DE3217648A1

DE3217648A1 - Vorrichtung zur erzeugung von longitudinal- oder transversalschallwellen im erdboden

Info

Publication number: DE3217648A1
Application number: DE19823217648
Authority: DE
Inventors: Andre 17200 Royan James; Jean 78630 Orgeval Laurent; Pierre-Claude 17570 Les Mathes Layotte
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN; Compagnie Generale de Geophysique SA; Compagnie Generale de Geophysique Veritas SA
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN; CGG SA
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1982-12-02
Also published as: GB2101319B; IT1152136B; BE893126A; FR2506030B1; CA1187163A; US4609066A; GB2101319A; FR2506030A1; DE3217648C2; JPH0435720B2; NL8201946A; JPS57194375A; IT8221222A0

Description

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Vorrichtung zur Erzeugung Longitudinal»*-oder Transversale*"-Schallwellen im Erdboden

Die Erfindung betrifft eine sogenannte gemischte Vorrichtung zur Abgabe von Longitudinal- und Transversalschallweilen, insbesondere zur seismischen Prospektion zu Lande.

Bei der seismischen Prospektion wird die Bestimmung des Ortes der reflektierenden unterirdischen Schichten vorgenommen, indem man in den Erdboden hauptsächlich■·, akustische Longitudinalwellen (P) überträgt, die sich in einer Kompressionsart fortpflanzen. Man verwendet auch Transversalwellen (S), die sich nach einer Torsions- oder Scherart fortpflanzen. Die Transversalwellen ermöglichen interessante Anwendungen, da ihre Wellenlänge bei gleicher Frequenz kleiner als die der Longitudinalwellen ist. Sie besitzen ein besseres Trennvermögen. Im übrigen weisen gewisse Wellen (Wellen SH) die Besonderheit unter bestimmten Bedingungen auf, daß sie eine Umwandlung beim Vorhandensein von stratigraphischen Diskontinuitäten nicht erfahren und daß die aus solchen Wellen erhaltenen Aufzeichnungen einfacher sind.

Die Verfahren der seismischen Prospektion umfassen das kombinierte Aussenden von Longitudinal- und Transversalwellen und ermöglichen es, eine genauere Kenntnis des Untergrundes zu erhalten; ihre Verwirklichung erfordert aber die Verwendung von zwei unterschiedlichen seismischen Quellen, die für die Erzeugung eines dieser beiden Wellentypen spezialisiert sind.

Eine bekannte Vorrichtung, die in der Lage ist, transversale Schallwellen zu erzeugen, ist beispielsweise in der französischen Patentschrift 2 276 599 beschrieben. Sie umfaßt im wesentlichen ein von einem Fahrzeug transportiertes Targetelement (element-cible), das sich intermittierend mit dem Erdboden koppeln läßt, wobei eine Masse, die auf das Targetelement schlägt, sowie Betätigungsorgane vorgesehen sind, die beweglich und orientierbar sind, um seitlich die Masse anzuheben und deren Fall gegen die seitlichen Vertikalwände des Targetelementes zu richten, wenn dieses sich in Kontakt mit dem Erdboden befindet.

Eine bekannte Vorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie longitudinale Schallwellen erzeugt, ist beispielsweise in der französischen Patentschrift 2 398 316 beschrieben. Sie umfaßt' im wesentlichen ein am einen Ende eines Führungsrohres befestigtes Target und ist so ausgebildet, daß dieses in Kontakt mit dem Erdboden kommt, wenn das Rohr im wesentlichen vertikal ist. Eine Masse kann frei im Rohr gleiten und kann auf das Target wiederholt schlagen; Einrichtungen sind vorgesehen, um diese Masse bis in eine obere Stellung am zweiten Ende des Rohres zu führen. Schließlich sind noch Mittel vorgesehen, um es intermittierend in dieser" Stellung zu halten. Die Einrichtungen, die es ermöglichen, die Masse bis in ihre obere Stellung nach jedem Fall zu führen, umfassen beispielsweise ein mit einem steifen Träger festes System, wodurch das Rohr zwischen der vertikalen Arbeitsstellung und einer zweiten Stellung verschwenken kann, wo das erste Ende des Rohres höher als das gegenüberliegende Ende sich befindet.

Eine gemischte Vorrichtung zur Erzeugung im Erdboden an ein und dem gleichen Ort von Longitudinalwellen oder Transversalwellen, um die Verwendung von zwei unterschied-·

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lichen Quellen zu vermeiden, wurde in der amerikanischen Patentschrift 4 244 437 vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfaßt einen Hubmast, um eine Masse bezüglich eines Targetelementes zu verschieben, wodurch es in Vertikalstellung möglich wird, Longitudinalwellen durch vertikale Perkussion des Targetelementes zu erzeugen, und welches in geneigte Stellung bezüglich der Vertikalen derart gebracht werden kann, daß die Masse auf eine Seitenfläche des Targetelementes zur Erzeugung der Vertikalwellen schlägt.

Dieses System weist jedoch ernste Nachteile auf:

Die in Richtung des Targets ausgeübte Kraft ist nämlich bezüglich der Schwerkraft der Masse vermindert, und zwar einerseits aufgrund des Auftretens eines Koeffizienten entsprechend dem Cosinus des Neigungswinkels oi. des Hubmastes, bezogen auf die Vertikale, und andererseits aufgrund der Reibungskräfte der Masse und ihrer Führungselemente am Hubmast.

