DE2601926A1

DE2601926A1 - Verfahren und vorrichtung zum auffinden von unterirdischen vorkommen

Info

Publication number: DE2601926A1
Application number: DE19762601926
Authority: DE
Inventors: H Ward Alter; Fred F Holub
Original assignee: Terradex Corp
Current assignee: Terradex Corp
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-20
Publication date: 1976-08-05
Also published as: GB1498737A; DE2601926B2; FR2299651B1; DE2601926C3; US4065972A; CA1049809A; FR2299651A1; IT1053540B

Description

P A"¹" ΙΞ ί- J TA N \VÄ LT LI

SCHIFF v.FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MÜNCHEN FO, MARiAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95 01 6O

TSRRADEX CORPORATION

20. Januar 1976 DA - 5333

Priorität: 29. Januar 1975, USA, Nr. 5^5 073

Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden von unterirdischen

Vorkommen

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der geophysikalischen Schürfung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auffinden von unterirdischen Mineralien wie etwa Öl, Gas, Kohle, Wasser uncl sonstigen Bodenschätzen. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck "unterirdische Mineralien" zur Bezeichnung sowohl anorganischer Substanzen v/ie etwa Wasser, Quecksilber und Uran als auch organischer Substanzen v/ie etwa Petroleum, Gas und Kohle verwendet.

Es ist bekannt, daß in Verbindung mit unterirdischen Vorkommen von Mineralien v/ie etwa Öl, Gas und sonstigen Materalien, beispielsv/eise Wasser und Quecksilber, auftretende gasförmige

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Substanzen zur Erdoberfläche steigen. In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, von derartigen an die Erdoberfläche gelangenden Gasen Proben zu entnehmen, die aufgefangenen Proben zu analysieren und qualitative und quantitative Daten zu gewinnen, um lohnende Vorkommen zu lokalisieren. Die nachstehenden US-Patentschriften offenbaren mehrere Vorrichtungen und Verfahren, wie sie bisher zu diesem Zweck erdacht worden sind:

1 843 878 2 823 984

2 112 845 3 084 553 2 284 147 3 239 311 2.345 219 3 490 288

2 736 638 3 594 583

Trotz der zahlreichen Versuche, aussagekräftige Daten zu erfassen und zu gewinnen, um eine signifikante Korrelation zwischen den Gasproben und wirtschaftlich ausbeutungsfähigen unterirdischen Materialien zu erzielen, ist es bisher nicht gelungen, ein Schema zur Benutzung dieser Gasprobentechnik in wirtschaftlichem Maßstab zu entwickeln. So zeigen beispielsweise die Ergebnisse eines kürzlich unternommenen Versuches, signifikante Daten auf diesem Gebiet zu sammeln (über diesen Versuch wird in "Geological Survey of Canada, Paper 73-1, Teil B, mit dem Titel "A Preliminary Evaluation of the Applicability of the Helium Survey Technique to Prospecting for Petroleum" berichtet), daß die gegenwärtigen Verfahren bestenfalls nur am Rande verwendbare Informationen liefern.

Nun ist bekannt, daß die Konzentration von Gasen, die tief aus dem Boden stammen, im obersten Erdreich an jedem Ort zeitlich stark schwankt. Verfahren mit momentaner Probenentnahme oder einer Probenentnahme über verhältnismäßig kurze Intervalle vermitteln daher keine genauen Informationen hinsichtlich der Konzentration derartiger Gase. Infolgedessen

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haben ,sich die Bemühungen der Erforschung bei der Lokalisierung von lohnenden unterirdischen Vorkommen von Öl, Gas und sonstigen Mineralien auf andere Verfahren, etwa seismische Messungen mittels akustischer Wellen, elektrische und nukleare Quellen-Aufzeichnungen, Versuchsbohrungen und dergleichen konzentriert. Derartige Bemühungen haben zwar in der Vergangenheit brauchbare Ergebnisse geliefert; das immer seltenere Auftreten reicher Vorkommen und die steigenden Kosten für die Durchführung derartiger Erforschungen haben jedoch diese Verfahren verhältnismäßig unzweckmäßig werden lassen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Gasproben, wie sie im Zusammenhang mit unterirdischen Vorkommen der verschiedensten Mineralien wie etwa Petroleum, Gas,- Kohle, Wasser, Quecksilber und dergleichen auftreten; die Erfindung liefert dabei sehr genaue Informationen über das Vorhandensein derartiger unterirdischer Vorkommen und läßt sich auf außerordentlich wenig aufwendige Weise in die Praxis umsetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft so ab, daß kleine Gasprobenbehälter umgekehrt in flache Löcher an der Erdoberfläche nach einem vorgegebenen Schema eingesetzt und Gase über eine vorgegebene Zeitspanne darin aufgefangen v/erden, um eine über die Zeit integrierte Darstellung der Menge eines oder mehrerer interessierender Gase zu gewinnen, die während dieser Zeitspanne an die Oberfläche steigen. In einem ersten Behältertyp, der im folgenden als Gesamt-Gasprobenbehälter bezeichnet wird, werden dabei sämtliche in den Behälter eintretenden Gase mit vorgewählter Strömungsgeschwindigkeit einer abgedichteten Kammer zugeführt. Die in den einzelnen Behältern während der vorgegebenen Sammelzeitspanne aufgefangenen Gase werden sodann an Ort und Stelle oder woanders in einem Laboratorium mit Hilfe herkömmlicher massenspektrographischer oder gaschromatischer Verfahren analysiert, um die relative Konzentration

