DE3014897A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE SEISMOGRAPHIC POSITION - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE SEISMOGRAPHIC POSITION

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DE3014897A1 DE19803014897 DE3014897A DE3014897A1 DE 3014897 A1 DE3014897 A1 DE 3014897A1 DE 19803014897 DE19803014897 DE 19803014897 DE 3014897 A DE3014897 A DE 3014897A DE 3014897 A1 DE3014897 A1 DE 3014897A1
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Antoni Marjan Ziolkowski, London S.W. 15
und
Antoni Marjan Ziolkowski, London SW 15
and

Seismograph Services Limited, Keston (Großbritannien)Seismograph Services Limited, Keston (Great Britain)

Verfahren und Vorrichtung zur seismographaschen
Lagebestimmung
Method and device for seismographic
Orientation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung unterirdischer Grenzflächen oder Grenzschichten und/oder zur Bestimmung deren akustischer Eigenschaften
mittels Aussendung von akustischen Wellen und Analyse der reflektierten seismischen Signale.
The present invention relates to a method for determining the position of underground interfaces or boundary layers and / or for determining their acoustic properties
by emitting acoustic waves and analyzing the reflected seismic signals.

Es gibt eine eingeführte Technik, die mit derartigen seismischen Heflektionen arbeitet, die eine Schallquelle auf der Erdoberfläche oder nahe der Erdoberfläche benutzt, um eine akustische Stoßwelle zu vorgegebener Zeit auszusenden. Wenn diese Schallwelle durch die Erde wandert, stößt sie auf die Grenzflächen zwischen den verschiedenen unterirdischen Schichten. An ,-jeder dieser Grenzflächen wird oin Bruchteil der
Schallwolle übertragen, und der andere Bruchteil wird reflektiert. Ein Empfänger an oder nahe der Erdoberfläche in unmittelbarer Nähe zur Schallquelle registriert die reflektierten Schallwellen, die nacheinander eintreffen.
There is an established technique using such seismic lessons that uses a sound source on or near the surface of the earth to emit an acoustic shock wave at a predetermined time. As this sound wave travels through the earth, it hits the interfaces between the various subterranean layers. At, - each of these interfaces becomes a fraction of the
Sound wool is transmitted, and the other fraction is reflected. A receiver on or near the surface of the earth in the immediate vicinity of the sound source registers the reflected sound waves that arrive one after the other.

Der Empfänger fertigt eine Aufnahme (ein Seismogramm) dieser Schallwellen an, diese Aufnahme wird dann ausgewertet, um die Amplituden und Ankunftszeiten der einzelnen Reflek-The receiver takes a recording (a seismogram) of these sound waves, this recording is then evaluated, the amplitudes and arrival times of the individual reflections

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tionen auszuwerten. Diese können dann dazu benutzt werden, die Lage der Gesteinsschichten oder geologischen Formationen innerhalb der Erde bzw. deren akustische Eigenschaften(der Gesteinsschichten)beiderseits einer Grenzfläche zu bestimmen.to evaluate functions. These can then be used to the position of the rock strata or geological formations within the earth or their acoustic properties (the Rock layers) on both sides of an interface.

Die Genauigkeit einer derartigen Analyse hängt davon ab, wie weit man ein Verfahren benutzt, das in der Lage ist, die einzelnen Reflektionen der einzelnen Schichten voneinander zu trennen. Dies ist nicht trivial, da es äußerst schwierig ist, eine reine Kurzzeit-Stoßwelle zu erzeugen. Die von den meisten seismischen Schallquellen erzeugten Schallwellen besitzen nämlich eine Dauer, die länger ist als das eigentlich mögliche zeitliche Auflösungsvermögen des Aufzeichnungssystems. Anders ausgedrückt, die Folge von Heflektionen, die am Empfänger eintrifft, stellt nicht die Impulsfolge dar, die man eigentlich wissen will, nämlich eine Impulsfolge, die die Reflektionsabstände angibt, also die zeitliche Reflektionsfolge; vielmehr handelt es sich um eine Folge von sich gegenseitig überlappenden Wellenzügen. Das Verfahren, das zur Beseitigung des Einflusses der Schallquelle aus dem aufgezeichneten Signal herangezogen wird, um daraus die eigentliche Reflektionsfolge zu gewinnen, wird üblicherweise als Dekonvolution bezeichnet.The accuracy of such an analysis depends on how far one uses a method that is able to identify the individual Separate reflections of the individual layers from one another. This is not trivial as it is extremely difficult to generate a pure short-term shock wave. Namely, the sound waves generated by most seismic sound sources have a duration which is longer than the actually possible temporal resolution of the recording system. Different In other words, the sequence of yeast lessons that arrive at the recipient is not the pulse sequence that one actually wants to know, namely a sequence of impulses that the Specifies reflection distances, i.e. the temporal reflection sequence; rather, it is a series of mutually overlapping wave trains. The procedure that is used to eliminate the influence of the sound source from the recorded signal is used to determine the actual reflection sequence winning is commonly referred to as deconvolution.

Die allgemein übliche Beschreibung eines seismischen Signals geht davon aus, daß die Ausbreitung von seismischen Wellen linear und elastisch'erfolgt, wobei das seismische Signal X1Ct) aus einer Konvolution (Überlagerung, Faltung) der Impulsantwort der Erde g(t) mit dem ausgesandten Wellenzug s(t.) eines Punktsenders ist. Zusätzlich ist in der Regel ein Untergrundrauschen vorhanden, so daß sich diese Beziehung wie folgt beschreiben läßt:The generally accepted description of a seismic signal assumes that the propagation of seismic waves is linear and elastic, the seismic signal X 1 Ct) from a convolution (superposition, folding) of the impulse response of the earth g (t) with the emitted Wave train s (t.) Of a point transmitter. In addition, there is usually background noise, so that this relationship can be described as follows:

X1Ct) = s(t) * g(t) + U1OO CDX 1 Ct) = s (t) * g (t) + U 1 OO CD

wobei * die Konvolution andeutet. Man strebt nun an, die Impulsantwort g(t) aus diesem Zusammenhang mit s(t) und nwhere * indicates convolution. The aim now is to find the impulse response g (t) from this connection with s (t) and n

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zu lösen, um die Reflektionsabstände zu gewinnen. Allerdings ist n^(t) normalerweise nicht bekannt und auch s(t) kann oft nicht gemessen oder bestimmt werden, muß folglich also auch als unbekannt gelten.to solve to gain the reflection distances. However, n ^ (t) is usually not known and s (t) can often be are not measured or determined, must therefore also be regarded as unknown.

Da die Funktionen s(t), g(t) und n^(t) sämtlich unbekannt sind, stellt sich das oben genannte Problem, die Funktion.g(t)(die Impulsantwort der Erde) aus dem gemessenen seismischen Signal x^(t) zu gewinnen, im wesentlichen dar als das Problem, eine Gleichung mit drei Unbekannten zu lösen. Dies ist natürlich nicht möglich. Selbst wenn das Untergrundrauschen vernachlässigt werden kann, verbleibt die wesentliche Schwierigkeit, nämlich die Trennung der Funktionen s(t) und g(t). Ohne die Kenntnis von s(t) kann die Funktion g(t) nur unter eine Reihe von Annahmen und Unterstellungen bestimmt werden.Since the functions s (t), g (t) and n ^ (t) are all unknown, the above problem arises, the function.g (t) (the impulse response of the earth) from the measured seismic signal x ^ (t) essentially poses the problem of solving an equation with three unknowns. This is natural not possible. Even if the background noise can be neglected, the main difficulty remains namely the separation of the functions s (t) and g (t). Without the knowledge of s (t), the function g (t) can only take a series be determined by assumptions and assumptions.