Im übrigen wird diese in Richtung des Targets ausgeübte Kraft nur teilweise ausgenutzt, da ihre Horizontalkomponente dazu dient, Transversalwellen zu erzeugen und diese Horizontalkomponente aus dem Auftreten der in Richtung des Targets mit einem Koeffizienten ausgeübten Kraft, der gleich dem Sinus des Neigungswinkels cA des Hübmastes ist, resultiert Schließlich ist die Nutzkraft geringer als die Hälfte der Schwerkraft d.er Masse, da
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gemischte Vorrichtung anzugeben, die nacheinander im Erdboden an ein und der gleichen Stelle Longitudinal- und Transversalwellen erzeugt und die nicht diese Nachteile zeitigt. Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen durch die Zu*

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Ordnung unterschiedlicher Mittel zur Erzeugung jeweils der Longitudinalwellen und der Transversalwellen in Form einer einzigen Vorrichtung, unter Verwendung eines einzigen Targets aus, und zwar dank Einrichtungen zur elastischen Richtungskopplung, die in großem Maße es ermöglichen, das Führungselement von der verwendeten Masse abzuziehen, um Longitudinalwellen bei Kräften oder Spannungen zu erzeugen, die in Höhe des zugeordneten Targetelementes durch seLtliche"Transversalwellen erzeugende Schläge oder Stöße hervorgerufen werden.

Die Vorrichtung umfaßt eine erste Masse, ein längliches Führungselement zum Lenken des Falls dieser Masse in einer im wesentlichen zur Erdoberfläche senkrechten Richtung, wenigstens einer an einem Ende eines Trägerarms festen zweiten Masse, die so ausgebildet ist, daß sie um eine Drehachse verschwenkbar ist, die parallel zur Oberfläche des Erdbodens ist; Betätigungseinrichtungen zum Heben der ersten Masse gegenüber dem Erdboden längs des Führungselementes; Betätigungseinrichtungen zum Heben der zweiten Masse zum Verschwenken des Trägerarms um seine Drehachse und Einrichtungen, um auf den Erdboden die Schlagkraft der ersten oder der zweiten Masse auszuüben.

Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Einrichtungen, die die Schlagkraft der ersten Masse oder der zweiten Masse auf den Erdboden ausüben, ein einziges Targetelement mit einer Bodenanlagefläche und wenigstens einer seitlichen Schlagfläche umfassen und daß Richtkopplungseinrichtungen vorgesehen sind, um das Targetelement mit dem Führungselement zu verbinden; und daß die Drehachse für den Trägerarm vom Führungselement der ersten Masse getragen ist.

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Die Richtkopplungseinrichtungen umfassen beispielsweise ein Zwischenelement, das zwischen dem Ende des Führungselements und dem Targetelement angeordnet ist, wobei dieses Zwischenelement bezüglich des Targetelements translationsfest ist und mit dem Ende des Führungselements durch elastische Verbindungseinrichtungen, verbunden ist und im übrigen eine Schlagfläche für die erste Masse umfaßt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch die Vorrichtung insgesamt, wie sie auf einem Transportfahrzeug befestigt ist, wobei das Führungselement sich in einer zweiten Stellung befindet und die zweiten Massen benachbart dem Führungselement durch die Trägerarme in AnnäherungsStellung gehalten sind;

Fig. 2 schematisch das Betätigungssystem mit hydraulischem Stellzylinder, welches es ermöglicht, eine röhrenförmige Hülse zu verschwenken, die verwendet wird, um das nicht dargestellte Führungselement zu lagern, wobei der hydraulische Zylinder sich in ausgefahrener Stellung befindet;

Fig. 3 schematisch in einem Teilschnitt längs der Achse des Führungselements die Richtkopplungseinrichtungen, die das Targetelement mit dem unteren Ende des Führungselements verbinden, welche die Transmission von seitlichen

Stoßen auf dieses vermeiden, die durch den Fall des oder der zweiten Massen auf das Targetelement erzeugt wurden, wenn dieses gegen die Erdbodenfläche (erste Stellung des Führungselements) gepreßt ist;

Fig. 4 schematisch in der Draufsicht den unteren Teil des Führungselements, der mit dem Targetelement durch in Fig. 3 gezeigte Kopplungseinrichtungen verbunden ist;

Fig. 5 schematisch das Führungselement in seiner

ersten Stellung (im wesentlichen vertikal), wobei die erste Masse gegen das Targetelement geschlagen hat und sich in der unteren Stellung befindet;

Fig. 6 schematisch das in die zweite Stellung verkippte Führungselement, wobei die erste Masse infolge Schwerkraft aus dem ersten Ende in das zweite Ende des Führungselements geglitten ist;

Fig. 7 schematisch das in die erste Stellung aufgerichtete Führungselement, wobei die erste Masse am zweiten Ende des Führungselements (oberes Ende) durch intermittierend haltende Einrichtungen gehalten ist;

Fig. 8 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung transversaler Schallwellen mit zwei Trägerarmen, die so ausgebildet sind, daß sie um einen bestimmten Winkel bezüglich des Führungselementes verschwenken,

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wobei die Betätigungseinrichtungen zum Anheben der ersten Masse durch Verschwenken des Führungselementes nicht dargestellt sind;

