrichtungen kann beliebig genau errechnet werden, indem man den zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorrichtungen gelegenen Teil des Schleppkabels einem Kreisbogen annähert, dessen Länge durch die Konstruktion des Kabels bekannt ist, und dessen Bogenwinkel gleich der Differenz zwischen dem durch die aufeinanderfolgenden Vorrichtungen gemessenen Winkel zwischen der Tangente an das Kabel und einer festen bekannten Richtung ist.

Die Lage der Empfänger der seismischen Echos wird dann durch Interpolation längs des geschleppten Kabels zwischen den Lagen aufeinanderfolgender Vorrichtungen bestimmt.

Zur Erzielung einer größeren Genauigkeit der Messungen kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, daß zusätzlich die Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen gemessen wird.

Im gleichen Sinne kann vorgesehen sein, daßjzusätzlich die Eintauchtiefe der Vorrichtung gemessen wird.

Die räumliche Lage der zwischen einer Anzahl Empfängern seismischer Echos eingefügten Vorrichtungen kann dann in noch genauerer Weise dadurch erhalten werden, daß man durch eine Optimierungs- oder Näherungsrechnung eine der Kurve bestmöglich entsprechende Punktion unter Berücksichtigung der hydrodynamischen Bedingungen bestimmt, die in den von den Vorrichtungen eingenommenen Punkten eine Tangente besitzt, die mit einer festen und bekannten Richtung den gemessenen Winkel einschließt, wobei die Vorrichtungen von dem

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Erzeuger für die seismischen Wellen in den gemessenen Abständen in der gemessenen Tauchtiefe liegen und längs des Schleppkabels in den durch die Konstruktion des Kabels festgelegten Entfernungen angeordnet sind.

Die Koordinaten der Empfänger der seismischen Echos, deren Verteilung bekannt ist, werden dann auf dem Schleppkabel durch Interpolation auf der so bestimmten Kurve errechnet.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem um seine Horizontalachse stabilisierten, geschlossenen Behälter mit dem Auftrieb Null besteht, der eine Einrichtung zur Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel am Ort der Vorrichtung, eine Einrichtung zur Steuerung der Meßeinrichtung, eine Einrichtung zur Kodierung und Übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält.

Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Einrichtung zur Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel am Ort der Vorrichtung aus einem Potentiometer-Magnetkompaß besteht. Ebenso kann jedoch für diesen Zweck ein Kreiselkompaß oder eine ähnliche Einrichtung Verwendung finden.

Eine für eine besonders große Genauigkeit der Messungen geeignete Vorrichtung besteht darin, daß der geschlossene Behälter außerdem eine Einrichtung zur Messung der Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen, eine Einrichtung zur Kodierung und Übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält.

Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Einrichtung zur Messung der Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen aus einem Hydrophon besteht. Andere Ausführungen sind möglich.

Eine für größtmögliche Meßgenauigkeiten geeignete Vorrichtung besteht darin, daß der geschlossene Behälter außerdem eine Einrichtung zur Messung der Tauchtiefe der Vorrichtung, eine Einrichtung zur Kodierung und übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält.

Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Vorrichtung besteht darin, daß die Einrichtung zur Messung der Tauchtiefe der Vorrichtung aus einem Potentiometer-Manometer besteht. Auch hier sind jedoch auch andere Meßgeräte verwendbar.

Diese verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können vorteilhaft so ausgebildet sein, daß die Einrichtungen zur Steuerung der Meßgeräte und zur Kodierung und übertragung der Meßwerte aus einem Multiplexsystem mit einer Anzahl von Schaltern, Schaltungen zur Erkennung von Befehlen und zur Steuerung des Multiplexsystems, einer Schaltung zur Filterung und Formung des Signales der direkten, durch das Wasser übertragenen Welle, und einem modulierten, frequenzveränderlichen Oszillator mit seinem Impedanzwandler bestehen, wobei der Oszillator und der Impedanzwandler mit jeder der Winkel-, Entfernungs- und Tauchtiefenmeßeinrichtung über das Multiplexsystem aufeinanderfolgend verbindbar ist.

