DE3606605A1

DE3606605A1 - Verfahren zum koppeln seismischer terrestrischer quellen mit dem erdboden

Info

Publication number: DE3606605A1
Application number: DE19863606605
Authority: DE
Inventors: Pierre-Claude Les Mathes Layotte
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1986-08-28
Also published as: NL8600502A; US4776425A; FR2578060B1; CA1261052A; FR2578060A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Kopplung seismischer terrestrischer Quellen mit dem Erdboden.

Die terrestrischen Quellen umfassen im allgemeinen Ein-,Q richtungen zur Erzeugung von Oszillations- oder Impulskräften und Einrichtungen zum Einbringen der so erzeugten Kräfte in den Erdboden. Unter den bekannten Kräften sind beispielsweise diejenigen zu nennen, die ein Targetelement umfassen, das mit dem Erdboden gekoppelt ist, eine Masse, _Λ _ die so ausgelegt ist, daß sie in Richtung der Impaktflächen des Targetelements fallen sowie Einrichtungen, die die Masse anheben und ihren Fall in Richtung der Impaktflachen leiten.

Die Masse kann durch ein geradliniges vertikal angeordnetes 20

Führungselement gegen eine Impaktflache, die parallel zur Erdbodenoberfläche liegt, geführt werden, derart, daß Wellen P oder Longitudinalwellen erzeugt werden. Eine nach ι / diesem Prinzip arbeitende Vorrichtung ist beschrieben in der veröffentlichten FR-PS 2 398 316.

Die Masse kann auch bei ihrem Fall über Kabel oder einen Schwenkarm gegen eine seitliche Impaktflache eines mir dem Erdboden gekoppelten Targetelements derart geführt

werden, daß Transversalwellen oder Scherwellen (Wellen S) 30

erzeugt werden. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der FR-PS 2 276 599 beschrieben.

Ein bekanntes Verfahren zum Verbessern der Kopplung einer

seismischen Quelle besteht darin, gezahnte oder mit 35

Spitzen versehene Kopplungselemente unter dem Targetelement zu befestigen. Deren Eindringen in den Erdboden - erleichtert man, wenn man beispielsweise einen Teil des Gewichts eines Fahr-

zeugs auf dem einer gewählten "Schuß"-Stelle angeordneten Targetelement ruhen läßt - trägt dazu bei, den Kopplungskoeffizienten der seismischen Quelle zu vergrößern.

Ein anderes bekanntes Verfahren kann gegebenenfalls dem vorhergehenden zugeordnet werden und besteht darin, die Unterseite des Targetelements über eine Umfangsschürze zu isolieren und diese Fläche in Anlagestellung gegen den Erdboden mittels einer Vakuumpumpe auf eine Weise zu bringen, wie in der französischen Zusatzanmeldung 2 434 (Zusatz zum französischen Patent 2 276 599, oben erwähnt) beschrieben.

IQ Die bekannten Verfahren ermöglichen es, sehr merklich den Kopplungskoeffizienten der seismischen Quellen mit dem Erdboden und damit ihren energetischen Wirkungsgrad zu vergrößern. Wie genauer in der Beschreibung zu sehen, ermöglichen es die bekannten Verfahren aber nicht, eine günstige Homogenität in der Übertragung auf den Erdboden sämtlicher Frequenzen des Frenquenzspektrums zu erhalten, welches im Augenblick des Schusses ausgesandt wird.

_/l Das Kopplungsverfahren nach der Erfindung ermöglicht es, / \ 25 ϊ-^η beachtlichen Anteilen das Frequenzspektrum der seismischen tatsächlich in den Erdboden übertragenen Wellen zu verbreitern.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch gQ aus, daß man örtlich die Temperatur des Erdbodens unter der Anlagefläche für die seismischen Wellen absenkt, welche durch das Auslösen der Quellen erzeugt wurden. Das örtliche Absenken der Temperatur des Erdbodens wird vorteilhaft durch Einspritzen von kühlenden Substanzen gg vorgenommen.

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

Fig. 1 den allgemeinen Verlauf - nach Glätten - des Frequenzspektrums der seismischen in den Erdboden nach einem klassischen Kopplungsverfahren übertragenden Wellen, wo eine Stützkraft zur Verbesserung der Verankerung einer seismischen Quelle zur Anwendung kam;

Fig. 2 eine Anordnung der Einspritzpunkte eines Kühlfluids in den Erdboden.

Man kann das Gesetz der Veränderung des Moduls des Spektrums der durch eine gegebene seismische Quelle in den Erdboden übertragenen Energie, indem man diesen als viskoelastisches Medium betrachtet, einem Gesetz vom parabolischen Typ:

S(f) = - bf²

annähern,

wo b ein Proportionalitätskoeffizient ist, der von der Quelle der verwendeten akustischen Wellen, vom Terrain und den Arbeitsbedingungen abhängt. Der Modul des übertragenen Energiespektrums wird maximal für Frequenzen, die unter einigen 10 Hz liegen und nimmt rasch für größere Frequenzen ab. Gegebenenfalls kann der Abschwächur.gsfaktor bei 100 Hz um 10 bis 30 dB und selbst mehr variieren. Hieraus folgt, daß das Auflösungsvermögen der seismischen terrestrischen Quellen, das mit der Breite des Bandes der Frequenzen verknüpft ist, die in den Erdboden übertragen werden können, relativ gering ist.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, den Kopplungskoeffizienten der seismischen terrestrischen Quellen zu verbessern und in beachtlichen Grenzen die Breite ihres Emissionsspektrums und damit ihrers Auflösungsvermögens zu steigern.