Fig. 9 schematisch eine zweite Ausführungsform zur Erzeugung akustischer Transversalwellen mit einem einzigen Trajjerarm, der so ausgebildet ist, daß er mit einer vom Führungselement getragenen Drehhülse verschwenkbar ist, wobei die Betätigungsexnrichtungen zum Anheben der ersten Masse durch Verschwenken des Führungselements nicht dargestellt sind und

Fig. 10 ein Ausbildungsdetail des Armendes gegenüber

der Drehhülse in der Ausführungsform der Fig.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man, daß das Führungselement gebildet ist durch ein Führungsrohr 1, in dessen Innerem eine erste Masse 2 gleitverschieblich gelagert ist, deren oberer Teil wenigstens metallisch ist. Ein Targetelement 3 ist an' einem ersten Ende des Führungsrohres über Richtkopplungseinrichtungen 4 befestigt, die genauer in Fig. 3 dargestellt und später beschrieben werden. Am gegenüberliegenden Ende des Führungsrohres (zweites Ende) sind Einrichtungen 5 befestigt, die intermittierend die erste Masse halten und beispielsweise einen Elektromagneten umfassen. Eine die Wandung des Führungsrohrs 1 durchsetzende öffnung 6 läßt den unteren Teil hiervon mit der äußeren Umgebung in Verbindung treten und ermöglicht das freie Austreten von Luft, das durch den Fall der ersten Masse 2 gegen das Targetelement 3 beaufschlagt wird. Eine gleiche öffnung kann ebenfalls benachbart dem anderen Ende des Führungsrohres gebohrt sein.

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Um das Führungsrohr ist eine röhrenförmige Hülse 7 fest, die mit Lagern für zwei Achsen 8 und 9 versehen ist. Auf der Achse 8 ist der Mittelteil eines ersten Betätigungsarms TO von U-Gestalt (Fig. 2J gelenkig. Die beiden Schenkel des Betätigungsarms 10 können an ihren Enden auf den Achsen 11 verschwenken, die .an seitlichen Holmen 12 eines länglichen steifen Rahmens 13 befestigt sind. Auf der Achse 9 gelenkig ist ein erstes Knotenstück eines zweiten Betätigungsarms 14 dreieckiger Gestalt. Ein zweites Knotenstück dieses zweiten Betätigungsarms 14 ist fest bezüglich einer Achse 15, auf der das Ende der Stange 16 eines Stellzylinders 17 verschwenken kann. Das Gehäuse des Stellzylinders kann selbst um eine von einem Stützteil 19 getragene Achse 18 verschwenken, wobei dieses in der Mitte einer röhrenförmigen Traverse 20 des steifen Rahmens 13 befestigt ist. Die Traverse 20 ist über zwei seitliche Flansche 22 an einem Chassis 21 befestigt. Das Chassis 21 kann das eines Trägerfahrzeugs beispielsweise sein. Die beiden seitlichen Längsholme des steifen Rahmens 13 sind an ihrem anderen Ende an zwei Trägerdreiecken 23 befestigt, die durch eine zweite röhrenförmige Traverse 24 getragen sind, die am Chassis 21 durch zwei seitliche Flansche 25 befestigt ist. Das dritte Knotenstück des zweiten Betätigungsarms 14 ist so ausgebildet, daß es bezüglich einer Achse 26 (Fig. 2) verschwenkt, die von der zweiten röhrenförmigen Traverse 24 getragen ist. Die Gesamtheit der Elemente 7 bis 26 bildet die Betätigungseinrichtung zum Heben der ersten Masse gegenüber dem Erdboden.

Die Vorrichtung umfaßt auch wenigstens eine zweite Masse 27, die an einem ersten Ende eines Trägerarms 28 befestigt ist; das andere Ende dieses Arms ist fest an Betätigungseinrichtungen 29, die so ausgebildet sind, daß sie den oder die Trägerarme 28 in einer Ebene verschwenken, die

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durch die Achse des Führungsrohres 1 gehen und vorzugsweise wenn dieses in seiner ersten Stellung ist, in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Chassis 21 des Trägerfahrzeugs. Die Betätigungseinrichtungen 29, die am Führungsrohr befestigt sind, werden später mit Bezug auf Fig. 8 oder die Fig. 9 und 10 beschrieben. Das Führungsrohr 1 umfaßt auch eine Platte 30, die gegen das am steifen Rahmen 13 befestigte Stützteil aufruht, wenn das Rohr sich in seiner zweiten Stellung (Stellung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist) befindet.

