DE3217648C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung von Longitudinal- und Transversalschallwellen in den Untergrund und eignet sich insbesondere zur seismischen Prospektion zu Lande.

Bei der seismischen Prospektion wird die Bestimmung des Ortes der reflektierenden unterirdischen Schichten vorge­ nommen, indem man in den Erdboden hauptsächlich akusti­ sche Longitudinalwellen (P) überträgt, die sich in einer Kompressionsart fortpflanzen. Man verwendet auch Trans­ versalwellen (S), die sich nach einer Torsions- oder Scher­ art fortpflanzen. Die Transversalwellen ermöglichen interes­ sante Anwendungen, da ihre Wellenlänge bei gleicher Frequenz kleiner als die der Longitudinalwellen ist. Sie besitzen ein besseres Trennvermögen. Im übrigen weisen ge­ wisse Wellen (Wellen SH) die Besonderheit unter bestimmten Bedingungen auf, daß sie eine Umwandlung beim Vorhanden­ sein von stratigraphischcn Diskontinuitäten nicht erfah­ ren und daß die aus solchen Wellen erhaltenen Aufzeich­ nungen einfacher sind.

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

Eine Vorrichtung ist bekannt (französische Patentschrift 22 76 599), mit der Transversalwellen erzeugt werden. Diese umfaßt ein Targetelement mit einer Erdbodenkopplungsfläche und wenigstens einer seitlichen Aufschlagfläche, wobei das Targetelement an einem lastwagenfesten Hubsystem angeordnet ist, das so ausgebildet ist, daß es sich zwischen einer unteren Kopplungsposition mit dem Erdboden und einer oberen Transportstellung bewegt. Weiterhin vorgesehen sind eine Masse sowie ein Schwenkarm, der Antriebseinrichtungen zum Orientieren der Masse zugeordnet ist. Dieser hebt und leitet den Fall in Richtung auf eine Seitenfläche des Targetelements.

Durch die französische Patentschrift 23 98 316 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Longitudinalwellen bekannt geworden, die umfaßt: ein an einem ersten Ende eines Führungsrohres verbundenes Targetelement, wo eine Masse gleiten kann;

Betätigungseinrichtungen zur Verschiebung des Führungsrohres zwischen einer Transportstellung derart, daß die Masse unter dem Einfluß ihres Eigengewichtes sich gegen das zweite Ende des Rohres und einer Arbeitsstellung so bewegt, daß das Rohr im wesentlichen vertikal ist und das Targetelement mit dem Erdboden gekoppelt ist und Einrichtungen, die intermittierend die Masse zurückhalten, sobald sie an das zweite Ende des Rohres gelangt ist.

Weiterhin bekannt geworden ist eine Vorrichtung (US-PS 42 44 437), mit der sowohl Longitudinal- als auch Transversalwellen bzw. P- und S-Wellen erzeugbar sind. Ein Hammer schlägt mit gradliniger Bewegung zwischen zwei parallelen Pfosten eines Portals gegen eine der drei Aufschlagflächen eines Targetelements. Eine erste Aufschlagfläche ist horizontal; die beiden anderen sind unter 45° zur ersteren zu beiden Seiten der Längssymmetrie­ ebene des Fahrzeugs orientiert, auf dessen Chassis der Mast installiert ist.

Das System ist auf die Erzeugung von P-Wellen gerichtet, wenn die Masse gegen die horizontale Schlagfläche leitet oder auf P- und S-Wellen, wenn die Masse schräg aufschlägt. In keinem Fall ist es möglich, allein die interessanten Scherwellen (S-Wellen) zu erhalten. Die Wirksamkeit ist gleich Null, wenn der Mast horizontal ist, da es sich hierbei um die vertikale Schwerkraftskomponente handelt, die dem Hammer eine gewisse kinetische Energie erteilt. In diesem Fall hat diese vertikale Komponente die Folge, daß das Targetelement in den Erdboden gedrückt wird und es leichter gehalten wird. Dieser Verlust an Wirksamkeit macht das Entkoppeln des Targetelements gegenüber der Trägerkonstruktion weniger nützlich, wenn der Führungsmast durch einen Schlag schief steht. Vorschläge, wie man Richtkopplungseinrichtungen einsetzen kann, bei denen die Effekte auch der nicht vertikalen Schläger auf die Trägerstrukturen eliminiert werden könnten, finden sich dort nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wirksame horizontale Schläge auf ein Targetelement ausüben zu können, das am Ende einer verschwenkbaren Führung befestigt ist, wobei hierdurch reine Longitudinal- oder reine Transversalwellen erzeugt werden sollen.