In der Zeichnung, Fig. 4 bis 8, ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung anhand einer

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beispielsweise gewählten Ausführungsform und erläuternden Diagrammen und Blockschaltbildern dargestellt. Es zeigen:

Fig. 4 ein Auswertungsdiagramm,

Fig. 5 einen Schnitt durch die als Tauchbehälter ausgebildete Meßvorrichtung,

Fig. 6 ein elektrisches Blockschaltbild der Meßvorrichtung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Steuerteiles an der Einsatzstelle,

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Rechners an der Einsatzstelle.

Das Auswertungsschema der Fig. 4 zeigt das Schiff längs des Profiles P. Das Schleppkabel, längs dessen eine größere Anzahl von Empfängern für seismische Echos verteilt ist, nimmt unter dem Einfluß des Stromes den Verlauf einer Kurve an. Eine Anzahl von Meßvorrichtungen in der Fig. 6, die mit I₉ II, III, IV, V, VI bezeichnet sind, ist längs des Schleppkabels in gleichmäßigen Abständen von etwa einem Fünftel der Nutzlänge des Schleppkabels angeordnet. Die räumliche Lage dieser Meßvorrichtungen, beispielsweise der Vorrichtung V, ist durch drei Größen definiert, nämlich die Entfernung Xy von der Schußstelle T hinter dem Schiff, den Abweichungswinkel oder Ablenkungswinkel Tγ> den die Tangente an das Schleppkabel in dem betrachteten Punkt mit einer festen Richtung wie etwa der magnetischen Nordrichtung bildet, wobei das Profil mit der magnetischen Nordrichtung den Winkel ß einschließt, und schließlich die Tiefe unter der Wasseroberfläche.

In Fig. 5 ist eine Meßvorrichtung in Form eines Schnittes durch einen Tauchbehälter dargestellt, bestehend aus einem Rahmen 1 aus unmagnetischem Metall, an dem die verschiedenen

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-Q-

Elemente einer zylindrischen zerlegbaren Hülse 2 befestigt sind, die mit Verbindungsstücken 3 und 4 mit Verminderung des Durchmessers an jedem Ende versehen ist, deren Krümmungsradien am hinteren Ende 3 größer als am vorderen Ende 4 sind, um eine turbulente Wasserströmung und das daraus resultiere ride Rauschen zu vermeiden. Die Verbindungsstücke stellen die Verbindung zwischen der Hülse 2 und den Anschlußmuffen 5 und 6 für das Schleppkabel dar.

Im Inneren der Hülse 2 sind an dem Rahmen 1 zunächst ein Hydrophon 7, das die direkte Welle empfängt, was die Errechnung der Entfernung der betrachteten Meßvorrichtung vom Schußpunkt gestattet, sowie des weiteren ein Druckgeber 8, bestehend beispielsweise aus einem Potentiometer-Manometer, das die Tiefe unter dem Wasserspiegel angibt, befestigt. Das Hydrophon und der Druckgeber sind in einem ölgefüllten Hohlraum 9 untergebracht, der durch die Innenwände des Rahmens und durch zwei Membramen 10 und 11 begrenzt ist, welche diesen Hohlraum von zwei Kammern 12 und 13 trennen, die Meerwasser enthalten und mit dem den Behälter umgebenden Meerwasseifüber die Hülse durchquerende Bohrungen 14 und 15 verbunden sind. An dem Rahmen 1 sind außerdem eine Meßvorrichtung 16 für den Winkel des Schleppkabels gegenüber einer festen und bekannten Richtung oder Kursrichtung, beispielsweise ein Magnetkompaß, bestehend aus einer fest mit dem Behälter verbundenen Potentiometer-Bussole, und ein Behältnis 17 befestigt, das die Elektronik der Meßvorriehtung enthält. Schließlich ist noch ein Raum 18 vorgesehen, dessen Passungsvermögen so bestimmt ist, daß die Längsachse des Behälters im Betrieb mit der Horizontalen zusammenfällt.

