DE2601926B2

DE2601926B2 - Verfahren und Vorrichtung zum geophysikalischen Schürfen von unterirdischen Mineralien

Info

Publication number: DE2601926B2
Application number: DE2601926A
Authority: DE
Inventors: H. Ward Danville Calif. Alter; Fred F. Schenectady N.Y. Holub
Original assignee: Terradex Corp
Current assignee: Terradex Corp
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-20
Publication date: 1980-04-24
Also published as: FR2299651A1; DE2601926C3; US4065972A; DE2601926A1; CA1049809A; IT1053540B; GB1498737A; FR2299651B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs bzw. des Patentanspruchs 6, wie aus der deutschen Auslegeschrift 16 23 443 bekannt. Derartige Verfahren

ho und Vorrichtungen dienen ium Auffinden von unterirdischen Mineralien wie etwa Öl, Gas, Kohle oder auch Wasser und sonstigen Bodenschätzen. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck »unterirdische Mineralien« zur Bezeichnung sowohl anorganischer

h^r) Substanzen wie etwa Wasser, Quecksilber und Uran als auch organischer Substanzen wie etwa Petroleum, Gas und Kohle verwendet.

Es ist bekannt, daß in Verbindung mit unterirdischen

Vorkommen derartiger Mineralien gasförmige Substanzen auftreten, die zur Erdoberfläche steigen. Durch qualitative und quantitative Analysen von Proben dieser Gase lassen sich Daten gewinnen, aus denen lohnende Vorkommen lokalisiert werden können.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 16 23 443 werden an mehreren Stellen der Erdoberfläche Sonden eingesetzt, wobei man insbesondere um das dichte Eindringen der Sonde in das Erdreich bemüht ist, um die Umgebung des jeweiligen Entnahmepunktes möglichst ungestört zu belassen und möglichst genau definierte Entnahmebedingungen zu schaffeii. Bezüglich des mit den so eingesetzten Sonden durchgeführten eigentlichen Gasvermessungsverfahren enthält die Druckschrift lediglich einen Verweis auf Arbeiten anderer Autoren, die in den im folgenden genannten Veröffentlichungen ihren Niederschlag gefunden haben.

Aus Sokolow, »Die Gasvermessung«, VEB Verlag Technik Berlin 1955, Seiten 111 bis 127 und 171 bis 177 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die En'nähme von Gasproben mit Hilfe einer auf den Erdboden aufgesetzten Gasentnahmehaube erfolgt. 15 bis 20 Minuten nach dem Aufsetzen der Haube erfolgt eine Probenentnahme, die sich innerhalb einer Zeitspanne von höchstens einigen Minuten abspielt.

Es ist aber bekannt, daß die Konzentration von Gasen, die von tief im Boden lagernden Mineralien ausgehen, im obersten Erdreich zeitlich starke Schwankungen aufweisen. Die bei dem bekannten Verfahren angewandte praktisch momentane Gasprobenentnah me wird durch derartige Schwankungen der Gaskonzentration erheblich verfälscht, wo nicht gar unbrauchbar gemacht.

Die verhältnismäßig große Tiefe von bis zu 3 Metern, in der die Sonde gemäß der eingangs erwähnten deutschen Auslegeschrift 16 23 443 und ähnlich auch gemäß einem Aufsatz in der Zeitschrift »Umschau« 1970, Heft 1, Seiten 16 und 17, angeordnet wird, wirkt zwar den genannten Konzentrationsschwankungen entgegen. Zum einen erfordert eine große Bohrlochtiefe jedoch entsprechenden Aufwand bei der Herstellung der Bohrlöcher; zum anderen ist im Vergleich zu den erheblich größeren Tiefen, in denen die festzustellenden Mineralien lagern, selbst eine Brhrlochtiefe von drei Metern nicht ausreichend, um den Einfluß von Konzentrationsschwankungen genügend zu eliminieren.