Das Rauschen n^,(t) kann im Vergleich zu dem anderen Gleichungsterm s(t) * g(t) als klein angenommen werden, sofern eine ausreichende Signalenergie vorhanden ist. Um deshalb einen angemessenen Störabstand zu erreichen, ist es manchmal erforderlich, die Messung mehrere Male an derselben Stelle zu wiederholen, insgesamt p~mal.unter Verwendung derselben Schallquelle oder identischer Schallquellen. Die Folge der erhaltenen seismischen Signale x^Ct), Xg(t) .... X-jCt) wird aufsummiert und ergibt ein zusammengesetztes Signal x(t), wobeiThe noise n ^, (t) can be compared to the other equation term s (t) * g (t) can be assumed to be small if there is sufficient signal energy. In order, therefore, a reasonable one To achieve the signal-to-noise ratio, it is sometimes necessary to repeat the measurement several times at the same point, total p ~ times. using the same sound source or identical sound sources. The sequence of the seismic signals x ^ Ct), Xg (t) .... X-jCt) is added up and gives a composite signal x (t), where

Damit wird die Gleichung (1) zuThis equation (1) becomes

x(t) = p.s(t) * g(t) + n(t), (1a)x (t) = p.s (t) * g (t) + n (t), (1a)

wobei n(t) ein resultierendes Rauschsignal ist, das dargestellt wird durch die Funktionwhere n (t) is a resulting noise signal represented by the function

n(t) =n (t) =

i = 1i = 1

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30H89730H897

Diese Summierung ist als "vertikale Stapelung" (vertical stack) bekannt, wobei ρ eine ganze Zahl größer oder gleich 1 darstellt. Das gleiche oder ein ähnliches Ergebnis kann erreicht werden, wenn man ρ identische Schallwellen gleichzeitig erzeugt. Falls diese Schallwellen sich nicht gegenseitig beeinflussen, wird jede die gleiche Ausgangswelle s(t) erzeugen, und das empfangene seismische Signal x(t) wird durch die Gleichung (1a) beschrieben. This summation is known as a "vertical stack", where ρ is an integer greater than or equal to 1. The same or a similar result can be achieved by generating ρ identical sound waves at the same time. If these sound waves do not affect each other, each will produce the same output wave s (t), and the received one seismic signal x (t) is described by equation (1a).

Über eine Zeitspanne von mehr als 20 Jahren ist viel Mühe darauf verwendet worden, Methoden herauszufinden, um die Gleichung (1) oder (1a) zu lösen, unter Annahmen, die möglichst realistisch sein sollten. Es verbleibt jedoch die Tatsache, daß diese Annahmen allein aus mathematischen Gründen erforderlich sind, und konkrete Informationen nicht ersetzen können.Over a period of more than 20 years is a lot of effort has been used to figure out methods to solve equation (1) or (1a), assuming as much as possible should be realistic. The fact remains, however, that these assumptions are purely for mathematical reasons are required and concrete information cannot replace.

Das am besten bekannte Beispiel einer derartigen Methode ist ein industrielles Verfahren C^Qast-squares time-domain inverse filtering"), für dessen Gültigkeit folgende Bedingungen eingehalten sein müssen:The best known example of such a method is an industrial process C ^ Qast-squares time-domain inverse filtering "), for whose validity the following conditions must be met:

(1) s(t) ist eine stationäre ,„weiße" Zufallsfolge von Impulsen;(1) s (t) is a stationary, "white" random sequence of pulses;

(2) s(t) besitzt Minimalpha.se und hat die gleiche Form im gesamten Seismogramm;(2) s (t) has minimal phase and has the same form throughout Seismogram;

(3) es gibt keine Absorption.(3) there is no absorption.

Alle diese Annahmen sind sehr bedeutsam, und sie müssen alle gleichzeitig zutreffen, wenn dieses Verfahren zuverlässige Ergebnisse liefern soll. Diese Bedingung ist sehr schwer zu erfüllen, zumal sich das Vorhandensein dieser Annahmen nicht gegenseitig unterstützt. Beispielsweise führt der Versuch, die Bedingung "g(t) stationär" zu erfüllen, zu einer Art von sphärischer Divergenzkorrektur, die zunächst vorgenommen werden muß«, Dies wiederum führt zu einer Verzerrung von s(t) im Seismogramm, was offensichtlich der Annahme widerspricht, daß die Form von s(t) konstant ist; außerdem wird dadurchAll of these assumptions are very significant, and they must all hold true simultaneously if this method is to produce reliable results should deliver. This condition is very difficult to meet, especially since the existence of these assumptions does not exist mutually supported. For example, trying to meet the condition "g (t) stationary" leads to a species of spherical divergence correction, which must first be carried out «, this in turn leads to a distortion of s (t) in the seismogram, which obviously contradicts the assumption that the shape of s (t) is constant; moreover it will

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eine Tendenz verstärkt, daß s(t) keine Minimalphase im frühen Teil des Seismogramms besitzt.reinforces a tendency that s (t) does not have a minimum phase in the early part of the seismogram.

Dem gegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, das auf Annahmen und Unterstellungen dieses Umfangs nicht angewiesen ist.In contrast, it is the object of the invention to provide a method and an arrangement that are based on assumptions and assumptions this scope is not required.

Diese Aufgabe löst die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 11.This object is achieved by the invention according to the characterizing part of claim 1 and claim 11, respectively.

Bei der vorliegenden Erfindung können die ersten und zweiten Schallquellen individuelle Punktschallquellen sein oder es kann eine Anzahl von identischen nicht-wechselwirkenden Punktquellen eingesetzt werden, die ein seismisches Signal mit einem besseren Rausohabstand erzeugen. Alternativ dazu kann der Empfänger derart ausgestattet sein, um eine Folge von identischen seismischen Signalen aufzusummieren, die durch eine wiederholte Erzeugung von identischen Schallwellen von einer oder mehr identischen Schallquellen hervorgerufen werden.In the present invention, the first and second sound sources may be or may be individual point sound sources can have a number of identical non-interactive point sources which generate a seismic signal with a better signal-to-noise ratio. Alternatively, can the receiver can be equipped to sum up a sequence of identical seismic signals transmitted by a repeated generation of identical sound waves can be caused by one or more identical sound sources.

Die Bezeichnung "Punktquelle", die in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, soll bedeuten, daß eine Schallquelle verwendet wird, deren maximale Ausdehnung gering im Vergleich zur kürzesten Wellenlänge der von ihr erzeugten verwendbaren Strahlung ist. Wenn eine derartige Schallquelle in einem homogenen, isotropen, elastischen Medium untergebracht ist, erzeugt sie in Abständen größer als ungefähr eine Wellenlänge eine kugelsymmetrische Strahlung. In diesem Bereich (far-field) kommen daher Abweichungen von der Kugelsymmetrie des Wellenfeldes dieser Punktquelle nur.bei hohen Frequenzen vor, die außerhalb der praktisch nutzbaren Bandbreite liegen.The term "point source" used in the present description is used, is intended to mean that a sound source is used, the maximum extent of which is small Compared to the shortest wavelength of the usable radiation it generates. If such a sound source housed in a homogeneous, isotropic, elastic medium, it generates at intervals greater than approximately a wavelength a spherically symmetric radiation. In this area (far-field) there are therefore deviations from spherical symmetry of the wave field of this point source only at high frequencies that are outside the practically usable bandwidth lie.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the method according to the invention will now be explained in more detail with reference to figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier Schallquellen unterschiedlicher Energie und der von ihnen er-Fig. 1 is a schematic representation of two sound sources of different energy and the generated by them

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zeugten Schal!welle,begot scarf! wave,

