DE2841125A1

DE2841125A1 - Tragbares faecherfilter zur verarbeitung einer gruppe seismischer daten am ort der messung

Info

Publication number: DE2841125A1
Application number: DE19782841125
Authority: DE
Inventors: Robert A Broding
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB2004648B; CA1128189A; GB2004648A; FR2404234A1

Description

Tragbares Fächerfilter zur Verarbeitung einer Gruppe seismischer Daten am Ort der Messung

Die Erfindung bezieht sich auf die Fächerfilterung von seismischen Daten und betrifft insbesondere ein tragbares Fächerfilter zur Verwendung am Ort der Messung, das eine Einrichtung aufweist, durch die während der Dauer der Aufzeichnung seismischer Daten die Filterkennwerte geändert werden können.

Aus Peter Embree "Wide-band Velocity Filtering - The Pie-Slice-Process" Geophysics, Bd. 28, No. 6, Dezember 1963, S. 948-974 ist eine grundsätzliche Beschreibung des Geschwindigkeitsfilterverfahrens zu entnehmen, das im folgenden als Fächerfilterung bezeichnet wird. Das Verfahren der Geschwindigkeitsfilterung dient dazu, das Signalrauschverhältnis dadurch zu verbessern, daß seismische Signale, die auf eine Seismometergruppe treffen oder aus Richtungen streuen, die sich von der normalen Richtung um mehr oder weniger als ein gewisser vorgewählter Winkel unterscheiden, unterdrückt werden. Bevor es die Möglichkeit der Geschwindi^keitsfilterung gab, wurden derartige Signale durch Frequenz- oder Zeitbereichsfilter, die mit den Ausgängen jedes Seismometers verbunden sind, und/oder durch eine räumliche Filterung gefiltert, was darauf hinausläuft, daß eine Gruppe von Seismometern über eine gewählte Strecke mit gewählten Abständen auf der Erdoberfläche angeordnet wird. In gewissem Sinne kombiniert das Geschwindigkeitsfilter die beiden Filterverfahren zu einem Verfahren, was zur Folge hat, daß ein Rauschen oder unerwünschte Signale, die bisher sowohl durch die räumliche Filteranordnung als auch durch die Frequenzfil-

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teranordnung hindurchgegangen wären, durch das Geschwindigkeitsfilter beseitigt werden. Ein einfaches Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung würde eine große Anzahl von Frequenz- oder Zeitbereichsfiltern aufweisen, die mit den Ausgängen der einzelnen Seismometer verbunden sind, so daß sich tatsächlich die räumlichen Frequenzkennwerte einer gegebenen Streuung nach Maßgabe der Frequenz der empfangenen Signale ändern würden.

Die US-PS 3 564 494 und 3 576 522 zeigen verbesserte Weiterbildungen dieses Verfahrens, und insbesondere bestimmte Ausführungsbeispiele eines Fächerfilters, bei dem die bei dem zuerst genannten Verfahren erforderliche große Anzahl von Frequenzoder Zeitbereichsfiltern auf ein einziges Filter reduziert ist. Das beruht darauf, daß statt der Filterung des Ausgangssignals Jedes Seismometers mit einem Zeitbereichsfilter dasselbe Ergebnis dadurch erhalten v/erden kann, daß das Ausgangssignal jedes Seismometers einem Zeitverzögerungselement zugeführt wird, das Verzögerungselement an zwei Stellen abgegriffen wird und das Signal mit der einen Verzögerung von dem Signal mit der zweiten Verzögerung abgezogen wird. Die doppelt verzögerten und voneinander subtrahierten Signale von jedem Seismometer werden dann gewichtet und addiert und anschließend einem einzigen Frequenzfilter zugeführt. Das Endergebnis dieses Arbeitsvorganges ist eine Geschwindigkeitsfiltercharakteristik, die im wesentlichen identisch mit der Charakteristik ist, die durch das eingangs genannte Verfahren erhalten wird. Aus der US-PS 3 576 522 ist insbesondere zu entnehmen, daß die Grenzgeschwindigkeit des Filters verstellbar ist, indem die Zeitverzögerungen der Verzögerungselemente in Einklang miteinander verändert werden. Dabei ist eine Filterverstellung mittels einer Antriebssteuerung mit veränderlicher Geschwindigkeit möglich, die mit dem Transportantrieb verbunden ist, der eine magnetische Aufzeichnungstrommel antreibt, die das Grundzeitverzögerungselement bildet.