Ausgehend von einer Vorrichtung, mit der zeitlich nacheinander sowohl reine longitudinale als auch reine transversale Schallwellen über ein mit der Erdoberfläche in Kontakt bringbares Ankoppelelement in den Untergrund einspeisbar sind, mit einer ersten Masse, die mittels einer Betätigungseinrichtung in eine Position oberhalb der Erdoberfläche hebbar ist und von dort aus längs einer länglichen Führung im wesentlichen senkrecht zur Erdbodenoberfläche fallen und dann zu einem ersten Zeitpunkt auf eine horizontale Fläche des Ankoppelelements aufschlagen kann, wobei das Ankoppelelement mindestens eine weitere nicht horizontal orientierte seitliche Fläche aufweist, die zu einem zweiten Zeitpunkt von einem senkrecht zu ihr gerichteten Massenimpuls beaufschlagbar ist, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß der der seitlichen Fläche des Ankoppelelements zugeordnete Massenimpuls durch eine zweite Masse bestimmt ist, die an einem Ende eines Trägerarms befestigt ist, dessen anderes Ende in einer Drehachse gelagert ist, daß eine weitere Betätigungseinrichtung den Trägerarm verschwenken kann, um die zweite Masse in eine gehobene Position oberhalb des Erdbodens zu heben, daß die zweite Masse aus dieser Position heraus zum Stoßen gegen die seitliche Fläche des Ankoppelelements zum zweiten Zeitpunkt auslösbar ist, daß die Drehachse des Trägerarms an der Führung für die erste Masse angebracht ist, und daß Richtkopplungseinrichtungen zwischen der Führung und dem Ankoppelelement derart vorgesehen sind, daß der Impuls der ersten Masse nahezu vollständig auf das Ankoppelelement übertragbar ist und der Stoß der zweiten Masse gegen die seitliche Fläche des Ankoppelelements nur gedämpft auf die Führung einwirkt.

Mit der Maßnahme nach der Erfindung lassen sich sowohl reine Scherwellen wie reine Longitudinalwellen erzeugen.

Die Möglichkeit, auf den Erdboden vertikale Schläge wie horizontale Schläge zu übertragen, wird möglich durch die Verwendung der Richtkopplungseinrichtungen, derart, daß die seitlichen Schläge direkt auf den Erdboden übertragen werden, jedoch beachtlich abgeschwächt werden, bevor sie auf die Führung und ihre Trägerkonstruktion übertragen werden. Ohne diese Abschwächungseinrichtungen für seitliche Schläge würden die Führungsrohre sowie ihre Betätigungs­ einrichtungen rasch beschädigt.

Die Verwendung ein und desgleichen Targetelementes bzw. Ankopplungselementes macht es möglich, an ein und dergleichen Stelle reine P-Wellen und reine S-Wellen zu erzeugen, was äußerst günstig für Aufzeichnungsvergleiche ist, die mit der einen oder anderen Wellenart durchgeführt wurden.

Vorteilhafte Weiterbildungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläu­ tert 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 hydrau­ lischem Stellzylinder, welches es ermöglicht, eine röhrenförmige Hülse zu verschwenken, die verwendet wird, um das nicht dargestellte Führungselement zu lagern, wobei der hydrau­ lische Zylinder sich in ausgefahrener Stel­ lung befindet;

Fig. 3 schematisch in einem Teilschnitt längs der Achse des Führungselements die Richtkopp­ lungseinrichtungen, die das Targetelement mit dem unteren Ende des Führungselements ver­ binden, welche die Transmission von seitlichen Stößen auf dieses vermeiden, die durch den Fall der zweiten Masse auf das Ankoppel­ element erzeugt wurden, wenn dieses gegen die Erdbodenfläche (erste Stellung der Führung) gepreßt ist;

Fig. 4 schematisch in der Draufsicht den unteren Teil der Führung, der mit dem Ankoppelelement durch in Fig. 3 gezeigte Kopplungseinrichtun­ gen verbunden ist;