Fig. 2 den Verlauf einer berechneten Punktion s(t) für verschiedene Strahlungsenergien,2 shows the course of a calculated puncture s (t) for different radiation energies,

Fig. 3 eine angenommene Impulsantwort (Reflektionsabstände) g(t),Fig. 3 an assumed impulse response (reflection distances) g (t),

Fig. 4 die aus den angenommenen Punktionen gemäß Figuren 2 und 3 entstehenden seismischen Signale x(t) und x'(t),4 shows the punctures assumed according to the figures 2 and 3 resulting seismic signals x (t) and x '(t),

Fig. 5 die aus den vorgegebenen Signalen x(t), x'(t) gemäß Figur 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Funktion g(t).5 shows the results from the predetermined signals x (t), x '(t) according to FIG. 4 function g (t) obtained by the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für unterirdische Punktquellen, sowohl in der Erde als auch im Wasser. Keine der oben beschriebenen Voraussetzungen oder Annahmen sind erforderlich. Insbesondere wird nichts über Phasenbeziehungen der Spektren von s(t) und g(t) vorausgesetzt. Die vorliegende Erfindung geht von der Tatsache aus, daß zwischen zwei Wellenzügen verschiedenen Energieinhalts eine Maßstabsbeziehung der folgenden Art besteht:The method according to the invention is suitable for subterranean point sources, both in the ground and in water. None of the The conditions or assumptions described above are required. In particular, nothing is said about the phase relationships of the Spectra of s (t) and g (t) assumed. The present invention is based on the fact that between two wave trains different energy content there is a scale relation of the following kind:

In dieser Gleichung sind die Parameter TT. und T"p beide nahezu gleich zum Wert T" =t-r/c, wobei t die Zeit, gemessen vom Zündungszeitpunkt der Schallquelle ist, r der Abstand von der Schallquelle zu einem Punkt im kugelsymmetrischen Bereich der Schallstrahlung und c die Schallgeschwindigkeit im betreffenden Medium; s (TT^) ist der Schallwellenzug einer Schallquelle, ähnlich su der Schallquelle, die das Signal 3CTT*-]) erzeugt, aber die oC^-mal soviel Energie besitzt. Figur 1 zeigt schematisch, wie diese Maßstabsbeziehung den Wellenzug im kugelsymmetrischen Bereich der Punktquelle beschreibt. In this equation, the parameters are TT. and T "p both nearly equal to the value T" = t- r / c, where t is the time measured from the ignition time of the sound source, r is the distance from the sound source to a point in the spherically symmetrical range of sound radiation and c is the speed of sound in the relevant area Medium; s (TT ^) is the train of sound waves from a sound source, similar to the sound source that generates the signal 3 CTT * -]), but which has oC ^ times as much energy. FIG. 1 shows schematically how this scale relationship describes the wave train in the spherically symmetrical region of the point source.

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Daß eine derartige Haßstabsbeziehung für eine große Anzahl von Punktquellen tatsächlich besteht, dafür gibt es ausgezeichnete experimentelle Nachweise. Diese Beziehung kann sofort beispielsweise für Sprengladungen abgeleitet werden, wenn die folgenden Annahmen gemacht werden:That such a hate-rod relationship actually exists for a large number of point sources, there are excellent ones experimental evidence. This relationship can be derived immediately, for example for explosive charges, if the following assumptions are made:

i) daß die akustische Strahlung von der Quelle kugelsymmetrisch ist; das trifft auf die meisten Wasserschallquellen zu, wie z.B. eine einzelne Luftsprengladung, eine einzelne Wassersprengladung oder eine Seesprengladung, wie sie unter der Bezeichnung "Maxipuls" erhältlich ist oder eine Seescha.llq.ueHe unter der Verwendung von Kochdruckdampf, die eine Implosion erzeugt, wie sie unter der Bezeichnung "Vaporochoc" erhältlioh ist, oder eine Funkenentladung oder Sprengstoffe unterhalb der Erdoberfläche. Dies trifft möglicherweise aber nicht auf Schallquellen an der Oberfläche zu, weil deren Strahlungsfeld nicht kugelsymmetrisch aufgebaut ist;i) that the acoustic radiation from the source is spherically symmetric; this applies to most waterborne sound sources to, such as a single air blast, a single water blast, or a sea blast, such as it is available under the name "Maxipuls" or a Seescha.llq.ueHe using pressure steam, which produces an implosion, as it is available under the name "Vaporochoc", or a spark discharge or explosives below the surface of the earth. However, this may not apply to sound sources on the surface because their radiation field is not spherically symmetrical is constructed;

ii) daß der Bruchteil der gesamten, innerhalb des Sprengstoffes gespeicherten Energie, der in akustische Strahlung verwandelt wird, eine Konstante für einen bestimmten Typ von Sprengstoff und ein bestimmtes Medium ist;ii) that fraction of the total energy stored within the explosive that is in acoustic radiation is transformed is a constant for a particular type of explosive and medium;

iii) daß das Volumen des Sprengstoffes gegenüber dem Volumen des Bereiches der unelastischen Deformation, hervorgerufen durch die Explosion, vernachlässigt werden kann;iii) that the volume of the explosive versus the volume of the area of inelastic deformation caused due to the explosion, can be neglected;

iv) daß die elastische Strahlung durch die Explosion dadurch erhalten werden könnte, indem man den Bereich der unelastischen Deformation durch einen Hohlraum im Inneren ersetzt, auf den eine zeitabhängige Druckfunktion P(t) angewendet wird und daß P(t) unabhängig von der Masse des Sprengmaterials ist und konstant für Sprengstoffe derselben chemischen Zusammensetzung im selben Medium ist undiv) that the elastic radiation from the explosion could be obtained by removing the area of the inelastic Deformation replaced by a cavity inside to which a time-dependent pressure function P (t) is applied and that P (t) is independent of the mass of the explosive material and constant for explosives of the same chemical composition is in the same medium and

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ν) daß ΊΓ^| für die Explosion einer ersten Masse und ^ für eine Explosion einer zweiten Masse ungefähr gleichgesetzt werden kann und gleich zu T". Dies ist hinreichend genau, wenn das Zeitintervall ΔT7 zwischen T^ und T^ innerhalb des benutzten Frequenzbandes nicht beobachtet werden kann, d.h. ΔΤ sollte geringer sein als ein Meßintervall. Diese Näherung trifft für Werte von ©C oberhalb ungefähr 5 zu.ν) that ΊΓ ^ | for the explosion of a first mass and ^ for an explosion of a second mass can be roughly equated and equal to T ". This is sufficiently accurate if the time interval Δ T7 between T ^ and T ^ cannot be observed within the frequency band used, ie ΔΤ should be less than one measurement interval.This approximation applies to values of © C above approximately 5.

Um diese Maßstabsbeziehung auszuwerten, wird ein seismisches Signal x(t) wie von der Gleichung (1a) beschrieben erzeugt. Dieser Vorgang wird dann an derselben Stelle mit einer Schallquelle der gleichen Art wiederholt, nur daßdiese Schallquelle oC -mal soviel Energie besitzt. Dies führt zu folgendem Seismogramm: To evaluate this scale relationship, a seismic signal x (t) is generated as described by equation (1a). This process is then repeated at the same point with a sound source of the same type, only that this sound source oC - has times as much energy. This leads to the following seismogram:

X1Ct) . qs1(t) * g(t)"+ n1(t) (3)X 1 Ct). qs 1 (t) * g (t) "+ n 1 (t) (3)

wobei s (t) der ausgesandte Wellenzug der Schallquelle gemäß Gleichung (2) ist; g(t) die gleiche Funktion wie in Gleichung (1), denn es stellt die Impulsantwort der Erde auf einen Impuls an der gleichen Stelle dar, das Rauschsignal η (t) kann verschieden von n(t) der Gleichung (1a) sein; q ist eine bekannte ganze Zahl mit dem Wert größer oder gleich 1, die verschieden von der Zahl ρ in der Gleiohung (1a) sein kann.where s (t) is the emitted wave train of the sound source according to equation (2); g (t) has the same function as in equation (1), because it represents the impulse response of the earth to an impulse at the same point that the noise signal η (t) can be different from n (t) of equation (1a); q is a known integer with a value greater than or equal to 1, the can be different from the number ρ in equation (1a).