In Fig. 6 ist das Blockschaltbild des elektrischen Teiles der Meßvorriehtung wiedergegeben. Das Blockschaltbild enthält folgende Teile bzw. Punktionsgruppen:

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- ίο -

a) Ein Multiplexsystem 19 (Multiplexer) mit vier Umschaltern 20, 21, 22, 23;

b) Schaltungen 24, 25, 26, 27 zur Peststellung der Befehle und zur Steuerung des Multiplexers;

c) eine Schaltung 28 zur Filterung und Formung des Signals, das von der direkten, durch das Wasser übertragenen Welle geliefert wird;

d) einen Oszillator 29 veränderlicher, modulierter Frequenz und seinen Impedanzanpasser 30.

In derselben Figur sind die drei Meßgeräte bzw. Geber in Verbindung mit den zuvor erwähnten Schaltungsteilen ein- j gezeichnet. Es handelt sich um:

a) Das Hydrophon 7;

b) den Tiefengeber 8;

c) das Richtungsmeßgerät 16.

Außerdem sind folgende elektrische Verbindungen dargestellt:

a) Die seismischen Kanäle 31;

b) die Befehlsleitung 32 "Messung + V Maximum";

c) die Befehlsleitung 33 "Winkelmessung" bzw."Kursmessung"

d) die Befehlsleitung 3¹* "Tiefenmessung"

e) die Befehlsleitung 35 "Messung der Ankunft der direkten Welle"

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f) die Informationsleitung 36.

ist
In Fig. 7/im Blockschaltbild das Steuergerät an Bord des

I Schiffes, also der Einsatzstelle, dargestellt, das folgende i Schaltungen umfaßt:

ι Die Anzeigevorrichtung 37 für die vorläufigen Daten, be- : stehend aus der Aufzeichnungsnummer (N°)und den sechs maxima-I len Laufzeiten für die Ankunft der direkten Welle an den Vor-

' richtungen, bezeichnet durch die Ordnungszahl dieser Vor- \ richtungen I, II, III, IV, V, VI.

■ Ein Generator 38 für die Frequenz der Befehle speist über

j eine Anordnung 39 mit vier Schaltern 40, 41, 42, 43 die in

; Fig. 6 mit den entsprechenden Bezugszahlen 32, 33, 34, 35

I bezeichneten Leitungen auf einen über die Leitungen 44, 45,

j 46, 47 ankommenden Befehl hin.

Ein Diskriminator 48 umfaßt sechs Frequenzdemodulatoren, von denen jeder einer Meßvorrichtung zugeordnet ist und das entsprechende Bezugszeichen trägt:PI, Pll, Fill, FIV, FV, FVI. Diese Demodulatoren werden über die Informationsleitung 36 gespeist und besitzen entsprechende Ausgänge 49, 50, 51, 52, 533 54. Jedem Frequenzdemodulator sind ein Vorverstärker und ein Leitungstransformator (nicht dargestellt) zugeordnet, die es ermöglichen, die Information der Leitung zu entnehmen und die Gleichspannung zur Versorgung des Oszillators 29 modulierter, veränderlicher Frequenz der Leitung zuzuführen.

Schließlich liefert ein nichtdargestelltes Speisegerät, ausgehend von der Netzspannung,die verschiedenen für das Steuergerät notwendigen Spannungen.

