DE3217720C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von seismischen Transversalwellen durch Schlagen einer Masse gegen ein mit dem Erdboden gekoppeltes Koppelelement, bei der die Masse an einem Ende eines steifen Arms befestigt ist, dessen anderes Ende um die Achse eines Trägers schwenk­ bar ist, mit einem Betätigungssystem, mit dem die Masse in eine Auslöseposition bringbar, in dieser Auflöseposition haltbar und aus dieser Auslöseposition auslösbar ist, um in im wesentlichen horizontaler Richtung auf eine Seiten­ fläche des Koppelelementes zu schlagen. Eine solche Vorrichtung ist durch die DE-OS 26 42 869 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sekundärschläge einer solchen Masse, die am Ende eines steifen Arms befestigt ist, gegen das Kopplungselement, auf die sie beim Fall­ ende auftrifft, möglichst zu unterdrücken.

Eingesetzt wird eine solche Vorrichtung, mit der im Erd­ boden Transversalwellen erzeugt werden, die für die seis­ mische unterirdische Prospektion herangezogen werden, bei einer Vorrichtung nach der französischen Patentschrift 22 76 599.

Dem ersten Schlag folgen hierbei im allgemeinen ein oder mehrere Sekundärschläge aufgrund von Rückprallvorgängen der Masse gegen das Targetelement. Die Sekundärschläge oder -stöße sind im allgemeinen wesentlich geringer als der erste; sie erzeugen jedoch Sekundärimpulse, deren Echos gegen die reflektierenden unterirdischen Schichten die seismischen Aufzeichnungen der Echos des Hauptimpulses stören.

Eine Vorrichtung der oben skizzierten Art, die die oben beschriebene Aufgabe erfüllt, zeichnet sich dadurch aus, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die am steifen Arm befestigte Masse unter Abstand vom Koppelelement nach dem ersten Rückprall der Masse von der Seitenfläche des Koppelelementes halten, und daß diese Einrichtungen eine Sperrklinke, die bezüglich des Trägers verschwenkbar ist, und wenigstens ein Lager für die Sperrklinke im steifen Arm und eine Verzögerungseinrichtung derart aufweisen, daß die Sperrklinke nur nach dem ersten Rückprall der Masse von der Seitenfläche des Koppelelementes in das Lager eintritt und der Eintritt der Sperrklinke in das Lager die Abwärtsbewegung des steifen Arms blockiert.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird es möglich, die genannten Nachteile zu beheben. Es wird auch möglich, für den Fall, daß eine zweite Masse verwendet wird, eine der Massen, während die andere zur Wirkung kommt, zu sperren.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung eine Sperrklinke, die eine einem Zapfen zugeordnete Rolle aufweist, die so ausge­ bildet ist, daß sie dem Umfang eines abgerundeten Teils des steifen Arms folgt und daß die Verzögerungseinrichtung eine Nocke aufweist, auf der die Rolle ruht, wobei die Nocke frei um die Achse des steifen Arms zwischen zwei Endstellungen unter der Wirkung dieses steifen Arms verschwenkbar ist und mit wenigstens einer Abflachung versehen ist, deren Höhe, um die die Rolle nach unten geht, indem sie vom kreisförmigen Teil der Nocke bis zur Mitte von deren Abflachung rollt, größer als die Höhe der Ausnehmungen ist, derart, daß die Rolle, wenn sie den Mittelteil der Abflachung erreicht, ausreichend abgesenkt wird, damit der Zapfen der Sperrklinke in das Lager eintritt und den steifen Arm sperrt.

Es wird nicht verkannt, daß es durch die DE-OS 15 48 497 bereits bei einer mit Schlagwirkung arbeitenden seismischen Quelle bekannt ist, Impulse im Erdboden durch das Herab­ fallen einer Masse auf eine Kontaktplatte zu ermöglichen, die durch das Gewicht eines Lastwagens mit dem Erdboden gekoppelt sein kann. Die Platte ist hierbei ausreichend dick und steif, damit die aufgenommenen Schläge "ohne Prellen", d. h. ohne Vibration oder Schwingung sind.

Hierbei wird auf jeden Fall jeder Schlag der Masse in den Erdboden über ein Dämpfungselement übertragen, das aus einer Schicht Sand und/oder einer Schicht Gummi und/oder einer Schicht Wasser besteht. Diese Schicht mit elastischer Dämpfung, welche die Schallwellen weniger schnell als die Kontaktplatte durchsetzen hat lediglich zur Folge, daß elastisch die Schläge der Masse gedämpft werden. Irgendein Hinweis, wie man das Zurückprallen der Masse unterdrücken könnte, findet sich nicht und ließe sich auch nicht mit den dort bekanntgewordenen Maßnahmen bewerkstelligen. Es fehlt jedes Mittel, das Sekundärschläge der Masse nach ihrem Rückprallen verhindert.

