DE3212357A1

DE3212357A1 - Seismisches aufschlussverfahren

Info

Publication number: DE3212357A1
Application number: DE19823212357
Authority: DE
Inventors: Johannes W M Dankbaar; Hans A K Dr Edelmann; Klaus Prof Helbig
Original assignee: Prakla Seismos GmbH
Current assignee: Geco Prakla GmbH
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1983-10-06

Description

Seismisches Aufschlußverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein seismisches Aufschlußverfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Übliche reflexionsseismische Messungen werden in der Weise ausgeführt, daß z. B. durch Sprengung oder mit einem oder mehrersn Vibratoren in oder aw der Erdoberfläche Schwingungen erzeugt werden9 die im wesentlichen Druckwellen (P-Wellen) sind und die mit üblichen G@@-phonen, d. h. zum Beispiel senkrecht angeordneten Tauchspulen od.dgl., nach Reflexionen im Untergrund aufgenommen werden. Bei Ergänzung dieser Msssungn durch Erzeugung und Aufnahme von Scherwellen ergibt sich die Möglichkait, für einzelne charakteristische Reflexionen aus do Quotirnten der Geschwindigksitc-n der P und 5-el1en die Poisson-Konstante zu errechnen die wiederum Aufschluß über lithologische Eigenschaften der Reflexionshorizonte gibt. Ausführliche Berichte über die Erzeugung und Aufnahme von Scherwellen sind in Geophysics 1968, S. 229 bis 254, abgedruckt, einschließlich weiterer Literaturhinweise. Diese Arbeiten beruhen hauptsächlich auf dem Einsatz besonderer Vibratoran9 siehe die US-PS 3 159 232, 3159 233 und 3 205 971. Dabei handelt es sich um Geräte, die für den besonderen Zweck der Erzeugung von S-Wellen aufgebaut worden sind. Sie gestatten, praktisch ausschließlich Scherwellen vom Typ SH, d. h. mit einer Polarisierung in der Ebene des Reflexionshorizontes, zu erzeugen. Unter Verwendung entsprechend polarisierter Geophone sind bei diesen Versuchen gute Scherwellen-Seismogramme aufgenommen uordan.
Die bei diesen bekannten Verfahren zu verwendenden Vibretoren erfüllen die physikalischen Anforderungen für diese besondere Art von reflexionsseismischen Aufnahmen in nahezu idealer Weise, haben jedoch im praktischen Einsatz erhebliche Nachteile. Aus diesem Grunde ist, siehe die DE-OS 2 835 772 und die US-PS 4 286 3329 ein Verfahren entwickelt worden, bei dem zwei Vibrator zur Erzeugung von Kompressionswellen benachbart angeordnet und mit demselben Sweep gegenphasig gesteuert erregt werden.
Bei diesem Verfahren wird die zur Untersuchung des Untergrundes mittels S-Wellen erforderliche Sonderausstattung eines Meßtrupps auf zusätzliche Horizontal-Geophone beschränkt. Allerdings wird in den genannten Druckschriften empfohlen, mehrere, d. h. zwei oder drei Vibrator-Paare zu verwenden, da bei der Übertragung der Schwingungsenergie von den Vibratoren auf den Untergrund mit den auf die Erdoberfläche aufgesetzten ebenen Platten überwiegend Kompressionswellen (P-Wellen) erzeugt werden, die bei Untersuchung mittels S-Wellen als Störenergie zu betrachten sind.
Im Hinblick auf die bei seismischen Untersuchungen heute verlangte Präzision können sich bei dem Verfahrsn nach der DE-OS 2 835 772 Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß unter der Erdoberfläche an den einzelnen Vibratorpunkten unterschiedliche Verhältnisse herrschen, die die Anwendung von Korrekturfunktionen erfordern. Im allgemsinen sind aber die Untersuchungen gegenüber Korrekturen auf der Senderseite empfindlicher, insbesondere dann, wenn es darauf ankommt, an verschiedenen Orten gleiche Erregungen zu erzeugen, wobei sich die Gleichheit nicht nur auf die Oberfläche, sondern auch auf die weitere Ausbreitung der Energie bezieht.
Nach der Erfindung wird die hier bestehende Schwierigkeit für ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch bsseitigt, daß bei Verwendung von nur einem,auf der Profilgeraden angeordneten und für die Erzeugung von Kompressionswellen vorgesehenen Vibrator die Geophone auf zwei Linien beiderseits der den Aufstellungsort des Vibrators enthaltenden Profilgeraden und symmetrisch zu dieser Geraden aufgestellt werden, wobei die Linien im wesentlichen parallel zur Profilgeraden verlaufen und die Geophone mit ihrer bevorzugten Empfangsrichtung quer zur Profilgeraden ausgerichtet werden und daß die von den Geophonen erzeugten Signale in der Weise aufgezeichnet werden, daß von den Signalen eines Geophons jeueils die zeitgleichen Signale des symmetrisch dazu liegenden Geophons abgezogen und die Differenzsignale aufgezeichnet werden. Die ggf. erforderlichen statischen Korrekturen können sehr einfach abgeleitet und eingeführt werden, indem zunächst die Signale für jedes Geophon gesondert vor Bildung der Differenzspuren aufgezeichnet werden.