Nach den Fig. 3 und 4 sieht man, daß die Richtkopplungseinrichtungen, die das Targetelement 3 mit dem Führungsrohr 1 zu verbinden gestatten umfassen: eine erste Platte oder Rundplatte 31, die am Ende des Führungsrohres 1. über Verstärkungsstege 32 fest ist; ein Zwischenverbindungselement 51, bestehend aus: einer Platte oder Basisplatte 33, einem halbkugelförmigen Teil 34, das unter der zweiten Platte befestigt ist, einem zylindrischen an seinen beiden Enden offenen Teil 35, wobei eines hiervon sich gegen den Umfang einer öffnung 46 abstützt, die in der Achse des halbkugelförmigen Elementes ausgespart ist, wobei das andere sich in die zweite Platte 33 setzt und dieses zylindrische Teil mit einer Innenschulter 36 versehen ist;

Einrichtungen zur elastischen Verbindung des Zwischenelementes mit der Basis des Führungsrohres bestehend aus: a. pneumatischen Zylindern mit Balgen 37 an sich bekannter Art, die jeweils aus zwei parallelen Scheiben bestehen, die an ihren Umfangen dicht über eine verformbare Wand vereinigt sind und deren Druck über Aufblasventile 38 einstellbar ist. Diese Stellzylinder, vorzugsweise vier an der Zahl, sind zwischen den beiden (Basis)platten 31, 33 angeordnet und an diesen befestigt und

b. nachgiebigen Winkeleisen 39, die jeweils an den beiden (Basis)platfcen 31, 33 befestigt und regelmäßig über den Umfang hiervon verteilt sind;

eine in einem LagLir der zweiten Platte 33 gegenüber dem Ende des Rohres angeordnete Scheibe 40, wobei auf erstere bei Fallende die erste Masse 2 schlägt; und eine Gewindestange 41, deren Kopf sich gegen die Innenschulter am zylindrischen Teil 35 über einen aufgesetzten Ring 42 aus verformbarem Material abstützt, wobei diese Gewindestange einer Mutter 41A zugeordnet ist.

Das Targetelement 3 umfaßt in seinem mittigen Teil eine Ringausnehmung 43, gegen die das halbkugelförmige Teil des Zwischenelementes gedrückt wird; sowie ein zylindrisches Hohlteil 44, dessen Boden 45 sich in eine kreisförmige öffnung 4.7 in der Wand des Hohlraums gegenüber der unteren öffnung 46 des anderen zylindrischen Teils 35 setzt. Der Boden 45 des zylindrischen Teils 44 ist mit einem Loch versehen, dessen Durchmesser dem der Gewindestange 41 angepaßt ist. Deren Länge ist größer als die die Schulter vom ersten zylindrischen Teil 35, dem Boden 45 des zweiten zylindrischen Teils 44 trennende Entfernung. Die Mutter 41A ist auf das Ende der Gewindestange 41 derart geschraubt, daß das Targetelement 3 am Zwischenelement fixiert wird. Der Querschnitt der öffnung 46 an der Basis des halbkugelförmigen Teils wird wesentlich größer als der der Gewindestange 41 derart gewählt, daß diese durch Verformung des Rings 42 sich zu beiden Seiten der Achse des Führungsrohres 1 neigen kann. Hierdurch wird eine Drehung des Targetelements 3 relativ zum halbkugelförmigen Teil 34 des Zwischenelementes zugelassen, wenn die Achse des Führungsteils nicht völlig senkrecht zur Erdbodenoberfläche steht. Diese Ausbildung ermöglicht es der Vorrichtung, sich an die Gestalt des Bodens, wo sie eingesetzt wird, anzupassen.

Mit Mutter 41 versehene Gewindestange 41 sowie verformbare Ringe 42 bilden die verschiebbaren Befestigungseinrichtungen des Targetelements am Zwischenelement.

Vorstehende Elemente 48 (Zähne oder Spitzen) sind an der Grundplatte des Targetelementes 3 befestigt und verbessern deren Kopplung mit dem Erdboden. Im übrigen sind zwei Schlagplatten 49, 50 an den beiden gegenüberstehenden Vertikalwänden des Targetelementes befestigt.

Die Länge der Betätigungsarme 10 und 14 sowie deren Geometrie sind derart gewählt, daß das Führungsrohr 1 sich im wesentlichen bis in die Vertikale, ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Lage aufrichtet, wenn die Kolbenstange 16 des Stellzylinders 17 sich bis in die ausgefahrene Stellung (Fig. 5) verschoben hat.

Der Teil der Emissionsvorrichtung, der zur Abgabe von Longitudinalwellen ausgebildet ist, arbeitet wie folgt.

Wenn das Führungsrohr 1 sich in der im wesentlichen vertikalen Stellung und die erste Masse 2 sich in Kontakt mit der Scheibe 40 des Zwischenelements 51 (Fig. 5) befinden, betätigt man den Stellzylinder 17 derart, daß man seine Kolbenstange 16 in das Innere des Gehäuse eintreten läßt. Der Rücklauf der Kolbenstange 16 nimmt die Achse 15 mit und läßt den zweiten dreieckigen Betätigungsarm 14 um die Achse 26 verschwenken, die von der zweiten röhrenförmigen Traverse 24 getragen ist. Die Achse 9 beschreibt einen Kreisbogen, was dazu führt, daß das Führungsrohr 1 bezüglich des Erdbodens angehoben wird. Das Verschwenken des ersten Betätigungsarms 10 um die am steifen Rahmen 12 feste Achse 11 führt dazu, daß allmählich das Führungsrohr 1 bezüglich der Vertikalen geneigt wird. Die aus Targetelement und

Zwischenelement bestehende Anordnung wird in ihrer Lage bezüglich der Basis des Führungsrohrs 1 durch die die beiden Bas is teile 31 und 33 auf ihrem gesamten Umfang verbindenden Winkeleisen 39 gehalten. Das kombinierte Verschwenken der beiden Betatigungsarme 10 und 14 führt insgesamt zu einem Verschwenken des Führungsrohrs 1 in seine in Fig. 6 dargestellte Lage. Die Lage des steifen Führungsrahmens 13 bezüglich des Fahrzeugchassis ist an die Geometrie der Betätigungsarme 10, 14 angepaßt, damit das nähere Ende des Führungsrohres des Targetelements (erstes Ende) höher als das gegenüberliegende Ende liegt, wenn, sobald die Kolbenstange des Zylinders 17 in die zurückgezogene Lage gelangt ist, die Platte 30 sich gegen das Stützteil 19 abstützt, das an der röhrenförmigen Traverse 20 fest ist. Auf diese Weise geht die erste Masse 2 infolge Schwerkraft gegen das untere Ende und kommt in Kontakt mit dem Elektromagneten, der dann erregt wird.