Demgegenüber ist es mit der Vorrichtung nach der Erfindung selbst ohne Zwischenschaltung einer Dämpfungsplatte möglich, die unvermeidlichen Sekundärstöße einer Masse nach ihrem Aufschlagen auf ein im Erdboden verankertes Kopplungselement zu unterdrücken.

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

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel, um im Erdboden akustische Transversalwellen dadurch zu erzeugen, daß eine am Ende eines steifen verschwenkenden Arms befestigte Masse gegen ein mit dem Erdboden gekoppeltes Koppelelement bzw. Targetelement schlägt, wobei die Masse benachbart ihrer unteren Stellung ge­ zeigt ist;

Fig. 2 eine Diametralansicht der gleichen Vorrichtung, wobei die Masse in der oberen Stellung ge­ halten ist;

Fig. 3 schematisch die jedem steifen Arm zugeordneten Einrichtungen, die es ermöglichen, Sekundärschläge der Masse gegen das Targetelement zu vermeiden, wobei sich der steife Arm in oberer Stellung befindet;

Fig. 4 schematisch eine Darstellung längs der Achse B der Fig. 3;

Fig. 5 schematisch die Vorrichtung der Fig. 3, wobei der steife Arm sich in der Zwischenstellung während des Falls gegen das Targetelement befindet;

Fig. 6 schematisch die Vorrichtung der Fig. 3, wobei der steife Arm sich in der unteren Stellung und die Masse in Kontakt mit dem Targetelement be­ finden;

Fig. 7 schematisch die Vorrichtung der Fig. 3, wobei der steife Arm nach dem Stoß zurückprallt und

Fig. 8 schematisch die Vorrichtung nach Fig. 3, wobei der steife Arm blockiert ist und die Masse unter einer gewissen Entfernung vom Target­ element nach dem Rückprall gehalten ist.

Die Vorrichtung zur Erzeugung von transversalen Schall­ impulsen nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein Koppelelement bzw. Targetelement 1, das mit dem Erdboden gekoppelt sein kann und über eine Schlagplatte 2 verfügt, wobei wenigstens eine Masse 3 an wenigstens einem Ende eines steifen Arms 4 befestigt ist, der so ausgebildet ist, daß er um eine Achse 5 unter der Wirkung eines Betätigungssystems bzw. von Betätigungseinrichtungen 6 verschwenkt. Diese Betätigungseinrichtungen sind an einem beliebigen Träger 7 befestigt, der beispielsweise einem Trägerfahrzeug zugeordnet sein kann. Der steife Träger 7 umfaßt eine radiale Verlängerung 8, die mit einem Lager für eine Achse 9 ver­ sehen sein kann, sowie ein Winkelteil 10, das unterhalb der radialen Verlängerung 8 angeordnet ist und in der Nähe seines Endes mit einem Lager für die Schwenkachse 5 des steifen Armes 4 versehen ist.

Die Betätigungseinrichtungen umfassen einen Hubarm 11, der aus zwei festen Flanschen 11 a, 11 b ungleicher Länge besteht, wobei der kürzere und der längere jeweils in den Fig. 1 bzw. 2 sichtbar sind. Unter einem gewissen Ab­ stand zu einem seiner Enden ist der längere Flansch 11 b des Hubarmes 11 mit Befestigungseinrichtungen für die Stange 12 eines Stellzylinders 13 versehen. Am gegenüber­ liegenden Ende des Hubarms 11 ist eine Halteeinrichtung intermittierend befestigt, die beispielsweise aus einem Elektromagneten 14 besteht. Der steife Arm 4 umfaßt ein metallisches Bauteil 15, gegen das der Elektromagnet 14 unabhängig von der Stellung dieses Arms durch eine Verschie­ bung der Kolbenstange 13 anliegen kann, die den Hubarm 11 veranlaßt, um seine Achse 5 zu verschwenken.

Die Betätigungseinrichtungen sind derart ausgebildet, daß die Ebene, in der die Masse 3 sich verschiebt, senkrecht zur Schlagplatte 2 ist, die auf einer Seitenfläche des Targetelements 1 angeordnet ist. Die Länge des steifen Arms 4 ist natürlich so berechnet, daß die Masse 3 in unterer Stellung in Kontakt mit der Schlagplatte 2 kommt.

