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Seismisches Aufnahmeverfahren Die Erfindung bezieht sich auf ein seismisches
Aufnahmeverfahren unter Verwendung einer Mehrzahl von Detektoren, in welchen durch
eine künstlich hervorgebrachte Bodenstörung elektrische Impulse erregt werden und
die mit einer Mehrzahl von Aufzeichnungsvorschriften elektrisch verbunden sind.
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Bei bekannten Verfahren dieser Art hat man schon die Ausschläge aller
Galvanometer gleichzeitig aufgezeichnet. Man hat ferner die Detektoren hintereinandergeschaltet
und dadurch ihre Impulse überlagert. Es geschah dies, um die direkten Wellen durch
ihre gegenseitige Phasenverschiebung gegeneinander aufzuheben, um die indirekten
gespiegelten Wellen um so leichter in dem Diagramm als solche erkennen zu können.
Über die Richtung, aus der die gespiegelten Wellenfronten auf die Aufnahmegeräte
auftrafen, ließ sich aus solchen Diagrammen aber nichts aussagen. Unter gewissen
Voraussetzungen liefert aber die Neigung der gespiegelten Wellenfront auch die Neigung
der reflektierenden Erdschicht, wenn nämlich die Wellenfrontgeschwindigkeit in den
Bodenschichten oberhalb der spiegelnden Schicht bekannt ist, so daß Feststellungen
über die Richtung, aus der die aufgezeichneten Wellenfronten kommen, von großer
Bedeutung sind.
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Die Erfindung ermöglicht es nun dadurch, diesen Winkel zu bestimmen,
daß einer jeden
Aufzeichnungsvorrichtung die Impulse aller Detektoren
mit verschiedener Verzögerung und einander überlagert zugeffhrt werden.
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Vorteilhafterweise wird man es dabei so einrichten, daß jedes Galvanometer
mit allen Detektoren verbunden ist, daß die Detektoren in den so gebildeten Serien
mit schrittweise zunehmenden Zeitverzögerungen versehen sind und daß die Schritte
der Zeitverzögerungszunahmen in den aufeinanderfolgenden Serien gesetzmäßig wachsen.
Zweckmäßig ist es auch, wenn dabei bei gleich großen Abständen der Detektoren voneinander
die Zeitverzögerungseinheiten einer jeden Serie nach einer arithmetischen Reihe
schrittweise zunehmen.
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Hierbei ist die durchschnittliche Differenz der arithmetischen Progression
gleich der Größe ihres ersten Gliedes. Wendet man verschiedene an einer Mehrzahl
voll Punkten längs einer vom Explosionsherd ausgehenden Graden angeordnete Detektoren
an, so ist es zweckmäßig, wenn die Anzahl der Galvanoineter gleich der Zahl der
Detektoren ist, das erste Galvanometer ohne Zeitverzögerung mit allen Detektoren
verbunden ist und der erste Detektor mit allen Galvanometern über Kreise ohne Zeitverzögerung
in Verbindung stellt.
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Bei der Einrichtung der Erfindung sind die induktiven und die kapazitiven
Widerstände der Zeitverzögerungseinheiten zweckmäßig derart bemessen, daß die durch
die Einheit hervorgerufene Zeitverzögerung in Sekunden für einen Störungsimpuls
annähernd gleich der Ouadratwurzel aus dein Produkt aus Induktiv ität und Kapazität
der Einheit ist. Dabei kann mit Vorteil der Ohlüsche, induktive und kapazitive Widerstand
der Zeitverzögerungseinheiten so bemessen sein, daß die Wellenimpedanz jedes Kreises
annähernd gleich der Impedanz an der Eingangsseite sowie an der Ausgangsseite des
Kreises ist.
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Zweckmäßig ist es, wenn dabei die Widerstandswerte der Zeitverzögerungseinheiten
so bemessen sind, daß die Wellenimpedanz annähernd gleich der Wurzel aus Induktiv
ität durch Kapazität ist.
