DE2725287A1

DE2725287A1 - Aufnahmegeraet, insbesondere seismograph, fuer die anwendung auf dem meeresgrund

Info

Publication number: DE2725287A1
Application number: DE19772725287
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Centre National Pour lExploitation des Oceans CNEXO
Current assignee: Centre National Pour lExploitation des Oceans CNEXO
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2353866A1; JPS5328477A; FR2353866B1; GB1550518A; US4138658A

Description

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EIKENBERG 8c BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Etablissement Public dit
"Centre National pour 1'Exploitation des Oceans" 275/11

Aufnahmegerät, insbesondere Seismograph, für die Anwendung auf dem Meeresgrund

Die Erfindung betrifft ein für die Anwendung auf dem Meeresgrund bestimmtes Aufnahmegerät für Signale, insbesondere einen Seismographen, der anschließend wieder an die Wasseroberfläche zurückgeholt werden kann.

Mit einem Seismographen werden Erschütterungen in der Erdrinde gemessen. Für eine einwandfreie Funktion muß der Seismograph daher mechanisch mit der Erdrinde gekuppelt werden, entweder direkt oder über einen Zwischensockel, der die zu messenden Erschütterungen überträgt. Der Seismograph, der im folgenden vor-

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zugsweise beschrieben wird, dient zur Messung von gebrochenen Wellen, die von einer oberhalb der Erdrinde befindlichen Quelle ausgehen, und wird deshalb als "Seismograph für gebrochene Wellen" bezeichnet. Die Erfindung betrifft jedoch auch solche Seismographen, die nicht zur Messung gebrochener Wellen dienen.

Zur Anwendung auf dem Meeresgrund kann bei wenig tiefem Wasser der Seismograph von einem Taucher abgelegt werden, der wie eine Bedienungsperson auf der festen Erde den Seismographen direkt auf einer relativ waagerechten Stelle des Meeresgrundes anbringt, und zwar in dem Sinne,, daß eine gute Kupplung mit dem Meeresgrund entsteht. Für Wassertiefen im Bereich 1OO - 2OO m kann man einen seismischen Detektor verwenden, der mit einem schweren, nicht schwimmfähigen Körper über ein Kabel verbunden ist, welches seinerseits bis zur Oberfläche des Wassers verlängert und dort mit einer schwimmenden Boje verbunden ist. Das Kabel dient dazu, die Einheit aus dem schweren Körper und dem seismischen Detektor in das Wasser abzulassen, zur Stromzuführung von der Boje zu dem Detektor und in entgegengesetzter Richtung zur übertragung der im Detektor erzeugten elektrischen Signale zu der Boje. Die Boje ist vorzugsweise mit einem Hochfrequenzsender versehen^ der die Signale zu einem Schiff sendet, wo sie aufgenommen und anschließend verarbeitet werden. Der schwere Körper ist insbesondere auf Meeresböden erforderlich, die starken Meeresströmungen oder Erschütterungen ausgesetzt sind. Die Entfernung zwischen dem Körper und dem seismischen Detektor beträgt z.B. 25 - 30 m, um zu vermeiden, daß der schwere Körper sich auf den Detektor legt. Der Detektor enthält Instrumente in mehrfacher Ausführung, damit er unabhängig von seiner jeweiligen Lage einwandfrei arbeitet, sowie einen elektrischen Umschalter, der jeweils die für die jeweilige Lage auf dem Meeresgrund optimal ansprechenden Instrumente einschaltet.