Die Vorrichtung zur Erzeugung akustischer Transversal­ impulse kann vorzugsweise zwei Massen umfassen, die von zwei steifen Armen getragen sind, die so ausgebildet sind, daß sie in einer Ebene transversal zum Targetelement ver­ schwenken können und gleichzeitig oder nacheinander derart betätigt werden, daß nach Wunsch Schläge entsprechend zwei entgegengesetzten Richtungen hervorgerufen werden.

Die Vorrichtung zur Erzeugung transversaler Schallwellen arbeitet in folgender Weise. Wenn das Targetelement mit der Erdbodenfläche am gewünschten Ort gekoppelt ist und sich der steife Arm 4 in seiner oberen Stellung (in Fig. 2 gezeigte Stellung des Armes) befindet, so läßt man den Stellzylinder 13 derart arbeiten, daß seine Stange 12 eingezogen wird. Der Hubarm 11 verschwenkt um seine Achse 5 bis in die untere Stellung (untere Hubstellung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist), in der der Elektromagnet 14 sich gegen das metallische Bauteil 15 des steifen Armes 4 in unterer Stellung legen kann; man erregt dann den Elek­ tromagneten 14, wodurch der steife Arm 4 fest bezüglich des Hubarms 11 wird;
der Stellzylinder 13 wird dann derart betätigt, daß seine Stange 12 in die ausgefahrene Lage geht. Die Stangenbewegung läßt den Hubarm 11 verschwenken, der den durch den Elek­ tromagneten 14 festgelegten Arm in seine obere Stellung mitnimmt (Stellung des steifen Arms 4, wie es in Fig. 2 dargestellt ist);
im Augenblick der Auslösung unterbricht man die Speisung des Elektromagneten 14. Der steife Arm wird nicht mehr abgestützt und verschwenkt um seine Achse 5 unter der Wir­ kung seines eigenen Gewichts und läßt die Masse auf die Schlagplatte 2 des Targetelements schlagen. Da dieses mit dem Erdboden gekoppelt ist, erzeugt der Stoß Transversalwellen, die für die seismische Prospektion nutzbar gemacht werden können.

Um zu vermeiden, daß die Masse von Neuem gegen die Schlag­ platte 2 nach dem Rückprall schlägt, ordnet man den Be­ tätigungseinrichtungen 6 die Einrichtungen zu, die mit Bezug auf die Fig. 3 bis 8 beschrieben sind.

Die Einrichtungen sind auf der Drehachse 5, beispielsweise des Hubarms 11, dem fest mit dem steifen Träger 7 (Fig. 1) verbundenen Winkelteil 10 und dem steifen, die Masse 3 tragenden Arm 4 angeordnet. Im Zwischenraum zwischen den Flanschen 11 a, 11 b des Hubarms ist (Fig. 4) das Winkelstück 10 angeordnet, das selbst aus zwei parallelen Platten 10 a, 10 b aufgebaut ist, zwischen denen der Kopf des steifen Arms angeordnet ist. Dieser Kopf ist mit zwei Flanschen kreisförmiger Gestalt 16, 17 versehen, die durch ein Zwischenstück 18 vereinigt sind. Jeder Flansch ist mit einem Lager oder einer Vertiefung 19 einer Gestalt versehen, die der eines Zapfens 20 angepaßt ist, der am Ende einer Sperrklinke 21 (Fig. 3) befestigt ist und der um eine Achse 22 verschwenken kann, die durch die beiden parallelen Platten 10 a, 10 b des Winkelstücks 10 getragen ist. Ein aus einem nachgiebigen Material, bei­ spielsweise Polyurethan, gebildeter Ring, kann zwischen der Achse 22 und der Sperrklinke 21 angeordnet sein. Dieser Ring oder Kranz ermöglicht es, die Achse 22 gegen Stoß­ wirkungen im Augenblock des Blockierens zu schützen (siehe die untenstehende Funktionsbeschreibung) und die Reaktionen des steifen Armes 4 zu dämpfen. An der Sperrklinke 21 ist eine Achse 23 befestigt, auf der eine sich drehende Rolle 24 verschwenkt. Diese ist so ausgelegt, daß sie sich gegen den Umfang einer kreisförmigen Nocke 25 abstützt, die frei auf der gemeinsamen Achse 5 drehen kann. Der Durchmesser der Rolle 24 ist größer als die Höhe des Zapfens 20. Diese kreisförmige Nocke 25 ist mit zwei Abflachungen 26 und 27 versehen. An der Abflachung 26 ist eine Winkelstange 28 (Fig. 3) befestigt. Eine Bremsplatte 29 von L-Gestalt, die aus einem nachgiebigen Material hergestellt ist, ist an der anderen Abflachung 27 der Nocke befestigt. Zwei Halteausbildungen oder Halte­ nasen 30 und 31 sind an der Außenwand der Platte 10 a des Winkeleisens 10 befestigt. Jede dieser beiden Halteausbil­ dungen umfaßt eine Bremsfläche 32, 33. Die Entfernung zwischen der Platte 10 a des Winkeleisens 10 und der Nocke 25 ist so gewählt, daß ein Teil der verformbaren Brems­ platte 29 sich gegen die Bremsflächen oder -rampen 32, 33 für zwei unterschiedliche Stellungen der Nocke 25 bezüglich der Platte 10 a des Winkeleisens abstützt. Im übrigen sind zwei Mitnehmerfinger 34 und 35 am Flansch 16 des Kopfes des steifen Arms 4 befestigt. Ihre Länge ist derart gewählt, daß sie sich auf die an der Abflachung 26 der Nocke befestig­ ten abgekrümmten Stange 28 in zwei Stellungen hiervon, be­ zogen auf den Trägerarm 4 abstützen. Die Nocke bildet eine Verzögerungseinrichtung, die es der Sperrklinke er­ möglicht, in die Ausnehmungen 19 nur nach dem Stoß der Masse 3 gegen das Targetelement 1 einzudringen.

