DE3144196C2 - Verfahren zur seismischen Untersuchung des Meeresgrundes - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufnehmen seismischer Unterwassersignale beschrieben. Ein Wasserfahrzeug (1), das mit Einrichtungen zum Abspulen und Einholen nachzuschleppender Kabel versehen ist, schleppt mehrere Kabel (3), die jeweils mit mindestens einer Anordnung von Sendern (5) versehen sind, wobei jede Anordnung eine Punktquelle für einen Sender bildet; ferner ist ein akustisches Kabel (4) vorhanden, das zusammen mit den genannten Kabeln in dem zu untersuchenden Bereich nachgeschleppt wird. Die Senderkabel (3) werden veranlaßt, sich quer zur Schlepprichtung zu verteilen, wobei die Abstände zwischen den Kabeln, die Zündenergie und die Zündzeitpunkte von dem Wasserfahrzeug aus entsprechend Informationen geregelt werden, die vorher bezüglich der Natur des Meeresbodens gewonnen worden sind. Die aus Punktquellen bestehenden Senderanordnungen können gegenüber der Schlepprichtung sowohl in der Querrichtung als auch in der Längsrichtung verteilt werden. Die Senderkabel (3) werden in der Querrichtung mit Hilfe von Otterbrettern (8) verteilt.

Description

der Formationen entsprechend der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen innerhalb der Formation dadurch variieren, daß man den Abstand zwischen den Sendern in der Längsrichtung und/oder der Querrichtung verändert Hierdurch ist es möglich, die Energiequelle auf ein Ziel zu richten, d. h. die insgesamt ausgesendeten Signale zu einer Struktur zu leiten, bezüglich welcher ein besonderes Interesse besteht Unter Verwendung früher gewonnener Informationen über die Gestalt der Formationsschichten, der Tiefe und der Geschwindigkeit kann man die Energiequelle so gestalten oder einstellen, daß man eine maximale Energie für einen bestimmten Reflektor erhält, während gleichzeitig die von Vielfachrefiexionen herrührende Energie auf ein Minimum verringert wird. Um diese Wirkung einer akustischen Linse zu erreichen, wird die Senderanordnung so gestaltet, daß die Punktquellen innerhalb einer Fläche verteilt werden, wobei die verschiedenen Punktquellen in verschiedenen Zeitpunkten gezündet werden.

Durch die Bündelung des primären Signals wird eine Streuung der Reflexionen und des zugehörigen Hintergrundrauschens weitgehend vermieden und damit die Qualität der an der reflektierenden Stelle zu gewinnenden Informationen verbessert

Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 in einer vergrößerten Darstellung Einzelheiten der Vorrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In F i g. 1 ist ein Wasserfahrzeug 1 dargestellt, das eigens mit Einrichtungen zum Schleppen von Kabeln für seismische Untersuchungen des Meeresbodens versehen ist und aur dem Geräte zum Aufzeichnen und Speichern der gewonnenen Informationen vorhanden sind. Auf dem Heck des Schiffs befinden sich Trommelwinden 2 zum Abspulen und Einholen nachzuschleppender Kabel 3 sowie eine nicht dargestellte Einrichtung zum Abiassen und Einziehen eines akustischen Kabels 4. Die Kabel 3 tragen Druckluftkanonen, die in Form einzelner Gruppen 5 angeordnet sind. Eine solche Gruppe oder Teilanordnung ist mit weiteren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt: sie besteht grundsätzlich aus mehreren Schwimmern 6, von denen jeder eine Druckluftkanone 7 trägt. Zwischen jeder Druckluftkanone 7 und dem zugehörigen Schwimmer 6 ist eine Einrichtung zum Zusammenfassen der Verbindungsleitungen zum Triggern der Druckluftkanonen angeordnet Innerhalb jeder Teilanordnung sind die Druckluftkanonen gemäß der vorstehenden Beschreibung so aufeinander abgestimmt, daß sie einen Sender in Form einer Punktquelle bilden. Die Abstände zwischen den einzelnen Teilanordnungen können variiert werden; der Aufbau der nachzuschleppenden Kabel 3 entspricht im übrigen der Beschreibung in der US-PS 39 53 826.