Fig. 5 schematisch die Führung in ihrer ersten Stellung (im wesentlichen vertikal), wobei die erste Masse gegen das Ankoppelelement geschlagen hat und sich in der unteren Stellung befindet;

Fig. 6 schematisch das in die zweite Stellung verkipp­ te Führungselement, wobei die erste Masse in­ folge Schwerkraft aus dem ersten Ende in das zweite Ende der Führung geglitten ist;

Fig. 7 schematisch die in die erste Stellung aufgerich­ tete Führung, wobei die erste Masse am zweiten Ende der Führung (oberes Ende) durch intermittierend haltende Einrichtungen gehalten ist;

Fig. 8 schematisch eine erste Ausführungsform der Vor­ richtung zur Erzeugung transversaler Schall­ wellen mit zwei Trägerarmen, die so ausge­ bildet sind, daß sie um einen bestimmten Winkel bezüglich der Führung verschwenken, wobei die Betätigungseinrichtungen zum Anheben der ersten Masse durch Verschwenken der Führung nicht dargestellt sind;

Fig. 9 schematisch eine zweite Ausführungsform zur Erzeugung akustischer Transversalwellen mit einem einzigen Trägerarm, der so ausgebildet ist, daß er mit einer von der Führung ge­ tragenen Drehhülse verschwenkbar ist, wobei die Betätigungseinrichtungen zum Anheben der ersten Masse durch Verschwenken der Führung nicht dargestellt sind und

Fig. 10 ein Ausbildungsdetail des Armendes gegenüber der Drehhülse in der Ausführungsform der Fig. 9.

In den Fig. 1 und 2 erkennt man, daß die Führung bzw. das Führungselement ge­ bildet ist durch ein Führungsrohr 1, in dessen Innerem eine erste Masse 2 gleitverschieblich gelagert ist, deren oberer Teil wenigstens metallisch ist. Ein Ankoppelelement 3 ist an einem ersten Ende des Führungsrohres über Richtkopp­ lungseinrichtungen 4 befestigt, die genauer in Fig. 3 darge­ stellt 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 Führungs­ rohres gebohrt sein.

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 Be­ tätigungsarms 10 von U-Gestalt (Fig. 2) 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 Plansche 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 Betätigungs­ einrichtung zum Heben der ersten Masse gegenüber dem Erd­ boden.

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 Betätigungs­ einrichtungen 29, die so ausgebildet sind, daß sie den oder die Trägerarme 28 in einer Ebene verschwenken, die 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 Trägerfahr­ zeugs. 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 Richtkopplungs­ einrichtungen, die das Targetelement 3 mit dem Führungs­ rohr 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 ab­ stützt, die in der Achse des halbkugelförmigen Elementes ausgespart ist, wobei das andere sich in die zweite Platte setzt und dieses zylindrische Teil mit einer Innen­ schulter 36 versehen ist;
Einrichtungen zur elastischen Verbindung des Zwischenele­ mentes 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 Umfängen dicht über eine verformbare Wand vereinigt sind und deren Druck über Aufblasven­ tile 38 einstellbar ist. Diese Stellzylinder, vorzugs­ weise 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)platten 31, 33 befestigt und regelmäßig über den Umfang hiervon verteilt sind;
eine in einem Lager der zweiten Platte 33 gegenüber dem Ende des Rohres angeordnete Scheibe 40, wohei auf erstere bei Fallende die erste Masse 2 schlägt; und eine Gewindestange 41, deren Kopf sich gegen die Innen­ schulter am zylindrischen Teil 35 über einen aufgesetzten Ring 42 aus verformbarem Material abstützt, wobei diese Gewindestange einer Mutter 41 A zugeordnet ist.

Das Targetelement 3 umfaßt in seinem mittigen Teil eine Ring­ ausnehmung 43, gegen die das halbkugelförmige Teil des Zwischenelementes gedrückt wird; sowie ein zylindrisches Hohlteil 44, dessen Boden 45 sich in eine kreisförmige Öffnung 47 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 ver­ sehen, dessen Durchmesser dem der Gewindestange 41 angepaßt ist. Deren Länge ist größer als die die Schulter vom ersten zylindrischen Teil 35 und dem Boden 45 des zweiten zylindri­ schen Teils 44 trennende Entfernung. Die Mutter 41 A 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 halbkugel­ förmigen Teils wird wesentlich größer als der der Gewinde­ stange 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 Target­ elements 3 relativ zum halbkugelförmigen Teil 34 des Zwischenelementes zugelassen, wenn die Achse des Führungs­ teils 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 verform­ bare Ringe 42 bilden die verschiebbaren Befestigungsein­ richtungen 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 Verti­ kalwänden des Targetelementes befestigt.