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Dieses System aus Boje, Kabel, schwerem Körper und seismischem Detektor hat den Vorteil, daß der Detektor in direktem Kontakt mit dem Meeresboden eingesetzt werden kann. Es ist jedoch nicht anwendbar bei Meerestiefen in der Größenordnung über 200 m. Dann müßte nämlich das Kabel relativ lang sein, wodurch der Zeitaufwand für das Absenken oder das Aufstellen des schweren Körpers und des Detektors besträchtlich ansteigt und die Größenordnung eines Tages erreicht. Außerdem wird dann die Dämpfung der übertragenden Signale bereits beträchtlich. In ökonomischer Hinsicht wird auch der Preis für das Kabel beachtlich. Um diese Nachteile zu umgehen, hat man bereits zwei Typen von anderen Systemen für große Meerestiefen verwirklicht. Bei dem ersten Typ dieser Systeme verwendet man eine selbständige unabhängige Einheit, die über ein Nylonkabel mit einer Boje an der Wasseroberfläche verbunden ist und in einer mit einem Ballast versehenen und gegenüber dem hydrostatischen Druck wiederstandsfähigen Kammer den seismischen Detektor, eine selbständige Stromversorgungsquelle sowie Aufzeichnungsgeräte wie z.B. Magnetbandgeräte enthält. Dieser Typ hat den Nachteil, daß das Nylonkabel reißen kann, was den Verlust der gesamten Einheit bedeutet. Demgegenüber besser ist der zweite Typ der Systeme. Dabei verwendet man wiederum eine selbständige Einheit, bei der jedoch der Ballast entfernbar ist. Außerdem sind Schwimmer vorgesehen, so daß ohne den Ballast die Einheit wieder in den schwimmfähigen Zustand gerät und an die Oberfläche des Wassers zurückkehren kann. Dazu wird mit einem Fernbedienungssignal der Ballast gelöst, und die an die Oberfläche des Wassers zurückgekehrte Einheit kann dort wieder aufgefischt werden.

Beiden Typen dieser Systeme ist der grundsätzliche Nachteil gemeinsam, daß der seismische Detektor innerhalb der Kammer angeordnet ist. Zunächst einmal ist dadurch keine direkte

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Kupplung des Detektors mit dem Meeresboden gewährleistet, sondern der Detektor empfängt die Erschütterungen der Erdoberfläche nur mittelbar über die Kammer. In der Kammer erzeugen die im Betrieb befindlichen magnetischen Registriergeräte störende Erschütterungen, die den Störpegel, also das Grundrauschen des Detektors vergrößern. Wenn sich außerdem die Einheit in einer Meeresströmung mit großer Geschwindigkeit befindet, ist die äußere Oberfläche der Kammer den von der Stromrichtung abhängigen Schwankungen der Geschwindigkeit des Wassers ausgesetzt, wodurch wiederum Erschütterungen entstehen. Auf jeden Fall ist das Signal/ Rausch-Verhältnis des Detektors wesentlich schlechter als bei einer direkten Kupplung des Detektors mit dem Meeresgrund, wie sie in der beschriebenen Weise bei geringen Wassertiefen anwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus den Systemen des ersten Typs oder vorzugsweise des zweiten Typs abgeleiteten Seismographen zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und eine Anwendung des seismischen Detektors in direkter Kupplung mit dem Meeresboden ermöglicht.

Ausgehend von einem Aufnahmegerät, insbesondere einem Seismographen für die Anwendung auf dem Meeregrund, enthaltend einen Detektor und gegenüber dem hydrostatischen Druck widerstandsfähige, auf einem Sockel montierte Kammer, wobei der Sockel mit einem entfernbaren Ballast sowie mit Schwimmern versehen ist, die beim Entfernen des Ballasts das Gerät in den schwimmfähigen Zustand versetzen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Detektor außerhalb der Kammer angeordnet und mit dieser über ein elektrisches Ubertragungskabel sowie ein Verankerungskabel verbunden ist, daß an dem Sockel ein Auslöser für den Detektor angebracht ist, und daß die Kammer

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die elektrische Stromversorgungsquelle und die Registriergeräte für die von dem Detektor gelieferten Signale enthält.