Befindet sich die Vorrichtung in der in Fig. 6 dargestellten Lage, so betätigt man den Stellzylinder 17 und läßt seine Kolbenstange 16 ausfahren. Die Verschiebung der Achse 15 läßt die beiden Betätigungsarme 10 und 14 um ihre jeweiligen Achsen 11 und 26 verschwenken; das Führungsrohr 1 richtet sich bis in die in Fig. 7 angegebene Stellung auf, in der das Targetelement in Kontakt mit dem Erdboden kommt. Die erste Masse wird am oberen Ende gehalten.

Man unterbricht dann die elektrische Verbindung des Elektromagneten; die erste Masse fällt längs des Führungsrohres ein und schlägt auf die Platte 40 (Fig· 3 und 5),. die dem Zwischenelement 51 sowie dem Targetelement zugeordnet ist. Der Stoß erzeugt Kompressionswellen oder Longitudinal wellen, die auf den Erdboden übertragen werden.

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Nach Fig. 8 ist das Führungsrohr T in seiner ersten Stellung in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Fig. 1 dargestellt; das Betätxgungssystem mit hydraulischem, die röhrenförmige Hülse abstützenden Stellzylinder sowie das Trägerfahrzeug sind aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt.

Der Teil der Vorrichtung, der zur Abgabe von transversalen Wellen geeignet ist, umfaßt zwei zweite Massen 27A und 2 7B, die an den Enden der beiden Trägerarme 28A, 28B befestigt sind. Die Betätigungseinrichtung 29 umfaßt einen steif um das Führungsrohr 1 zwischen dessen zweitem Ende und der röhrenförmigen Hülse greifenden Flansch 52. Der Teil des Flansches 52, der dem zweiten Ende des Rohres 1 am nächsten sich befindet, umfaßt zwei radiale Verlange-, rungen 53, 54, die mit Lagern für zwei Achsen 55, 56 versehen sind, um die jeweils die Gehäuse der beiden Stellzylinder 57, 58 verschwenken, welche symmetrisch zur Achse des Führungsrohres angeordnet sind. Der der röhrenförmigen Führungshülse 7 am nächsten kommende Teil des Flansches 52 umfaßt zwei Winkelbauteile 59, 60, die diametral dem Führungsrohr 1 gegenüberstehen und benachbart ihren jeweiligen Enden mit Lagern für die Achsen 61, 62 versehen sind, um die jeweils die Trägerarme 28A, 28B der zweiten Massen 27A, 27B verschwenken. Die Betätigungseinrichtungen 29 umfassen ebenfalls zwei Hubarme 63, 64, die jeweils mit einem Lager für eine der Achsen 61, 62 versehen sind und je aus zwei festen Schenkeln ungleicher Länge bestehen, wobei der kürzere und der längere jeweils so wie in Fig. 8 bei 63A und 64B zu sehen sind, ausgebildet sind.. Unter einer gewissen Entfernung eines der Enden ist der längere Schenkel jedes der beiden Betätigungsarme 29 (64B beispielsweise) mit Einrichtungen zur Anlenkung an die Stange 65, 66 eines der

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Stellzylinder 57, 58 versehen. Am gegenüberliegenden .Ende jedes der Hubarme 63, 64 ist eine intermittierende Rückhalteeinrichtung befestigt, die beispielsweise aus einem Elektromagneten 67, 68 besteht. Die Trägerarme 28A, 28B umfassen metallische Flächen 69A, 69B gegen die jeweils die Elektromagneten 67, 68 unabhängig von den Stellungen dieser Trägerarme durch eine Verschiebung der Kolbenstangen 65, 66 gelegt werden können, welche die Hubarme 63, um ihre Achsen 61, 62 verschwenken lassen.

Die Betätigungseinrichtungen sind so ausgebildet, daß die gemeinsame Ebene, in·der die zweiten Massen 27A, 27B sich bewegen, senkrecht zu den Schlagflächen 49, 50 stehen, die zu beiden Seiten des Targetelements angeordnet sind. Die Länge der Trägerarme 28A, 28B ist natürlich so berechnet, daß die zweiten Massen in untere Kontaktstellung mit den Schlagflächen kommen.

Indem man den Weg der Kolbenstangen 57 und 58 regelt, kann man dem Schwenkwinkel des einen oder anderen der Trägerarme 28A, 28B bezüglich seiner-unteren Stellung einen beliebigen unteren Zwischenwert verleihen und so den Wert der potentiellen Energie, die man den Massen 27A, 27B gibt, wählen. Mit "oberer Stellung" wird eine der Stellungen entsprechend einer gewählten Auslenkung der Arme 28A, 28B bezeichnet.

