DE521573C

DE521573C - Verfahren zur seismischen Bodenforschung

Info

Publication number: DE521573C
Application number: DEA60086D
Authority: DE
Original assignee: RICHARD AMBRONN DR
Current assignee: RICHARD AMBRONN DR
Priority date: 1929-12-22
Filing date: 1929-12-22
Publication date: 1931-03-24

Description

Verfahren zur seismischen Bodenforschung Bei der seismischen Bodenforschung mittels künstlich durch Explosionen erzeugter elastischer Wellen ergeben sich insbesondere wirtschaftliche Schwierigkeiten, wenn man die Ausbreitung der seismischen Wellen auf große Entfernungen hin studieren muß. Denn dann werden selbst bei Verwendung höchstempfindlicher Empfangsgeräte die notwendigen Mengen von Explosivstoffen so groß, .daß Flurschäden und Belästigungen durch die Explosionen nicht mehr zu vermeiden sind.
Bei einer zum Zwecke der seismischen Bodenforschung ausgeführten Sprengung breiten sich nun .die seismischen Wellen nach allen Richtungen hin in der Erde zunächst als Kugelwellen aus, um erst durch die zu bestimmenden Inho-mogenitäten im elastischen Aufbau des- Untergrundes in entsprechender Weise beeinflußt zu werden. Für die Messungen aber wird nur derjenige kleine Energiekegel nutzbar, in dem das bzw. die Aufnahmegeräte angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, durch geeignete räumliche Kombination mehrerer einander benachbart angeordneter, auf elektrischem Wege genau gleichzeitig zur Explosion gebrachter kleinerer Sprengladungen eine Richtwirkung auf die elastische Energie auszuüben, so daß innerhalb desjenigen vom Sprenggebiet ausgehenden Energiekegels, in dem die Empfangsapparate angeordnet sind, eine besonders große Energie ausgestrahlt wird, während nach den übrigen Richtungen hin die Energiedichte in den Strahlen entsprechend vermindert ist.
Dadurch wird einerseits Sprengstoff gespart und andererseits die schädliche Wirkung der Explosionen vermindert. Ferner aber ist es auf diesem Wege auch möglich, da ja bei elastisch inhomogenem Boden oft verschiedene Strahlen auf verschiedenen Wegen von der Sprengstelle zu den Empfängern gelangen, die Anordnung so zu treffen, daß einer dieser Strahlen, infolge der Richtwirkung der Sendestelle, energetisch bevorzugt-und dadurch seine Unterscheidung von den auf anderen Wegen übertragenen Strahlen erleichtert wird. Das ist z. B. von besonderer Wichtigkeit, wenn man die Tiefenlage harter Schichten nach dem Reflexionsverfahren bestimmen will. Man ordnet dann die Schußgruppe so an, daß die Strahlung vorzugsweise nach unten erfolgt, während seitlich, längs der Erdoberfläche, eine Minimalwirkung der elastischen Strahlung vorgesehen wird. So kann man die reflektierten Wellen von den längs der Erdoberfläche direkt übertragenen Wellen sehr viel leichter unterscheiden.
Wie man die Richtwirkung in jedem Falle durch die räumliche Kombination mehrerer gleichzeitig gezündeter Sprengladungen praktisch am günstigsten hervorbringt, hängt ganz von den besonderen geologisch-petrographischen Verhältnissen der zu lösenden Aufgabe ab. Einige Beispiele mögen .die Methode prinzipiell erläutern.
Abb. r stellt eine Aufsicht einer solchen Anordnung dar. Fünf kleine Ladungen, z. B. je :2o g Ammonit, sind in geringen Abständen, z. B. je 2 m, voneinander senkrecht zur Verbindungslinie der Schußstelle mit dem Empfangsapparat E, der sich z. B. in 3 km Entfernung befinden möge, angeordnet und etwa 5o cm tief in den Boden, sämtlich in gleicher Tiefe, :eingegraben.
Werden alle fünf Ladungen genau gleichzeitig gezündet, so werden die von ihnen ausgehenden Wellen am Empfänger E gleichzeitig ankommen. Ihre Amplituden addieren sich. Dagegen heben sich die Wirkungen der Wellen in Richtung der Linie, in der die Sprengkörper angebracht sind, gegenseitig großenteils auf. Ist der Boden unter dem Aufbau horizontal geschichtet, so werden auch die aus tieferen Schichten zur Erdoberfläche zurückkehrenden Wellen an dem Empfänger von allen fünf Sprengungen gleichzeitig anlangen und sich so vorzugsweise verstärken. Auch hier ist die gleiche Richtwirkung vorhanden.
