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Verfahren zur Bestimmung des Fallsinnes von Sedimentschichten Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Fallsinnes von Sedimentschichten.
Es ist bereits bekannt, die Streichrichtung und damit als dazu senkrechte Richtung
die Fallrichtung von Sedimentschichten durch Aufsuchen der Achsen der Potentiallinienellipse
mittels geerdeter, durch Gleichstrom oder Wechselstrom gespeister Elektroden festzustellen.
Auch hat man bereits den Einfluß der Anisotropie von Sedimentschichten auf ein sekundäres
magnetisches Feld untersucht, welches in den Bodenschichten durch einen an der Erdoberfläche
angeordneten Rahmen induziert wird. Dabei ändert die veränderliche Anisotropie der
Bodenschichten die Elemente des magnetischen Vektors des Sekundärfeldes, und die
Komponenten dieses Vektors sind je nach Einstellung des induzierenden Rahmens zur
Streichrichtung der Schichten nach drei Achsen verschieden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
welches in einfacher und schnell durchzuführender Weise von der Erdoberfläche aus
die Ermittlung des Fallsinnes von Sedimentschichten gestattet, wenn eine unmittelbare
Beobachtung der Bodenverhältnisse an der Erdoberfläche nicht möglich ist. Diese
Aufgabe ist von besonderer Wichtigkeit beim Schürfen auf Erdöl. Die Erfindung besteht
darin, daß durch eine geradlinige Leitung verbundene, mit Wechselstrom gespeiste
Elektroden so angeordnet werden, daß ihre Verbindungslinie in Richtung des Schichtstreichens
verläuft und dann in genauer Verlängerung der Elektrodenverbindungslinie die Neigung
.des magnetischen Wechselfeldes der Bodenströme mittels Induktionsspule festgestellt
wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der magnetische Vektor
des von dem den Erdboden durchfließenden Strom erzeugten magnetischen Feldes in
einem Punkte einer zur Fallrichtung gelegten Senkrechten stets der Fallrichtung
entgegengesetzt geneigt ist, und daß man daher durch Bestimmung der Neigung des
magnetischen Vektors den Fallsinn ermitteln kann.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf der
Zeichnung beispielsweise schematisch veranschaulicht.
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Es liege beispielsweise ein Erdboden vor, der aus einer Anzahl ebener
Sedimentschichten besteht, die an der Oberfläche derart verändert sind, daß eine
unmittelbare geologische Betrachtung nicht möglich ist, die jedoch ein anisotropisches,
im wesentlichen homogenes und zu der Oberfläche des als waagerecht vorausgesetzten
Erdbodens geneigtes Ganzes bilden. Man bringt nun in bekannter Weise in einem bestimmten
Abstande voneinander und an der Oberfläche des
Erdbodens zwei Elektroden
1, 2 an, die durch ein isoliertes Leiterkabel 3 an eine Stromquelle 4 (Elementbatterie,
Sammler oder Generator) angeschlossen sind.
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Man bedient sich dann einer fliegenden Leitung 5, die ein Potentiometer
6 enthält und an ihren beiden Enden in zwei Elektroden 7 endigt, wendet die bekannten
potentiometrischen Verfahren an (vgl. z. B. »Etude sur la prospection electrique
du sous-sol« von Conrad Schlumberger, 192o) und zieht um die Elektrode i eine Äquipotentialkurve
a, deren Umkreis klein sein mini gegenüber dem Abstand, der die Stromsendeelektroden
i und 2 trennt.
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Diese Äquipotentialkurve a ist im wesentlichen eine Ellipse, deren
kleine Achse ß unmittelbar auf dem Erdboden die gesuchte Fallrichtung der betrachteten
Sedimentschichten ergibt.
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Man verschiebt dann zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens die
Elektrode 2, bis die Richtung 1-2 mit der großen Achse dieser Ellipse zusammenfällt,
und man verlegt das Kabel 3 in gerader Linie zwischen den Punkten i und 2 (Fig.
2). Dann mißt man die Neigung des magnetischen Feldes in einem auf der Linie 2-1
jenseits von i gelegenen Punkte B. Wenn man auf diese Weise verfährt, so eliminiert
man den Einfluß des durch den in diesem Kabel fließenden Strom erzeugten magnetischen
Feldes, welches dann in dem betrachteten Meßpunkt zu Null wird.
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Uni die Messung vorzunehmen, ersetzt man die (:Gleichstromquelle 4
durch eine Wechselstromquelle mit Hörfrequenz und bringt im Meßpunkt 8 einen Rahmen
9 mit einer Mehrzahl von Windungen an, der um eine in seiner Ebene liegende Achse
io drehbar ist, die man parallel zur Linie i-2 einstellt. Der Stromkreis des Rahmens
9 ist über ein Telephon i i geschlossen. Man sucht nun durch Probieren die Stellung
des Rahmens 9, in der man im Telephon ein Hörminimum erzielt. In dieser Stellung
ist der Rahmen 9 parallel zum magnetischen Vektor, und da letzerer stets in zum
Boden umgekehrtem Sinne geneigt ist, ist der Fallsinn auf diese Weise bestimmt.
Anstatt den Rahmen 9 zu neigen, um ihn parallel zum magnetischen Vektor einzustellen,
kann man ihn auch waagerecht lassen und mit einer Nullmethode arbeiten. Zu diesem
Zweck kann man (Fig. 3) in Reihe mit dem Rahmen 9 und dem Telephon i i den Sekundärstromkreis
eines Regeltransformators oder V ariometers 12 legen, dessen Primärwicklung in den
Stromkreis 1-2 eingeschaltet ist. Man reguliert das Variometer, bis die Richtung
und die Größe der im Variometer induzierten EMK im Telefon ein Hörminimum ergibt.
Die Richtung der induzierten EMK im Augenblick des Hörminimums ergibt dann den Neigungssinn
des magnetischen Vektors.
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Wenn man nicht einen Rahmen mit einer Mehrzahl von Windungen verwendet,
kann man sich damit begnügen, um den Meßpunkt 8 eine einzige, aus isoliertem, auf
die Erdoberfläche gelegten Leiterkabel bestehende Windung zu legen. In diesem Falle
kann man die Windung natürlich nicht neigen, und es ist nur die obenerwähnte Nullmethode
anwendbar.
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Das im vorstehenden beschriebene Verfahren ergibt die gewünschten
Ergebnisse nicht allein bei völlig-anisotropischen, homogenen Gesteinen, wie beispielsweise
bei Schiefer, sondern auch bei sogar im einzelnen unregelmäßigen und schlecht gelagerten
Sedimentgesteinen, vorausgesetzt, daß sich die Messungen dann auf ein genügend ausgedehntes
Volumen erstrecken (beispielsweise mehrere Hundert Kubikmeter), damit die örtlichen
Unregelmäßigkeiten im Gesamtmittel verschwinden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf die Bestimmung des Fallsinnes
auch angewendet werden, wenn die geneigten, zu untersuchenden Schichten durch eine
waagerechte, mehr oder weniger dicke Deckschicht bedeckt sind. In einem derartigen
Falle ist es notwendig, daß die Messungen in einem Abstand vom Punkt i vorgenommen
werden, der gleich oder größer ist als die Dicke dieser Überlagerung, so daß der
vorherrschende Einfluß dieser Überlagerung vermieden wird und eine genügende Erforschungstiefe
erzielt wird.