Der Teil der Emissionsvorrichtung, der zur Abgabe von Transversalwellen ausgebildet ist, arbeitet wie folgt:

Am gewählten Ort betätigt man den hydraulischen Zylinder 17 (siehe Fig, 1), bis das Führungsrohr in die Vertikale gerichtet ist und das Targetelement mit dem Erdboden

über vorstehende Elemente 48 gekoppelt ist.

Wenn die beiden Trägerarme sich in der unteren Stellung (in Fig. 8 gezeigte Lage des Arms 28A) befinden, so betätigt man einen der zugeordneten Zylinder 57, 58 derart, daß seine Stange 65, 66 zurückgezogen wird. Der zugeordnete Hubarm 63, 64 verschwenkt um seine Achse 61, 62 bis in seine untere Stellung (Stellung des Hubarms 63 wie dargestellt), in der der Elektromagnet 67,68 sich gegen die metallische Fläche 69A, 69B des Trägerarms 28A, 28B in unterer Stellung legen kann.

Man erregt dann den Elektromagneten 67, 68, wodurch der Trägerarm 28A, 28B fest bezüglich des entsprechenden Hubarmes 63, 64 wird.

Der zugeordnete Steilzylinder 57, 58 wird dann derart betätigt, daß die Stange 65, 66 in ihre ausgefahrene Stellung gleitet. Durch Bew.egung der Stange kann der Hubarm 63, 64 verschwenken, der den durch den Elektromagneten 67, 68 festgelegten Trägerarm 28A, 28B in seine obere gewählte Stellung (beispielsweise die Stellung des Arms 28B in Fig. 8) mitnimmt.

Im gewählten Auslöseaugenblick unterbricht man die Stromzufuhr zum vorher erregten Elektromagneten 67, 68. Der nicht mehr gehaltene entsprechende Trägerarm 28A oder 28B verschwenkt um seine Achse 61, 62 unter Wirkung seines Eigengewichts und schlägt auf die entsprechenden Schlagfläche 49, 50, Da das Targetelement 3 mit dem Erdboden gekoppelt ist, erzeugt der Stoß Transversalwellen, die für die seismische Prospektion verwendbar sind. Die Vorgänge des Spreizens· der beiden Arme 28A, 28B können selbstverständlich gleichzeitig erfolgen, vorzugsweise wird jedoch

einer der Trägerarme benachbart seiner unteren Stellung während der Betätigung des Spreizens und Auslösens desanderen gehalten.

Die Richtkopplungseinrichtungen, die das Targetelement 3 mit dem Führungsrohr 1 (Fig. 1 und 3) verbinden, arbeiten wie folgt:

Wenn eine der zweiten Masse 67A, 67B bei Fallende auf eine der Schlagplatten 49, 50 trifft, empfängt die aus Targetelement 3 und hiermit translationsfesten Zwischenelement 51 gebildete Anordnung einen starken Impuls. Dieser Impuls wird jedoch stark durch die Verformung der pneumatischen Balgenstellzylinder 37 gedämpft; das Führungsrohr 1 erfährt praktisch keinerlei mechanische Kräfte, die auf das Targetelement parallel zur Erdbodenoberfläche ausgeübt werden. Dagegen ist in Vertikalrichtung die Kopplung direkt, da die erste Masse direkt auf die Scheibe 40 des Zwischenelements 51 trifft. Die vertikal gerichteten Impulse werden somit vollständig auf den Erdboden ohne jede Dämpfung übertragen.

Wie gesagt, werden die Winkeleisen 39 verwendet, um die aus.Targetelement und Zwischenelement gebildete Anordnung in ihrer Lage bezüglich der Basis des Führungsrohres 1 zu halten, wenn dieses gegen seine zweite Stellung (Fig. 1) verkippt.

Die Verwendung von zwei symmetrisch bezüglich des Führungsrohres 1 und in einer Ebene senkrecht zu den Schlagflächen 49, 50 des Trägerelements angeordneten Trägerarmen 28A, 28B - wobei diese beiden Trägerarme in Spreizstellung bezüglich einander stehen können - ermöglicht es, auf den Erdboden rasch an ein und der gleichen Stelle eine Reihe von Transversalimpulsen aufzubringen, indem man jedes

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Mal die Richtung dieser Transversalimpulse verändert.

Die zweite Ausführungsform des Teils der Vorrichtung, die zur Emission von Transversalwellen ausgebildet ist, ist in den Fig. 9 und 10 in der ersten Stellung des Führungsrohres dargestellt; die die röhrenförmige Hülse 7 mit dem Chassis 21 verbindenden Betätigungsvorrichtungen sind nicht dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt eine einzige Masse 27, die an einem Ende eines einzigen Trägerarms 28 befestigt ist. Das zweite Ende des Trägerarms besteht aus zwei Schenkeln 70, 71 (Fig. 10), die je mit einem Lager für den Durchgang einer Welle 72 versehen sind. Nicht dargestellte Befestigungseinrichtungen ermöglichen es, den Trägerarm 28 und die Welle 72 bezüglich einander festzulegen. Zwischen den beiden Schenkeln 70, 71 sind zwei dicke unter Abstand zueinander angeordnete Platten 73, 74 angeordnet. Diese beiden Platten sind fest mit einer Hülse 75 verbunden, die auf nicht dargestellten Kugellagern gelagert ist, und die es ihr ermöglicht, um das Führungsrohr 1 sich zu drehen.