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Trotz der obigen bekannten Fächerfilter gibt es gegenwärtig kein Fächerfilter, das wirklich am Ort der Messung in dem Sinne verwendbar ist, daß es durch eine Person tragbar ist. D.h., daß es keine kleine,leichte Fächerfiltereinrichtung mit niedriger Leistung gibt, die für Messungen an Ort und Stelle praktikabel ist. Bei allen bekannten Vorrichtungen wird davon ausgegangen, daß das an jedem Seismometer empfangene Signal eine ausreichende Amplitude und ein ausreichendes Signalrauschverhältnis hat, so daß es auf ein Magnetband aufgezeichnet und später wiedergegeben werden kann, um es über eine bekannte Fächerfilter- oder Geschwindigkeitsfiltereinrichtung zu verarbeiten. In vielen Fällen ist diese Annahme nicht richtig, und Signale, die beispielsweise von Bodenwellen stammen und die das Geschwindigkeitsfilter unterdrücken kann, haben eine solche Amplitude, daß sie das Signal vollständig über decken, das von einem einzelnen Seismometer aufgezeichnet werden soll. Beispielsweise kann ein Bodenwellensignal mit großer Amplitude dazu führen, daß die Aufzeichnungsgeräte zur Vermeidung einer Sättigung ihren Eingangsverstärkungsfaktor derart herabsetzen, daß die gewünschten Signale nicht mehr erfaßbar sind. In diesen Fällen ist es außerordentlich wünschenswert, das Bodenwellensignal vor der Informationsaufzeichnung zu beseitigen.

Selbst wenn angemessene Signale von den einzelnen Seismometern aufgezeichnet werden können, wird eine derartige Aufzeichnung dann kompliziert, w.enn die Daten in der bekannten Vorrichtung später geschwindigkeitsgefiltert werden sollen. Ohne eine Fächerfilterung waren bisher die Seismometergruppen aus beispielsweise zwölf Seismometern am Ort-der Messung alle in Reihe oder parallel geschaltet, so daß sich nur ein einziges elektrisches Ausgangssignal ergibt und nur eine einzige Aufzeichnungsspur erforderlich ist. Da diese Signale durch eine Geschwindigkeitsfilterung getrennt werden müssen, muß jedes Seismometer sein eigenes Leitungspaar aufweisen, das zum Aufzeichnungswagen zurückführt_/und muß eine getrennte Aufzeich-

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nungsspur für jedes Seismometer gebildet werden, wenn nach der Aufzeichnung eine Fächerfilterung erfolgen soll. Wenn jede Seismometergruppe aus zwölf Seismometern besteht, macht das eine 12-fache Vergrößerung der Leitungskabel und der Aufzeichnungskapazität erforderlich, um eine spätere Geschwindigkeitsfilterung der Daten zu ermöglichen.

Obwohl es bei der bekannten Vorrichtung, die Verzögerungsleitungen verwendet, erkannt wurde, daß die Grenzgeschwindigkeit eines Geschwindigkeitsfilters dadurch verstellt werden kann, daß die Verzögerungen aller Verzögerungsleitungen proportional verstellt werden, gibt es keine einfache Einrichtung zum fortlaufenden Verstellen der Verzögerungsleitungsperioden,und gibt es insbesondere keine Einrichtung, die fortlaufend die Perioden, während eine gegebene Aufzeichnung geliefert wird, verstellt.

Ziel der Erfindung ist daher ein tragbares Geschwindigkeitsfilter, das am Ort der Messung verwandt werden kann.

Durch die Erfindung soll weiterhin ein Geschwindigkeitsfilter geliefert werden, das eine Einrichtung aufweist, die einfach und fortlaufend die Grenzgeschwindigkeit des Filters ändert.

Dazu wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung geliefert, die eine Vielzahl von Eingängen, an denen die Signale von Seismometern anliegen, Addierschaltungen, die die empfangenen Signale paarweise kombinieren, lastgekoppelte Verzögerungsleitungen, die jedem addierten Signal zwei verschiedene Verzögerungen geben, Subtrahierschaltungen, die die Differenz zwischen den beiden verschieden verzögerten Signalen bilden, und Vichtungs- und Addiereinrichtungen aufweist, um jede der Differenzen zu kombinieren. Darüberhinaus ist ein digitaler Haupttaktgeber vorgesehen, der die Zeitverzögerung jeder Verzögerungsleitung steuert und eine Einrichtung zum Einstellen der Taktfrequenz aufiiieist. Die Grenzgeschwindigkeit des sich ergebenden Facher-

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filters ist somit über einen breiten Bereich und im wesentlichen augenblicklich durch eine Änderung der Taktfrequenz verstellbar .