Bei einer sehr zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung enthält der Auslöser einen bevorzugt als Henkel ausgebildeten Arm, der in einer im wesentlichen senkrechten Ebene um eine Achse am Sockel schwenkbar ist und an seinem freien Ende wenigstens einen Haken aufweist, in dem Befestigungsmittel des Detektors eingehängt sind. Die Grundfläche des Sockels ist vorzugsweise sternförmig ausgebildet und die senkrechte Bewegungsebene des Armes liegt zwischen zwei Armen des Sternes. Die Schwenkachse des Armes befindet sich dabei in einer bestimmten Höhe oberhalb der Grundfläche des Ballasts, und der Arm ist in seiner nach oben geschwenkten Ruhestellung durch eine Verriegelung gehaltert. Er schwenkt durch sein Gewicht nach unten, sobald die Verriegelung durch ein Steuermittel gelöst wird. Dabei hakt sich der Detektor dann, wenn der Arm seine waagerechte Winkellage erreicht oder überschreitet, aus den Haken des Armes aus und fällt auf den Meeresboden. Der Arm wird nach dem Aushaken durch ein elastisches, mit dem Sockel verbundenes Glied nach oben zurückgezogen. Im übrigen enthält der Detektor zweckmäßig noch eine mit dem Sockel zusammenwirkende Arretierung, die in der Ruhestellung eine Lösung der Befestigung am Ende des Armes verhindert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines er

findungsgemäßen Seismographen, der auf dem Meeresboden ruht,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines

seismischen Detektors, der einen

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Teil des Seismographen gemäß Fig. 1 bildet.

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des

Auslösers für den Detektor gemäß Fig. 2 in der Ruhestellung,

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht ana

log Fig. 3 in der ausgelösten Stellung des Detektors und

Fig. 5 eine schematische Ansicht des an die

Oberfläche zurückgekehrten Seismographen vor seiner Wiedereinziehung.

Der Seismograph gemäß Fig. 1 enthält, an einem als Rahmengestell ausgebildeten Sockel 1 angeordnet, eine gegen hydrostatischen Druck widerstandsfähige Kammer 2, einen seismischen Detektor 4, einen Auslöser 3 für diesen Detektor und einen Ballast 5. Weiterhin ist ein Haupt schwimmer 6 vorgesehen, mit dem der Sockel 1 über ein Verankerungskabel 7 verbunden ist, sowie ein Hilfsschwimmer 8, der mit dem Hauptschwimmer 6 über ein Seil 9 verbunden ist. An dem Hauptschwimmer 6 sind eine Leuchte 10 sowie ein Hochfrequenzsender 11 angeordnet und an dem Hilfsschwimmer eine Leuchte 12 sowie eine Fahne 13.

Der Sockel 1 ist eine z.B. aus Stahl oder Aluminium bestehende Rohrkonstruktion mit drei Füssen, die auf dem in der Form eines Sternes mit drei Armen ausgebildeten Ballast 5 ruhen. Diese Füsse sind untereinander über waagerechte Streben verbunden, die Dreiecke mit verschiedenen Höhenlagen bilden. Zur Verbindung des Sockels 1 mit dem Ballast dienen Befestigungsmittel,

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die beim Empfang eines Fernbedienungssignals den Sockel 1 von dem Ballast 5 lösen. Diese Befestigungsmittel können elektromagnetisch ausgebildet sein oder aus Sprengsätzen bestehen. Das Kabel 7 ist an die oberen Enden der Füsse des Sockels angeschlossen.

Die Kammer 2 besteht aus einer Hohlkugel aus Stahl, die gegenüber dem in der Anwendungstiefe herrschenden hydrostatischen Druck widerstandsfähig ist. Sie enthält die erforderlichen elektronischen Schaltungen, um den Befehl für die Auslösung des Ballasts 5 durch die vorerwähnten Befestigungsmittel oder um ein Auslösesignal für den seismischen Detektor 4 zu empfangen. Außerdem enthält die Kammer 2 elektrische Batterien für die Stromversorgung der verschiedenen Schaltungen und Geräte sowie ein Aufzeichnungsgerät für die von dem seismischen Detektor 4 gelieferten Signale. Natürlich ist die Kammer 2 wasserdicht ausgebildet und mit wasserdichten Durchführungen für die verschiedenen Kabel zu den Befestigungsmitteln für den Ballast, zu dem Auslöser 3 und zu dem Detektor 4 versehen. Sie kann im übrigen mit einem Gas wie z.B. Freon ausgefüllt sein, um Kondensationen bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden.