In Fig. 8 ist der Rechner 55 an Bord des Schiffes an der Einsatzstelle dargestellt, der zusammen mit einem die Schalter

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61, 62, 63, 64, 65, 66 enthaltenden Koppler 56, einem Steuergerät 57 für die Meßbefehle, einem Steuergerät 58 für die Kanalbefehle und einem Taktgeber 59 einen durch Diodenfestwertspeicher programmierten Kleinrechner bildet und die notwendigen Koppler oder Umsetzer für den Dialog mit den speziellen Peripheriegeräten der Vorrichtung gemäß den vorhergehenden Figuren besitzt.

Ein Bedienfeld ist mit den Schauzeichen und Steuereinrichtungen ausgestattet, die eine Wahl zwischen einem automatischen oder einem schrittweise ausgelösten Betrieb ermöglichen, wobei im letzteren Fall Informationen und Befehle von Hand eingegeben und die Ergebnisse angezeigt werden können.

Der Taktgeber 59 steht über die Leitung 60 mit der Anzeigeeinrichtung 37 der Fig. 7 in Verbindung. Außerdem ist der Taktgeber mit dem Steuergerät 57 für die Meßbefehle, dem Steuergerät 58 für die Kanalbefehle, dem Rechner 55 und mit der nicht dargestellten Vorrichtung zur automatischen oder von Hand vorgenommenen Auslösung der Schüsse verbunden.

Das Steuergerät 57 für die Meßbefehle hat die Aufgabe, über die Leitungen 44, 45, 46, 47 die Schalter 40, 41, 42, 43 der Einrichtung 39 zu steuern.

Das Steuergerät 58 für die Kanäle hat die Aufgabe, die sechs Schalter 6l, 62, 63, 64, 65, 66, die in dem Koppler 66 zusammengefaßt sind, zu steuern. Dieser Koppler stellt einzeln und nacheinander die Verbindung von jedem der Frequenzdemodulatoren FI, FII, Fill, FIV, FV, FVI der Demodulatoreinheit 48 der Fig. 7 zu dem Rechner 55 her.

Der Rechner 55 ist mit der Anzeigeeinrichtung 37 über eine Leitung 67» sowie mit dem Koppler 66 und dem Taktgeber

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verbunden. Er ist mit den notwendigen Schaltungen zur Ausführung der folgenden Vorgänge ausgestattet: Für jeden Kanal ;

■ und mit Entscheidung des Überganges auf den folgenden Kanal j

ι

wird vorgenommen: |

! a) Verarbeitung der Ankunftszeit der direkten, durch das Was- i ser übertragenen seismischen Welle; !

ί b) Verarbeitung der Winkel- oder Richtungsmessung und der

I

Tiefenmessung;

c) Steuerung der Anzeige, des Druckes und der Einspeicherung ; auf das zentrale Magnetband, gegebenenfalls in digitaler
Form.

Die Rechnereinheit 55 und die verschiedenen Schaltungen
bzw. Einheiten der Fig. 8 erhalten ihre Versorgungsspannung
in der benötigten Höhe aus einem nicht dargestellten Speisegerät .

Die vorstehend beschriebenen Geräte und Einrichtungen ermöglichen in ihrer Gesamtheit die Anwendung des Meßverfahrens, < das in seinen einzelnen Abläufen nachfolgend erläutert wird.

Der Befehl zum Beginn einer Meßfolge wird von der Schuß- j steuerung selbst abgegeben, wobei diese Steuerung für Ver-

suche zur überprüfung der Anlage von Hand, während der seismischen Untersuchung automatisch erfolgt. Dieser Befehl gelangt
zu dem Taktgeber 59 (Fig. 8) des Rechners.

Während einer vorläufigen Tätigkeit steuert der Taktgeber
59 die Ermittlung der Aufzeichnungsnummer (oder Speicherungsnummer) und der maximalen Laufzeiten für die Ankunft der
direkten Welle bei den Meßvorrichtungen, weiche Zeiten an

- ä „

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der Anzeigevorrichtung 37 (Pig· 7) des Steuergerätes angezeigt werden. Diese vorläufigen Daten werden in der Zentraleinheit des Rechners 55 (Pig· 8) gespeichert.