*■ Wenn die Lage der Auslösungsorte für die verwandte Quelle vorher festgelegt ist, injiziert man in den Boden eine kühlende Substanz bzw. eine Kältesubstanz, wie beispielsweise flüssigen Stickstoff, derart, daß bis zu einer bestimmten Tiefe eine gewisse Zone um jeden dieser Orte herum gefriert. Die Oberfläche jeder Zone hängt von der Form und der Ausdehnung des Kopplungselementes, mittels dessen die akustischen Wellen auf den Erdboden gegeben werden, ab.
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Im Falle der Quelle mit vertikal gerichteten Stoßen, wie in der französischen Patentanmeldung 2 398 316 beschrieben, wo das Kopplungselement die kreisförmige Basisplatte eines auf dem Erdboden angeordneten Targetelementes ist, injiziert man eine Kältesubstanz derart, daß man eine gefrorene Zone mit zylindrischer Symmetrie erhält, die um die Achse des Targetelementes zentriert ist.

Nach einer ersten Ausführungsform (Fig. 2) bohrt man mehrere Löcher in den Umfang des Ortes S, wo man vorhat, die Basisplatte des Kopplungselementes oder das Targetelement der verwendeten Quelle anzuordnen und spritzt hier hinein eine gewisse Menge an Kälteflüssigkeit mittels einer geeigneten Einspritzlanze. Die Menge an in die Löcher eingeführterFlüssigkeit ist ausreichend, damit die verschiedenen, um diese zentrierten Terrainvolumina V sich verschneiden und man ein gut homogenes gefrorenes Gesamtvolumen erhält. Um den Kühl- oder Kälteeffekt am Ort S des Kopplungselements der seismischen Quelle zu steigern, kann man auch ein Loch in seine Mitte bohren und hier hinein Kältemittel einspritzen. Beim dargestellten Beispiel werden sechs Löcher T₁ bis T, in der Mitte und am Umfang jedes Ortes S gebohrt. Ihr Durchmesser liegt bei etlichen Zentimetern, ihre Tiefe variiert beispielsweise zwischen 60 und 120 cm.

Nach einer anderen Ausführungsform, die es ermöglicht, die Stufe der Herstellung der "Schuß"-Orte oder-Stellen zu vereinfachen, kann man auch das Terrainvolumen unterhalb des Kopplungselementes oder des Targetelementes der Quelle frieren, indem man ein einziges Einspritzloch,beispielsweise T, ,in die Mitte jedes Ortes S bohrt.

Die Wartezeit nach den Einspritzvorgängen des Kältefluids, um eine ausreichend gefrorene Zone zu erhalten, hängt ab von der Anzahl der Einspritzlöcher und der Quantität der eingespritzten Produkte, der Art des Terrains, der Temperatur etc. Die Feuchtigkeit hat einen wesentlichen Einfluß auf der Verbesserung des Transmissionskoeffizienten aufgrund der Tatsache, daß das Eis, das sich durch Wirkung der kühlenden Produkte oder Kälteprodukte formt, die Terrainpartikel verschweißt und den Widerstand des Erdbodens gegen Kompression und Scheren vergrößert.

Experimentell bestimmt man den Einfluß der verschiedenen Parameter, die die Gefriergeschwindigkeit beeinflussen, derart, daß man die Wartezeit sowie den Transmissionskoeffizienten des gefrorenen Erdbodens optimiert. Das Einspritzen von Kühlfluid wird beispielsweise und gegebenenfalls 12 bis 24 Stunden vor den Augenblicken vorgenommen, wo die "Schüsse" an den gefrorenen Orten vorgenommen werden.

Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ermöglicht es, sehr merklich den Transmissionskoeffizienten des Erdbodens für relativ hohe Frequenzen zu erhöhen und somit ein homogeneres Emissionsspektrum zu erhalten.

Ein sekundärer aber sehr wichtiger Vorteil des Verfahrens hängt am provisorischen Charakter der durch das Gefrieren herbeigeführten Verfestigung. Wenn der Erdboden,der gefroren wurde, auf seine Ausgangstemperatur zurückkehrt, kann er für seinen normalen Benützungszweck restituiert werden. Die Durchführung von Prospektionskampagnen in

landwirtschaftlichen Gebieten oder urbanen Zonen wird hierdurch erleichtert.

Claims

PATENTANS PRUCHE

1. Verfahren zur Verbesserung der Kopplung einer seismischen terrestrischen Quelle mit dem Erdboden, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur des Erdbodens unterhalb der Beaufschlagungsfläche der akustischen Wellen auf den Erdboden abgesenkt wird, wobei diese Wellen durch Auslösen dieser seismischen Quelle erzeugt wurden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Kühlsubstanzen oder Kältemittel in den Erdboden eingespritzt werden.

D-8000 München 2

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Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

Muebopat 089/2214 83-7 GII+ III (089)22 96 43 5-24 285

. "./.;■ -- 3605605

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Einspritzvorgang im mittleren Teil der Kontaktzone dieser seismischen Quelle mit dem Erdboden vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet , daß dieser Einspritzvorgang an mehreren Orten (T, -T₁.) auf dem Umfang der Kontaktzone mit dem Erdboden dieser 10 seismischen Quelle vorgenommen wird.