Gemäß der Erfindung müssen die zu schleppenden Kabel 3 quer zur Fahrtrichtung des Schiffs 1 auf eine vorbestimmte Weise verteilt werden. Zu diesem Zweck ist an jedem Kabel 3 ein ebenfalls mit Schwimmern versehenes Otterbrett 8 befestigt, dessen Stellung von dem Schiff aus geregelt werden kann. Werden die Otterbretter 8 in die richtige Lage gebracht, entstehen die gewünschten Querabstände zwischen den Kabeln 3, so daß die Kabel innerhalb einer bestimmten Fläche verteilt werden.

Es ist ohne Schwierigkeiten möglich, mit Hilfe eines Schiffs sechs solche parallelen Anordnungen zu schleppen. Die Abstände zwischen den Teilanordnungen 5 längs der Kabel 3 lassen sich variieren; auch die Querabstände zwischen den Kabeln 3 können durch entsprechendes Einstellen der Otterbretter 8 so variiert werden, daß die Fläche, innerhalb welcher die Sender verteilt sind, z. B. eine Breite von 5 bis 75 m erhält

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, zu der wiederum ein Schiff 1 der in Fig. 1 dargestellten Art gehört Auch in diesem Fall werden ebenso wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform Schleppkabel 3 und ein akustisches Kabel 4 verwendet Die Ausführungsform nach F i g. 3 unterscheidet sich jedoch von derjenigen nach F i g. 1 dadurch, daß anstelle der längs der Schleppkabel in Abständen verteilten Teilanordnungen von als Punktquellen ausgebildeten Sendern am Ende jedes Schleppkabels nur eine Teilanordnung von Sendern vorhanden ist Die seitliche Verteilung der Schleppkabel wird in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 mit Hilfe von Otterbrettern 8 herbeigeführt Bei dieser Ausführungsform wird ein Flächenbereich dadurch simuliert, daß die Informationen addiert werden, die man erhält wenn man die in den Bereichen 5 angeordneten punktförmigen Sender, die über die Breite der Fläche verteilt sind, mehrmals nacheinander zündet

Im Rahmen der Ansprüche läßt sich die Erfindung in der verschiedensten Weise weiterbilden. Die Anforderungen bezüglich der Energiequellen variieren in Abhängigkeit von dem zu untersuchenden Bereich. Die aufzuzeichnenden seismischen Signale haben unterschiedliche Frequenzgehalte und scheinbare Wellenlängen. Das Geräuschbild variiert außerdem von einem Bereich zum anderen. Hieraus folgt daß man die Möglichkeit haben muß, die Richtwirkung der Energiequelle in Abhängigkeit von den geologischen Bedingungen zu verändern, die untersucht werden sollen. Dies geschieht auf einfache Weise durch Variieren der geometrischen Verhältnisse der Senderanordnung, d. h. der Anzahl der verwendeten Elemente, der Größe der Fläche, innerhalb welcher die Sender verteilt sind, sowie der Abstände zwischen den Elementen. Mit Hilfe von Winden lassen sich die Abstände zwischen den Elementen leicht manuell verändern. Hierbei beschränkt sich die Anordnung nicht auf ein rechteckiges Muster, d. h. man kann sternförmige, fächerförmige, kreuzförmige oder kreisrunde Anordnungen verwenden.

Bei allen beschriebenen älteren Systemen handelt es sich lediglich um einfache Erweiterungen von punktförmigen Quellen. Hierbei wird eine Punktquelle verwendet, die sich aus zwei oder drei Ketten von Druckluftkanonen zusammensetzt, die in Querabständen verteilt sind, um einen Bereich von größerer Breite zu erfassen. Bei dieser Lösung ergeben sich offensichtliche Nachteile, denn es bestehen nur beschränkte oder überhaupt keine Möglichkeiten, die geometrischen Verhältnisse zu variieren, und außerdem besteht jedes Element aus einer einzigen Druckluftkanone, woraus sich Nachteile ergeben; hierzu gehört die Tatsache, daß Impulse von geringer Bandbreite erzeugt werden, wobei jeder Impulsreihe lang anhaltende Echos folgen; außerdem ist es schwierig, das gesamte Ansprechverhalten des Systems zu berechnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

ben sich Schwierigkeiten aus dem Vorhandensein von

Patentanspruch: Hintergrundgeräuschen, z. B. von störenden Reflexionen an der Oberfläche des Meeresljodens, von Reflexio-