Die Verhältnisse werden am günstigsten, wenn man die Abstände zwischen den einzelnen einander benachbarten Ladungen so wählt, daß sie der halben Wellenlänge der in dem Material, in dem die Spreng ngen erfolgen, durch die Explosion entstehenden elastischen (i. a. longitudinalen) Wellen entsprechen. Die Hauptperiodenlänge und die dadurch in Verbindung mit der Geschwindigkeit bestimmte Wellenlänge kann man entweder aus der Erfahrung früherer Untersuchungen oder durch eine Versuchsmessung aus dem Seismogramme entnehmen.
Abb. 2 zeigt ein Beispiel für einen etwas komplizierteren Fall, wo man die aus dem Medium mit der Wellengeschwindigkeit v_. das die Oberflächenschicht mit der Wellengeschwindigkeit v, überlagert, zurückkehrenden Wellen am Seismographen s bevorzugt aufzeichnen will. Die Ladungen sind schachbrettförmig im Abstandea voneinander angeordnet. Die zurückliegenden Reihen von Ladungen sind außerdem um so viel tiefer eingegraben, daß die sämtlichen von den einzelnen Ladungen ausgehenden Teilwellen in der Richtung nach dem Empfänger E hin die Schicht v2 gleichzeitig durchlaufen. Der längere Weg im Medium v. wird durch die tiefere Lage und den dadurch bedingten kürzeren Wellenweg im Medium v,. kompensiert. Man muß dazu zwar die Geschwindigkeitenv, und v2 genähert kennen, was in sehr vielen Fällen der Praxis aus dem allgemeinen geologischen Bau des Gebietes der Fall ist. Dann ist nur die Dicke der Schicht v1 zu bestimmen, die weder für die Wahl der Abstände a noch für die Eingrabtiefen d, und d. der Ladungen in Betracht kommt.
Abb.3 zeigt schließlich eine Anordnung von neun Ladungen im Grund- und Aufriß für den Fall der Untersuchung eines Geländes mit vorzugsweise vertikalen Grenzflächen zwischen den Bodenschichten mit verschiedenen Wellengeschwindigkeiten v, v., v, Hier sind die Ladungen in einer vertikalen Ebene verteilt, die zur Verbindungslinie zwischen dem Schußbereich und dem Seismographenaufstellungsorte senkrecht steht, so daß die Schußenergie vorzugsweise in Richtung auf den Seismographen 8 zu ausgestrahlt wird.
Andere Anordnungen für die Einzelladungen ergeben sich auf Grund der dargelegten Grundsätze für sonstig vorkommende Untergrundstrukturen von selbst.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur seismischen Bodenforschung mittels durch Sprengladungen künstlich erregter elastischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ladungen gleichzeitig gezündet werden, die räumlich so angeordnet sind, daß für die von dem Explosionsherd insgesamt ausgehenden elastischen Wellen eine bevorzugte Richtungswirkung entsteht, und daß die Empfangsapparate innerhalb dieses energetisch bevorzugten Strahlenkegels aufgestellt werden.
2. Verfahren zur seismischen Bodenforschung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Ladungen, die gleichzeitig gezündet werden, in einer Ebene angeordnet sind.
3. Verfahren zur seismischen Bodenforschung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Ladungen, die gleichzeitig gezündet werden, in einer Ebene schachbrettförmig verteilt angeordnet sind.
Verfahren zur seismischen Bodenforschung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet; daß die Abstände zwischen benachbarten Ladungen gleich der halben Wellenlänge der vorzugsweise von den Explosionen innerhalb der Schichten, in die die Ladungen eingebettet sind, erzeugten elastischen Wellen gewählt werden.
5. Verfahren zur seismischen Bodenforschung nach Anspruch i bis 3, insbesondere für die Tiefenbestimmung mittels Reflektionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, in der die mehreren Ladungen, die gleichzeitig gezündet werden, schachbrettförmig verteilt angeordnet sind, schräg im Raume orientiert ist (vorzugsweise parallel der vermuteten reflektierenden Grenzfläche).