Die Erfindung beruht darauf, daß bei einer z. B. als söhlig angenommenen Reflexionsflcho- die Schyingungs energie die Geophone eines symmetrisch angeordneten Geo phonpaares in der Weise erreicht, daß die Wege als von einem gemeinsamen Spiegelpunkt ausgehende Strahlen ans genommen werden können. Dabei ergeben eich für Schwingungskomponenten quer zur Profilgeraden Richtungunterschiede durch die nach beiden Seiten der Profilgaraden divergierende Richtungsetrahlen der Wellenfortpflanzung.
Bei Subtraktion der Signale wird diese besondere Kompo nente im wesentlichen verdoppelt. Es empfiehlt sich daher, den Abstand zwischen den Geophonen eines Paares so groß zu wählen, daß die vom Spiegelpunkt ausgehenden Strahlen der Wellenausbreitung einen merklichen Winkel einschließen und eine entsprechend grobe Komponente in der Horizontalen erzeugt wird.
Bei Anordnung der Geophone auf zwei zur Profilgeraden parallelen Geraden ergeben sich daher einfache und übersichtliche Verhältnisse, die auch die Ableitung von Korrekturfunktionen für die einzelnen Geophone begünstigen.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der die Erfindung beispielsueise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 vereinfacht eine Aufnahmeanordnung zur Ausführung des Verfahrens und Fig. 2 ein der Erfindung zugrunde liegendes Vektorschema.
Auf einer Profilgeraden P, Fig. 1, ist ein üblicher, sonst für die Erzeugung von P-Wellen benutzter Vibrator 10 angeordnet. Der Vibrator ist demnach mit einer ebenen Vibratorplatte ausgestattet, die auf die Erdoberfläche aufgesetzt und belastet wird, wobei ein hydraulischer Schwingungsgenerator an der Platte Schwingungen, entsprechend einer vorgegebenen Schwingungsfolge, erzeugen.
Diese Schwingungen werden von'der Platte auf den Untergrund übertragen und breiten sich im Untergrund aus.
Auf einer parallel zur Profilgeraden P liegenden Geraden sind Geophone 12 aufgestellt, die auf horizontal und quer zur Richtung der Profilgeraden P gehende Schwingungen ansprechen. Mit Bezug auf die Profilgeraden P sind symmetrisch zu den Geophonen 12 Geophone 16 entlang einer zweiten Geraden aufgestellt, die ebenfalls auf parallel zur Erdoberfläche und rechtwinklig zur Profilgeraden P gehende Schwingungen ansprechen. Die Geophone 12 sind durch ein Meßkabel 14 und die Geophone 16 durch ein Meßkabel 18 an eine Aufnahmeeinrichtung 20 angeschlossen, die mit einer der Anzahl der Geophone 12 entsprechenden Anzahl von Kanälen 22 und einer der Anzahl der Geophone 16 entsprechenden Anzahl von Kanälen 24 ausgestattet ist. Die Kanäle 22, 24 enthalten vorzugsweise eine hier nicht näher dargestellte, an sich bekannte Aufzeichnungseinrichtung, die entweder eine analoge oder eine digitale Aufzeichnung vornimmt. Die Signale aus den Kanälen 22 und 24 werden danach, ggf. unter Anbringung von Korrekturfunktionen in eine Einrichtung 26 zur Differenzbildung eingespeist derart, daß aus den gleichzeitig aufgenommenen Signalen symmetrisch liegender Geophone 12 und 16 die Differenzspuren 30 in der Aufzeichnungsvorrichtung 28 erzeugt werden.
Das Schema der Fig. 2 zeigt mit Bezug auf die Profilgeraden P ein symmetrEch dazu liegendes Paar Geophone 12, 16. Die Geophone 12, 16 werden gleichzeitig von eins Wellenfront W erreicht. Die horizontale Schwingung einer S-Welle zeigt an den Orten der Geophone 12 und 16 die Komponenten 40 bzw. 40', die tangential zur Spur der Wellenfront W an der Erdoberfläche gerichtet sind. Bei Aufnahme mit den Geophonen 12, 16, die auf horizontale Schwingungen rechtwinklig zur Profilgeraden ansprechen, erzeugen die Komponenten 40 und 40 gleich große und gleich gerichtete Signale. Diese Signale können aber nicht durch ein Additionsverfahren ausgewertet werden, da die gleichzeitig auftretenden P-Wellen einen Störpegel bilden, der bei einer Addition nicht beseitigt wird. Dagegen bedingen die von einem gemeinsamen Spiegelpunkt im Untergrund ausgehenden und divergierenden Ausbreitungsstrahlen, daß an den Orten der Geophone 12 und 16 Traneversalechwingungen oder S-Wellen mit Komponenten 42, 42' auftreten, die gleich groß, aber im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet sind, so daß ihre Projektion 44, 44' bei Subtraktion der bei 12 und 16 empfangenen Signale ein brauchbares S-Wellsn-Signal bildet, während die übrige Energie, insbesondere auch die von den P-Wellen stammende Störenergie bei der Subtraktion im wesentlichen wegfällt. Das Nutzsignal stammt demnach nicht von einer sog. SH-Welle, sondern wird dadurch gewonnen, daß an den Geophonen 12, 16 eines Paares auch einander entgegengerichtete, aber der Amplitude nach im wesentlichen gleiche Schwingungskomponenten aufgenommen werden, aus denen bei Subtraktion ein Nutzsignal doppelter Amplitude entsteht.
Für eine praktische Ausführung der Erfindung kann der Vibrator 10 auf der Mitte einer Straße plaziert und können die Kabel 14, 18 beiderseits mit gleichem Abstand und parallel zur Straße ausgelegt werden. Bei Aufstellungsweiten von etwa 150 - 300 m kann der Abstand zwischen Kabel und Straßenmitte etwa 5-30 m betragen.
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Claims