Durch die Erfindung wird somit eine Vorrichtung zur Fächerfilterung seismischer Daten am Ort der Messung geliefert, die Eingänge, an denen die Signale von jedem Seismometer in einer Seismometergruppe liegen, Summierungsverstärker zum paarweisen Addieren der empfangenen Signale, lastgekoppelte Verzögerungsleitungen, die jedem addierten Signalpaar zwei verschiedene Verzögerungen geben, Verstärker, die die Differenz zwischen den beiden verzögerten Signalen aus jedem addierten Signalpaar bilden, und Einrichtungen aufweist, die die Ausgangssignale aus allen Signalpaaren wichten und addieren. Die Zeitverzögerungen jeder Verzögerungsleitung sind proportional einem einzigen Taktgeber und werden durch einen einzigen Taktgeber gesteuert, der zeitveränderlich ist. Die Taktfrequenz kann während einer gegebenen-Aufzeichnung auf einem einzigen Wert gehalten werden, bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel wird die Taktfrequenz jedoch während der Aufzeichnung verändert, um einen engeren Durchlaßbereich der auftretenden Geschwindigkeiten für tiefer liegende Reflexionen als fürOberflä chenreflexionen zu liefern.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fächerfilters;

Fig. 2 zeigt im einzelnen schematisch einen repräsentativen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 zeigt im einzelnen schematisch die Wichtungswiderstände und die Ausgangsaddierschaltungen in Fig.1; 9Ο9813/ίθ29

Fig. 4 zeigt im einzelnen schematisch einen Mehrfrequenztaktgeber, der bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungen verwandt werden kann.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist das Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fächerfilters zwölf Eingänge 1 bis 12 auf. An diesen Eingängen können die Ausgangssignale von zwölf Seismometern liegen, die im Abstand voneinander in einer Linie angeordnet sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß diese zwölf Seismometer in einer linearen Verteilung einen Abstand von 15,2 m (50 ft.) haben. Unter dem Begriff eines Seismometers ist entweder ein einzelner seismischer Detektor oder eine Untergruppe aus einer Anzahl seismischer Detektoren zu verstehen, die in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, um ein einziges seismisches Ausgangssignal zu liefern. Es sind sechs Addierschaltungen 13 bis 18 vorgesehen, die die an den Eingängen 1 bis 12 empfangenen Signale paarweise addieren. Jedes Eingangspaar, dessen Signale addiert werden, liegt symmetrisch zur Mitte der Seismometergruppe, die in der Mitte zwischen den Seismometern 6 und 7 liegt. Die Addierschaltung 13 addiert somit die Ausgangssignale der Seismometer 6 und 7» die Addierschaltung 14 addiert die Ausgangssignale der Seismometer 5 und 8 usw. Die Ausgangssignale der Addierschaltungen 13 bis 18 liegen an den Eingängen von Doppelverzögerungsleitungen 19 bis 24 jeweils. Jede Doppelverzögerungsleitung gibt demselben Eingangssignal zwei verschiedene Zeitverzögerungen. Die in Fig. 1 angegebenen Zeitverzögerungen entsprechen einer typischen Anordnung, bei der die Seismometer in einem Abstand von 15,2 m (50 ft.) voneinander angeordnet sind. Die Ausgangssignale jeder Doppelverzögerungsleitung 19 bis 24 liegen an den positiven und negativen Eingängen von Addierschaltungen 25 bis 30 jeweils. In dieser Weise liefern die Addierschaltungen 25 bis 30 an ihren Ausgängen die Differenz zwischen den beiden verschiedenen zeitverzögerten Signalen. Die Ausgangssignale der Addierschaltungen 25 bis 30 liegen über

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Widerstände 31 bis 36 jeweils am Eingang eines Summierverstärkers 31. Die Widerstände 31 bis 36 sorgen für eine Wichtung der Seismometerausgangssignale entsprechend dem Abstand der Seismometer von der Gruppenmitte, wie es allgemein auf dem Gebiet der Fächerfilterung bekannt ist. Der Verstärker 37 liefert ein zusammengesetztes Ausgangssignal an eine Ausgangsklemme 38, an die ein seismisches Aufzeichnungsgerät angeschlossen werden kann. Das Aufzeichnungsgerät ist im typischen Fall entweder eine auf einem Aufzeichnungswagen angeordnete analoge oder digitale Anlage, wie es allgemein bekannt ist, kann jedoch auch ein tragbares Aufzeichnungsgerät sein. Das Signal an der Ausgangskleinme 38 wird mit einer Ausnahme in derselben Weise verarbeitet, wie das Ausgangssignal einer in Reihe oder parallel geschalteten Gruppe von zwölf Seismometern bei dem bekannten Verfahren verarbeitet wird. Es ist auf dem Gebiet der Geschwindigkeitsfilterung bekannt, daß das Signal an der Ausgangsklenime 38 ein transformierter 90° Impuls ist. Bevor dieses Signal in eine sichtbare Form umgewandelt wird, sollte es durch ein Filter, beispielsweise das in der US-PS 3 564 494 vorgesehene Filter, korrigiert werden. Diese Filterfunktion kann auch von einem Mehrzweckrechner zum Zeitpunkt der Verarbeitung der aufgezeichneten Daten durchgeführt werden. Bei einem Seismometerabstand von 15,2 m (50 ft.) und bei Zeitverzögerungsintervallen, wie sie in Fig. 1 angegeben sind, liefert das in Fig. 1 dargestellte Geschwindigkeitsfilter eine Grenzgeschwindigkeit bei einer Dämpfung von 6 dB von etwa 7500 m/s oder 25 000 ft/sec.