Die jeweilige Stellung der unterschiedlichen Elemente der Vorrichtung zur Vermeidung von Mehrfachstößen wird im Lauf der Beschreibung mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 und 5 bis 8 erläutert.

• - Nachdem der Hubarm 11 abgesenkt wurde, um den Elektromagneten 14 in Kontakt mit dem metallischen Teil 15 des steifen Armes 4 zu bringen und der Elektromagnet erregt ist (Fig. 1), wird der hydraulische Stellzylinder 13 be­ tätigt. Der steife Arm 4 wird dann in seine obere Stel­ lung (Fig. 2 und 3) mitgenommen. Während des Nachobengehens kommt der am Flansch 16 des Kopfs des steifen Arms 4 befestigte Finger 34 (Fig. 3) in Abstützung gegen die abgewinkelte Stange 28 und läßt die Nocke 25 sich in eine erste Grenzstellung - Fig. 3 - drehen. In dieser ersten Stellung legt sich die Bremsplatte 29 gegen die Rampe 32 der Halteeinrichtung 30 und legt die Nocke so fest.
• - Nachdem der steife Arm 4 freigegeben wurde, beginnt dieser in seine untere Stellung zu verschwenken. Für eine bestimmte Stellung des steifen Arms (Fig. 5) stützt sich der Finger 35 gegen die abgewinkelte Stange 28 ab und nimmt die Nocke 25 mit. Die nachgiebige Brems­ platte 29 gibt somit das Halteglied 30 frei; die Nocke dreht sich frei um die Achse 5 unter dem vom Finger 35 (Fig. 6) empfangenen Impuls.
• - Wenn der steife Arm 4 in die Nähe seiner unteren Stel­ lung gelangt und die Masse 3 auf die Schlagplatte 2 (Fig. 6) auftrifft, befindet sich der Zapfen 20 gegenüber den Ausnehmungen 19, die in den Flanschen 16, 17 des Kopfes des steifen Armes vorgesehen sind, kann aber nicht hineinfallen, da die Rolle 24 sich dann gegen einen kreis­ förmigen Teil der Nocke 25 abstützt. Der Trägerarm kann also frei bis in seine untere Stellung gelangen.
• - Unter dem Einfluß des Stoßes der Masse 3 gegen die Schlag­ platte 2 prallt der steife Arm 4 in entgegengesetzter Richtung (Fig. 7) zurück. Im gleichen Augenblick dreht sich wegen der erreichten Geschwindigkeit die Nocke in der gleichen Richtung weiter, bis deren Abflachung 27 in eine Stellung gegenüber der Rolle 24 gelangt. Die Krümmung dieser Abflachung wird größer als die Höhe des Zapfens 20 gewählt; die Sperrklinke 21 ruht dann nicht auf ihrer Rolle 24, sondern gegen den Umfang des kreisförmigen Flansches 16 auf.
• - Nachdem die Rücklaufbewegung des steifen Arms 4 die Ausnehmungen 19 in eine Stellung gegenüber dem Zapfen 20 gebracht hat, fällt dieser in diese und blockiert den steifen Arm, bis dieser nach seinem Rückprall beginnt, gegen das Targetelement (Fig. 8) wieder nach unten zu gehen.
• - Die freie Bewegung der Nocke 25 unter dem Anfangsimpuls des Fingers 35 ist unterbrochen (zweite Endstellung), wenn deren Abflachung 27 sich auf der Seite der Ausneh­ mungen 19 befindet, da in dieser Stellung die nachgie­ bige Bremsplatte 29 sich gegen die Rampe oder Fläche des anderen Halteglieds 33 bzw. der Nase 31 (Fig. 8) legt. Ein neuer Zyklus beginnt, wenn das Anheben des steifen Arms in seine obere Stellung von Neuem das Mit­ nehmen der Nocke durch den Finger 34 hervorruft.