Die Länge der Betätigungsarme 10 und 14 sowie deren Geo­ metrie 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 Stel­ lung (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 vertika­ len 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 Gehäuses 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 Basisteile 31 und 33 auf ihrem gesamten Umfang verbindenden Winkeleisen 39 gehalten. Das kombinierte Verschwenken der beiden Betätigungsarme 10 und 14 führt insgesamt zu einem Verschwenken des Führungsrohrs 1 in seine in Fig. 6 dar­ gestellte Lage. Die Lage des steifen Führungsrahmens 13 bezüglich des Fahrzeugchassis ist an die Geometrie der Be­ tätigungsarme 10, 14 angepaßt, damit das nähere Ende des Führungsrohres des Targetelements (erstes Ende) höher als das gegenüberliegende Ende liegt, wenn, sobald die Kolben­ stange 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 jewei­ ligen 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 Elek­ tromagneten; 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 Longitudi­ nalwellen, die auf den Erdboden übertragen werden.

Nach Fig. 8 ist das Führungsrohr 1 in seiner ersten Stel­ lung in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Fig. 1 darge­ stellt; das Betätigungssystem mit hydraulischem, die röhren­ förmige Hülse abstützenden Stellzylinder sowie das Träger­ fahrzeug sind aus Gründen einer übersichtlicheren Darstel­ lung nicht gezeigt.

Der Teil der Vorrichtung, der zur Abgabe von transversa­ len Wellen geeignet ist, umfaßt zwei zweite Massen 27 A und 27 B, die an den Enden der beiden Trägerarme 28 A, 28 B 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 Verlänge­ rungen 53, 54, die mit Lagern für zwei Achsen 55, 56 versehen sind, um die jeweils die Gehäuse der beiden Stell­ Zylinder 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 je­ weiligen Enden mit Lagern für die Achsen 61, 62 versehen sind, um die jeweils die Trägerarme 28 A, 28 B der zweiten Massen 27 A, 27 B 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 63 A und 64 B zu sehen sind, ausgebildet sind. Unter einer gewissen Ent­ fernung eines der Enden ist der längere Schenkel jedes der beiden Betätigungsarme 29 (64 B beispielsweise) mit Ein­ richtungen zur Anlenkung an die Stange 65, 66 eines der Stellzylinder 57, 58 versehen. Am gegenüberliegenden Ende jedes der Hubarme 63, 64 ist eine intermittierende Rückhalte­ einrichtung befestigt, die beispielsweise aus einem Elek­ tromagneten 67, 68 besteht. Die Trägerarme 28 A, 28 B um­ fassen metallische Flächen 69 A, 69 B 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, 64 um ihre Achsen 61, 62 verschwenken lassen.

Die Betätigungseinrichtungen sind so ausgebildet, daß die gemeinsame Ebene, in der die zweiten Massen 27 A, 27 B sich bewegen, senkrecht zu den Schlagflächen 49, 50 stehen, die zu beiden Seiten des Targetelements angeordnet sind. Die Länge der Trägerarme 28 A, 28 B 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 28 A, 28 B bezüglich seiner unteren Stellung einen beliebigen unteren Zwischenwert verleihen und so den Wert der po­ tentiellen Energie, die man den Massen 27 A, 27 B gibt, wählen. Mit "oberer Stellung" wird eine der Stellungen ent­ sprechend einer gewählten Auslenkung der Arme 28 A, 28 B be­ zeichnet.

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 28 A) befinden, so be­ tätigt man einen der zugeordneten Zylinder 57, 58 derart, daß seine Stange 65, 66 zurückgezogen wird. Der zugeord­ nete 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 69 A, 69 B des Trägerarms 28 A, 28 B in unterer Stellung legen kann.