Der seismische Detektor 4, der in Fig. 2 in einem größeren Maßstab dargestellt ist, besteht aus einem Gestell aus metallischen Röhren, mit denen verschiedene Meßinstrumente wie zwei waagerecht, senkrecht zueinander angeordnete Geophone 14 und 15, ein Hydrophon oder ein senkrechtes Geophon 16 und ein elektrischer Quecksilberumschalter 17 befestigt sind. Die Geophone 14, 15 und 16 oder das Hydrophon 16 sind bekannte Instrumente. Der Umschalter 17 dient dazu, die jeweilige Lage des Detektors relativ zu einer horizontalen Ebene anzugeben. Er zeigt insbesondere an, ob der Detektor zu stark geneigt ist und somit die Meßergebnisse beeinflußt oder ob er praktisch waage-

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recht liegt und brauchbare Ergebnisse abgeben kann. Die Einheit aus diesen Instrumenten ist mit der Kammer 2 über ein elektrisches Leiterbündel verbunden, das sich in einem Kabel 18 befindet. Außerdem ist das Gestell des Detektors 4 über ein leichtes Tau oder eine Verbindungskette 19 an dem Sockel 1 befestigt, und zwar an einer an einem Fuß des Sockels angebrachten Platte 30 (Fig. 1 und 3). Die Rohrkonstruktion des Detektors 4, die offen ist und zur Erzielung einer möglichst geringen Strömungsbeeinflussung das Wasser durchströmen läßt, dient zum Schutz der Instrumente und ermöglicht eine direkte Kupplung der Instrumente mit dem Meeresboden. Die dem Meeresboden zugewandte Oberfläche der Konstruktion ist mit vier Füssen 20 versehen, die sich an dem Meeresboden verankern. Das obere Ende der Konstruktion trägt ein kreuzförmiges Element 21, das zur Verbindung des Detektors 4 mit dem Auslösemittel 3 dient. Dieses ist näher anhand der Fig. 3 und 4 dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt in einem Schnitt die Lage des Detektors 4, wenn er über das Element 21 in den in seiner verriegelten Ruhestellung befindlichen Auslöser 3 eingehängt ist. Dabei sind zur Vereinfachung der Zeichnung die in dem Detektor 4 befindlichen Instrumente nicht dargestellt. Der Auslöser 3 hat entsprechend Fig. 1 die Form eines Henkels, dessen freie Enden 22 um Achsen schwenkbar sind, welche ihrerseits über Platten 24 an der Strebe 25 des Sockels 1 befestigt sind. In der Ruhestellung ist der henkeiförmige Auslöser 3 praktisch senkrecht an einer der Seitenoberflächen des Sockels 1 über Verriegelungsmittel gehaltert, z.B. über einen nicht dargestellten Elektromagneten, der auf einem Rohr des Sockels 1 befestigt ist. An zwei Punkten gleicher Höhenlage enthält der Auslöser 3 jeweils einen Haken 26, in dem der angrenzende Teil des kreuzförmigen Elementes 21 gelagert ist. Das Gestell des Detektors 4 enthält zwei in gleicher Höhenlage befindlichen Punkten an seinem oberen, an dem Sockel 1 anlie-

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genden Rohr zwei Verriegelungsplatten 27, die in der Ruhestellung an der oberen Strebe 28 des Sockels 1 verriegelt sind. Auf diese Weise kann sich das Gestell des Detektors 4 durch Erschütterungen oder einen Stoß nicht nach oben bewegen, was eine Entriegelung von den Haken 26 zur Folge haben würde. Zwischen dem Auslöser 3 und dem Sockel 1 sind elastische Gurte 29 montiert, deren Bedeutung später erläutert wird.