Verfahren zur seismischen Untersuchung des nen an in einer anderen Richtung liegenden Punkten bei Meeresgrundes mit auf einer Fläche verteilten Sen- 5 der Benutzung mehrerer Sender usw.
dem, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten gezündet Somit wäre es erwünscht, einen Richtstrahlsender zur werden können, und mit einem Streamer-Kabel, die Verfügung zu haben, d. h. einen Sender, der in einer beide von einem Wasserfahrzeug geschleppt wer- vorbestimmten Reflexionsrichtung eine Dominanz Heden, dadurch gekennzeichnet, daß die fert Eine aus der US-PS39 53826bekannte Lösung für Sender derart auf der Fläche verteilt sind und zu 10 dieses Problem besteht darin, daß man mehrere der vorderart unterschiedlichen Zeitpunkten gezündet wer- stehend geschilderten Punktquellen in einer Reihe so den, daß deren Schallwellen nach Art einer akusti- anordnet, daß die Anordnung in der senkrechten Richschen Linse gleichzeitig auf den zu untersuchenden tung bezüglich der Signale bzw. Reflexionen mit einer Punkt des Meeresuntergrundes treffen. Richtwirkung arbeitet Bei der Anwendung dieses Sy-

15 stems werden mehrere Anordnungen von Punktquellen

von einem Schiff nachgeschleppt Hierbei zeigen die

Die Erfinduag bezieht sich auf ein Verfahren zur seis- ausgesendeten Signale eine Richtwirkung in der senkmischen Untersuchung des Meeresgrundes mit auf einer rechten Richtung und liefern ein gutes Bild des zu unter-Fläche verteilten Sendern, die zu unterschiedlichen suchenden Bereichs. Durch eine zeitverzögerte Zün-Zeitpunkten gezündet werden können und mit einem 20 dung der Sender kann auch eine Richtwirkung in einer Streamer-Kabel, die beide von einem Wasserfahrzeug anderen als der senkrechten Richtung erzeugt werden,
geschleppt werden. Aus der EP-Al 00 18 053 ist ein Verfahren zur seismi-Bei der geophysischen Untersuchung des Meeresbo- sehen Exploration bekannt, bei dem mehrere auf einer dens ist es erforderlich, für die einzelnen Erdformatio- Fläche verteilte Sender, die über Kabel in Reihen mitnen charakteristische Informationen zu gewinnen. Dies 25 einander verbunden sind, von einem Wasserfahrzeug geschieht mit Hilfe des Aussendens und Empfangene geschleppt werden. Weiterhin ist ein Streamer-Kabel bzw. Registrierens seismischer Signale, die von einer vorgesehen welches die vom Meeresgrund reflektier-Energiequelle in Form von Druckimpulsen ausgesendet ten Signale auffängt Die Sender können zu unterschiedwerden, welche sich nach unten in die geologischen liehen Zeitpunkten gezündet werden,
schichtförmigen Formationen hinein fortpflanzen, wo- 30 Bei den vorbekannten Verfahren ergeben sich Nachbei bestimmte Signale reflektiert und aufgezeichnet teile, die unter anderem darauf zurückzuführen sind, daß werden. Hierbei wird bei jeder Zündung durch ein aku- der Meeresboden nicht eben ist Obwohl die Konzentrastisches Kabel ein Reflexionsmuster registriert Durch tion der Wellen mit Hilfe der Punktquellen in einem kontinuierliches Messen dieses Reflexionsmusters er- erheblichen Ausmaß scharf ausgeprägte Signalspitzen hält man ein Bild der geologischen Formation mit ihren 35 liefert und trotz der in einer bestimmten, vorgewählten Schichten, Verwerfungen usw. Als Energiequelle wird Richtung erzielbaren Richtwirkung ist es bei der Unterbei seismischen Explorationsarbeiten eine sogenannte suchung eines unregelmäßigen Bereichs des Meeres-Druckluftkanone verwendet; solche Kanonen werden grundes nicht möglich, eine Streuung der Reflexionen von einem Wasserfahrzeug geschleppt und die reflek- und des zugehörigen Hintergrundrauschens zu vermeitierten Impulse werden mit Hilfe eines akustischen Ka- 40 den, wenn man auf Unregelmäßigkeiten trifft z. B. einen bels aufgezeichnet. Die Druckluftkanonen dienen dazu, Abfall des Meeresbodens oder dergleichen, so daß sich jeweils eine bestimmte Druckluftmenge aufzustoßen, so bezüglich der gewonnenen Informationen eine gewisse daß eine langsam abklingende Welle erzeugt wird, de- Unsicherheit ergibt