Fig. 2 zeigt im einzelnen das Schaltbild eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, der beispielsweise den Eingängen 1 und 12, der Addierschaltung 18, den Verzögerungselementen 24 und der Addierschaltung 30 entspricht. Obwohl in Fig. 1 beispielsweise der Eingang 1 als eine einzige Leitung dargestellt ist, weist jedes Seismometer tatsächlich zwei Leitungsdrähte auf, die sein Signal an den Eingang legen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Addierschaltung 18 ein Verstärker

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40 in integrierter Form mit Differentialeingang, der Eingangs« und Rückkopplungswiderstände aufweist, die so angeordnet sind, daß sie. für die Addition der Eingangssignale und einen Verstärkungsfaktor 8 sorgen. Die zwei Leitungen vom Seismometer No* ΐ können beispielsweise an den Eingängen 42 liegen_r während die beiden Leitungen vom Seismometer No. 12 an den Eingängen 44 liegen können. Jede der vier Leitungen ist über einen 25 kOhm Widerstand mit dem Verstärker 40 verbunden. Ein 200 kOhm Rückkopplungswiderstand sorgt für einen Verstärkungsfaktor S des Verstärkers und ein Ο,ΟΟΙμΡ Rückkopplungskondensator liefert eine Grenzfrequenz von annähernd 500 Hz. Das Ausgangssignal des Verstärkers 40 liegt am Eingang eines anti-alias-Filters aus einem zweiten Differentialverstärker 46 und den zugehörigen Eingangs- und Rückkopplungswiderständen und-kondensatoren. Dieses in Fig. 2 dargestellte Filter weist eine Grenzfreouenz von 250 Hz bei einer Steilheit von 12 dB/Oktave auf und liefert darüberhinaus einen Verstärkungsfaktor 4. Dieses Filter ist kein Bestandteil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und für die Arbeitsweise eines Geschwindigkeitsfilters nicht wesentlich,, sondern aus dem Bereich der seismischen Bodenuntersuchung bekannten Gründen bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Ein anti-alias-Filter kann statt hinter dem Summierverstärker in der Leitung liegen, die jedes Seismometer mit den Filtereingängen 1 bis 12 verbindet, was jedoch mehr Filter erforderlich machen würde und daher nicht bevorzugt ist.

Der Ausgang des Verstärkers 46 liegt an den beiden Eingängen eines Doppelverzögerungselementes 48. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verzögerungselemente 48 eine analoge Verzögerungsleitung mit zwei 512-Stufen_r die unter der Bezeichnung SAD-1024 von der Reticon Corporation, Sunnyvale, Kalifornien, USA, erhältlich ist. Die in Fig. 2 dargestellten Stiftzahlen für das Verzögerungselement 48 entsprechen diesem bevorzugten Bauteil, das in einer Doppel-in-line-Gruppe mit 16

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Stiften vorgesehen ist. Beide 512-Eimerkette,n-Schieberegister> die im Element 48. enthalten sind, empfangen dasselbe Eingangssignal und geben diesem Eingangssignal zwei verschiedene Ver- · zögerungeri, da verschiedene Taktfrequenzen an jedem der. beiden Schieb'eregister liegeii. Jedes dieser beiden Schieberegister benötigt ein Zwei-Phas.en-Takteingangssignal, so daß-von einer Doppel-Flip-Flbp-Einrichtung 52 vier Takteingangssignale 50 geliefert -werden. Die Doppel-Flip-Flop-Schaltung, die als Einrichtung 52 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwandt wird, ist ein Bauteil, das unter der Bezeichnung CD4013 ,von RCA Corporation, Some'rville, USA, erhältlich ist. Die Einrichtung 52 empfängt Taktsignale* an den Eingängen 54, die mit der in. Fig. 4 dargestellten Schaltung verbunden sind, die später. beschrieben wircL. Die für die Einrichtung 52 angegebenen Stiftzahlen entsprechender von "RCA Corporation erhältlichen Standard-Doppel-in-line-Baugruppe mit 14 Stiften.

