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Elektrisches Mutungsverfahren mit Gleichstrom nach der Sondenmethode
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Blutung, um Ölvor-:;ommen
oder andere nutzbare Einschlüsse im Erdreich festzustellen.
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Frühere elektrische Mutungsverfahren wurden schon mit mehr oder weniger
Erfolg dazu benutzt, um Einschlüsse von hoher Leitungsfähigkeit, z. B. Erze, zu
ermitteln, die sich in verhältnismäßig geringer Tiefe befanden. Man hat auch schon
behauptet, (-lvorkommen auf direktem Wege muten zu können, in Wirklichkeit ist.
das aber noch nicht gelungen.
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Vorliegende Erfindung ermöglicht nun die unmittelbare Feststellung
von üllagern usw. In einem Untersuchungsfelde wird mit Hilfe eines von zwei Feldelektroden
eingeführten Stromes ein Punkt mit besonderer Potentialcharakteristik ausfindig
gemacht, die an einem vorher bestimmten geographischen Punkte besteht, wenn das
Barunterliegende Erdreich eine einheitliche Leitungsfähigkeit besitzt. Die Verschiebung
dieses Punktes gegen den geographischen Punkt infolge von Erdeinschlüssen mit abweichender
Leitungsfähigkeit für den elektrischen Strom gibt über die betreffendenErdeinschlüsse
bestimmtere und genauere Auskunft, als alle bisherigen elektrischen Mutungsverfahren
sie zu geben vermochten.
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Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, welches es ermöglicht,
Aquipotentiallinien, also geometrische örter gleichen Potentials, zu (@i'initteln.
Dabei erregt man ein Untersuchungsfeld mittels zweier Feldelektroden und tastet
mittels zweier Sonden, die durch eine Leitung verbunden sind, in welche ein Galvanometer
eingeschaltet ist, das Erdreich ab. Auf diese Weise kann man um die Feldelektroden
herum Äquipotentiallinien legen, deren Krümmungsradius um so mehr wächst, je mehr
sich die Linien der einen Elektrode den Linien der anderen Elektrode nähern. Zur
'L\Iutung konnten aber nur Abweichungen im Verlauf dieser Äquipotentiallinien benutzt.
werden.
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Zwischen den gekrümmten 2lquipotentiallinien muß sich nun eine Linie
finden, welche auf der Erdoberfläche als Gerade erscheint und die auf der künstlich
erregten Strecke. also der Verbindungslinie der beiden Feldelektroden, senkrecht
steht. Sie ist die Linie mittleren Potentials, kann aber bei dem angegebenen älteren
Verfahren nicht einwandfrei ermittelt «erden, weil die benachbarten gel:rüinmten
Potentiallinien ebenfalls schon als gerade Linien erscheinen, wenn sie nicht in
Längen von vielen tausend Kilometern festgelegt werden.
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Dieses ältere Verfahren erhebt daher auch nicht den Anspruch, die
mittlere Potentiallinie oder den Punkt mittleren Potentials auf einer Strecke zwischen
-zwei Feldelektroden festlegen und das wirkliche Potential bei einer beliebigen
_lquipotentiallinie bestimmen zu können.
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Ein anderes bekanntes Zerfahren arbeitet
ohne künstliche
Erregung des Erdreichs und zeigt nur die Benutzung eines Quadrantelektrometers,welches
auch zweckmäßig bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, jedoch in grundsätzlich abweichender
Weise benutzt wird.
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Ferner will ein älteres Verfahren an geeigrieten Stellen eingemessener
Potentiallinien das Spannungsgefälle senkrecht zu der Linie bestimmen und gegebenenfalls
itir Schließungskreise des Sondenstromes die Stromdichte im Boden ermitteln. Die
Bestimmung des Punktes mittleren Potentials auf einer durch Feldelektroden erregten
Strecke wird aber auch hierdurch nicht ermöglicht.
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Ein anderes Verfahren sucht die Äquipotentiallinien,welche die Feldelektroden
bei üblicher Form und Anordnung zunächst in Kreisform umgeben, dadurch günstiger
zu gestalten, daß es den Elektroden eine langgestreckte Form gibt, bei der sie entweder
ganz oder in einer größeren Anzahl von Punkten den Erdboden berühren. Die Ermittelung
des Punktes mittleren Potentials auf einer Strecke ist aber hierbei nicht beabsichtigt
und nicht möglich.