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

Der zugeordnete Stellzylinder 57, 58 wird dann derart betätigt, daß die Stange 65, 66 in ihre ausgefahrene Stellung gleitet. Durch Bewegung der Stange kann der Hubarm 63, 64 verschwen­ ken, der den durch den Elektromagneten 67, 68 festgeleg­ ten Trägerarm 28 A, 28 B in seine obere gewählte Stellung (beispielsweise die Stellung des Arms 28 B in Fig. 8) mit­ nimmt.

Im gewählten Auslöseaugenblick unterbricht man die Stromzu­ fuhr zum vorher erregten Elektromagneten 67, 68. Der nicht mehr gehaltene entsprechende Trägerarm 28 A oder 28 B ver­ schwenkt um seine Achse 61, 62 unter Wirkung seines Eigen­ gewichts 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 28 A, 28 B können selbstver­ ständlich gleichzeitig erfolgen, vorzugsweise wird jedoch einer der Trägerarme benachbart seiner unteren Stellung während der Betätigung des Spreizens und Auslösens des anderen gehalten.

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

Wenn eine der zweiten Masse 67 A, 67 B bei Fallende auf eine der Schlagplatten 49, 50 trifft, empfängt die aus Target­ element 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 er­ fährt 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 Zwischen­ elements 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 Führungs­ rohres 1 und in einer Ebene senkrecht zu den Schlagflächen 49, 50 des Trägerelements angeordneten Trägerarmen 28 A, 28 B - 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 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 Führungs­ rohres 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 darge­ stellte Befestigungseinrichtungen ermöglichen es, den Träger­ arm 28 und die Welle 72 bezüglich einander festzulegen. Zwischen den beiden Schenkeln 70, 71 sind zwei dicke unter Abstand zueinander angeordnete Platten 73, 74 ange­ ordnet. 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 be­ nachbart ihren Enden vorgesehen. Scheiben 78 aus verform­ baren Material, beispielsweise Polyurethan, werden in die Öffnungen 76, 77 mit Preßsitz eingeführt. Diese Schei­ ben sind in ihrer Mitte von Löchern zum Durchgang der Welle 72 durchbohrt. Auf dieser ist zwischen den beiden Plat­ ten 73, 74 ist ein erstes konisches Ritzel 79 befestigt, das mit einem zweiten konischen Ritzel 80 kämmt, 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 Bau­ art.

Die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Ausführungsform ar­ beitet 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 27 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 mit­ nimmt. 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 Füh­ rungselement aus einer ersten Stellung, aus der das Target­ element in Kontakt mit dem Erdboden steht, in eine zweite Stellung verschwenken lassen, in der die Masse durch Schwer­ kraft aus dem ersten Ende in das zweite Ende dieses Füh­ rungselementes gleiten kann. Man kann diese Betätigungseinrichtungen auch durch irgendein an­ deres 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 Target­ elements mit dem Erdboden zu verbessern, lassen sich eben­ falls durch irgendeine andere äquivalente Einrichtung, ins­ besondere ein Kopplungselement aus nachgiebigem Material (beispielsweise Polyurethan) ersetzen, das am Targetelement befestigt ist und dessen Unterseite mit Streifen oder Nuten versehen ist.

Claims (13)

