DE2835772C2

DE2835772C2 - Einrichtung zur Erzeugung von Scherwellen

Info

Publication number: DE2835772C2
Application number: DE2835772A
Authority: DE
Inventors: Hans A.K. Dr.-Ing. 3000 Hannover Edelmann
Original assignee: Prakla Seismos GmbH
Current assignee: Geco Prakla GmbH
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE2835772A1; US4286332A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von im wesentlichen horizontal polarisierten Scherwellen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 28 80 816 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur geophysikalischen Untersuchung des Untergrundes mittels Scherwellen eine seismische Quelle benutzt wird, die aus zwei langgestreckten, in ihrer Längsrichtung zu einander fluchtend und benachbart im Untergrund angeordneten Sprengladungen besteht. Diese Ladungen werden jn ihren gegenseitig abgewandten Enden zu unterschiedlichen Zeiten gezündet, wodurch die Entstehung von Scherwellen begünstigt wird.

Aus der US-PS 33 02 164 und ferner aus den US-PS 3159 232, 3159 233 und 32 05 971 sind Vibratoren bekannt, die dadurch Scherwellen erzeugen, daß sie zu Vibrationen parallel zur Erdoberfläche erregt werden. Die Vibratorplatten sind zwecks besserer Ankopplung auf der den Boden berührenden Seite mit pyramidenförmigen Warzen oder Ansätzen versehen, die eine Ankopplung der horizontal polarisierten Schwingungen auf den Boden ermöglichen sollen.

Diese bekannten Verfahren und Einrichtungen haben erhebliche Nachteile. So erzeugt eine Sprengung im Boden einen starken ersten Kompressionsstoß, der bei der beabsichtigten anschließenden Interferenz zu störenden Nebenwirkungen führen kann. Eine weitere praktische Anwendung dieses Verfahrens ist bisher nicht bekanntgeworden. Dagegen können durch den Einsatz besonderer Vibratoren Scherwellen erzeugt werden, die die physikalischen Anforderungen für reflexionsseismische Aufnahmen sehr gut erfüllen. Die Vibratoren haben jedoch im praktischen Einsatz erhebliche Nachteile. Wegen der horizontalen Bewegung der Masse sind die zur Führung dieser Masse benutzten Elemente stark beansprucht und unterliegen einem entsprechenden Verschleiß. Beim Einsatz der Vibratoren werden insbesondere auf Straßen und Wegen kostspielige Flurschäden verursacht. Ein sehr wesentlicher Nachteil der mit Vibratoren arbeitenden Verfahren besteht darin, daß bei der zur Zeit verwendeten Vibratorleistung und der dafür notwendigen Masse ein Einbau in vorhandene übliche Vibratoren für P-Wellen nicht ohne weiteres möglich ist, so daß meistens Spezialgeräte benutzt werden müssen.

Aus der Untertage-Seismik ist gemäß DE-PS 11 84 099 ein reflexionsseismisches Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung von Verwerfungen und Störungen bekannt, das die Führung von Wellen an Flözen ausnutzt Das bekannte Verfahren arbeitet mit Grenzscnichtwellen, die asymmetrisch zur Flözmitte

ίο verlaufen und dadurch erzeugt werdet*, daß zwei an der Flözoberkante und/oder an der Flözunterkante angeordnete Vibratoren mit 180° gegenseitig phasen verschobene Schwingungen aussenden. Hierzu können die beiden Vibratoren mechanisch oder elektrisch gekop-

n pelt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der mit gutem Wirkungsgrad für reflexionsseismische Zwecke von der Oberfläche aus Scherwellen erregt werden können, ohne daß Sprengladungen oder für die Erzeugung von Scherwellen besonders ausgerüstete Vibratoren benutzt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 1 geschaffen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Patentanspruch 2 gekennzeichnet

Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß mit üblichen Vibratoren gearbeitet werden kann. Wenn angenommen wird, daß die Vibratoren im wesentlichen kugelsymmetrisch in einen homogenen Halbraum abstrahlen, werden bei engbenachbarter Anordnung von zwei P-Wellen-Vibratoren und gegenphasiger Steuerung die P-Wellen im wesentlichen ausgelöscht, wobei allerdings die Kraft-Amplitude in der Horizontalen, verglichen mit der vertikalen Anregung im gleichphasigen Betrieb, verringert ist Aus diesem Grunde empfiehlt sich auch die Verwendung von 4 Vibratoren, die vorzugsweise auf den Eckpunkten eines Quadrates aufgestellt sind, für das die Profillinie eine Mittellinie bildet, wobei die Vibratoren, die auf der gleichen Seite stehen, gleichphasig zu einander und gegenphasig zu den Vibratoren auf der anderen Seite von der Mittellinie gesteuert werden.

Im Gegensatz zu den bekannten, speziell für die Erzeugung von SH-Wellen gebauten Geräten, wie z. B.

in den oben erwähnten US-PS beschrieben, ist es bei Verwendung von gegenphasig gesteuerten P-Wellen-Vibratoren möglich, SH-Wellen auch auf Böden zu erzeugen, die aus verhältnismäßig lockeren Sanden und wassergesättigten Sedimenten bestehen. Neben d-:r Vereinfachung durch Verwendung üblicher Geräte ergibt sich dadurch ein weiterer Vorteil.