öffnungen 76, 77 sind in den beiden Platten 73, 74 benachbart ihren Enden vorgesehen. Scheiben 78 aus verformbaren Material, beispielsweise Polyurethan, werden in die öffnungen 76, 77 mit Preßsitz eingeführt. Diese Scheiben sind in ihrer Mitte von Löchern zum Durchgang der Welle 72 durchbohrt. Auf dieser, zwischen den beeiden Platten 73, 74 ist ein erstes konisches Ritzel 79 befestigt, das mit einem zweiten konischen Ritzel 80 kämpft, dessen , Achse mit einer elektromagnetischen Kupplung 81 eines an sich bekannten Typs verbunden ist und intermittierend dem zweiten Ritzel 80 die Drehbewegung eines beispielsweise hydraulischen, einem Untersetzergetriebe zugeordneten Motors 82 erteilt.

An der Hülse 75 ist ein Zahnkranz 83 befestigt, in den ein Ritzel 84 greift, das unter Drehbewegung durch einen Motor 85 angetrieben wird, der am Führungsrohr 1 befestigt ist. Der Motor 85 ist beispielsweise von hydraulischer Bauart.

Die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Der Arm 28 befindet sich in der unteren Stellung (Fig. 9). Man betätigt jetzt den hydraulischen Motor 82 und erregt die elektromagnetische Kupplung 81 derart, daß die Ritzel 79, 80 sowie die Welle 72 mitgenommen werden, welche dann ihre Drehbewegung dem Trägerarm 28 erteilt. Dieser steht unter Abstand zur Vertikalen, bis er eine obere bestimmte Lage (beispielsweise unter 120° zur Vertikalen) erreicht.

Die Speisung der Kupplung 81 wird unterbrochen; der Arm fällt bis in seine untere Lage zurück, in der die Masse auf die Schlagfläche 49 oder 50 trifft, die am Target element 3 befestigt ist und einen transversalen Impuls, der auf den Erdboden übertragen wird, erzeugt.

Will man dann dem Erdboden einen Impuls entgegengesetzter Phase bezüglich der vorhergehenden erteilen, so betätigt man den hydraulischen Motor 85, der das Ritzel 84 mitnimmt. Dessen Drehung läßt den Zahnkranz 73 sowie die hieran feste Hülse 75 bis in eine Stellung, die symmetrisch der der Fig. 9 ist, sich drehen.

Die Hülse 75 wird stillgesetzt; von Neuem erfolgt ein Spreizen des Armes bis in seine obere Stellung und dann dessen Auslösen.

In der gleichen Weise kann man nach Wunsch den Spreizwinkel

des Trägerarms 28 derart wählen, daß der Wert der der Masse 27 erteilten potentiellen Energie gewählt werden kann.

Selbstverständlich kann das Transportfahrzeug auch durch eine Plattform ersetzt sein, die längs eines seismischen Profils, beispielsweise durch einen Hubschrauber, bewegt wird.

Was die das Targetelement mit der Basis des Führungselements verbindenden Richtkopplungsmittel angeht, so lassen sich die pneumatischen Zylinder mit Balgen durch irgendein anderes Mittel der elastischen Verbindung, insbesondere verformbare Hohlräume beliebiger Art, ersetzen.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Einrichtungen die das Anheben der ersten Masse gegenüber dem Erdboden längs des Führungselements ermöglichen, aus Mitteln, die das Führungselement aus einer ersten Stellung, aus der das Targetelement in Kontakt mit dem Erdboden steht, in eine zweite Stellung verschwenken lassen, Ln der die Masse durch Schwerkraft aus dem ersten Ende in das zweite Ende dieses Führungselementes gleiten kann. Im Rahmen der Erfindung kann man diese Betätigungseinrichtungen auch durch irgendein anderes System ersetzen, das es ermöglicht, die Masse bis in ihre obere Stellung längs des in seiner ersten Stellung gehaltenen Führungselementes zu heben.

Die vorstehenden Elemente 48, die durch Zähne oder Spitzen gebildet sind und es ermöglichen, die Kopplung des Targetelements mit dem Erdboden zu verbessern, lassen sich ebenfalls durch irgendeine andere äquivalente Einrichtung, insbesondere ein Kopplungselement aus nachgiebigem Material (beispielsweise Polyurethan) ersetzen, das am Targetelement befestigt ist und dessen Unterseite mit Streifen oder Nuten versehen ist.