Wenn das Verriegelungsmittel des Auslösers 3 gelöst wird, bewirkt das Gewicht des Auslösers 3 und des Detektors 4 eine Schwenkbewegung des Auslösers 3 nach unten. Dabei werden die Verriegelungsplatten 27 entriegelt, wenn diese zu dem Auslöser 3 eine leicht schräge Lage eingenommen haben. Sobald der Auslöser die in Fig. 4 dargestellte Stellung erreicht hat, kommt das Element 21 von den Haken 26 frei, und der Detektor 4, dessen Gleichgewicht zur Erzielung einer waagerechten Lage um das Element 21 sichergestellt ist, fällt mit den Füssen 20 nach unten auf den Boden. Die Höhe der Strebe 25 und der Achsen 23 ist derart ausreichend klein gewählt, daß der Detektor 4 sich während seines freien Falles nicht umdrehen kann, also stets mit den Füssen 20 nach unten auf den Boden fällt. Andererseits ist die Länge des Hebelarmes des Auslösers 3 so groß gewählt, daß sich der Detektor 4 ausreichend weit von dem Sockel 1 entfernt niederlegt, also nicht etwa auf ein Teil des Sockels fällt. Während der Schwenkbewegung des Auslösers 3 werden die elastischen Gurte 29 gespannt und nach unten hin in die Länge gezogen. Sobald der Detektor 4 den Auslöser verläßt, ziehen die Gurte 29 demzufolge den Auslöser 3 wieder zurück, damit er die Wirkungsweise des Detektors 4 nicht stört. Es sei im übrigen noch bemerkt, daß die beschriebene Bewegung des Detektors 4 in dem Wasser sehr langsam abläuft.

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Im folgenden wird ein vollständiger Funktionsablauf des Seismographen beschrieben:

Zunächst wird die in Fig. 1 dargestellte Einheit von einem Schiff zu Wasser gelassen und gleitet langsam bis auf den Meeresboden. Eine Verzögerungsschaltung, deren Verzögerung in Abhängigkeit von der geschätzten Tiefe eingestellt werden kann, löst das Verriegelungsmittel des Auslösers 3 aus. Die Verzögerung ist sehr groß bemessen, damit die Auslösung für den Seismographen auf jeden Fall erst auf dem Meeresgrund erfolgt. Der Umschalter sendet in die Kammer 2 ein Signal, welches anzeigt, ob der Detektor 4 bei der jeweiligen Steigung des Meeresbodens einwandfrei arbeiten kann oder nicht. Die Kammer 2 enthält einen akustischen Sender, der an das zu dem Seismographen gehörende Schiff eine Information über die jeweilige Lage des Detektors 4 senden kann.

Wenn dieses Signal anzeigt, daß der Detektor 4 nicht arbeiten kann, gibt das Schiff den akustischen Befehl für die Auslösung des Ballasts 5. Die Einheit wird dann durch die Schwimmer 6 und 8 schwimmfähig und kehrt, wie in Fig. 5 dargestellt, an die Oberfläche des Wassers zurück. Die Kammer 2 und der Sockel 1 hängen unterhalb des Schwimmers 6, und der Detektor 4 hängt unterhalb des Sockels 1, mit dem er über die Kette 19 verbunden ist. Zwischen den Schwimmern 6 und 8 ermöglicht das Seil 9, die Einheit auf einfache Weise wieder aus dem Wasser herauszufischen. Sobald die Schwimmer 6 und 8 auftauchen, werden die Leuchten 10 und 12 und der Hochfrequenzsender 11 eingeschaltet.