Vernachlässigt man nun das Rauschsignal, so kann man diese Gleichungen wie folgt schreiben:If one neglects the noise signal, these equations can be written as follows:

x(t) « ps (t) * g(t) (4)x (t) «ps (t) * g (t) (4)

x1(t) . qs1(t) * g(t) (5)x 1 (t). qs 1 (t) * g (t) (5)

s1(t) -^s (t/oO . (2)s 1 (t) - ^ s (t / oO. (2)

In diesen drei voneinander unabhängigen Gleichungen sind nun drei Unbekannte, nämlich die Funktionen s(t), s (t) und g(t). Deshalb ist es grundsätzlich möglich, dieses Gleichungssystem für alle drei unbekannten Funktionen exakt zuIn these three independent equations there are now three unknowns, namely the functions s (t), s (t) and g (t). Therefore it is basically possible to exactly match this system of equations for all three unknown functions

Q3QQA5/0722Q3QQA5 / 0722

lösen, wenn man nur davon ausgeht, daß das Rauschsignal vernachlässigbar klein ist.solve if one only assumes that the noise signal is negligible is small.

Durch Bildung der Fourier-Transformierten und durch geeignete Umstellung erhalten wir die folgende Gleichung:By forming the Fourier transform and by appropriate Conversion we get the following equation:

qS(oCf) = ~S(f).R(f) (6)qS (oCf) = ~ S (f) .R (f) (6)

Diese Gleichung (6) führt zu einer Rekursionsformel der folgenden Art:This equation (6) leads to a recursion formula of the following kind:

η = 1, 2, ...9 N (7)η = 1, 2, ... 9 N (7)

wob&i IT durch die höchste interessierende Frequenz vorgegeben ist und das Rekursionsverfahren mit einem Schätzwert bei der Frequenz f angefangen werden muß. Wenn oC^d ist, gestattet die Gleichung (7) das Spektrum abzuarbeiten, wo-wob & i IT given by the highest frequency of interest and the recursion method must be started with an estimated value at the frequency f. If oC ^ d, allows equation (7) to process the spectrum, where-

p bei dann die Werte bei den Frequenzen o-Cf-.» c4 fo? p at then the values at the frequencies o-Cf-. » c4 f o ?

TI OOTI OO

oC f berechnet werden, ausgehend von einer Schätzung bei der Frequenz f .oC f can be calculated based on an estimate at the frequency f.

Um Werte bei Frequenzen unterhalb fQ au berechnen, kann die Gleichung (6) wie folgt umgestellt werden ιIn order to calculate values at frequencies below f Q au, equation (6) can be changed over as follows

pS(f) = qoc S(oCf)/R(f)pS (f) = qoc S (oCf) / R (f)

so daß wir die folgende Edeursionsvorschrift erhalten?so that we get the following edification rule?

°/ ^ 2 ο/ o/.n-iw,,/ ο/ , SC J^ )/RC / oC° / ^ 2 ο / o / .n-iw ,, / ο /, SC J ^ ) / RC / oC

,11 = 1, 2, ...,H (8), 11 = 1, 2, ..., H (8)

wobei M von der niedrigsten, interessierenden Frequenz ge geben ist. Dies ermöglicht es uns nun, die Werte bei den Frequenzen £_/©£ 9fft/cC ,....«, £_/©(. su berechnen =where M is given by the lowest frequency of interest. This now enables us to calculate the values for the frequencies £ _ / © £ 9 f ft / cC, .... «, £ _ / © (. See below =

030045/0722030045/0722

3QK8973QK897

Aus den Rekursionsvorschriften der Gleichungen (J) und (8)From the recursion rules of equations (J) and (8)

/M / 11-1 können wir Werte bei den Frequenzen fQ/ oL , f 0/^ ' ° · - ·»/ M / 11-1 we can find values at the frequencies f Q / oL , f 0 / ^ '° · - · »

f 0/oL » fo> ο^ίο, ......·μΑο erhalten.f 0 / oL »f o > ο ^ ί ο , ...... · μΑ ο received.

ITunmehr können wir ein Interpolationsverfahren einsetzen, um einen Wert bei einer anderen bestimmten Frequenz, beispielsweise f„ aufzufinden und die Hekursionsvorsohriften benutzen,We can now use an interpolation method to find a value at another specific frequency, for example f "and use the heursion tools,

ι 2ι 2

um die zugehörigen V/er te bei den Frequenzen <^f ^ , c< f^ usw. zu bestimmen. Dieses Verfahren wird solange wiederholt, bis ausreichende Werte berechnet worden sind. Sobald man S(f) berechnet hab, kann man s(t) durch Anwendung der Umkehr-Fourier-Transformation zurückerhaltenearound the corresponding V / er at the frequencies <^ f ^, c < f ^, etc. to be determined. This process is repeated until sufficient values have been calculated. Once S (f) has been calculated, s (t) can be calculated using the reverse Fourier transform received back

Es soll hier noch bemerkt werden, daß die bei diesem Algorithmus verwendeten Größen komplex sind«, Man kann entweder mit dem Betrag (Amplitude) und dem Winkel (Phase) rechnen oder aber mit dem Real- und Imaginärteil. Im Beispiel ist der Real- und Imaginärteil verwendet worden, da diese als grundsätzlichste Komponenten der komplexen Zahlen in einem Computer behandelt werden, wogegen Betrag und Winkel (Amplitude und Phase) Hischungen dieser Basisgrößen Real- und Imaginärteil sind»It should be noted here that the quantities used in this algorithm are complex «, one can either calculate with the magnitude (amplitude) and the angle (phase) or with the real and imaginary part. In the example is the real and imaginary parts have been used, as these are the most fundamental components of complex numbers in one Computers are treated, whereas the magnitude and angle (amplitude and phase) of these basic quantities are real and real Imaginary part are »

Die AnfangsnäherungThe initial approach

Der Algorithmus wird mit einer Anfangsnäherung begonnen. Wenn diese Anfangsnäherung falsch ist, wird das Endergebnis ebenfalls falsch sein» Die Näherung bei der Frequenz f ist eine komplexe Zahl, die aller Wahrscheinlichkeit nach nicht den wahren Wert bei der Frequenz f angibt. Tatsächlich ist die Näherung ßG(fQ) wie folgt mit dem wahren Wert S(f ) korreliert:The algorithm is started with an initial approximation. If this initial approximation is wrong, the end result will be wrong too »The approximation at frequency f is a complex number that in all likelihood does not give the true value at frequency f. In fact, the approximation ß G (f Q ) is correlated with the true value S (f) as follows:

SG(f0) = reieS(f0) (9)S G (f 0 ) = re ie S (f 0 ) (9)

30045/072230045/0722

JIH-JIH-

3QK8973QK897

wobei re σ ein unbekannter komplexer Fehlerfaktor ist. Wenn dieser Fehlerfaktor nicht in Betracht gezogen wird, werden diese Werte erzeugt:where re σ is an unknown complex error factor. If this error factor is not taken into account, these values are produced:

η = 1, 2, ,If · (10)η = 1, 2,, If (10)

die mit ausreichender Interpolation zur Funktion Sr(f ) für den Frequenzbereich o/oC ^f ^f führen. Dieser Bereich kann bis zum Nullpunkt ausgedehnt werden, indem man S~(o)=o definiert, was mit einem zeitlichen Verlauf s&(t) mit !Nullamplitude verträglich ist.which, with sufficient interpolation, lead to the function S r (f) for the frequency range o / oC ^ f ^ f. This range can be extended to zero by defining S ~ (o) = o, which is compatible with a time curve s & (t) with! Zero amplitude.