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spezieller interessierender Gase in dem gesamten aufgefangenen Gasvolumen zu bestimmen. Diese Information wird dann interpretiert, um möglicherweise wertvolle Vorkommen von Petroleum, Gas oder sonstigen interessierenden Substanzen zu identifizieren. In einem zweiten Behältertyp, der im folgenden als spezieller Gasprobenbehälter bezeichnet wird, v/erden Streifen eines Nachweismaterials, das für bestimmte, in Verbindung mit interessierenden unterirdischen Mineralien auftretende gasförmige Substanzen empfindlich ist, in dem umgekehrten Behälter montiert und den aufsteigenden Gasen während der vorgegebenen Zeitspanne ausgesetzt, um einen über die Zeit integrierten Parameter zu gewinnen, der für die Konzentration der interessierenden Substanz repräsentativ ist. Nach Ablauf der bestimmten Zeitspanne werden die Behälter aus den Löchern herausgenommen, und das Nachweismaterial oder die Behälter mit dem noch darin angebrachten Nachweismaterial v/erden zur qualitativen und quantitativen Analyse in das Laboratorium gebracht.

Bei der Vermessung mit den beiden Behältertypen'werden die einzelnen Behälter mit einer Kennung versehen, die mit den geographischen Koordinaten des Loches und der Einsetzzeit in Beziehung steht, um im wesentlichen gleichmäßige Gassammeiperioden sowie eine Korrelation der analytischen Laborergebnisse mit den Orten der einzelnen Behälter zu gewährleisten«

Für den Gesamt-Gasprobenbehälter werden mehrere Ausführungsformen beschrieben, wobei jede einen getrennten Probentank umfaßt, der mit dem Innenraum des umgekehrt eingesetzten becherförmigen Behälters über ein Meßgerät in Strömungsverbindung steht; das Meßgerät kann dabei ein festes oder einstellbares Meßventil, eine Kapillarrohre, die zur Bildung einer zentrischen verengten Strömungsöffnung mit Sicken versehen ist, oder sonstige Vorrichtungen umfassen, die eine Zuführung des Gases in den Probentank mit der gewünschten

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vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit gestatten. Ferner umfaßt jeder Gesamt-Gasprobenbeh.älter eine Einrichtung zum Einsaugen des Gases in den Tank, etwa eine Injektionsspritze, die von einem batteriegespeisten Zeitgebermechanismus betätigt wird, einen Unterdruckbehälter, einen Hilfstank mit Flüssigkeitsverdrängung oder dergleichen. In ähnlicher Weise werden für den speziellen Gasprobenbehälter mehrere Ausführungsformen beschrieben, wobei jeweils ein oder mehrere Nachweismaterial-Streifen an der Innenwand des Behälters befestigt sind.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1A, 1B und 1C Luftbilder der Erdoberfläche zur Veranschaulichung der Klimata, nach denen die Gassammelbehälter verteilt werden;

Fig. 2 bis 7 teilweise gebrochene Seitenansichten

mehrerer Ausführungsformen für den an Ort und Stelle befindlichen Gesamt-Gas~ probenbehälter;

Fig. 8 eine Einzelheit der Ausführungsform nach

Fig. 7 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine alterna

tive Ausführungsform eines an Ort und Stelle befindlichen Gesamt-Gasprobenbehälters;

Fig. 10 eine teilweise gebrochene Seitenansicht

für eine weitere Ausführungsform eines an Ort und Stelle befindlichen Gesamt-Gasprobenbehälters;

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Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 nach

Fig. 10;

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 nach

Fig. 11;

Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie 13-13 nach

Fig. 11;

Fig. 14 einen Schnitt längs, der Linie 14-14 nach

Fig.11; und

Fig. 15 . eine teilweise geschnittene Seitenansicht

für ein Ausführungsbeispiel eines speziellen Gasprobenbehälters.

Gemäß Figur 1 ist eine Vielzahl von Behältern 10 in einer bestimmten Tiefe unter der Erdoberfläche, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 1,5m eingesetzt, wobei die einzelnen Behälter in vorgegebenen Abständen L ,W voneinander entfernt sind und ein bestimmtes Muster bilden. Je nach dem zu bestimmenden Gelände, der Art der gewünschten mathematischen Korrelation und anderen bekannten Faktoren kann das Muster gemäß Figur 1A ein rechtwinkeliges Gittermuster sein, gemäß Figur 1B eine Vielzahl konzentrischer Kreise umfassen oder gemäß Figur 1C sich aus einer Vielzahl unregelmäßig geformter Konturen, wie etwa den Höhenlinien auf einer topographischen Karte, zusammensetzen.