Ordnet man eine solche Einrichtung jedem steifen Arm 4 zu, so erhält man allein Transversalimpulse, die es ermög­ lichen, seismische Aufzeichnungen hoher Qualität vorzu­ nehmen.

In dem Fall, daß die Vorrichtung zwei steife Schwenkarme umfaßt, die symmetrisch bezüglich des Trägers angeordnet sind, ermöglichen es die Blockiermaßnahmen nach der Erfindung, einen der Arme benachbart seiner unteren Stellung zu halten, während der andere verwendet wird, um gegen das Targetelement zu schlagen. Man vermeidet so auch Sekundärstöße oder Schläge der nicht verwendeten Masse, die in Abwesenheit einer Blockierung durch den Primäraufschlag der in Betrieb befindlichen Masse hervorgerufen würden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von seismischen Transversal­ wellen durch Schlagen einer Masse gegen ein mit dem Erdboden gekoppeltes Koppelelement, bei der die Masse an einem Ende eines steifen Armes befestigt ist, dessen anderes Ende um die Achse eines Trägers verschwenkbar ist, mit einem Betätigungssystem, mit dem die Masse in eine Auslöseposition bringbar, in dieser Auslöseposition haltbar und aus dieser Auslöseposition auslösbar ist, um in im wesentlichen horizontaler Richtung auf eine Seiten­ fläche des Koppelelements zu schlagen, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die am steifen Arm (4) befestigte Masse (3) unter Abstand vom Koppelelement (1) nach dem ersten Rückprall der Masse (3) von der Seitenfläche des Koppelelements (1) halten, und
daß diese Einrichtungen eine Sperrklinke (21), die bezüglich des Trägers verschwenkbar ist, und wenigstens ein Lager (19) für die Sperrklinke im steifen Arm und eine Verzögerungseinrichtung derart aufweisen, daß die Sperrklinke nur nach dem ersten Rückprall der Masse von der Seitenfläche des Koppelelements in das Lager eintritt und der Eintritt der Sperrklinke in das Lager die Abwärtsbewegung des steifen Armes blockiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrklinke (21) eine einem Zapfen (20) zugeordnete Rolle (24) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie dem Umfang eines abgerundeten Teils des steifen Arms (4) folgt und
daß die Verzögerungseinrichtung eine Nocke (25) aufweist, auf der die Rolle ruht, wobei die Nocke frei um die Achse (5) des steifen Arms (4) zwischen zwei Endstellungen unter der Wirkung dieses steifen Arms verschwenkbar ist und mit wenigstens einer Abflachung (27) versehen ist, deren Höhe, um die die Rolle nach unten geht, indem sie vom kreisförmigen Teil der Nocke bis zur Mitte von deren Abflachung rollt, größer als die Höhe der Ausnehmungen ist, derart, daß die Rolle (24), wenn sie den Mittelteil der Abflachung (27) erreicht, ausreichend abgesenkt wird, damit der Zapfen (20) der Sperrklinke (21) in das Lager (19) eintritt und den steifen Arm (4) sperrt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nocke (25) eine Bremsplatte (29) umfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie sich gegen am steifen Arm feste Halteteile (30, 31) legt, wobei die Stellung dieser Halteteile die Endstellungen der Nocke bestimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine fest mit der Nocke verbundene Stange (28) sowie zwei mit dem steifen Arm feste Finger (34, 35), die so ausge­ bildet sind, daß sie sich gegen die Stange (28) in gewissen Relativstellungen des steifen Arms bezüglich der Nocke ab­ stützen und diese in Drehung mitnehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net,
daß die Bremsplatte aus einem verformbaren Material hergestellt ist und
daß die Halteteile jeweils mit einer Bremsrampe (32, 33) versehen sind, gegen die die verformbare Bremsplatte sich abzustützen in der Lage ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sperrklinke um eine bezüglich des Trägers ge­ haltene Achse (22) vermittels Dämpfungseinrichtungen verschwenkt.