1.Vorrichtung, mit der zeitlich nacheinander sowohl reine longitudinale als auch reine transversale Schallwellen über ein mit der Erdoberfläche in Kontakt bringbares Ankoppelelement in den Untergrund einspeisbar sind, mit einer ersten Masse, die mittels einer Betätigungs­ einrichtung in eine Position oberhalb der Erdoberfläche hebbar ist und von dort aus längs einer länglichen Führung im wesentlichen senkrecht zur Erdoberfläche fallen und dann zu einem ersten Zeitpunkt auf eine horizontale Fläche des Ankoppelelements aufschlagen kann, wobei das Ankoppelelement mindestens eine weitere, nicht horizontal orientierte seitliche Fläche aufweist, die zu einem zweiten Zeitpunkt von einem senkrecht zu ihr gerichteten Massenimpuls beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der der seitlichen Fläche des Ankoppelelements (3) zugeordnete Massenimpuls durch eine zweite Masse (27) bestimmt ist, die an einem Ende eines Trägerarms (28) befestigt ist, dessen anderes Ende in einer Drehachse gelagert ist, daß eine weitere Betätigungseinrichtung (29) den Tragerarm (28) verschwenken kann, um die zweite Masse (27) in eine gehobene Position oberhalb des Erdbodens zu heben, daß die zweite Masse (27) aus dieser Position heraus zum Stoßen gegen die seitliche Fläche des Ankoppelelements (3) zum zweiten Zeitpunkt auslösbar ist, daß die Drehachse (61, 62) des Trägerarms (28) an der Führung (1) für die erste Masse (2) angebracht ist, und daß Richtkopplungseinrichtungen (4) zwischen der Führung (1) und dem Ankoppelelement (3) derart vorgesehen sind, daß der Impuls der ersten Masse (2) nahezu vollständig auf das Ankoppelelement (3) übertragbar ist und der Stoß der zweiten Masse (27) gegen die seitliche Fläche des Ankoppelelements (3) nur gedämpft auf die Führung (1) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Richtkopplungseinrichtungen ein Zwischenelement (51) zwischen dem Ende der Führung (1) und dem Ankoppelelement (3) umfassen, wobei dieses Zwischenelement in Translation fest mit dem Ankoppel­ element ist und mit dem Ende der Führung durch elastische Führungseinrichtungen verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastischen Verbindungseinrich­ tungen über verformbare Winkeleisen (39) verfügen, die das Zwischenelement (51) mit dem Ende der Führung (1) verbinden, und durch verformbare Kammern zwischen diesem und dem Zwischenelement angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verformbaren Kammern gebildet werden durch pneumatische Stellzylinder mit Balgen (37), deren Enden jeweils am Ende der Führung (1) und am Zwischenelement (51) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zwischenelement (51) einen halbkugel­ förmigen Teil (34) umfaßt, und daß das Ankoppelelement (3) einen Hohl­ raum (43) einer an den halbkugelförmigen Teil angepaßten Form sowie verschiebbare Befestigungseinrichtungen (41, 41 A, 42) für den halbkugelförmigen Teil gegen den Hohlraum aufweist, wodurch die Drehung des Ankoppelelementes (3) gegenüber dem Zwischenelement möglich wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führung und das Zwischen­ element jeweils eine Platte (31, 33) aufweisen, wobei die­ se Platten durch verformbare Hohlräume oder Kammern, die durch Winkeleisen verbunden sind, getrennt sind, und daß die Aufschlagfläche für die erste Masse (2) die einer aufge­ setzten Scheibe (40) ist, die in einer Ausnehmung der Platte (33) des Zwischenelements angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehachse (61, 62) des Träger­ arms der zweiten Masse (27) von einer an der Führung befestigten Hülsen- bzw. Flanschkonstruktion getragen ist, daß die weitere Betätigungseinrichtung zum Anheben der zweiten Masse durch Verschwenken des Trägerarms einen hydraulischen Stell­ zylinder (57, 58) umfaßt, dessen Gehäuse an dem Flansch bzw. an der Hülsenkonstruktion befestigt ist, daß 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 inter­ mittierend den Trägerarm zurückhalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet , daß die den Trägerarm zurückhaltenden Einrichtungen einen Elektromagneten (67) umfassen, und daß der Schwenkwinkel des Hubarms wenigstens gleich dem gewählten Spreizwinkel des Trägerarms (28) gegenüber dem Ankoppelelement (3) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeich­ net durch zwei zweite Massen, die an jeweils einem ersten Ende zweier Trägerarme (28 a, 28 b) befestigt sind, deren Drehachsen symmetrisch bezüglich der Achse der Führung (1) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehachse (72) des Trägerarms (28) der zweiten Masse (27) von einer Hülse (75) ge­ tragen ist, die so ausgebildet ist, daß sie sich um die Führung (1) drehen kann, daß Antriebseinrichtungen derartiger Ausbildung vorgesehen sind, daß intermittierend die Drehachse des Trägerarms (28) mitge­ nommen ist, und daß ein Mitnehmersystem vorgesehen ist, um die Hülse (75) bezüglich der Führung (1) zu drehen.

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

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankoppelelement (3) erdbodenseitig mit vorspringenden Elementen (48) ver­ sehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bodenseitige Fläche des Ankoppelelements im Betrieb über eine nachgiebige Matte mit dem Erdboden gekoppelt ist, deren Unterseite mit Unebenheiten versehen ist.