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Schließlich ordnet ein älteres Verfahren die Feldelektroden so an,
daß komplizierte Äquipotentiallinien in polvsymmetrisclier Anordnung entstehen.
Dabei sollen die Störungen im Verlauf der Linien durch Erdeinschlüsse, welche die
einzige Mutungsmöglichkeit von großer Unsicherheit bieten, deutlicher zum Vorschein
gebracht werden. Auch bei diesem Verfahren soll und kann der Punkt mittleren Potentials
auf der Strecke zwischen den Feldelektroden nicht bestimmt werden.
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Von allen bekannten Verfahren abweichend geht das Verfahren gemäß
Erfindung so vor, daß es auf einer Strecke zwischen zwei Feldelektroden unmittelbar
den Punkt bestimmt, an welchem die durch Erregung der Elektroden hervorgerufenen
Erdströme keine Potentialänderung mehr herbeiführen.
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Dazu benutzt das Verfahren gemäß der Erfindung zwei Sonden, von denen
die eine an einem von der Strecke weit abliegenden Aufpunkte angebracht wird, so
daß ihr Potential durch die künstliche Erregung der Strecke zwischen den beiden
Feldelektroden nicht beachtlich beeinflußt wird. Die beiden Sonden sind über ein
Galvanometer verbunden, und mit der zweiten Sonde wird die Strecke zwischen den
Feldelektroden abgesucht, bis die Steile des mittleren, der anderen weit entfernten
Sonde entsprechenden Potentials gefunden ist. Die Erfindung besteht also darin,
daß bei den bekannten elektrischen Mutungsverfahren mit Gleichstrom nach der Sondenmethode
erfindungsgemäß mit der einen der beiden über ein Galvanometer verbundenen Sonden
die Stelle mittleren, der anderen weit entfernten Sonde entsprechenden Potentials
auf der Verbindungslinie der Feldelektroden und die ihr zugeordnete mittlere Potentiallinie
ermittelt wird.
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Zweckmäßig wendet man darin ferner dieses Verfahren auch auf zwei
Erdanschlußstrecken an, die sich rechtwinklig kreuzen, und benutzt dazu getrennte,
aufeinander abgestimmte Ströme. Ferner bedient man sich dabei gegebenenfalls eines
Quadrantelektrometers. Man erteilt dem einen O_uadfantenpaar das sich bei Stromunterbrechung
einstellende mittlere Potential und ermittelt die Stelle des mittleren Potentials
auf der Strecke durch Vergleich der Ausschläge beim Stromfluß und bei Stromunterbrechung.
Schließlich bringt man vorteilhaft bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in den
verschiedenen Stromleitern zwischen den Feldelektroden Widerstände an, welche Änderungen
ini Übergangswiderstand der Feldelektroden ausgleichen.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der beiliegenden
Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. T zeigt das grundlegende Schema für die Ermittelung des Punktes
mittleren Potentials.
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Abb. a erläutert die Stromverteilung und die Potentialbedingungen
dazu.
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Abb.3 zeigt ein Schema der Anordnung zur Bestimmung des Potentialzentrums.
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Abb. 4 veranschaulicht die Potentiallinien dazu.
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Abb.5 ist ein Meßblatt mit den Daten einer geordneten Felderforschung.
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Bei der Anordnung nach Abb. z ist in den Punkten A und B je eine Feldelektrode
in den Erdboden eingesteckt. Beide sind mit einer Stromquelle D verbunden, die hier
als Batterie dargestellt ist. aber gewöhnlich aus einer Gleichstroindvnamomascliine
besteht.
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Jede Feldelektrode A, B ist beispielsweise mit einer Vielzahl
von Metallspitzen ausgerüstet, welche zusammen die Elektrode bilden, aber über eine
größere Fläche, z. B. eine Kreisfläche von etwa 15 m Durchmesser, verteilt
sind. Dabei entsteht praktisch kaum ein Fehler, wenn man als Feldelektrode die Mitte
der Fläche annimmt, über welche die Kontaktspitzen verteilt sind, zumal diese Fläche
im Vergleich zum Abstande :1-B der Feldelektroden klein ist.