Gemäß Figur 2 umfaßt der Gesamt-Gasprobenbehälter nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen kleinen kegelstumpf for migen Eimer 12, der etwa aus Kunststoff besteht. Der Eimer 12 ist umgekehrt in einem Bohrloch I7 montiert und mit einem hohlen Rohr 13 versehen, das durch eine Öffnung im Boden 14 des Eimers 12 in diesen eingeführt ist. Um zu verhindern, daß Wasser in den Eimer 12 gelangt, ist zwischen der Außenwand

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des Rohres 13 und dem Eimerboden 14 eine Dichtung 15 aus Neopren, Kautschuk oder einem sonstigen äquivalenten Material vorgesehen. Das Rohr 13 verläuft von dem Eimer 12 nach oben durch die Öffnung einer in eine.. Bohrloch-Deckplatte 20 eingesetzten Buchse 18 und wird von einem ersten Ende eines geeigneten Meßventils 22 aufgenommen. Wie gezeigt, ist das Meßventil 22 mit einem manuell betätigbaren Einstellknopf 23 versehen, der einer Einstellung der an dom Ventil vorhandenen Meßöffnung und damit der Geschwindigkeit des hindurchströmenden Gases gestattet. Bei Bedarf kann jedoch das Meßventil 22 auch auf die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit voreingestellt sein und der Knopf 23 fehlen. Das Auslaßende des Meßventils -22 ist mit einem Unterdruck-Sammeltank 25 über eine geeignete Leitung 2.6, die vorzugsweise einstückig mit dem Sammeltank ausgebildet sein kann, verbunden.

Beim Betrieb wird zunächst das Bohrloch 17 an der Erd.ober~ flache vorgesehen, sodann wird der Eimer 12 mit dem daran befestigten Rohr 13 in der gezeigten umgedrehten Lage eingesetzt, die Deckplatte 20 installiert und das Ventil 22 mit dem daran befestigten Sammeltank 25 am oberen Ende des Rohres 13 befestigt. Sodann wird das Ventil 22 derart eingestellt, daß es die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit längs der Strömungsverbindung aus dem von dem Eimer 12 umschlossenen Volumen längs des Rohres 13 in den Sammeltank 25 vermittelt. Bei Bedarf kann das Bohrloch 17 mit loser Erde, Steinen oder dergleichen angefüllt werden, um den Eimer 12 zuzupacken. Die einzelnen Eimer 12 werden in ihren jeweiligen Bohrlöchern 17 über eine vorgegebene Sammelzeitspanne belassen. Danach wird das Ventil 22 geschlossen und mit dem daran befestigten Sammeltank 25 vom oberen Ende des Rohres 13 abgenommen. Das während der Sammelzeitspanne aufgefangene Gas kann dann entweder durch eine geeignete herkömmliche Absaugpumpe an Ort und Stelle entnommen werden; alternativ kann die den Sammeltank 25 und das Ventil 22 umfassende Anordnung in ein

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v/oanders gelegenes Labor gebracht v/erden, v/o das Gas unter Verwendung bekannter massenspektrographischer oder gaschromatographischer Verfahren analysiert v/erden kann.

In den Figuren 3 bis 8 sind alternative Ausführungsformen des Gesamt-Gasprobenbehälters veranschaulicht. Gemäß Figur ist die Länge des Rohres 13 verkürzt werden, um das Ventil 22 und den Sammeltank 25 innerhalb des Bohrloches 17 unterzubringen, wobei diese letzteren beiden Elemente außerhalb des Eimers 12 montiert sind. Gemäß Figur 4 sind das Ventil 22 und der Sammeltank 25 innerhalb des Eimers 12 mit Hilfe einer herkömmlichen Aufhängung, die generell mit 27 bezeichnet ist, aufgehängt. Gemäß Figur 5 ist innerhalb des von dem Eimer 12 umschlossenen Volumens mit Hilfe einer mechanischen Aufhängung 31 ein torusförmiger Tank 30 mit daran befestigtem Ventil 22 montiert. In Figur 6 sind der Tank und das Ventil 22 innerhalb "des Bohrloches 17 und außerhalb des Eimers 12 angeordnet, wobei das Einlaßrohr 13 in das von dem Eimer 12 umschlossene Volumen reicht und ir/einem oberen Teil dieses Volumens endet.