Bei dem Verfahren nach der USA-Patentschrift 18 43 878 wird zwar Has aufsteigende Gas über den verhältnismäßig langen Zeitraum von 24 bis 48 Stunden in einem Behälter gesammelt. Dadurch werden kurzzei-Iige Schwankungen an sich ausgeglichen. Die in dem Behälter gefangenen Gase suchen jedoch kontinuierlich i-in Druckgleichgewicht mit der in dem Behälter herrschenden Atmosphäre herzustellen. Dieser Gleichiiewichtsvorgang findet kontinuierlich statt, so daß die Konzentrationen und Bestandteile der aufgefangenen Oase in jedem Moment einem Zustand entsprechen, die dem gerade herrschenden Gleichgewicht mehr oder weniger nahekommen. Unabhängig von der Sammeldauer lassen sich daher nur Werte gewinnen, die der Probe beim Gleichgewicht mit der in dem Behälter herrschenden Atmosphäre entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasprobenentnahtmverfahren anzugeben, das bei geringem Aufwand mögli'hst genaue Ergebnisse liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach kommt es darauf an, daß aus dem Gasprobenbehäler über eine erhebliche Zeitspanne mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit Gas entnommen wird, um auf diese Weise ein Langzeitintegral der Gasströmung zu bilden. Auf diese Weise lassen sich trotz der angewendeten geringen Bohrlochtiefe nicht nur die genannten zeitlichen Schwankungen der Gaskonzentration, sondern insbesondere auch Verfälschungen der Messung durch beim Auffangen der Gase sich ergebende Gleichgewichtszustände unwirksam machen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erflndungsgemä-Qen Verfahrens sowie Vorrichtungen zu seiner Durchführung sind in den Patentansprüchen 2 bis 15 angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. IA, IB und IC Schemata, nach denen Erdlöcher mit Gassammeikammern flächenn\äßig verteilt angeordnet werden können,

Fig.2 bis 7 teilweise gebrochene Seitenansichten mehrerer Ausführungsformen für den an Ort und Stelle befindlichen Gesamt-Gasprobenbehälter,

F i g. 8 eine Einzelheit der Ausführungsform nach Fig.; in vergrößertem Maßstab,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine alternative 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.

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-i4 nach F i g. 11 und

Fig. 15 eine teilweise geschnittene Seitenansicht für ein Ausführungsbeispiel eines speziellen Gasprobenbehälters.

Gemäß Fig. 1 ist eine Vielzahl von Behältern 10 in einer bestimmten Tiefe unter der Erdoberfläche, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 1,5 m 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 Fig. IA ein rechtwinkeliges Gittemuster sein, gemäß Fig. IB eine Vielzahl konzentrischer Kmso umfassen oder gemäß Fig. IC sich aus einer Vielzahl unregelmäßig gelormter Konturen, wie etwa den Höhenlinien auf einer topographischen Karte, zusammensetzen.

Gemäß F i g. 2 umfaßt der Gesamt-Gasprobenbehälter nach einem «rsten Ausfülirungsbeispiel der Erfindung einen kleinen kegelstumpfförmigcn Eimer 12, der etwa aus Kunslstoff besteht. Der Eimer 12 ist umgekehrt in einem Bohrloch 17 montiert und mit einem hohlen Rohr 13 versehen, da*, durch eine Öffnung im Boden 14 des Eimers 12 in diesen eingeführt ist. Um zu verhindern, dal? Wasser in den Eimer 12 gelangt, ist zwischen der Außenwand des Rohres 13 und dem Eimerboden 14 eine Dichtung 15 aus Neopren, Kautschuk oder einem sonstigen äquivalenten M;iierial 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 dem 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 26, die vorzugsweise einstückig mit dem Sammeltank ausgebildet sein kann, verbunden.

Beim Betrieb wird zunächst das Bohrloch 17 an der Erdoberfläche 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 woanders gelegenes Labor gebracht werden, wo das Gas unter Verwendung bekannter massenspektrographischer oder gaschromatographischer Verfahren analysiert werden kann.