Der erste Teil der Sequenz besteht aus der Messung der Verzögerung der Ankunft der direkten Welle.

Der Taktgeber 59 löst das Steuergerät 57 für die Meßbefehle (Fig. 8)aus; dieses schickt über die Leitung 47 (Fig.8) den Befehl für die Messung der Laufzeit der direkten Welle; dieser Befehl bewirkt das Schließen des Schalters 43 des Multiplexers 39 (Pig· 7). Der Generator 38 für die Befehlsfrequenz (Pig. 7) ist mit der Befehlsleitung 35 (Fig. 7 und 6) verbunden und die Befehlsfrequenz Fo wird auf die Leitung 35 gegeben.

In der Meßvorrichtung η (Fig. S) wird die Befehlsfrequenz Fo durch den Detektor 24 (Fig. 6) empfangen. Der Detektor 24 steuert den Umschalter bzw. das Relais 20 des Multiplexers 19, das aus der Ruhelage in die Arbeitslage kippt.

Damit ist das Hydrophon 7 mit dem Eingang des frequenzmodulierten Oszillators 29 über eine elektronische Schaltung 28 verbunden, die eine Filterung durchführt, welche die Unterdrückung der seismischen Wellen beispielsweise bis zu 160 Hz umfaßt, sowie die Formung des Signals mit einem Schwellwert, um das Signal vom Rauschen zu befreien.

Die Mittelfrequenz Pn des frequenzveränderlichen Oszillators 29 wird durch das von dem Hydrophon 7 stammende Signal Vn +;AV moduliert in eine Frequenz Fn +_ ^2F und auf die Informationsleitung 36 gegeben. Diese Leitung 36 führt zu der Anordnung 48 (Fig. 7) aug sechs Prequenzdemodulatoren. Der auf die Frequenz Fn abgestimmte Demodulator erzeugt an seinen

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j Ausgangsanschlüssen wieder das Signal Vn _+ AV₃ das ein Spiei gelbild des Signals V +. AV ist.

Der Taktgeber 59 löst nun das Steuergerät 58 aus, das sieh ; über die Leitungen 49, 50, 51, 52, 53, 54 mit jedem der sechs I Frequenzdemodulatoren PI, Pll, Pill, PIV₅ PV₃ PVI in Verbin-I dung setzt, um diese abzufragen, indem es nacheinander das

Schließen der Schalter 61, 62, 63, 64, 65, 66 (Fig. 8) steui" ert.

. Die Ankunftssignale der direkten Welle werden der Zentraleinheit des Rechners 55 zugeführt, die sie analysiert, die Zeitmessung durchführt, die Anzeige oder Speicherung steuert und den übergang vom Kanal η zu dem Kanal η + 1 auslöst,

a) entweder im Augenblick der Ankunft dieser direkten Welle, wenn diese vor vollständigem Ablauf der maximalen Laufzeit eintrifft, die ihr vorgegeben und bei 37 angezeigt wurde,

^; b) oder im Augenblick der Erreichung der angezeigten maximalen j Laufzeit, wobei in diesem Fall das Fehlen einer Messung j entweder durch entsprechende Anzeige oder durch Speiche-I rung festgestellt wird.

Der zweite Teil der Sequenz besteht aus der Messung des Winkels, den das Schleppkabel mit einer unveränderlichen, bekannten Richtung einschließt, und aus der Messung der Tauchtiefe.

Das Steuergerät 58 für die Kanalbefehle steuert das Schließen des Schalters 6l, um die folgenden Messungen in der Vorrichtung I durchzuführen:

j einderfolge von vier Vorgängen:

Das Steuergerät 57 für die Meßbefehle steuert dann eine Auf-

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1. öffnen von 43, 42, 41, 40 des Multiplexers 39, wobei dies hinsichtlich 42, 41 und 40 nur eine Art Überprüfung darstellt, da lediglich 43 der Messung der Verzögerung der Ankunft der direkten Welle folgend, geschlossen geblieben war. Die Relais 20, -21, 22 und 23 bleiben in der Ruhelage. Bei 24, 25, 26 und 27 trifft dementsprechend keine Befehlsfrequenz Po ein.