Jede Verzögerungsleitung der Einrichtung 48 weist zwei Ausgänge auf, und beide Ausgänge Jeder Verzögerungsleitung werden be- , nutzt-,' so¹ daß das Aus gangs signal während einer gesamten Taktperlode 'vorhanden ist. Die beiden Ausgänge 56 und 58 liegen über'identische ¥iderstände" an den Eingängen eines Glättungs- , filters-aus einem Differentialverstärker 60 und zugehörigen Widerständen und'Kondensatoren, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. 'Diese Anordnung¹ liefert tatsächlich zwei getrennte,, jedoch identische Filter, und zwar ein Filter für die Ausgänge 56,· die am negativen Eingang des Verstärkers 60 liegen, und das andere Filter für die Ausgänge 58, die am positiven Eingang des Verstärkers 60 liegen. Diese Filter haben eine Grenzfrequenz von 250 Hz und eine Ste.ilheit von 12 dB/Oktave. Die Eingangs- und Rückkopplungseinrichtungen liefern darüberhinaus einen Verstärkungsfaktor 8 für den Verstärker 60. Das Ausgangssignal des Verstärkers 60 ist die Differenz zwischen den beiden Signalen, die an den Ausgängen 56 und ,58 des Verzogerungselementes 48 auftreten. Das Ausgangssignal des Verstärkers 60 entspricht somit

dem Ausgangs signal des Addierelementes 30 in Fig. -1-.Ein-Widerstand 62, der in gestriQhelten VerMnäungslinien darges-telt -' ist, bildet einen Nebenschluß für'das-Signal vom Ausgang.des Verstärkers 46.zum,negativen Eingang des. Verstarker/ä 60. Wie es in Fig. 1 ,dargestellt ist, weist das Verzögerungselement eine Verzögerungsleitung mit der Verzögerung 'Null· auf.' Im allgemeinen benötigt nur. ein Verzögerungselement in Jedem Geschwindigkeitsfilter β ine tatsächliche Zeitverzö-gefung Null. - ^: Das eine Element umfaßt den Widerstand. :62,ν um das .Verzögerungselement 48 nebenzuschließen und dadurch die Zeitverzögerung Null zu, liefern.. Mit dieser einen Ausnahme, d.h. mit Ausnajinie" des Widerstandes 62 wird die in .Fig. 2 dargestellte Schaltung"' sechsmal verwandt, um die in Fig.,. 1 dargestellten sechs verschiedenen Kanäle zu bilden. ■ . ■

In Fig. 3 ist mehr im einzelnen der w"Lchtungs-_ und Endaddierungsteil der in Fig. 1 dargestellten Schaltung gezeigt. Die Widerstände 31 bis 3-6 und der Differentialverstärker 3:7 sind dieselben, wie sie in Fig. 1. dargestellt sind. Zusätzlich/sind die Rückkopplung^--und Abgleichwiderstände und-kondensatoren dargestellt, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel· ver-

' ■ ■ - ' ft

wandt werden. ■ . . . -

In Fig. 4 ist die Schaltung dargestellt, die die elf verschiedenen Taktfrequenzen liefert,-die notwendig sind, um die in Fig. 1 -dargestellten zwölf Zeitverzögerüngen zu-erzeugen. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung weist einen Haupttaktgenerator 64 und eine.Abzählschaltung 66 auf. Der.Taktgeber 64 ist. ein. digitaler Multivibrator mit zwei NOR-Gliedern 68,. deren Eingänge miteinander verbunden sind, so daß.sie als Inverter arbeiten. Ein Kondensator 70, eine Widerstand 72 und ein kanal-Feldeffekttransistor 74 bestimmten die Periode dieses Multivibrators. Der,Kondensator- 70 ist verstellbar, um die Grundtaktf equenz zu τ·_θrändern,und der Widerstand des. Feldeffekttransistor 74 wird dadurch geändert^ daß die Spannung

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an seinem ßate-Eingang 76 gesteuert wird. Für die in Fig. 1 angegebenen Perioden erfolgen diese Einstellungen derart, daß sich am Ausgang 78 des Taktgebers 64 eine Täktperiode von 3,906 Hikrosekunden ergibt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispield sind die Verknüpfungsglieder 68 Bauelemente, die von RCA Corp.» USA, unter der Bezeichnung CD4001A erhältlich sind. Der Ausgang 78 liegt am Eingang eines anderen NOR-Gliedes 80, das als Puffer wirkt, um die Eingänge der Abzählschaltung 66 anzusteuern.

Die Äbzählschaltung 66 besteht im wesentlichen aus digitalen Abzählschaltungen, die so ausgelegt sind, daß sie zusätzlich zur Grundtaktfrequenz 10 Frequenzen liefern, die dazu dienen, die elf verschiedenen Zeitverzögerungen zusätzlich zur Zeitverzögerung Null zu liefern, die für die Zeitverzögerungseinheiten in Fig. 1 dargestellt sind. Die elf Ausgänge der Takt- und Abzählschaltungen 82 bis 92 sind auch mit den Zeitverzögerungen bezeichnet, die ^eder Ausgang liefert. Jeder Ausgang 82 bis 92 liegt entsprechend der gewünschten Zeitverzögerung an einem Takteingäng, beispielsweise an den Eingängen 54 in Fig. 2. Der Grund dafür, daß verschiedene Taktfrequenzen benötigt werden* besteht ersichtlifch darin, daß jede Verzögerungseinheit, die bei dem bevorzugten Äusführungsbeispiel verwandt wird, eine feste Anzahl, nämlich 512, Speichereimer aufweist, so daß verschiedene Zeitverzögerungen dadurch erhalten werden können, daft verschiedene Taktfrequenzen verwandt werden. Das ist in der Praxis einfacher als Schieberegister mit verschiedener Länge vorzusehen, die alle mit derselben Frequenz getaktet werden. Wenn derartige Schieberegister zur Verfügung stehen, ist auch eine derartige Anordnung geeignet.