!n den Fig. 3 bis 8 sind alternative Ausführungsformen des Gesamt-Gasprobenbehälters veranschaulicht. Gemäß Fig. 3 ist die Länge des Rohres 13 verkürzt worden, 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 Fig.4 sind das Ventil 22 und der Sammeltank 25 innerhalb des Eimers 12 mit Hilfe einer herkömmlichen Aufhängung, die generell mit 27 bezeichnet ist. -,ufgehängt. Gemäß F i g. 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 F i g. 6 sind der Tank 25 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 in einem oberen Teil dieses Volumens endet

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 F i g. 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 Unterdruckpumpe entleert wird, woraufhin die Sonde herausgezogen wird. Dies kann vor dem Einsetzen des Eimers oder an Ort und 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 Sammelzeitspanne 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 Analyse entnommen werden.

Bei dem in Fig. 9 veranschaulichten weiteren Ausführungsbeispiel eines Gesamt-Gasprobenbehälters ist ein einseitig offener umgekehrter Behälter 50 mit einer inneren Wandstruktur versehen, die zwei geschlossene Kammern 51 und 52 bildet. Vorzugsweise ist die Kammer 52 anfangs evakuiert, und die Kammern 51 und 52 stehen strömlingsmäßig über eine in einer Zwischentrennwand 54 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 ströir.cii kann. An der Einlaßöffnung 55 ist eine Membran 57 angebracht, die vorzugsweise aus Dimethylsiloxanpolymer oder porösem Tetrafliioräthylen besteht und dazu dient, den Eintritt von Schmutz, Staub. Sand oder sonstigen Verunreinigungen durch die Einlaßöffnung 55 zu verhindern. Vorgesehen ist ferner eine Hilfskammer 59, die mit der Kammer 52 über eine Auslatlöffnung 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 Hilfskammer 59 strömen kann.

Beim Betrieb wird zunächst die Kammer 51 mit einem schweren Strömungsmittel 63. etwa Quecksilber. Wasser. Perfluor-Kohlenstofföl, 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 in das Bohrloch 17 eingesetzt, so kann das Stromungsmittel 63 durch die Meßöffnung 53 mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Kammer 52 strömen. Indem der Spiegel des Strömungsmittels 63 in der Kammer 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 52 sowie die durch die Meßöffnung 53 bestimmte Strömungsgeschwindigkeit derart vorgewählt werden sollten, daß die vorgegebene Gassammei-Zeitspanne beendet ist, bevor der Vorrat an Strömungsmittel 63 in der Kammer 51 erschöpft ist.

Bei einigen Anwendungsfällen mag es zweckmäßig sein, die Ausfühningsform nach Fig.9 zu betreiben, ohne die Kammer 52 zuerst vollständig zu evakuieren. In diesem Fall wird das ursprünglich in der Kammer 52 gegebenenfalls enthaltene Strömungsmittel durch das Eindringen des Strömungsmitteis 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 Fig. 10 bis 14 ist eine weitere Ausführungsform eines Gesamt-Gasprobenbehälters veranschaulicht, der mit einer von einem batterie-gespeisten elektrischen Zekgibermechanismus betriebenen Spritze arbeitet. Gemäß Fig. 10 enthält ein einseitig offenes äußeres Gehäuse 65, das umgekehrt in einem Bohrloch 17 angeordnet ist, einen in einem Sockel Vl 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 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 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 Becherelement 80 aufgefangenen Gase durch die Spitze 83 der Spritze 76 in die darin befindliche Sammelkammer 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

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weise um den Zeitgebermotor von General Electric, Model XC68 X134, handeln. Im Innern des Gehäuseele- >o mems 73 ist auf die weiter unten beschriebene Art und Weise mittels eines Paares von Stiftbefestigungen 77 eine konventionelle Injektionsspritze 76 befestigt, die in Fig. 10 teilweise zu sehen ist. Am oberen Ende des Gehäuseelements 73 ist mit Hilfe von Kopfschrauben 78 r> ein einseitig offenes, im wesentlichen zylindrisches Becherelement 80 mit einer Bodenwand 81 befestigt. Die Bodenwand 81 weist eine mit einer Dichtung 82 versehene zentrische öffnung auf, durch die die offene Spit .ι 83 der Injektionsspritze 76 hindurchragt, so daß u> das im Innenraum des Becherelements 80 aufgefangene Gas in das Innere der Spritze 76 gelangen kann.