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Um den Widerstand an den Kontakten zu verringern und gegebenenfalls
Schwierigkeiten durch Polarisation zu vermeiden, kann das Erdreich sowohl bei den
Feldelektroden wie auch bei den Sonden mit einer geeigneten Metallsalzlösung getränkt
werden, Eine Sonde E ist an einen Detektorstromkreis
angeschlossen,
der ein Galvanometer G enthält und dessen anderer Pol finit einer weit entfernten
Sonde H verbunden ist. Letztere liegt so weit von den Feldelektroden A und B ab,
daß ihr Potential durch den mittels der Stromquelle D geschaffenen Stromschluß zwischen
A und b' nicht beachtlich beeinflußt «7rd. Zu diesem Z@s-eck -tirird die Sonde H
mindestens in einer Entfernung gleich den Fünffachen der Strecke A-B von den Feldelektroden
aufgestellt.
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Die Sonde E wird nun an der Strecke z1-B entlang geführt, um die Stelle
mittleren Potentials auf der Strecke zu finden. Unter der Stelle oder der Linie
mittleren Potentials wird dabei ein Punkt oder eine Linie auf der Erdoberfläche
verstanden, an dem oder an der durch den künstlichen Erderregungsstrom keine Potentialänderung
hervorgerufen wird. Dieser Punkt liegt gemäß Abb.2 an der Schnittstelle der Linie
1'o mittleren Potentials mit der Strecke A-B.
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Die Linie Po steht senkrecht zur Strecke :1-B. Wenn das Erdreich
im Bereich der Strecke A-B bis zu der erfaßbaren Tiefe gleichmäßige Leitfähigkeit
besitzt, liegt der Schnittpunkt C zwischen der Linie Po und der Strecke A-B auf
der Mitte der letzteren. Wenn aber das Erdreich auf der Strecke Einschlüsse von
abweichender Leitungsfähigkeit enthält, so verschiebt sich der Punkt mittleren Potentials
von der Mitte der Strecke nach einer der Feldelektroden A, B hin (Abb. i).
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Infolge nicht allgemein bekannter, natürlicher Ursachen, die Veranlassung
zu den sogenannten Erdstreuungsströmen geben, ist das Erdpotential an der weit entfernten
Sonde H, wenn zwischen _-1 und B keine Potentialdifferenz angelegt
wird, im allgemeinen vom Potential der Punkte der Strecke A-B verschieden. Liegen
beispielsweise die Sonden E und H etwa 15 km auseinander, so beträgt der Potentialunterschied
häufig etwa Zoo Millivolt und zuweilen mehr.
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Störungen durch diesen Potentialunterschied können jedoch leicht vermieden
oder ausgeglichen werden. Ein Potentiometer F wird so eingestellt, daß an die Pole
des Galvanotneters G eine ausgleichende elektromotorische Kraft angelegt wird. Befindet
sich dann die Sonde E im Punkte mittleren Potentials, so gibt das Galvanometer keinen
erheblichen Ausschlag, wenn der Strom zwischen .3 und B unterbrochen oder
umgekehrt wird. Hierdurch läßt sich auch der Einfluß von Erdstreuungsströmen im
Bereich des erregten Feldes ausschalten.
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Zur Unterbrechung und Umkehrung des Stromes zwischen A und B dient
eine durch einen Motor betätigte Umschaltvorrichtung R (Abb. i) . Gemäß Abb. i kann
man die Sonde E an der Strecke A-B entlang führen, bis man den Punkt mittleren Potentials
gefunden hat, dessen Abstand vom Streckenmittelpunkt C man dann mißt. In Abb. 2
sind Pai, Pa°-. . .
Pb1, Pb= und Po Äquipotentiallinien eines Gebietes
mit gleichförmiger Leitfähigkeit. Sie schneiden sich rechtwinklig mit den Kraftlinien
ab', ab' ... durch die Erde zwischen den Feldelektroden
A und B.