Die Auswirkungen des Schätzfehlers können abgeschätzt werden, wenn man die Gleichung (9) in die Gleichung (10) einsetzt, daraus ergibt sich:The effects of the estimation error can be estimated by inserting equation (9) into equation (10), this results in:

Es ist einleuchtend, daß der Fehlerfaktor konstant für alle mit diesem Algorithmus abgeleiteten Werte ist. Soweit hat dieser Algorithmus also gestattet, die folgende Funktion zu berechnen:It is evident that the error factor is constant for all values derived with this algorithm. So far has this algorithm thus allows to calculate the following function:

SG(f) = rei0S(f), (Oifijg (12)S G (f) = re i0 S (f), (Oifijg (12)

wobei die Frequenz f als positiv angenommen worden ist.where the frequency f has been assumed to be positive.

Nunmehr bestehen zwei Probleme: Zunächst muß die Transformation vervollständigt werden, indem Werte von S^(f) bei negativen Frequenzen erzeugt werden.Now there are two problems: First, the transformation can be completed by adding values of S ^ (f) to negative Frequencies are generated.

030045/0722030045/0722

'AS~. 30H8-97 ' AS ~. 30H8-97

Zweitens muß der Fehlerfaktor gefunden werden, um die Funktion S(f) aus der Gleichung (12) zu berechnen. Beide Probleme können dadurch gelöst werden, daß man die physikalischen Eigenschaften der Funktion s(t) berücksichtigt, die folglich zu korrelierten Eigenschaften des Frequenzispektruns S(f) führen.Second, the error factor must be found in order to function Calculate S (f) from equation (12). Both problems can be solved by looking at the physical properties of the function s (t) are taken into account, which consequently lead to correlated properties of the frequency spectrum S (f).

Ss ist bekannt, daß die Funktion s(t) eine reelle Funktion ist, und deshalb sollte der durch Schätzung gewonnene Wellenzug ebenfalls reell sein. Diese Einschränkung verlangt, daß das FrequenzSpektrum S(f) hermitische Symmetrie besitzt. Das wiederum bedeutet, daß der Realteil und der imaginäre Teil der Funktion S(f) jeweils aus geraden bzw. ungeraden Funktionen bestehen muß. Daraus wiederum folgt, daß, wenn die Funktion ß(f) für positive Frequenzen bekannt ist, dann auch die Funktion S(f) für negative Frequenzen leicht bestimmt werden kann.Ss is known that the function s (t) is a real function is, and therefore the wave train obtained by estimation should also be real. This restriction requires that the frequency spectrum S (f) has Hermitian symmetry. That in turn means that the real part and the imaginary part of the function S (f) each consist of even and odd functions must exist. From this it follows in turn that if the function β (f) is known for positive frequencies, then too the function S (f) can easily be determined for negative frequencies.

Andererseits ist lediglich das Schützspektrum S~(f) bekannt, das mit einem Fehler in Forn einer Phasenverschiebung θ und einem Proportionalit'vfcsfoktor r gegenüber dem tatsächlichen Spektrum behaftet ist. Der Pronortionalitätsfaktor r ist unbedeutend, da er keine Auswirkungen auf die Form der Funktion s(t) besitzt und folglich auch nicht die beabsichtigte Schätzung über die Form von g(t) beeinflussen kann. Deshalb kann dieser Proportionalitätsfaktor r unberücksichtigt bleiben»On the other hand, only the contactor spectrum S ~ (f) is known, that with an error in the form of a phase shift θ and a proportionality fcsfector r compared to the actual Spectrum is affected. The pronortionality factor r is insignificant as it has no effect on the form of the function s (t) and therefore not the intended one Estimate about the shape of g (t) can affect. This proportionality factor r can therefore not be taken into account stay"

Allerdings kann der Fehlerwinkel θ nicht vernachlässigt werden, denn dieser macht die Funktion S„(t) nicht-kausal und es ist bekannt, daß s(t) kausal ist. Dies bedeutet, daß s(t) für Zeiten t kleiner als Null ebenfalls Null ist» In der Frequenzdarstellung verlangt die Kausalität, daß die geraden und ungeraden Teile der Fourier-Transformierten Hilbert-Transformierte sein müssen. Es kann gezeigt werden, daß diese Beziehung nur dann besteht, wenn der Fehlerwinkel θ Null ist.However, the error angle θ cannot be neglected, because this makes the function S "(t) non-causal and it is known that s (t) is causal. This means that s (t) is also zero for times t less than zero »in the frequency representation the causality requires that the even and odd parts of the Fourier transform Hilbert transform must be. It can be shown that this relationship exists only when the error angle θ Is zero.

03CG4S/C722 BAD ORIGINAL03CG4S / C722 BATH ORIGINAL

30H897 "30H897 "

Diese Betrachtung führt zu einem Verfahren zur Verbesserung des Schätzwertes der Punktion s(t). Dies wird wie folgt durch geführt :This consideration leads to a method for improvement the estimate of the puncture s (t). This is done as follows:

1. Berechne das !Frequenzspektrum S^(f) mit einer Anfangsschätzung "bei der Frequenz f wie oben beschrieben, unter Berücksichtigung der Gleichung (12) für die Funktionen SG(f) und S(f).1. Calculate the "frequency spectrum S ^ (f) with an initial estimate" at the frequency f as described above, taking into account equation (12) for the functions S G (f) and S (f).

2. Multipliziere das geschätzte Frequenzspektrum S& 2. Multiply the estimated frequency spectrum S &

mit einem Korrekturfaktor e~° ö s wobei θ^ ein Schätzwert ist.with a correction factor e ~ ° ö s where θ ^ is an estimated value.

3o Verlange hermitische Symmetrie von S(f)»3o Require Hermitian symmetry of S (f) »

4-; "überprüfe die ICausalitätsbedingungo Wenn der so gewonnene Wellenzug s(t) nicht-kausal ist, kehre zu Schritt" 2 surück und benutze eine andere Schätzung für 0q. Dieses Verfahren wird so lange wiederholt3 bis die Kausalitäts-Bedingung erfüllt istο4-; "check the ICausality condition o If the wave train s (t) obtained in this way is non-causal, return to step" 2 and use a different estimate for 0q. This procedure is repeated 3 until the causality condition is met

Die Gleichungen können daher im Frequenaraum unter Benutzung des oben beschriebenen Algorithmus, der Rekursionsvorschrifts gelöst werden, wobei zwei Einschränkungen verwendet werden können, die aus den physikalischen Eigenschaften der Funktion s(t) folgen, nämlich daß diese Funktion reell und kausal im oben erläuterten Sinn sein muß„ Der schließlich erreichte Näherungswert von s(t) wird dann lediglich durch den Proportionalitätsfaktor r von dem tatsächlichen Kurvenverlauf dieses akustischen Wellenzuges abweichen, was hier keine Rolle spielt. Wenn erst einmal eine zufriedenstellende Schätzung der Funktion s(t) erfolgt i'st9 kann die Impulsantwort g(t) der Erde mit Standardmethoden aus der Gleichung (1) bestimmt werden.The equations can therefore be solved in frequency space using the algorithm described above, the recursion rule s , whereby two restrictions can be used which follow from the physical properties of the function s (t), namely that this function is real and causal in the sense explained above must be “The approximate value of s (t) finally reached will only differ from the actual curve of this acoustic wave train due to the proportionality factor r, which is irrelevant here. Once a satisfactory estimate of the function s (t) is made i'st 9 , the impulse response g (t) of the earth can be determined from equation (1) using standard methods.