Gemäß Fig. Il ist das Innere des Gehäuseelements 73 längs seinem unteren Abschnitt 84 mit einem Innengewinde versehen, in das eine mit Außengewinde a 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 Fig. 12 ersichtlich, greifen die Arme 91 und 4» 92 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. Die Stiftbefesti- >n gungen 77 umfassen jeweils ein generell U-förmiges 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 Flanschteils 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, in 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, wenn diese die gewünschte Untergrenze ihrer Bewegung erreicht hat

Beim Betrieb wird zunächst die Mitnehmermutter 85 nahe dem oberen Ende des Gewindeabschnitts 84 ersetzt werden, der in Serie mit der elektrischen Stromversorgung des Zeitgebermechanismus 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 Spritzenelements 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 Ändern dieser beiden Parameter läßt sich somit jede beliebige Geschwindigkeit für die Probenentnahme wählen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betragen das Innengewinde in dem Gehäuseelement 73 und das Außengewinde der Mitnehmermutter 85 1-1/8 — 20, um mit dem obenerwähnten Zeitgebermechanismus eine axiale Gesamtverschiebung von 5 cm innerhalb einer 20-tägigen Zeitspanne zu erzie'en. Diese Werte können nach den Erfordernissen jedes beliebigen Anwendungsfalls geändert und angepaßt werden.

Die in F i g. 2 bis 14 gezeigten Gesamt-Gasprobenbehälter sind nur als Ausführungsbeispiele gedacht; zahlreiche weitere Gerätetypen können anstelle der oben beschriebenen verwendet werden. 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 eiiiem 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 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 Ausführungsbeispiel nach Fig.2 bis 8, durch eine gesteuerte Flüssigkeitsströmung aus der Probenkammer gemäß F i g. 9 oder durch eine mit einem Zeitgebermechanis-

mus gesteuerte Spritze gemäß Fig. 10bis 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 jder eine sonstige dehnbare Kammer· wählend der Sammelzeitspanne mit gesteuerter Geschwindigkeit auszudehnen.

Bei dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel

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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 in folgenden beispielsweise genannt werden sollen:

Gas	Indikator	Anzeigeparameter
Quecksilber	Silbergaze	Absorbierte Quecksilbermenge
Quecksilber	mit Selensulfid hefpnrhlrtrs Tnrh	Verfärbung
NH,	mit Lackmus befeuchtetes Tuch	Verfärbung
H₂S	mit Bleiazetat befeuchtetes Tuch	Verfärbung
SO₂/SO₃	unbeweglich gemachte flüssige Base	Menge der molekularen Ab sorption
Kohlenwasserstoffe	Aktivierte Oberflächen und Adsorbentien	Menge der molekularen Ad sorption
H₂O	TrockenmiUel (beispielsweise Kieselgel)	Menge der molekularen Ab sorption

Verfahren zur Analyse der verschiedenen obenerwähnten Anzeigeparameter sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise wird bei Verwendung des Silbergaze-Detektors 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 SO2/SO1 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 Laboranalysen unterworfen werden.

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 Kodieirsystem zugeordnet. Nachdem die Behälter über die vorgegebene Sammel- 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 Detektor-Streifen 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 Sammel-Zeitspanne eine über die Zeit integrierte Darstellung jedes einzelnen interessierenden

r, 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 Faktoren 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

4ϊ 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

in 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, Kohle und sonstiger Mineralien. Erfindungsgemäß können Messungen in verhältnismäßig großem Maßstab und in

bo verhältnismäßig wenig zugängigen Gebieten rasch und wirtschaftlich durchgeführt werden, da keine schwere Ausrüstung erforderlich ist und da keine spezielle technische Erfahrung zum Einsetzen der Behälter benötigt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf

bi 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 außerordent-

lieh flexibel insofern ist, als sie sich speziell an den 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 Meß-