Bei dem AuGführungsbeispiel nach Figur 7 ist der Tank 25 an seinem Strömungseinlaß mit einer Scheidewand 33 versehen, die von einer Manschette 34 mit einem nach innen ragenden Umfangsflansch 35 gehalten ist. Im Boden 14 des Eimers 12 ist eine Leitung 37 montiert, die ein zugespitztes oberes Ende 38 und, wie am besten aus Figur 8 ersichtlich, einen eingedrückten Abschnitt 39 aufweist, um die Strömung von Gasen durch das hohle Innere 40 der Leitung 37 zu begrenzen. Im Betrieb wird zunächst der Tank 25 evakuiert, indem eine der Leitung 37 ähnliche Sonde durch die Scheidewand 33 eingeführt und der Innenraum mit Hilfe einer herkömmlichen Unter-.druckpumpe entleert wird, woraufhin die Sonde herausgezogen wird. Dies kann vor dem Einsetzen des Eimers oder an Ort und

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Stelle geschehen. Bei Versuchsbeginn wird der Tank 25 auf den Boden .des Eimers 12 aufgebaut, wobei die Spitze 38 der Leitung 37 durch die Scheidewand 33 geführt wird. Dies kann nach Belieben vor oder nach dem Einsetzen des Eimers geschehen. Ist die Saminelzeitspanne verstrichen, so kann der Tank 25 durch Trennen von dem Eimer 12 einfach herausgenommen werden. Das im Inneren des Tankes 25 aufgefangene Gas kann dann in der oben beschriebenen Art und Weise zur Analj^se entnommen werden.

Bei dem in Figur 9 veranschsulichten v/eiteren Ausführungsbeispiel eines Gesamt—Gasprobenbehäaters ist ein einseitig offener umgekehrter Behälter 50 mit einer inneren Wandstruktur versehen, die zv/ei geschlossene Kammern 51 und 52 bildet. Vorzugsweise ist die Kammer 52 anfangs evakuiert, und die Kammern 51 und stehen strömungsmäßig über eine in einer Zwischentrennv/and 5^ vorgesehene Meßöffnung 53 in Verbindung. In einem Wandteil 56 ist eine Einlaßöffnung 55 vorgesehen, durch die das im Innern des Behälters 50 aufgefangene Gas in die Kammer 51 strömen kann. An der Einlaßöffnung 55 ist eine Membran 57 angebracht, die vorzugsweise aus Dimethylsiloxanpolymer oder porösem Tetrafluorethylen besteht und dazu dient, den Eintritt von Schmutz, Staub, Sand oder sonstigen Verunreinigungen durch die Einlaßöffnung ^5 zu verhindern. Vorgesehen ist ferner eine Hilfskammer 59, die mit der Kammer 52 über eine Aus],aßöffnung 60 sowie ein geeignetes Einwegventil 61 in Strömungsverbindung steht, so daß zu dem weiter unten noch erläuterten Zweck Strömungsmittel aus der Kammer 52 in die Hilfskamner 59 strömen kann.

Beim Betrieb wird zunächst die Kammer 51 mit einem schweren Strömungsmittel 63, etwa Quecksilber, Wasser, Perfluor-Kohlenstoff öl, Silikonöl oder einem sonstigen geeigneten Strömungsmittel, das mit den zu sammelnden und anschließend zu analysierenden Gasen nicht reagiert, gefüllt^ und die Kammer 52 wird nach herkömmlicher Art evakuiert. Ist der Behälter 50

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in das Bohrloch 17 eingesetzt, so kann das Strömungsmittel durch die Meßöffnung 53 mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Kammer 52 strömen. Indem der Spiegel des Strömungsmittels 63 in der I-vammer 51 absinkt, saugt das dadurch entstehende Teilvakuum das in dem Behälter 50 aufgefangene Gas durch die Membran 57 und die Einlaßöffnung 55 in die Kammer 51♦ Der Eintritt von aufgefangenem Gas dauert an, bis der Vorrat an Strömungsmittel 63 aus der Kammer 51 entnommen ist. Zu beachten ist, daß die Volumenabmessungen der Kammern 51 und 5.2 sowie die durch die Meßöffnung 53 bestimmte Strömungsgeschwindigkeit derart vorgewählt werden sollten, daß die vorgegebene Gassarnmel-Zeitsparme beendet ist, bevor der Vorrat an Strömungsmittel 63 in der Kammer 51 erschöpft ist.

Bei einigen Anwendungsfallen mag es zweckmäßig sein, die Ausführungsform nach Figur 9 zu betreiben^ ohne die Kammer zuerst vollständig zu evakuieren. In diesem Fall wird das ursprünglich in öer Kammer 52 gegebenenfalls enthaltene Strömungsmittel durch das Bindringen des Strömungsniittels 63 verdrängt und durch die Auslaßöffnung 60 und das Einwegventil 61 in die Hilfskammer 59 geleitet. Nach Ablauf der Gassammei-Zeitspanne wird der Behälter 50 aus dem Bohrloch 17 entnommen, und das in der Kammer 51 aufgefangene Gas wird entnommen und in der oben beschriebenen Weise später analysiert.