030045^0722030045 ^ 0722

3QH 83QH 8

Der beschriebene Algorithmus beinhaltet eine komplexe Division im Frequenzraum. Damit sind zwei Probleme verbundenί Zunächst wird der Bruch unstabil bei Frequenzen, bei denen die Amplitude des Kenners zu klein ist ο Zweitens, wenn der Nenner Außer-Minimum-Phase Komponenten beinhaltet, die nicht im Zähler enthalten sind, wird der Quotient ebenfalls unstabil, in diesem Sinne, daß er nicht berechenbar ist»The algorithm described includes a complex division in the frequency domain. There are two problems associated with thisί First, the break becomes unstable at frequencies at which the amplitude of the connoisseur is too small ο Second, when the Denominator out-of-minimum phase includes components that are not are contained in the numerator, the quotient also becomes unstable, in this sense that it cannot be calculated »

Um das erste Problem zu lösen, ist es üblich, ein kleines Rauschspektrum (weißes Rauschen) dem Nenner hinzuzufügen, um zu verhindern, daß eine Division durch Null oder Werte nahe bei Null entstehen kann., Eine alternative, aber zeitlich aufwendigere Note ist die, nach sehr geringen Werten des Nenners zu suchen und diese durch kleine positive Werte zu ersetzen»To solve the first problem, it is customary to add a small noise spectrum (white noise) to the denominator, to prevent division by zero or values close to zero from occurring., An alternative, but temporal The more elaborate grade is to look for very low values of the denominator and to add them to small positive values to replace"

Die Umkehrfunktion von Nicht-ilinimum-Phasen Wellenzügen aufzufinden, ist ein bekanntes Problem. Dieses Problem kann Jedoch einfach dadurch umgangen werden, indem man eine exponentielle Schwächungsfunktion der Form e ö sowohl auf die Funktion x(t) und die Funktion χ (t) anwendete Indem man ^ G^oß genug wählt, kann der Quotient R(f) stabil gemacht werden, aber dann werden die Schätzwerte der Funktionen s(t), s (t) und g(t) verzerrt werden. In der Praxis kann die Verzerrung einfach dadurch behoben werden, indem man den inversen Schwächungsfaktor e R auf diese Funktionen anwendet»Finding the inverse function of non-minimum phase wave trains is a known problem. However, this problem can be circumvented simply by applying an exponential attenuation function of the form e ö to both the function x (t) and the function χ (t). By choosing ^ G ^ oß enough, the quotient R (f) can be made stable, but then the estimates of the functions s (t), s (t) and g (t) will be skewed. In practice, the distortion can be eliminated simply by applying the inverse attenuation factor e R to these functions »

Im Falle des Vorliegens von Rauschen besteht das Problem darin, eine verläßliche Schätzung des Verhältnisspektrums R(f) zu bekommen, da in diesem Fall dann die Haßstabsbeziehung und der Rekursionsalgorithmus ebenfalls angewendet werden kann, um die Funktion S(f) wie oben beschrieben zu bestimmen«In the case of the presence of noise, the problem is to obtain a reliable estimate of the ratio spectrum R (f) to get, since in this case the hatred relation and the recursion algorithm are also applied can be used to determine the function S (f) as described above «

Aus der Gleichung (6) definieren wir R(f) in der Abwesenheit von Rauschen wie folgt % From equation (6) we define R (f) in the absence of noise as follows %

030045/0722030045/0722

'"" 30U897'"" 30U897

x'Cf) 0.S1Cf)x'Cf) 0.S 1 Cf)

(13)(13)

X (f) pS (f)
Daraus folgt, daß
X (f) pS (f)
It follows that

s1(t) = r (t) * ss 1 (t) = r (t) * s

wobei rCt) die Umkehr-Fourier-Transformierte von RCf) ist und, da sCt) und s (t) beide reell und kausal sind, muß folglich rCt) ebenfalls reell sein. Andererseits wird rCt) nicht kausal sein, sofern nicht sCt) Minimum-Phase aufweist. Daher müssen sowohl sCt) und s (t) in Minimum-Phase gebracht werden, indem man die exponentielle Schwächungsfunktion wie oben beschrieben auf die Funktionen x(t) und χ Ct)where rCt) is the reverse Fourier transform of RCf) and, since sCt) and s (t) are both real and causal, consequently rCt) must also be real. On the other hand, rCt) will not be causal, unless sCt) has a minimum phase. Therefore, both sCt) and s (t) must be brought into minimum phase, by applying the exponential attenuation function as described above to the functions x (t) and χ Ct)

anwendet. Unter diesen Bedingungen wird rCt) reell und kausal sein.applies. Under these conditions rCt) becomes real and be causal.

Im !"alle, daß kein Störrauschen vorliegt, gilt ebenfallsIm! "All that there is no interference also applies

X1Ct) « rCt) * x(t) (15)X 1 Ct) «rCt) * x (t) (15)

woraus sich ergibt, daß r(t) einfach ein !Tilter darstellt, das die Funktion χCt) in die Funktion χ Ct) umformt, vorausgesetzt, die richtige exponentiell Schwächungsfunktion ist angewendet worden. Sofern Rauschen vorhanden ist, muß der Schätzwert von rCt) stabilisiert werden, und dies kann leicht durch eine Minimierung im quadratischen Mittel erreicht werden (N. Levinson in N. Wiener, 19^7; Extrapolation, Interpolation and smoothing of Stationary Time Series, Wiley, New York). Daraus kann man ein Filter r Ct) auffinden, das für ein Ausgangssignal x(t) ein Ausgangssignal ergibt, das die bessere Annäherung im Sinne einer Minimierung im quadratischen Mittel an die Funktion χ Ct) ist. Diese Filterfunktion r (t) stellt den besten Schätzwert der Funktion r(t) dar.from which it follows that r (t) is simply a! tilter, which transforms the function χCt) into the function χ Ct), provided that the correct exponential attenuation function has been applied. If there is noise, the Estimate of rCt), and this can can easily be achieved by minimizing the root mean square (N. Levinson in N. Wiener, 19 ^ 7; extrapolation, Interpolation and smoothing of Stationary Time Series, Wiley, New York). From this one can find a filter r Ct) that for an output signal x (t) results in an output signal that is the better approximation in terms of a minimization in the quadratic mean to the function χ Ct). This filter function r (t) represents the best estimate of the function r (t).