Gegenüber einer sprengseismischen Erregung besteht der Vorteil, daß einerseits ohne Bohrgeräte oder bei Benutzung von Ladungen mit einer merklichen horizontalen Erstreckung ohne besondere Erdarbeiten gearbeitet werden kann. Außerdem wird ein von vornherein festgelegtes Frequenzspektrum erzeugt, das je nach den örtlichen Verhältnissen im voraus bestimmt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine Profillinie mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
F i g. 2 schematisch eine Draufsicht auf eine Profillinie mit beiderseits angeordneten Vibratoren und
F i g. 3 eine vereinfachte Ausführungsform.
Eine Einrichtung zur Erzeugung von Scherwellen, siehe Fig. 1 und 2, weist an der Erdoberfläche 10

beiderseits einer Profil- bzw. Mittellinie 124 bzw. 22 je einen Vibrator 112 und 114 auf. Die hier nur vereinfacht angedeuteten Vibratoren 112 und 114 erzeugen Kompressions- oder P-Wellen, wie durch die Doppelpfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Da die Vibratoren 112 und 114 eng benachbart sind, löschen sich die von ihnen erzeugten Kompressionswellen zumindest im mittleren Bereich aufgrund der gegenphasigen Steuerung im wesentlichen aus. Die entstehenden und in Richtung des Pfeiles 20, Fig. 1, sich fortpflanzenden Wellen sind ι ο SH-Wellen mit dtr durch den Doppelpfeil 18 gekennzeichneten Schwingungsrichtung. Nach Reflexion im Untergrund werden die zur Erdoberfläche zurückkehrenden Signale von den Horizontal-Geophonen 16 aufgenommen, die an eine übliche Aufzeichiuingsapparatur angeschlossen sind.

In der in F i g. 2 schematisch dargestellten Einrichtung sind die beiden P-Wellen-Vibratoren 112, 114 üblicher Bauart durch einfache Zusatzgeräte in Verbindung gebracht. Die beiden Vibratoren 112, 114 sind jeweils über eine übliche Steuerung 126a bzw. 1266 an einen Sweep-Generator 128a bzw. 128f> angeschlossen, der über eine Leitungs- oder drahtlose Verbindung 12Sa bzw. 1296 von der Registrierstation aus erregt «/ird. Ein Regler 137 ist in dem von der Steuerung Ylf-a zum Vibrator 112 führenden Kanal angeordnet und sorgt dafür, daß der zur Erregung des Vibrators 112 erzeugte Sweep gegenphasig, aber im übrigen gleich dem Sweep zur Erregung des Vibrators 114 ist. Zu diesem Zweck ist ein Komparator 133 vorgesehen, der über Fühler- oder Abtastvorrichtungen 134a und 1346 mit den eigentlichen Vibrationsvorrichtungen verbunden ist. Die von den Vibratoren 112 und 114 abgestrahlten Signale werden miteinander in dem Komparator 133 verglichen, der eine Spannung erzeugt, die zur Korrektur von Amplitude und Phase eines der Vibratoren, in diesem Fall des Vibrators 112, über die Leitungsverbindung 136 auf den Regler 137 übertragen wird. Diese Einrichtung sorgt dafür, daß örtlich bedingte Rückwirkungen des Bodens auf die Vibratoren weitestgehend berücksichtigt und ausgeglichen werden.

In der Fig.2 ist für jeden Vibrator ein besonderer Sweep-Generator und eine besondere Steuerung vorgesehen. Statt dessen ist es auch möglich, einen einheitlichen Generator und eine einheitliche Steuerung zu verwenden, so daß die zu den Vibratoren führenden Kanäle sich erst hinter der zusammengefaßten Steuerung 126a, b trennen. Diese Anordnung zeigt F i g. 3. die mit einem einzigen Sweep-Generato 28 arbeitet, der über den Eingang 2S von der Rcgistrioftation erregt wird. Über die Steuerung 26 und die Kanäle 30 und 32 werden die Sweeps entsprechend F i g. 2 weitergeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von im wesentlichen horizontal polarisierten Scherwellen mit mindestens einem Paar seismischer Quellen, das symmetrisch zu einer Mittellinie angeordnet ist und dessen beide Quellen im wesentlichen Kompressionswellen erzeugen, und mit Mitteln zur gesteuerten Auslösung derQuellen, dadurch gekennzeichnet,daß die Quellen durch eine Gegenphasensteuerung verbundene Kompressionswellen-Vibratoren (112, 114) sind, die durch Abtastvorrichtungen (134a, 1346J an einen Komparator (133) angeschlossen sind, der einen Regler (137) steuert, der zwischen dem Sweepgenerator (\26a)\md dem eigentlichen Vibrationserzeuger mindestens eines . Vibrators (112) angeordnet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionswellen-Vibratoren (12, 14) über die Gegenphasensteuerung (26) an einen gemeinsamen Sweepgenerator (28) angeschlossen sind.