In Figur 10 bis 14 ist eine weitere Ausführungsform eines Gesamt-Gasprobenbehälters veranschaulicht, der mit einer von einem batterie-gespeisten elektrischen Zeitgebermechanismus betriebenen Spritze arbeitet. Gemäß Figur 10 enthält ein einseitig offenes äußeres Gehäuse 65, das umgekehrt in einem Bohrloch 17 angeordnet ist, einen in einem Sockel 71 montierten batteriegespeisten elektrischen Zeitgebermechanismus 70, wobei der Sockel 71 über Arme 67 an dem Gehäuse 65 befestigt ist. An der Oberfläche des Sockels 71 ist mittels

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Kopfschrauben 72 ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuseelement 73 mit an seinen "beiden Enden angeordneten Flanschen 74, 75 befestigt. Bei dem elektrischen Zeitgebermechanismus 70 kann es sich um irgend einen bekannten Mechanismus handeln, beispielsweise um den Zeitgebermotor von General Electric, Model XC68 Zi34, handeln. Im Innern des Gehäuseelements 73 ist auf die weiter unten beschriebene Art und Weise mittels eines Paares von Stiftbefestigungen 77 eine konventionelle Injektionsspritze 76 befestigt,, die in Figur 10 teilweise zu sehen ist. Am oberen Ende des Gehäuseelements 73 ist mit Hilfe von Kopfschrauben 78 ein einseitig offenes, im wesentlichen zylindrisches Becherelement SO mit einer Bodenwand befestigt. Die Bodenwand 81 weist eine mit einer Dichtung versehene zentrische Öffnung auf, durch die die offene Spitze 83 der Injektionsspritze 76 hindurchragt, so daß das im Innenraum des Becherelements 80 aufgefangene Gas in das Innere der Spritze 76 gelangen kann.

Gemäß Figur 11 ist das Innere des Gehäuseelements 73 längs seinem unteren Abschnitt 84 mit einem Innengewinde versehen, in das eine mit Außengewinde versehene .Mitnehmermutter 85 eingreift. An der Abtriebswelle 87 des Zeitgebermechanismus 70'ist mittels einer Mutter 88 ein Drehkreuz 90 mit einem Paar von nach oben ragenden Armen 91 > 92 montiert. Wie am besten aus Figur 12 ersichtlich_s greifen die Arme 91 und in zwei gegenüberliegende Öffnungen 93 und 94 der Mitnehmermutter 85 ein, so daß die Drehung des Drehkreuzes 90 auf die Mitnehmermutter 85 übertragen wird.

An der oberen Fläche der Mitnehmermutter 85 ist mittels einer Befestigungsklammer 96 das verschiebbare innere Element 97 der Spritze 76 befestigt. Das stationäre äußere Element 98 der Spritze 76 wird mit Hilfe der Stiftbefestigungen 77 relativ zu dem inneren Element 97 der Spritze 76 festgehalten.

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Die Stiftbefestigungen 77 umfassen jeweils ein generell U-fürmiges Teil mit jeweils einem Paar von Armen, deren jeder einen gekrümmten mittleren Abschnitt 99 zum Umgreifen der Außenwand des äußeren Elements 98 oberhalb bzw. unterhalb eines unteren FlanschteiIs 100 aufweist, wobei jeder Arm in zwei Paare von gegenüberliegenden Öffnungen in dem Gehäuseelement 73 eingreift.

Um für die Abwärtsbewegung der Mitnehmermutter 85 einen Anschlag zu schaffen, ist das Gehäuseelement 73 mit einer Gewindequerbohrung 102 versehen, :.n die ein Anschlagelement 103 mit Außengewinde eingreift. Das Anschlagelement 103 ragt mit seinem inneren Ende ein genügendes Stück radial nach innen, um mit der unteren Fläche der Mitnehmermutter 85 in Anschlagberührung zu kommen_f wenn diese die gewünschte Untergrenze ihrer Bewegung erreicht hat.

Beim Betrieb wird zunächst die Mitnehmermutter 85 nahe dem oberen Ende des Gewindeabschnitts 84 angeordnet, und die Abtriebswelle 87 wird von dem Zeitgebermechanismus 70 in Drehung versetzt. Diese Bewegung wird über die Arme 91» 92 auf die Mitnehmermutter 85 übertragen, die dadurch in Axialrichtung des Gehäuseelements 73 nach unten verschoben wird. Indem sich die Mitnehmermutter 85 dreht und verschiebt, folgt das innere Element 97 der Spritze 76 der Bewegung der Mitnehmermutter 85, was dazu führt, daß das innere Spritzenelement 97 allmählich aus dem äußeren Spritzenelement 98 herausgezogen wird. Dadurch werden die in dem Beeherelement 80 aufgefangenen Gase durch die Spitze 83 der Spritze 76 in die darin befindliche Saramelkammer gesaugt. Dieser Betrieb dauert an, bis der Zeitgebermechanismus abgeschaltet oder die Mitnehmermutter 80 an dem Anschlagelement 103 anstößt. Falls gewünscht, kann das Anschlagelement 103 auch durch einen elektrischen Endschalter mit Ruhekontakt ersetzt werden, der in Serie mit der elektrischen Stromversorgung des Zeitgeber-

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mechanismus 70 geschaltet ist, wobei das bewegbare Schalterelement im Innern des Gehäuseelements 73 angeordnet ist, so daß der Schalter geöffnet wird, wenn die Mitnehmermutter 85 das untere Ende ihrer Bewegung erreicht. Weitere äquivalente Anordnungen sind dem Fachmann bekannt.