Der Ausgang 82 liegt direkt am Ausgang des Verknüpfungsgliedes 80, um die Grundtaktfrequenz zu liefern, was zu einer Grundzeitverzögerung von 2 Millisekunden führt. Die Ausgänge 83,84 und 85, die die Frequenzen für die Zeitverzögerungen von 4,8

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und 16 Millisekunden liefern, sind einfach die Ausgänge der ersten drei Stufen eines Binärzählers 94, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der in integrierter Form ausgebildete Typ CD4024 der RCA Corporation USA ist. Der Ausgang 86 liefert eine Taktfrequenz für eine Verzögerung von 6 ms unter Verwendung eines durch N teilenden Zählers 96 vom Typ CD4018,hergestellt gleichfalls von RCA Corporation,in Verbindung mit einem Teil der Verknüpfungsbaugruppe 98 vom Typ CD4011, hergestellt von RCA Corporation, um der Einrichtung 96 die Form einer durch drei teilenden Einrichtung zu geben. Der Ausgang 87 liefert eine Frequenz, die gleich der Hälfte der Frequenz des Ausgangs 86 ist, indem das Ausgangssignal am Ausgang 86 in einer Flip-Flop-Schaltung 100 vom Typ 4013, hergestellt von RCA Corporation, durch zwei dividiert wird. Im wesentlichen in derselben Weise liefern die Ausgänge 88 und 89 Taktfrequenzen für Zeitverzögerungen von 10 und 20 ms jeweils, indem Schaltungen 102 und 104, die so ausgebildet sind, daß sie durch fünf teilen, und eine Einrichtung 106 verwandt werden, die das Signal am Ausgang 88 durch zwei teilt. Der Ausgang 90 liefert eine Frequenz für eine Zeitverzögerung von 14 ms durch die Anordnung von Einrichtungen 108 und 110 vom Typ 4018 und 4011 in Form von durch sieben teilenden Schaltungen. Der Ausgang 91 liefert eine Frequenz für eine Zeitverzögerung von 18 ms mit Hilfe der Einrichtungen 112 und 114 in Form von durch neun teilenden Schaltungen. Der letzte Teilerausgang 92 liefert eine Frequenz für eine Zeitverzögerung von 22 ms durch die Verwendung eines Auf-Ab-Zählers vom Typ CD4029, hergestellt von der RCA Corporation, in Verbindung mit einem NOR-Glied 81, das ein Teil der Einrichtung ist, die die NOR-Glieder 68 und 80 enthält, um für eine Teilerfunktion durch elf zu sorgen.

Obwohl im Obigen ein spezieller Taktgeber 64 und eine spezielle Te Her schaltung 66 dargestellt wurden, können auch andere spannungsgesteuerte Oszillatoren, die allgemein bekannt sind, anstelle des Haupttaktgebers 64 und andere digitale Schaltungen

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vorgesehen werden, die die verschiedenen digitalen Auf-Ab-Zählfunktionen der Schaltung 66 erfüllen. Wie es oben erwähnt wurde, kann die Teilerschaltung 66 vollständig fehlen, wenn statt Verzögerungsleitungen mit der gleichen Länge analoge Verzögerungsleitungen jeweils mit passender Länge verwandt werden. Es kann auch zweckmäßig sein, den Taktgeber 64 von Hand aus oder mechanisch, beispielsweise mittels eines Potentiometers, verstellbar zu machen, das in Reihe oder parallel zum Widerstand 72 geschaltet ist, statt den Taktgeber 6'4 über den Feldeffekttransistor 74 verstellbar zu gestalten.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Schaltungen werden in der dargestellten Weise zu einer von einer Batterie versorgten tragbaren Einheit zusammengeschaltet. Die Eingänge 1 bis 12 in Fig. 1 stehen jeweils mit den einzelnen Seismometern einer Gruppe von zwölf Seismometern in Verbindung, die in einer linearen Verteilung, beispielsweise im Abstand von 15,2 m (50 ft.) angeordnet sind. Der Ausgang 38 von Fig. 1 liegt dann an einem Hauptkabel, das mit dem Aufzeichnungswagen verbunden ist, oder am Eingang eines am Ort der Messung befindlichen Aufzeichnungsgeräts. Wenn eine einzige Grenzfrequenz erwünscht ist, wird der Taktgeber 64 so eingestellt, daß er eine 3,9o6 Mikrosekundenperiode liefert, so daß sich genau die Zeitverzögerungen im Geschwindigkeitsfilter ergeben, die in Fig. 1 dargestellt sind. Andere Taktperioden können gewählt werden, wenn andere Grenzgeschwindigkeiten erwünscht sind. Anschließend erfolgt eine seismische Zündung, und die zurückkommenden, von den Seismometern aufgenommenen Signale, die an den Eingängen 1 bis 12 liegen, werden durch das in Fig. 1 dargestellte Filter verarbeitet und zur Aufzeichnung an den Ausgang 38 gelegt.