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Claims

COMPAGNIE GENERALE DE GEOPHYSIQUE S.A. 6, rue Galvani, 91301 MASSY / Frankreich Vorrichtung zur Erzeugung von Longitudinal- oder Transversalschallwellen im Erdboden •PATENTANSPRÜCHE

1. ) Vorrichtung zur Erzeugung von longitudinalen oder transversalen Schallwellen im Erdboden mit einer ersten Masse (2), einem länglichen Führungselement (1) zum Lenken des Falls dieser ersten Masse längs einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche, wenigstens einer zweiten an einem Ende eines Trägerarms (28) befestigten Masse (27) derartiger Ausbildung, daß sie um eine Drehachse (61) im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche verschwenkt; Betätigungseinrichtung zum Heben der ersten Masse bezüglich des Erdbodens längs des Führungselements; Betätigungseinrichtungen (29) zum Heben der zweiten Masse durch Verschwenken des' Trägerarms um seine Drehachse und Einrichtungen, um auf den Erdboden die Stoßkraft der ersten Masse oder der zweiten Masse auszuüben, dadurch gekennzeichnet , daß diese Ausübungseinrichtungen ein einziges Targetelcment (3) mit einer Bodenauflagerfläche und wenigstens einer seitlichen Schlagfläche (49, 50)

sowie Richtkopplungseinrichtungen (4) umfassen, um das Targetelement mit dem Führungselement zu verbinden; und daß die Drehachse (61, 62) des Trägerarms der zweiten Masse (27) vom Führungselement der ersten Masse getragen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtkopplungseinrichtungen ein Zwischenelement (51) zwischen dem Ende des Führungselements (1) und dem Targetelement (3) umfassen, wobei dieses Zwischenelement in Translation fest mit dem Targetelement ist und mit dem Ende des Pührungselements durch elastische Führungseinrichtungen verbunden ist und im übrigen mit einer Aufschlagfläche für die zweite Masse (2) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elastischen Verbindungseinrichtungen über verformbare Winkeleisen (39) verfügen, die das Zwischenelement mit dem Ende des Führungselementes verbinden; und durch verformbare Kammern zwischen diesem und dem Zwischenelement.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Kammern gebildet werden durch pneumatische Stellzylinder mit Balgen (37), deren Enden jeweils am Ende des Führungselements und am Zwischenelement befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Zwischenelement einen halbkugelförmigen Teil (34) umfaßt, das Targetelement einen Hohlraum (43) einer an den halbkugeligen Teil angepaßten Form sowie verschiebbare Befestigungseinrichtungen (41, 41Ä, 42) für den halbkugelförmigen Teil ge^en den Hohlraum aufweist, wodurch die Drehung dos 'rfivyotolomonts fio^enübor dom Zwischenelement möglich wird.

1 .LUDO.::: 3217649

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Führungselement und das Zwischenelement jeweils eine Platte (31, 33) aufweisen, wobei diese Platten durch verformbare Hohlräume oder Kammern, die durch Winkeleisen verbunden sind, getrennt sind und daß . die Aufschlagfläche für die erste Masse die einer aufgesetzten Scheibe (40) ist, die in einer Ausnehmung der Platte (33) des Zwischenelements angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehachse (61, 62) des Trägerarms der zweiten Masse (27) von einer am Führungselement befestigten Hülsen- bzw. Flanschkonstruktion getragen ist und daß die Einrichtungen zum Anheben der zweiten Masse durch Verschwenken des Trägerarms einen hydraulischen Stellzylinder (57, 58) umfassen, dessen Gehäuse an Flansch oder Hülse befestigt ist und ein Hubarm (63, 64) vorgesehen ist, der auf der Drehachse (61, 62) des Trägerarms (28) unter der Wirkung des Zylinders verschwenkt und daß am Hubarm feste Einrichtungen vorgesehen sind, die intermittierend den Trägerarm zurückhalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die den Trägerarm rückhaltenden Einrichtungen einen Elektromagneten (67) umfassen und daß der Schwenkwinkel des Hubarms wenigstens gleich dem gewählten Spreizwinkel des Trägerarms (28) gegenüber dem Targetelement (3) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei zweite Massen, die jeweils an einem ersten Ende der beiden Trägerarme (28a, 28b) befestigt sind, deren Drehachsen symmetrisch bezüglich der Achse des Trägerelements angeordnet sind.

.!..L-UD-O.::: 3217541

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (72) des Trägerarms (28) der zweiten Masse (27) von einer Hülse (75) getragen ist, die so ausgebildet ist, daß sie sich um das Stützelement dreht und daß die Einrichtungen zum Heben der zweiten Masse durch Verschwenken des Trägerarms Antriebseinrichtungen derartiger Ausbildung umfassen, daß intermittierend die Drehachse des Trägerarms mitgenommen ist und daß ein Mitnehmersystem vorgesehen ist, um die Hülse (75) bezüglich des Trägerelements (1) zu drehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß Dämpfungsscheiben (78) zwischen der Drehachse des Trägerarms und zwei an der Hülse (75) festen Platten (73, 74) angeordnet sind und daß die Antriebseinrichtungen einen mit der elektromagnetischen Kupplung (81) gekuppelten Motor (82) sowie Zahnräder oder Ritzel (79, 80) umfassen, die die Bewegung des Motors der Drehachse des Trägerarms erteilen; und daß das Antriebsoder Mitnehmersystem zum Drehen eier Hülse einen an der Hülse festen Zahnkranz (83) umfassen; und daß ein am Führungselement befestiger Motor (85) einem Ritzel oder Zahnrad (84) zugeordnet ist, um den Zahnkranz in Drehung zu versetzen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Targetelements mit vorspringenden Elementen (48), um die Kopplung zum Erdboden zu erleichtern, versehen ist.

1 j. LO Ο.:λ 3217641

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Bodenanlagefläche des Targeteleraents im Betrieb auf dem Erdboden unter Zwischenschaltung eines nachgiebigen auf der Unterseite mit Unebenheiten versehenen breiten Bandes ruht.