Die Bewegungsgeschwindigkeit der Mitnehmermutter 85 und des inneren Spritzendements 87 und damit die Geschwindigkeit, mit der die Gasprobe aufgefangen wird, sind eine Funktion der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 87 des Zeitgebermechanismus 70 und der Steigung des Gewindes. Durch Andern dieser beiden Parameter läßt sich somit jede beliebige Geschwindigkeit für die Probenentnahme wählen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betragen das Innengewinde in dem Gehäuseelement 75 und das Außengewinde der Mitnehmermutter 85 1-1/8 - 20, um mit dem oben erwähnten Zeitgebermechanismus eine axiale Gesamt-Verschiebung von 5 cm innerhalb einer 20-tägigen Zeitspanne zu erzielen. Diese vierte können nach den Erfordernissen jedes beliebigen Anwendungsfalls geändert und angepaßt werden.

Die in Figur 2 bis 14 gezeigten Gesamt-Gasprobenbehälter sind nur als Ausführungsbeispiele gedacht: zahlreiche weitere Gerätetypen können anstelle der oben beschriebenen verwendet v/erden. Beispielsweise können anstelle einer Probenkammer mit starrem Aufbau, wie er bei den Tanks 25 und 30 vorhanden ist, auch andere Arten von Probenkammern verwendet werden. Als Beispiel dafür kommen Kammern in Betracht, die aus einem Balg aus Federmaterial oder aus einem Kunststoffbalg mit darin enthaltener Vorspannfeder, aus einem elastischen Ballon, einem unelastischen Beutel oder einer Gummiflasche bestehen. Ferner können zusätzlich zu der Verwendung von Unterdruck in einer Probenkammer als treibende Kraft zum Ansaugen der Gasproben weitere Anordnungen für diesen Zweck benutzt werden. Beispiele alternativer Anordnungen sind Miniaturpumpen, die außerhalb

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der Probenkammer montiert sind oder an diese angebaut sind und von einer Unterdruckquelle, einer elektrischen Quelle, einer hydraulischen Quelle, einem Federmechanismus oder der Schwerkraft eines Gewichtes angetrieben werden. Anstelle ferner die Geschwindigkeit der Gasprobenentnahme durch das Eintreten des Gases in eine Unterdruckkammer gemäß dem Ausfülirungsbeispiel nach Figur 2 bis 8, durch eine gesteuerte Flüssigkeitsströmung aus der Probenkammer gemäß Figur 9 oder durch eine mit einem Zeitgebermechanismus gesteuerte Spritze gemäß Figur 10 bis 14 zu steuern, können auch andere Mechanismen für diesen Zweck verwendet werden. Beispiele derartiger Mechanismen sind kleine mechanische Motoren, Uhren mit Hemmungen oder Pendel, wobei jeder dieser Mechanismen in herkömmlicher Weise dazu verwendet werden kann, einen Balg oder eine sonstige dehnbare Kammer während der SammeIzeitspanne mit gesteuerter Geschwindigkeit auszudehnen.

Bei dem in Figur 15 gezeigten Ausführungsbeispiel eines speziellen Gasprobenbehälters ist ein Eimer 12 mit einer Vielzahl von speziellen Gasdetektoren 110 bis 114 versehen, die an den Innenwänden des Eimers 12 mit Hilfe geeigneter Montageelemente 115 bis 119 befestigt sind. Die Wahl der einzelnen speziellen Gasdetektoren 110 bis 114 richtet sich nach den speziellen Gasen, die während der Sammelzeitspanne erfaßt werden sollen. Der Fachmann kennt zahlreiche derartige Detektoren oder Indikatoren, unter denen die folgenden beispielsweise genannt werden sollen:

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Quecksilber (Quecksilber

so₂/so

Kohlenwass er · stoffe

Indikator Silbergaze mit Selensulfid befeuchtetes Tuch mit Lackmus befeuchtetes Tuch mit Bleiazetat befeuchtetes Tuch unbeweglich gemachte flüssige Base Aktivierte Oberflächen und Adsorbentien Trockenmittel (beispielsweise Kieselgel)