030045/0722030045/0722

3QH8973QH897

Anders ausgedrückt, im Falle des Vorliegens eines Hauschens kann r(t) im Zeitraum mit Standardprogrammen berechnet werden, und dann kann die Fourier-Transformierte gebildet werden,In other words, in the case of a house r (t) can be calculated in the period with standard programs, and then the Fourier transform can be formed,

wogegen s(t) usw. wie oben beschrieben, berechnet werden kann =whereas s (t) etc. can be calculated as described above =

Obwohl das Problem bis jetzt in Bezug auf die maßstäblich verschobenen Energien der elastischen Strahlung der Schallquellen diskutiert worden ist, werden die Teilchengeschwindigkeiten oder die Schalldrücke, die von der Schallquelle erzeugt werden, registriert und aufgezeichnet, indem entweder ein Geophon oder ein Hydrophon eingesetzt wird«Although the problem so far is related to the scaled energies of the elastic radiation of the sound sources Has been discussed, the particle velocities or the sound pressures emitted by the sound source generated, registered and recorded using either a geophone or a hydrophone «

Es soll außerdem noch darauf hingewiesen werden, daß die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtimg nach freier Wahl auf den besonderen Zweck abgestimmt werden können, für den sie benötigt werden, \vie ζ 0B0 Luftsprengkörper, Wassersprengkörper uswo als Schallquellen eingesetzt werden können ο Es wirü davon ausgegangen, daß <sL einen Wert von 1,1 bis 5? insbesondere von 155 bis 3 haben kann o It should also be pointed out that the individual components of the device according to the invention can be freely selected to suit the particular purpose for which they are required, \ vie ζ 0B 0 air explosives, water explosives, etc. o can be used as sound sources ο It wirü assumed that <sL has a value from 1.1 to 5? in particular from 1 5 5 to 3 may have o

Im folgenden wird der oben beschriebene Algorithmus auf ein vorgegebenes Beispiel angewendeteIn the following, the algorithm described above is applied to a given example

Ausgangspunkt sind zwei Schall-Wellenzüge, wie sie in Figur dargestellt sind,, Hierbei handelt es sich um einen berechneten Kurvenverlauf, wobei ein Modell zugrunde gelegt wurde, wie es imi.Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 21,0.137-161 j beschrieben ist, und zwar für ein Signal, wie es von einer Luftsprengladung in Wasser erzeugt wird ο Dieses Modell basiert auf den nichtlinearen Schwingungen einer kugelsymmetrischen Blase in Wasser und berücksichtigt auch nichtlineares elastische Effekte in der un-The starting point are two sonic wave trains, as shown in the figure, This is a calculated curve, based on a model as described in the Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 21.0.137-161 j for a signal such as that generated by an air blast in water ο This model is based on the non-linear oscillations of a spherically symmetrical bubble in water and also takes into account non-linear elastic effects in the un-

30045^0730045 ^ 07

3QU 83QU 8

mittelbaren Umgebung der .Luftblase. Dieses Modell gestattet die Berechnung von Wellenformen, die sehr nahe mit entsprechenden Iiessungen übereinstimmen.indirect environment of the air bubble. This model allowed the computation of waveforms which correspond very closely to corresponding results.

Der Wellenzug s(t) in der oberen Hälfte der Figur 2 wurde für eine Sprengladung mit einem Rauminhalt von 10 cubic inch berechnet, die in einer Tiefe von 30 Fuß lag und einen Feuerdruck von 2.000 p.s.i. aufwies sowie eine Reichweite von 500 Fuß von der Sprengladung. Keine Oberflächenreflektion des Heeres wurde mit eingeschlossen. Der Wellenzug s(t) in der unteren Hälfte der Figur 2 wurde unter Benutzung des gleichen Gomputerprogramins berechnet, wobei lediglich der Rauminhalt der Sprengladung 00 cubic inch betrug, ansonsten aber die gleiche Tiefe, gleicher Feuerdruck und gleiche Reichweite eingesetzt wurden. Anders ausgedrückt, lediglich das Volumen wurde abgeändert.The wave train s (t) in the upper half of Figure 2 was for an explosive charge with a volume of 10 cubic inch that was at a depth of 30 feet and one Fire pressure of 2,000 p.s.i. exhibited as well as a range 500 feet from the explosive charge. No surface reflection of the army was included. The wave train s (t) in the lower half of FIG. 2 was generated using the same Gomputerprogramins calculated, with only the The volume of the explosive charge was 00 cubic inches, but otherwise the same depth, same fire pressure and same range were used. In other words, only the volume has been changed.

Diese beiden Wellenzüge werden nun mit einer ebenfalls künstlichen Impuls an tvi ort g(t) überlagert, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Das Ergebnis dieser Überlagerungen ist in Figur 4- dargestellt. Das sich aus der Überlagerung dieser beiden Funktionen ergebende seismische Signal x(t) in der oberen Hälfte der Figur 4- zeigt demnach die Überlagerung von g(t) mit s(t), das seismische Signal χ (t) in der unteren Hälfte der Figur 4- zeigt die Überlagerung der Funktio-These two wave trains are now also artificial Impulse superimposed at tvi location g (t), as shown in Figure 3 is shown. The result of these superimpositions is shown in Figure 4-. That emerges from the superimposition of this The seismic signal x (t) resulting from both functions in the upper half of FIG. 4- accordingly shows the superposition from g (t) with s (t), the seismic signal χ (t) in the lower Half of Figure 4- shows the superposition of the functions

sisi

nen g(t) mit dem Wellenzug s (t) der Figur 1. Diese beiden reflektierten seismischen Wellenzüge sind daher mathematisch voneinander unabhängig konstruiert worden, ohne daß dabei die Gleichung (2) herangezogen worden wäre.nen g (t) with the wave train s (t) of Figure 1. These two reflected seismic wave trains are therefore mathematical have been constructed independently of each other without using equation (2).

Zur Überprüfung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde nun unterstellt, daß diese beiden seismischen Signale aus einer Messung erhalten wurden, von der man lediglich weiß, daß sie an derselben Stelle vorgenommen wurde und daß das eine Signal mit einer Sprengladung von 10 cubic inch, das andere Signal mit einer Sprengladung von 80 cubic inch bei derTo check the method according to the invention it was now assumed that these two seismic signals from one Measurement were obtained of which one only knows that it was made at the same point and that one signal with an explosive charge of 10 cubic inches, the other signal with an explosive charge of 80 cubic inches at the

03CG4S/072203CG4S / 0722

Ή-Ή-

gleichen Tiefe und gleichem Druck erzeugt wurde.same depth and pressure.

Da lediglich das Feuervolumen geändert wurde, kann die Gleichung (2) angewendet werden, wobei in diesem Fall <?C =8 ist, und daher o4=2.Since only the volume of fire was changed, equation (2) can be applied, in which case <? C = 8 is, and therefore o4 = 2.

man nun, wie oben beschrieben, den Rekursions-Algorithmus benutzt, um die Funktionen s(t) und g(t) aus den Gleichungen (4·)> (5) und (2) mit ρ = q = 1 zu gewinnen und oL= 2 einsetzt, so ist das Ergebnis in Figur 5 dargestellt: In der oberen Hälfte der Figur 5 ist der Verlauf der Funktion s(t) dargestellt, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet wurde, in der unteren Hälfte ist die Impulsantwort g(t) dargestellt, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet wurde. Wenn man nun diese Wellenzüge mit den tatsächlich dem fiktiven seismischen Signal zugrunde gelegten Kurven der Figur 2 und der Figur 3 vergleicht, so erkennt man eine sehr zufriedenstellende Übereinstimmung. Kleine Differenzen zwischen den berechneten Spektren und den Originalapektren sind hauptsächlich Cbmputerfehlern zuzuschreiben. the recursion algorithm is now used, as described above, to obtain the functions s (t) and g (t) from the equations (4 ·)> (5) and (2) with ρ = q = 1 and oL = 2, the result is shown in FIG. 5: The upper half of FIG. 5 shows the course of the function s (t) as it was calculated using the method according to the invention; the lower half shows the impulse response g (t ) shown how it was calculated with the method according to the invention. If one now compares these wave trains with the curves of FIG. 2 and FIG. 3 on which the fictitious seismic signal is actually based, one recognizes a very satisfactory correspondence. Small differences between the calculated spectra and the original spectra are mainly due to computer errors.