Die bevorzugte Verwendung der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung besteht darin, die Grenzfrequenz des Filters während der Aufzeichnung der von jeder Zündung zurückkommenden Signale zu ändern. Das wird dadurch erreicht, daß eine Spannung mit

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linearem Anstieg oder eine Sägezahnspannung so synchronisiert wird, daß sie immer mit einer Zündung beginnt. Das sägezahnförmige Spannungssignal liegt am Eingang 76 des Taktgebers 64. Dieses sägezahnförmige Signal bewirkt, daß die Ausgangsfrequenz des Taktgebers 64 proportional zur Eingangsspannung durchläuft. Die Änderung der Taktfrequenz führt dazu, daß sich die in Fig. 1 dargestellten Zeitverzögerungen mit der Zeit ändern. In dieser Weise kann die Grenzgeschwindigkeit dos Geschwindigkeitsfilters mit der Zeit während der Zündung verändert werden. Es ist wünschenswert, während der frühen Phase der zurückkommenden Signale eine niedrigere Grenzfrequenz vorzusehen, da die erwünschten Signale von dicht unter der Erdoberfläche liegenden Schichten

die Seismometer unter steileren Winkeln als von tieferen Schichten erreichen.

Da die von dicht unter der Erdoberfläche liegenden Schichten kommenden Signale auch früher als die Signale von den tieferen Schichten auftreten, ist es einfach, die Taktfrequenz zu ändern, so daß in der frühen Phase der zurückkommenden Signale eine niedrige Grenzgeschwindigkeit und später eine höhere Grenzgeschwindigkeit vorliegt.

Es ist ersichtlich, daß kein bestimmter Durchlauf der Grenzgeschwindigkeiten mit der Zeit für jeden Bereich der seismischen Untersuchung optimal ist, es ist gleichfalls ersichtlich, daß die dargestellte Schaltung eine große Flexibilität aufweist, da die Grenzgeschwindigkeit spannungssteuerbar ist. Es ist beispielsweise bei einer Aufzeichnung mittels eines über ein Kabel anschlossenen Wagens zweckmäßig, eine Steuerspannungsleitung vom Wagen für die verschiedenen Geschwindigkeitsfilter am Ort der Messung vorzusehen, so daß die Bedienungsperson des Aufzeichnungsgeräts je nach Wunsch die Grenzgeschwindigkeit des Filters verändern kann. Bei einer funkgesteuerten Gruppenaufzeichnung ist es gleichfalls zweckmäßig, im Gruppen-Ruf-Code eine Auswahl der Grenzgeschwindigkeiten oder vorprogrammierte Geschwindigkeitsdurchläufe vorzusehen.

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L e e r s θ i t

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

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284 ! 125

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835 100

STANDARD OIL COMPANY, Chicago, III.6O6OI, USA

.PATENTANSPRÜCHE

Tragbares Fächerfilter zum Verarbeiten einer Gruppe seismischer Signale am Ort der Messung, ge kennzeichnet durch Filtereingänge, an denen die Signale von einer geraden Anzahl von Seismometern liegen, die in einer linearen Verteilung angeordnet sind, durch eine Vielzahl von Addiereinrichtungen, von denen jede zwei Eingänge, die mit zwei Filtereingängen verbunden sind, die so gewählt sind, daß sie Signale von zwei Seismometern empfangen, die bezüglich der Mitte der Seismometerverteilung symmetrisch liegen, und einen Ausgang aufweisen, an dem die Summe der von den beiden Seismometern empfangenen Signalen erscheint, durch eine Vielzahl von lastgekoppelten Verzögerungslei-