Anze i ge parameter Absorbierte Quecksilbermenge Verfärbung

Verfärbung Verfärbung

Menge der molekularen Absorption Menge der molekularen Adsorbtion

Menge der molekularen Absorption

Verfahren zur Analyse der verschiedenen oben erwähnten Anzeigeparameter sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise wird bei Verwendung des Silbergaze-Datektors für Quecksilber die exponierte Silbergaze etwa dadurch analysiert, daß eine herkömmliche Atomabsorptionanalyse durchgeführt wird, während ein mit Selensulfid befeuchtetes Tuch als Detektor in einem herkömmlichen Kolorimeter analysiert werden kann. In ähnlicher Weise lassen sich spezielle Detektoren für Ammoniak und Schwefelwasserstoff in einem Kolorimeter analysieren. Unbewegliche flüssige Base als Detektor für S0₂/S0^ läßt sich unter Anwendung herkömmlicher chemischer Analyseverfahren analysieren. Die als spezielle Detektoren für Kohlenwasserstoffe verwendeten aktivierten Oberflächen und Adsorbentien können unter Anwendung von gaschromatographischen massenspektrographischen Verfahren •analysiert werden. Schließlich können die zur Erfassung von Wasserdampf verwendeten Trockenmittel wie etwa "Kieselgel herkömmlichen Labor ana Ijs en unterworfen v/erden.

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Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Netz von Behältern jeweils in unterschiedlich flachen Bohrlöchern an der Bodenoberfläche in vorgegebenen gegenseitigen Abständen installiert. Die genaue Stelle für jeden Behälter wird aufgezeichnet und den einzelnen Behältern durch ein beliebiges geeignetes Kcdiersystem zugeordnet. Nachdem die Behälter über die vorgegebene Sarimel- oder Probenerfassungs-Zeitspanne an Ort und Stelle belassen worden sind, werden sie von ihren jeweiligen Stellen aus der Erde herausgenommen, und das aufgefangene Gas. bzw. die exponierten Detektorstreifen werden nach einem der bekannten Verfahren einer geeigneten qualitativen oder quantitativen Analyse unterworfen. Jedenfalls hat sich herausgestellt, daß sich durch genaue Steuerung der Dauer der Expositions- oder Sararael-Zeitspanne eine über die Zeit integrierte Darstellung jedes einzelnen interessierenden Gases erzielen läßt. Dabei ist zu beachten, daß die Dauer der Sammelzeitspanne von Messung zu Messung innerhalb eines Bereichs von etwa einer Woche bis zu etwa 2 Monaten variieren kann, wobei die Dauer der Zeitspanne von einer Reihe von Paktoren abhängt. Zu diesen Faktoren gehört die Gesamtzahl der in einer bestimmten Messung verwendeten einzelnen Behälter, der gegenseitige Abstand der Behälter sowie die Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Behälter im Boden eingebaut und aus der Erde wieder entfernt werden können. Jedenfalls sollte die Sammelzeitspanne lang sein im Vergleich zu der Zeitspanne des sich mit der Zeit ändernden Signals des aus der Erde steigenden Gases. Ferner ist es wichtig, sorgfältig zu gewährleisten, daß die Dauer der Sammelzeitspanne für jeden Sammelbehälter in einer bestimmten Messung im wesentlichen identisch ist.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, vermittelt die Erfindung ein einfaches und wenig aufwendiges Verfahren zur Gewinnung außerordentlich wertvoller und zuverlässiger Informationen über das Vorhandensein von unterirdischen Vorkommen der verschiedensten Bodenschätze wie Öl, Gas_f Kohle

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und sonstiger Mineralien. Erfindungsgemäß können Kessungen in verhältnismäßig großem Maßstab und in verhältnismäßig wenig zugängigen Gebieten rasch und wirtschaftlich durchgeführt v/erden, da keine schwere Ausrüstung erforderlich ist und da keine spezielle technische Erfahrung zum Einsetzen der Behälter benötigt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß jeder Behälter in einem flachen Loch eingesetzt wird, das sich mit einer kleinen »Schaufel, einem Grabwerkzeug oder dergleichen herstellen läßt. Ferner ist zu beachten; daß die Erfindung außerordentlich flexibel insofern ist, als sie sich speziell an öen jeweils gesuchten Typ des unterirdischen Minerals anpassen läßt, indem einfach spezielle Gasdetektoren gewählt werden, die nur auf die in Verbindung mit dem gesuchten Mineral auftretenden Gase ansprechen. Wie ferner ersichtlich, kommt das erfindungsgemäße Meßverfahren ohne dauernde Installation unansehnlicher Einrichtungen aus und hinterläßt in der Landschaft keine bleibenden Narben, so daß nach Beendigung der Messung der natürliche Zustand der Umgebung ungestört zurückgelassen wird. '

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Claims

Patentansprüche

M .!verfahren zum geophysikalischen Schürfen von unterirdischen Mineralien, die mit dem Auftreten spezieller; normalerweise an die Erdoberfläche steigender Gase verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl flacher Löcher in einem vorgegebenen Muster an der Erdoberfläche angeordnet wird, daß in jedes Loch ein einseitig offener Gasprobenbehälter umgedreht eingesetzt wird, um die Gase aufzufangen, daß die Behälter in den Löchern über eine vorgegebene Zeitspanne belassen werden, um einen über die Zeit integrierten Parameter zu gewinnen, der für die während der Zeitspanne aufsteigenden Gase repräsentativ ist, und daß die Behälter nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne zur anschließenden Analyse des Parameters aus den Löchern entnommen v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebenes Muster ein rechtwinkeliges Gitter gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß als das vorgegebene Muster eine Vielzahl unregelmäßiger Kurven gewählt wird.