Die Bezugsspannung Vmin gelangt über 23, 22, 21, 20, 29, 36 und die Leitungen 49, 50, 51, 52, 53 und 54 zu der Zentraleinheit des Rechners 55·

2. Schließen von 40, was den Übergang von 23 in die Arbeitslage auslöst, mit Verbindung über 27 und 32 zu dem Befehlsfrequenzgenerator 38.

Die Bezugsspannung Vmax wird der Zentraleinheit des Rechners 55 zugeführt und dort gespeichert.

3. öffnen von 40, gefolgt vom Schließen von 41. Die Richtungsoder Winkelinformation V_K _s die in Form einer analogen Spannung am Ausgang der Meßeinrichtung l6 abgenommen wird, wird in der Zentraleinheit des Rechners 55 gespeichert. Diese Information V„ ist beispielsweise die am Schleifer eines Potentiometergebers abgenommene Spannung, wobei der Schleifer mit der Magnetnadel der Bussole fest verbunden ist.

4. öffnen von 41, gefolgt vom Schließen von 42. Die Spannung Vrp. „ wird beispielsweise durch den Schleifer eines Potentiometer-Druckgebers abgegriffen; diese Tiefenspannung V„. „ wird in der Zentraleinheit des Rechners 55 gespeichert.

Nach Ausführung dieser vier Befehle steuert der Taktgeber

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-u-

die Durchführung der folgenden Rechnungen in der Zentraleinheit des Rechners 55:

360° . V_KurB

a) Winkelwert in Grad = ;

75m · V

b) Tiefenwert in Merer =

; Anschließend gibt der Taktgeber an die Zentraleinheit 55 den Befehl, entweder zur Anzeige des Ergebnisses oder ! zu dessen Speicherung auf Magnetband.

Hierbei ist festzuhalten, daß 360° und 75 Meter jeweils den ί Maximalwerten der Meßvorrichtung für den Winkel und den Tiefengeber entsprechen.

Der Meßzyklus wiederholt sich in gleicher Art und Weise

für die Meßvorrichtungen II bis VI durch entsprechendes Schließen der Schalter 62 bis 66.

Nach Beendigung der Meßfolge für die räumliche Lage der Vorrichtungen schaltet der Taktgeber 59 sich in Bereitschaft zur Erwartung des Befehles des folgenden Schusses.

Die Lage der Meßvorrichtungen im Moment jeden Schusses wird mittels einer geometrischen Konstruktion in vereinfachter Art und Weise bestimmt.

Ausgehend vom Schußpunkt hinter dem Schiff wird eine Gerade gezeichnet, die mit dem Schiffsweg einen Winkel gleich dem arithmetischen'Mittel aus dem Kurs des Schiffes und dem Winkel des Schleppkabels an der Vorrichtung I, wie er von dieser Vorrichtung gemessen wurde, ist. Auf dieser Geraden wird die Lage der Vorrichtung I derart festgelegt, daß ihre Entfernung vom Schußpunkt gleich der Länge der Sehie ist, die einen Kreisbogen bekannter Länge und eines Zentrumswinkels gleich

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der Differenz zwischen dem Kurs des Schiffes und dem Winkel des Schleppkabels an der Vorrichtung I ist., schneidet.

Die Lage der Vorrichtung II wird₃ausgehend von der Lage der Vorrichtung I,durch eine ähnliche Konstruktion bestimmt.

Die Messung der Entfernung jeder Vorrichtung von dem Erzeuger der seismischen Wellen stellt eine Kontrolle der Richtigkeit der vorhergehenden Konstruktion dar, die somit für die Untersuchung geradliniger Profile sich ausgezeichnet entwickeln läßt.