Wenn das Signal des Umschalters 17 dagegen anzeigt, daß

der Detektor 4 einwandfrei arbeiten kann, werden zwischen der

Kammer 2 und dem Schiff akustische Signale ausgetauscht, um

die Lage des Seismographen relativ zum Schiff zu bestimmen und

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Vt

die zeitlichen Abläufe der einzelnen Vorgänge in dem Seismographen und auf dem Schiff zu synchronisieren. Dann werden von dem Schiff in bekannter Weise Explosionen ausgelöst, deren gebrochene Wellen von dem Detektor 4 empfangen und ausgewertet werden. Nach dem Abschluß der Explosionen gibt das Schiff den Befehl für die Auslösung des Ballasts, und die Einheit steigt in der schon beschriebenen Weise an die Oberfläche des Wassers zurück, um dort wieder aufgefischt zu werden. Die Aufzeichnungen der vom Detektor 4 gelieferten Signale werden dann ausgewertet.

Es sei bemerkt, daß die sternförmige Gestalt des Ballasts 5 mit den drei Armen, die an die dreieckige Form des Sockels 1 angepaßt sind, die Anwendung eines Auslösers ermöglicht,bei dem die Länge des Armes relativ kurz ist und trotzdem gewährleistet wird, daß der Detektor 4 außerhalb des Umfangs der Basis des Ballasts 5 abgelegt wird.

Weiterhin sei bemerkt, daß die erfindungsgemäße Lösung auch dazu geeignet ist, andere Signalaufnahmegeräte als solche für den Empfang von akustischen Signalen auf dem Meeresboden abzulegen.

-Patentansprüche-

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Claims

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Patentansprüche :

Λ.) Aufnahmegerät, insbesondere Seismograph, für die Anwendung auf dem Meeresgrund, enthaltend einen Detektor und eine gegenüber dem hydrostatischen Druck widerstandsfähige, auf einem Sockel montierte Kammer, wobei der Sockel mit einem entfernbaren Ballast sowie mit Schwimmern versehen ist, die beim Entfernen des Ballasts das Gerät in den schwimmfähigen Zustand versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (4) außerhalb der Kammer (2) angeordnet und mit dieser über ein elektrisches Übertragungskabel (18) sowie ein Verankerungskabel (19) verbunden ist, daß an dem Sockel (1) ein Auslöser (3) für den Detektor angebracht ist, und daß die Kammer die elektrische Stromversorgungsquelle und die Registriergeräte für die von dem Detektor gelieferten Signale enthält.
2. Gerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser einen Arm (3) enthält, der in einer im wesentlichen senkrechten Ebene um eine Achse (23) am Sockel (1) schwenkbar ist und an seinem freien Ende wenigstens einen Haken (26) aufweist, in dem Befestigungsmittel (21) des Detektors (4) eingehängt sind, wobei die Schwenkachse des Armes in einer bestimmten Höhe oberhalb der Grundfläche des Ballasts liegt, wobei der Arm in seiner nach oben geschwenkten Ruhestellung durch eine Verriegelung (27, 28) gehaltert ist, und wobei der Arm durch sein Gewicht nach unten schwenkt, sobald die Verriegelung (27, 28) durch ein Steuermittel gelöst wird, und der Detektor (4) dann, wenn der Arm (3) seine waagerechte Winkellage erreicht oder überschreitet, sich aus dem Haken aushakt und auf den Meeresboden fällt.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Detektor (4) sich von dem Arm (3) gelöst hat, der Arm (3) durch ein elastisches, mit dem Sockel (1) verbundenes Glied (29) nach oben zurückgezogen wird.
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (3) die Form eines Henkels hat, an dessen Ende der Detektor (4) aufgehängt ist.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (4) eine mit dem Sockel (1) zusammenwirkende Arretierung (27, 28) besitzt, die in der Ruhestellung eine Lösung der Befestigung des Detektors (4) am Ende des Armes

(3) verhindert.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des Sockels (1) sternförmig ausgebildet ist und die senkrechte Bewegungsebene des Armes (3) zwischen zwei Armen des Sterns liegt.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der außerhalb der Kammer (2) angeordnete Detektor

(4) ein seismischer Detektor ist.

KRE / dm

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