ren Schwingungsperiode sich nach dem ausgestoßenen Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aus-

Luftvolumen richtet 45 gehend von dem vorstehend geschilderten Stand der

Bei der Verwendung zu reflektierender Impulse ist es Technik ein verbessertes Verfahren zu schaffen, wel-

vorteilhaft, wenn man eine Welle erzeugt die möglichst ches es ermöglicht, die genannten Nachteile zu vermei-

weiggehend die Form einer Spitze aufweist, um Nach- den und welches eine genauere Ermittlung der Lage der

hall- bzw. Echoerscheinungen möglichst weitgehend zu Signalreflexionen ermöglicht.

vermeiden, so daß man ein möglichst reines Sendersig- 50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst nal erhält Zu diesem Zweck werden bereits jeweils daß die Sender derart auf der Fläche verteilt sind und zu mehrere aufeinander abgestimmte Druckluftkanonen derart unterschiedlichen Zeitpunkten gezündet werden, verwendet, die gleichzeitig Impulse erzeugen, wobei die daß deren Schallwellen nach Art einer akustischen Linse Abstimmung derart ist, daß die Impulsechos ausgegli- gleichzeitig auf den zu untersuchenden Punkt des Meechen werden bzw. daß ihnen entgegengewirkt wird, 55 resuntergrundes treffen. Durch das Zünden der Sender während die erste Halbperiode der Schwingung ver- zu unterschiedlichen Zeitpunkten, die von der Verteistärkt wird. Die Druckluftkanonen werden auf bestimm- lung der Sender auf der Fläche abhängig sind, wird erte Weise innerhalb eines begrenzten Bereichs angeord- reicht, daß die von den Sendern ausgesendeten Schallnet, und man kann sie als einen einzigen Sender betrach- wellen nach Art einer akustischen Linse gleichzeitig auf ten, der unter Benutzung der zusammenarbeitenden 60 den zu untersuchenden Punkt des Meeresuntergrundes Druckluftkanonen einen kräftigen, scharf aufgeprägten treffen. Hierdurch ist es möglich, eine Verstärkung bzw. spitzenförmigen Impuls erzeugt. Man kann solche Sen- Schwächung von Signalen zu erreichen, die an einem derquellen auch als »punktförmige Quellen« bezeich- Reflexionspunkt zusammentreffen, so daß man Fehlernen. Zwar liefern diese bekannten Punktquellen brauch- quellen entgegenwirken kann, die sich bei unebenem bare Signale, doch da es sich bei ihnen um Sender ohne 65 Meeresboden, z. B. bei steil abfallenden Formationen, Richtwirkung handelt, ist es schwierig, den Ausgangs- ergeben können. Hierbei kann man die Richtung der punkt einer bestimmten Reflexion, d. h. die genaue Lage Energieabgabe und/oder die Frequenz der Energiequelder untersuchten Stelle zu ermitteln. Außerdem erge- Ie in Abhängigkeit von der Tiefe und/oder der Gestalt