Ansprüche: 1;1 11Seismischss Aufschlußverfahren mit einem Vibrator, der eine vorgegebene Schwingungsfolge durch eine im wesentlichen ebene, auf die Erdoberfläche aufgesetzte und normal zur Erdoberfläche belastete Platte mittels der Schuingungsfolge entsprechenden Belastungsänderungen auf den Untergrund überträgt und mit Geophonen, die an der Erdoberfläche längs einer Geraden auPgestellt werden und eine Horizontalkomponente der von der Platte im Untergrund erregten Schwingungen auP-nehmen und die aufgenommene Energie in Signale umsetzen, die einer Aufzeichnungsvorrichtung zugeführt und darin aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Geophone auf zwei Linien beiderseits der den Aufstellungsort des Vibrators enthaltenden Profilgeraden und symmetrisch zu dieser Geraden aufgestellt werden, wobei die Linien im wesentlichen parallel zur Profilgeraden verlaufen und die Geophone mit ihrer bevorzugten Empfangsrichtung quer zur Profilgeraden ausgerichtet werden und daß die von den Geophonen erzeugten Signale in der Weise aufgezeichnet werden, daß von den Signalen eines Geophones jeweils die gleichzeitig aufgenommenen Signale des symmetrisch dazu liegenden Geophons abgezogen und die Differenzsignale aufgezeichnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der einzelnen Geophone vor Bildung der Differenzsignale gesondert aufgezeichnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gesondert aufgezeichneten Signalen der einzelnen Geophone Korrektur-Funktionen gebildet und damit die Signale der einzelnen Geophone für die Differenzbildung korrigiert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geophone auf zur Profilgeraden parallelen Geraden auf-gestellt werden.