Dieses fiktive Beispiel, ausgehend von berechneten Funktionen zur Rückgewinnung der eingegebenen Funktionen zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich seinen Zweck erfüllteThis fictitious example, based on calculated functions for the recovery of the entered functions, shows that the method according to the invention is fundamentally his Purpose served

Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren die Impulsantwort g(t) in der Abwesenheit von Kauschen exakt erfassen. Im Falle des Vorliegens von Rauschen, kann eine stabile Näherung an diese Impulsantwort gCt) erreicht werden, deren Genauigkeit von der Stärke des Rauschens abhängt.Therefore, the method according to the invention can provide the impulse response Detect g (t) exactly in the absence of thimbles. In the case of the presence of noise, it can be stable Approximation to this impulse response gCt) can be achieved, the accuracy of which depends on the strength of the noise.

030045/0722030045/0722

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Claims (12)

30U897 Patentansprüche :30U897 claims: 1. Verfahren zur LagebeStimmung unterirdischer Grenzflächen oder Grenzschichten und/oder zur Bestimmung deren akustischer Eigenschaften mittels Aussendung von akustischen Wellen und Analyse der reflektierten seismischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine erste punktförmige Schallquelle und mindestens eine zweite punktförmige Schallquelle als Sender eingesetzt werden, daß die Energie der Strahlung der beiden Schallquellen bzw. Schallquellengruppen in einem bekannten Verhältnis zueinander gewählt werden und daß die reflektierten seismischen Signale miteinander korreliert werden, um die Lagebestimmung durchzuführen.1. A method for determining the location of subterranean interfaces or boundary layers and / or for determining their acoustic properties by emitting acoustic waves and analyzing the reflected seismic signals, characterized in that at least one first point sound source and at least one second point sound source are used as a transmitter that the energy of the radiation of the two sound sources or groups of sound sources are selected in a known ratio to one another and that the reflected seismic signals are correlated with one another in order to carry out the position determination. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von identischen Signalen summiert wird, um das erste der beiden seismischen Signale zu erzeugen.2. The method according to claim 1, characterized in that a plurality of identical signals are summed, to generate the first of the two seismic signals. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der identischen seismischen Signale dadurch erhalten wird, daß eine Serie von identischen Schallwellen mittels einer oder mehrerer identischer Schallquellen erzeugt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the plurality of identical seismic signals are thereby obtained is that a series of identical sound waves generated by means of one or more identical sound sources will. 4. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von identischen seismischen Signalen summiert wird, um das zweite seismische Signal zu erhalten.4. The method according to claims 1-3 »characterized in that that a plurality of identical seismic signals are summed to obtain the second seismic signal. 5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mehrzahl von identischen seismischen Signalen dadurch erhalten wird, daß eine Serie von identischen Schallwellen mittels einer oder mehrerer identischer Schallquellen erzeugt wird. /5. Method according to claim 4, characterized in that that this plurality of identical seismic signals is obtained in that a series of identical Sound waves is generated by means of one or more identical sound sources. / 030045/0722030045/0722 ■ι-■ ι- 6. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hehrzahl identischer, nicht wechselwirkender Schallquellen gleichzeitig zur Erzeugung der ersten Schallwelle benutzt werden.6. The method naoh claim 1, characterized in that a number of identical, non-interacting sound sources simultaneously generating the first sound wave to be used. 7· Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hehrzahl von identischen, nicht wechselwirkenden Schallquellen zur Erzeugung der zweiten Schallwelle gleichzeitig benutzt werden.7. The method according to claim 1 or 6, characterized in that that a plurality of identical, non-interacting sound sources for generating the second sound wave can be used at the same time. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß jede Schallquelle eine Luftsprengladung, eine Wassersprengladung, einen Unterwasser- oder unterirdischen Explosionsgenerator, eine unterirdische Implosionsquelle oder einen Funkenentlader beinhaltet.8. The method according to any one of claims 1-7 »characterized in that that every sound source is an air charge, a water charge, an underwater or subterranean one Contains an explosion generator, an underground implosion source, or a spark discharger. 9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verhältnisfaktor zwischen 1,33 und 125 gewählt ist.9 · The method according to claim 1, characterized in that the ratio factor is selected between 1.33 and 125. 10. Verfahren nach Anspructui und 9» dadurch gekennzeichnet, daß der bekannte Verhältnisfaktor zwischen 3»375 und 27 gewählt ist.10. The method according to Anspructui and 9 »characterized in that that the known ratio factor between 3 »375 and 27 is selected. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das sie mindestens eine erste punktförmige Schallquelle und mindestens eine zweite punktförmige Schallquelle enthält, die erste und zweite Schallwellen in der Erde erzeugen, daß die Energie der von der ersten Schallquelle emittierten Strahlung um einen bekannten Verhältnisfairbor von der Energie der von der zweiten Schallquelle emittierten Strahlung abweicht, daß Empfänger vorgesehen sind, um die Reflektionen der ersten und zv/eiten Schallwelle von innerhalb der Erde zu registrieren um daraus das erste und zweite seismische Signal zu erzeugen, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um das erste11. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that it has at least one first point source of sound and at least one second Contains point source of sound that generate the first and second sound waves in the earth that carry the energy of the radiation emitted by the first sound source by a known ratio fairbor to the energy of that of the second sound source emitted radiation differs that receivers are provided to the reflections of the first and secondly to register sound waves from inside the earth in order to generate the first and second seismic signals, and that devices are provided to the first 030045/0722030045/0722 und zweite empfangene seismische Signal zu vergleichen und zu analysieren»and to compare and analyze second received seismic signal » 12 = Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schallquelle aus einer oder mehreren identischen Schallquellen "besteht, die so geschaltet sind, daß sie eine Serie von identischen Schallwellen erzeugen und
daß der Empfänger Vorrichtungen enthält, um diese Serie
von identischen Schallwellen aufzusummieren, um das erste
seismische Signal zu erhalten=
12 = device according to claim 11, characterized in that the first sound source consists of one or more identical sound sources "which are connected in such a way that they generate a series of identical sound waves and
that the receiver contains devices to this series
of identical sound waves to sum up to the first
receive seismic signal =
13° Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schallquelle ein oder mehrere identische Schallquellen beinhaltet, die so geschaltet sind, daß eie eine Serie von identischen Schallwellen erzeugt und daß der Empfänger Vorrichtungen enthält, um diese Serie von identischen Schallwellen aufzusummieren, um das zweite seismi-8che Signal zu erzeugen»13 ° device according to claim 11 or 12, characterized in that that the second sound source includes one or more identical sound sources which are connected so that eie generates a series of identical sound waves and that the receiver contains devices to generate this series of identical Sum up sound waves to form the second seismic Generate signal » 'U(-o Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schallquelle eine Mehrzahl identischer, nicht wechselwirkender Punktschallquellen enthält, die so geschaltet sind, daß sie' gleichzeitig die erste Schallwelle erzeugen«'U (-o device according to claim 11, characterized in that that the first sound source contains a plurality of identical, non-interacting point sound sources which are switched in this way are that they 'generate the first sound wave at the same time " 15« Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 14, dadurch gekenn= zeichnet, daß die zweite Schallquelle eine Mehrzahl von
identischen, nicht wechselwirkenden Schallquellen enthält, die so geschaltet sind, daß sie gleichzeitig die zweite
Schallwelle erzeugen»
15 «Device according to claim 11 or 14, characterized in that the second sound source has a plurality of
contains identical, non-interacting sound sources which are connected in such a way that they simultaneously generate the second
Generate sound wave »
16o Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der "bekannte Verhältnisfaktor zwischen 1,33 und 125 gewählt ist ο16o device according to claim 11, characterized in that that the "known ratio factor is chosen between 1.33 and 125 ο 17» Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der bekannte Verhältnisfaktor zwischen 3,375 und 27 gewählt ist«,17 »Device according to claim 11 or 16, characterized in that that the known ratio factor between 3.375 and 27 is chosen «, *"* &S S^ f\ Q if D f\ 5^? ^ ^% * "* & S S ^ f \ Q if D f \ 5 ^? ^ ^%
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