verfahren 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum geophysikalischen Schürfen von unterirdischen Mineralien, die mit dem Auftreten spezieller, normalerweise an die Oberfläche steigender Gase verbunden sind, wobei in mehrere Löcher, die in einem vorgegebenen Muster an der Erdoberfläche angeordnet sind, jweils ein Gasprobenbehälter mit einem in seinem unteren Teil vorgesehenen Einlaß eingesetzt wird, dessen Innenraum an eine Gaskammer anschließbar ist, und wobei die Gasprobenbehälter nach einer vorgegebenen Zeitspanne wieder aus den Löchern entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasprobenbehälter in relativ flache Löcher eingesetzt werden und die Gassammeikammer mit dem jeweiligen Gasprobenbehälter zur Bildung eines Langzeit'ntegrals der in den Gasprobenbehälter eindringenden Gase über eine Zeitspanne von mindestens einer Woche, während der die Gase aus dem Gasprobenbehälter mit vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit in die Gassammeikammer geleitet werden, kontinuierlich verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher an der Erdoberfläche an den Kreuzungspunkten eines rechtwinkligen Gitters angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der Erdoberfläche längs einer Vielzahl unregelmäßiger Kurven angeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch '., dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher an 'er Erdoberfläche in Form einer Vielzahl konzentrischer Kreise angeordnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Langzeitintegral dadurch gewonnen wird, daß mindestens ein in jedem Gasprobenbehälter montierter spezieller Gasdetektor während der vorgegebenen Zeitspanne exponiert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Gassammeikammer und Pumpe, gekennzeichnet durch eine mit dem Innenraum eines Gasprobenbehälters (12; 50; 65) verbundene Gassammeikammer (25; 51; 97; 98), sowie eine Einrichtung (22; 39; 63; 70, 76) zur Einstellung einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Gasprobenbehälter (12; 50; 65) in die Gassammeikammer (25; 51; 97; 98) strömenden Gase.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine mit dem Einlaß (13; 37; 55; 83) der Gassammeikammer (25; 51; 97; 98) gekoppelte Meßeinrichtung (22; 39; 53; 70) sowie eine Saugeinrichtung (63; 76) umfaßt, die die Gase durch die Meßeinrichtung mit vorgegebener Geschwindigkeit saugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugeinrichtung von einem in der Gassammeikammer (25) erzeugten Unterdruck gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugeinrichtung von einem in der Gassammelkammcr (51) enthaltenen Strömungsmittel (63), sowie einer Auslaß-Meßöffnung (53) gebildet ist, durch die das Strömungsmittel aus

der Gassammeikammer mit vorgegebener Geschwindigkeit austritt,

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine mit dem Einlaß verbundene rohrförmige Leitung (13) mit einem Meßventil (22) umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine mit dem Einlaß verbundene rohrförmige Leitung (37) mit einer verengten Axialbohrung (39, 40) umfaßt

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daü der GasprobenbehäJter (65) ein inneres Gehäuseelement (73) mit einem hohlen Innenraum und eine Injektionsspritze (76) umfaßt, deren äußeres Element (98) an dem Gehäuseelement (73) befestigt und innerhalb desselben pngeordnet ist, und deren inneres Element (97) relativ zu dem 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 Gassammeikammer bilden, und daß die Saugeinrichtung eine Einrichtung (70, 84, 85) umfaßt, die das innere Elemen: (97) der Injektionsspritze (76) aus dem äußeren Element (98) mit gesteuerter Geschwindigkeit herauszieht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gehäuseelement (73) mit einem Innengewinde (84) versehen ist und daß die Vorrichtung zum Herausziehen des inneren Elementes (97) der Injektionsspritze (76) ein im Innern des Gehäuseelements (73) angeordnetes, in 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.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung eine Abtriebswelle (87), eine Einrichtung (70) zum Drehen der Abtriebswelle mit vorgegebener Geschwindigkeit, sowie eine Kopplungseinrichtung (90...94) umfaßt, die die Drehbewegung der Abtriebswelle (87) mechanisch auf das drehbare Teil (85) überträgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Gasprobenbehälters (12) ein Indikator (110... 114) zur Bestimmung der Art des von dem Gasprobenbehälter (12) aufgefangenen Gases angeordnet ist.