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Der Punkt mittleren Potentials auf der Strecke A-B kann auch durch
unmittelbare Beobachtung der Potentialunterschiede bestimmt werden, welche an, den-
Punkten der Strecke auftreten, wenn man den Stromschluß zwischen A und B herstellt
und wieder unterbricht.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung bedient sich hierzu eines Ouadrantelektrometers.
Zunächst werden alle vier OOuadranten dieser Meßvorrichtung geladen, indem sie an
den Punkt, dessen Potentialbedingungen geprüft werden sollen, mit der Erde verbunden
werden, und zwar während einer Zeit, zu welcher zwischen _-1 und B kein Strom fließt.
Ein Quadrantenpaar wird dann von der Erde getrennt, und nun werden die Feldelektroden
A und B in den Stromkreis eingeschaltet. Wenn der Prüfpunkt nicht der Punkt mittleren
Potentials ist, zeigt die Meßvorrichtung einen Ausschlag. Dieser unterbleibt, wenn
der Mittelpotentialpunkt gefunden ist.
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Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht darin, das beschriebene Verfahren auch auf zwei sich rechtwinkelig kreuzende
Erdanschlußstrecken gleichzeitig anzuwenden, und zwar unter Verwendung getrennter,
aufeinander abgestimmter Ströme.
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Abb.3 zeigt eine Vorrichtung, um zwei Linien mittleren Potentials
Pa und Pb (Abb. q.) zu gewinnen, welche sich an einem Punkte mittleren Potentials
schneiden. Er liegt im geographischen Mittelpunkt C des erregten Feldes, wenn das
Erdreich gleichförmige Leitungsfähigkeit besitzt. Andernfalls liegt er außerhalb
von C.
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Die vier Feldelektroden .1, AA, B, BB sitzen an den Ecken eines
Rechtecks oder Quadrates. Die an den Enden der Diagonalen einander gegenüberliegenden
Elektroden A. AA, B, BB haben gleiche Polarität. Gemäß Abb.
3 schaltet man Widerstände R in die Stromleiter, welche die Feldelektroden mit dem
betreffenden Pol der Stromquelle D verbinden. Sie werden so eingestellt, daß an
jeder Feldelektrode eine gleiche Stromstärke zur Erde und aus Erde gehr.
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Ein zweiter Widerstand R' in jedem Stromleiter erleichtert das. Die
Widerstände R' sind gleich, auch sind sie snit den Polen eines
Galvanometers
GA verbunden. Letzteres zeigt keinen Ausschlag, wenn gleiche Stromstärken
durch die Widerstände R' fließen. Änderungen im übergangswiderstande der Feldelektroden
werden mit Hilfe der Widerstände R, R' ausgeglichen.
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Die Anordnung nach Abb.3 ermöglicht eine Reihe abweichender oder ergänzender
Untersuchungsarten, wie überhaupt die von dem beschriebenen Verfahren gebotenen
Hilfsmittel in verschiedenartigster Weise benutzt werden können, um Punkte mittleren
Potentials, Mittelpotentialzentra und auch beliebige Äquipotentiallinien zu bestimmen.
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Abb. 5 zeigt einen Erdoberflächenabschnitt t.' von etwa 9 km Breite
und 12 km Tiefe. Die Punkte C sind die Mittelpunkte von Untersuchungsflächen, deren
Größe beispielsweise 3 km mal 3 km ist. Die Punkte C' sind die Mittelpunkte einer
zweiten Gruppe von Untersuchungsflächen, die die ersten überdecken.
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Die Pfeile V an den verschiedenen Punkten C und C zeigen nach Länge
und Richtung die Verschiebungen des Potentialzentrums gegen die geographischen Mittelpunkte
C und C. Aus ihrer Richtung und Größe kann auf eine Lagerstelle W, etwa von
Ölsand, in beträchtlicher Größe geschlossen werden.
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Behufs genauerer Ermittelung kann man noch Mittelpotentialpunkte auf
Geraden feststellen, die den Körper W kreuzen. Eine solche Gerade lo-io ist in Abb.
5 angegeben. Die Punkte C2 derselben sind die geographischen Mittelpunkte von Untersuchungsfeldern,
und die Pfeile V' zeigen die gefundenen Verschiebungen des Mittelpotentialpunktes.