Die Messung der Tauchtiefe, die erfahrungsgemäß bis zu 60 m erreichen kann, ermöglicht die Berechnung einer anzubringen den Korrektur durch Verminderung der Länge des Schleppkabels zwischen aufeinanderfolgenden Vorrichtungen. Im Verlauf der Untersuchung eines geradlinigen Profils wurde überprüft, daß die Änderungen der Eintauchtiefe ohne Anomalien kontinuierlich sind und daß die Korrektur der entsprechenden Länge im allgemeinen kleiner als 1 m ist.

Sobald die Meßvorrichtungen mit Hilfe der soeben beschriebenen geometrischen Konstruktion oder mittels nach demselben Verfahren errechneter Koordinaten hinsichtlich ihrer Lage in einer Ebene festgelegt sind, wird die Lage der Empfänger der seismischen Echos durch Interpolation zwischen den Lagen der Meßvorrichtungen festgelegt.

Diese vereinfachte Konstruktion ist jedoch lediglich als Beispiel zu verstehen; wie bereits erwähnt, ist es möglich, durch Einbeziehung aller drei Meßparameter mittels eines analytischen Verfahrens und einer Näherungs- oder Optimierungsrechnung die Lagen der Meßvorrichtungen mit großer Genauigkeit zu bestimmen.

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Claims

ι JCK-M'-UVi* ■ 43 19.2.1974

_Re— r ?„--.ETbCH 7775-IV/He.

M ü tt C Γ. E '· ²J
-GOTTHARüGTR.81

Entreprise de Recherches et d'Activites Petrolieres ELF Paris, Rue Nelaton 7 (Prankreich)

Patentansprüche;

1.)Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage von längs ^-' eines Schleppkabels angeordneten Empfängern für seismische Echos, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage jedes Empfängers durch Interpolation der Meßwerte bestimmt wird, die durch Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel j am Ort mindestens einer Vorrichtung erhalten werden, die j hierzu zwischen den Empfängern angeordnet wird.

{ -2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ι

zusätzlich die Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Eintauchtiefe der Vorrichtung gemessen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem um seine Horizontalachse stabilisierten, geschlossenen Behälter mit dem Auftrieb Null besteht, der eine Einrichtung zur Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel am Ort der Vorrichtung, eine Einrichtung zur Steuerung der Meßeinrichtung, eine Einrichtung zur Kodierung und übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält. - 2 -

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter außerdem eine Einrichtung zur Messung der Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen, eine Einrichtung zur Kodierung und Übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter außerdem eine Einrichtung zur Messung der Tauchtiefe der Vorrichtung, eine Einrichtung zur Kodierung und Übertragung der Meßwerte mittels elektrischer Impulse und Leiterverbindungen zwischen der Meßvorrichtung und der Einsatzstelle enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Winkels zwischen einer festen, bekannten Richtung und der Tangente an das Kabel am Ort der Vorrichtung aus einem Potentiometer-Magnetkompaß besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Erzeuger seismischer Wellen aus einem Hydrophon besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Tauchtiefe der Vorrichtung aus einem Potentiometer-Manometer besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Steuerung der Meßgeräte und zur Kodierung und Übertragung der Meßwerte aus einem Multiplexsystem mit einer Anzahl von Schaltern, Schal-

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tungen zur Erkennung von Befeh-len und zur Steuerung des Multiplexsystems, einer Schaltung zur Filterung und Formung des Signales der direkten, durch das Wasser übertragenen Welle, und einem modulierten, frequenzveränderlichen Oszillator mit seinem Impedanzwandler bestehen, wobei der Oszillator und der Impedanzwandler mit jeder der Winkel-, Entfernungs- und Tauchtiefenmeßeinrichtung über das Multiplexsystem aufeinanderfolgend verbindbar ist.

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