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tungen, die gleich der Anzahl der Addiereinrichtungen ist und von denen jede einen Eingang, der mit dem Ausgang einer Summierungseinrichtung verbunden ist, und zwei Ausgänge aufweist, an denen das Signal, das von der Addiereinrichtung empfangen wurde, mit verschiedenen Zeitverzögerungen wiedergegeben wird, durch eine Vielzahl von Subtrahiereinrichtungen, die gleich der Anzahl der Verzögerungsleitungen ist und von denen jede zwei Eingänge, die mit den zwei Ausgängen einer der Verzögerungsleitungen verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, an dem die Differenz zwischen den beiden AusgangsSignalen der Verzögerungsleitung auftritt, durch eine Vielzahl von ivichtungseinrichtungen, die gleich der Anzahl der Subtrahiereinrichtungen ist und von denen jede einen Eingang aufweist, der'mit einem Ausgang einer Subtrahiereinrichtung verbunden ist, um eine amplitudengeregelte Wiedergabe des Ausgangssignals der Subtrahiereinrichtung nach Maßgabe der Position der Seismometer in der Verteilung zu liefern, von denen das Signal ursprünglich kommt, und durch eine Endaddiereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingängen, die mit den Ausgängen der Wichtungseinrichtung verbunden sind, und mit einem Ausgang, an dem die Summe der Eingangssignale erscheint.
2. Fächerfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsleitung dieselbe Anzahl von Verzögerungselementen aufweist, und daß eine Taktgeberschaltung vorgesehen ist, die jede Verzögerungsleitung mit einer anderen Taktfrequenz versorgt, die so gewählt ist, daß sich die verschiedenen Zeitverzögerungen ergeben.
3· Fächerfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeberschaltung einen Oszillator mit veränderlicher Frequenz aufweist, von dem jede der verschiedenen Taktfrequenzen abgeleitet wird, wobei die verschiedenen Taktfre-909813/1029

quenzen synchronisiert sind und proportional dadurch verändert -werden können, daß die Oszillatorfrequenz verändert wird.
4. Fächerfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator mit veränderlicher Frequenz spannungssteuerbar ist.
5· Verfahren zur seismischen Untersuchung, bei dem die akustische Energie, die von Zwischenschichten unter der Erdoberfläche reflektiert wird, von einer Vielzahl von Seismometern aufgenommen wird und die Ausgangssignale von den Seismometern an einer Aufzeichnungseinrichtung liegen, um für eine spätere Verarbeitung aufgezeichnet zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Seismometer über ein tragbares Fächerfilter an die Aufzeichnungseinrichtung gelegt werden, das sich am Ort der Messung in der Nähe einer Gruppe von Seismometern befindet, wobei das Fächerfilter lastgekoppelte Verzögerungsleitungen aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das tragbare Fächerfilter Filtereingänge, an denen die Signale von einer geraden Anzahl von Seismometern liegen, eine Vielzahl von Addiereinrichtungen, von denen jede zwei Eingänge, die mit zwei Filtereingängen verbunden sind, die so gewählt sind, daß sie Signale von zwei Seismometern empfangen, die bezüglich der Mitte der Seismometerverteilung symmetrisch liegen, und einen Ausgang aufweist, an dem die Summe der von den beiden Seismometern empfangenen Signalen auftritt, eine Vielzahl von lastgekoppelten Verzögerungsleitungen, die gleich der Anzahl der Addiereinrichtungen ist und von denen jede einen Eingang, der mit dem Ausgang einer Addiereinrichtung verbunden ist, und zwei Ausgänge auf-909813/10 2 9

weist, an denen das von der Addiereinrichtung empfangene Signal mit verschiedenen Zeitverzögerungen wiedergegeben wird, eine Vielzahl von Subrahiereinrichtungen, die gleich der Anzahl der Verzögerungsleitungen ist und von denen jede zwei Eingänge, die mit den zwei Ausgängen einer Verzögerungsleitung verbunden sind,und einen Ausgang aufweist, an dem die Differenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der Verzögerungsleitung auftritt, eine Vielzahl von Wichtungseinrichtungen, die gleich der Anzahl der Subtrahiereinrichtungen ist und von denen Jede einen Eingang, der mit dem Ausgang einer Subtrahiereinrichtung verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, an dem das Ausgangssignal der Subtrahiereinrichtung nach Maßgabe der Position der Seismometer in der Verteilung, von denen das Signal ursprünglich stammt, amplitudengeregelt wiedergegeben wird, und eine Endaddiereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingängen, die mit den Ausgängen der Wichtungseinrichtung verbunden sind, und mit einem Ausgang, an dem die Summe der Eingangssignale auftritt.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzgeschwindigkeit des Fächerfilters proportional zu den Zeitverzögerungen der Verzögerungsleitungen ist, und daß die Zeitverzögerungen über einen Taktgeber mit veränderlicher Frequenz gesteuert werden, wobei weiterhin die Taktfrequenz während der Aufzeichnung der von einer einzelnen seismischen Zündung zurückkommenden Signale verändert wird und die Grenzgeschwindigkeit während der Aufzeichnung der von einer einzigen seismischen Zündung zurückkommenden Signale verändert wird.

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