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-4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das vorgegebene Muster eine Vielzahl konzentrischer Kreise gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der über die Zeit integrierte Parameter durch Auffangen der Gase in einer Probenkammer mit einer vorgegebenen gesteuerten Geschwindigkeit erzielt wird.

6. Verfahren· nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der über die Zeit integrierte Parameter dadurch gewonnen wird, daß mindestens ein in jedem Behälter montierter spezieller Gasdetektor während der vorgegebenen Zeitspanne exponiert wird.

7. Vorrichtung zur geophysikalischen Schürfung nach unterirdischen Mineralien, in Verbindung mit denen spezielle Gase auftreten, die normalerweise zur Erdoberfläche aufsteigen, gekennzeichnet durch einen einseitig offenen Gasprobenbehälter (12; 50; 65) zürn Einsetzen in ein flaches Loch an der Erdoberfläche mit einer Einrichtung zur Gewinnung eines über die Zeit integrierten Parameters, der die über eine vorgegebene Zeitspanne von dem Behälter aufgefangenen Gase angibt.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Gewinnung des Parameters eine Gas s amine !kammer (25; 51; 97, 98) mit einem Einlaß (13; 37; 5:>; 83), der das Innere der Kaminer mit einem vom Innern des Gasprobenbehälters (12; 50; 65) gebildeten Volumen verbindet, sowie eine Einrichtung (22; 39? 63; 70, 76) zur Zuführung der Gv9.se in die Kamin er mit vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung eine mit dem Einlaß (13; 37; 55; 83) gekoppelte Meßeinrichtung (22; 39; 53; 70) sowie eine Einrichtung (63; 76) umfaßt,, die die Gase durch die Messeinrichtung mit vorgegebener Geschwindigkeit saugt,

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Saugeinrichtung einen in der Gassammeikammer (25) vorgesehenen Unterdruck umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Saugeinrichtung ein in der Ga s s amine !kammer (51) enthaltenes Strömungsmittel (63) sowie eine Auslaß-Meβöffnung (53) umfaßt, durch die das Strömungsmittel aus der Kammer mit vorgegebener Geschwindigkeit austritt.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinrichtung eine mit dem Dinlaß verbundene rohri'örmige Leitung (13) Kit einem MeßventiX (2?.) umfaßt.

13. 'Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch β e k e η η ~ zeichnet _s daß die Meßeinrichtung eine mit dem Einlaß verbundene rohrföriro.ge Leitung (37) niit einer verengten Axialbohrung (39; 4θ) umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasprobenbehalter (6!3) ein inneres Gehäuse™ element (73) mit einem hohlen Innenrau:/i und eine Injektioncspritze (76) umfaßt, deren äußeres 'Element (96) an dem Gehäuseelement (73) befestigt und innerhalb desselben angeordnet ist, und deren inneres Element (97) relativ zu dein äußeren Element (98) -bewegbar ist, wobei das äußere Element (98) mit einer herausragenden Spitze (83) mit einer die Meßeinrichtung bildenden Längsbohrung versehen ist, und wobei die beiden Elemente (97, 98) der Injektionsspritze (76) die Gassammelkanmer bilden, und daß die Saugeinrichtung eine Einrichtung (70, 84, 85) umfaßt, die das innere Element (97) der Injektionsspritze (76) aus dem äußeren Element (98) mit gesteuerter Geschwindigkeitherauszieht.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Gohäuseelement (73) mit. einem Innengewinde (84) versehen ist und daß die Vorrichtung zum Herausziehen des inneren Element;es (97) der Injektionsspritze (76) ein im Innern des Gehäuseelements (73) angeordnetes, j η dessen Gewinde (84) eingreifendes, an dem inneren Element (97) der Injektionsspritze (76) befestigtes drehbares Teil (85) sowie eine Einrichtung (70) zum Drehen des Teils (85) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch I5_y dadurch gekennzeichnet , daß die·Dreheinrichtung einer Abtriebswelle (87) j einer "Einrichtung (70) zum Drehen der Abtriebsv/elle mit vorgegebener Geschwindigkeit sowie eine Kopplungseinrichtung (90...94) umfaßt, die die Drehbewegung der Antriebswelle (87) mechanisch s.uf das drehbare 'Teil (85) überträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Gewinnung des Parameters mindestens einen im Innern des Gasprobenbehälters (12) angeordneten Indikator (110...114) -zur Bestimmung der Art des von dem Gasprobenbehälter (12) aufgefangenen Gases umfaßt. -

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