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An Hand der Zeichnung soll der Erfindungsgedanke noch näher erläutert
werden: Die Fig. i dieser Zeichnung ist eine schematische Darstellung, welche die
Anordnung des Apparates erkennen läßt, mittels dessen die eine Neigungskomponente
der ankommenden Wellenfront bestimmt werden kann.
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Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die elektris.--hen Impulse verschiedener
Wellenformen erkennen läßt, wie sie mittels der Detektoren den Galvanometern aufgedrückt
werden.
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Fig.3 zeigt die Schaltung der verschiedenen Detektoren, Galvanometer
und Verzögerungsvorrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
benutzt werden.
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Fig..I ist das Schaltbild eines solchen Verzögerungskreises und Fig.
5 ein Diagramm, welches eine ebene Wellenfront veranschaulicht, die eine hlstruinentenlinie
erreicht: diese Figur enthält einige geometrische Bezeichnungen, um die Entwicklung
der weiter unten erwähnten Formel (A i zu erklären.
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Gemäß Fig. i werden elastische Wellen in die Erde durch Entzündung
einer explosiven Ladung am Herdpunkt io erzeugt. Diese Ladung kann aus geeigneten
Explosivstoffen, wie z. B. aus Dynamit, Nitroglycerin, bestehen, und zwar in Mengen,
die von der Beschaffenheit des zu erforschenden Bodens und von den Entfernungen
abhängen, unter welchen die verschiedenen Stationen aufgestellt sind. An den Punkten
i, -2, 3, 4, 5 und 6 sind elektrische Detektoren in den Boden eingelassen. Obwohl
in der Zeichnung nur sechs solcher Detektoren dargestellt sind, kann jedoch sowohl
ihre Zahl als auch ihr Abstand vom Herdpunkt und auch ihr :abstand untereinander
von der Eigenart der betreffenden Untersuchungen und von den örtlichen Verhältnissen
abhängen. Man kann 2, 8, 1z oder mehr Detektoren benutzen, die in Abständen von
etwa 50 in bis zu einigen Kilometern vom Herdpunkt entfernt sind und untereinander
einen Abstand von weniger als 30 m bis 700 n' aufweisen. Diese elektrischen
Detektoren, wie z. B. Seismometer oder Geophone, können voll beliebiger Bauart sein,
wie z. B. Instrumente mit beweglicher Spule, Kohlenkontaktmikrophone oder piezoelektrische
Einrichtungen, und sie können eine Eigenschwingungszahl jeder beliebigen Frequenz
aufweisen. Der Einfluß der Schallwellen in der Luft kann in bekannter Weise dadurch
ausgeschaltet werden, daß man die Detektoren in geringer Tiefe im Boden versenkt.
Die in der Nähe der Erdoberfläche durch die Explosion der Zadungio erzeugten Wellen
erreichen eine reflektierende Schicht 2o und werden von dieser nach aufwärts gegen
die Detektoren i bis 6 gerichtet, wo sie in elektrische Ströme umgewandelt und längs
der Leitungen 1i, 1z, 13, i.I, 15 durch die Wellenfilter 2i gehen, die unerwünschte
Störungen, wie z. B. Oberflächenwellen, mikroseismische Unruhe usw., ausschalten.
Sodann gehen die Ströme durch Kompensatiorsverzögerungen 22, deren Zweck und Aufbau
weiter unten beschrieben werden wird, über einen Verstärker 23, wo die schwachen
Ströme mittels Röhren verstärkt werden und der jede geeignete Zahl von Stufen aufweisen
kann. Die verstärkten Impulse werden dann in beliebiger @,#-eise zu einem Seismogramm
aufgezeichnet, _ was beispielsweise mittels eines
Oszillographen
oder eines Vielfachsaitengalv anometers 24 und einer Aufnahmekamera 25 erfolgen
kann.
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Zweck der Erfindung ist es, die Impulse aller Detektoren einander
zu überlagern, bevor sie einer Galvanometerspule oder -saite zugeführt werden, so
daß die von dem Schuß erhaltene Aufzeichnung lediglich Verände= rangen dieser Summe
zeigt. Im allgemeinen wird die durch die Explosion erzeugte Bodenwelle bei allen
Detektoren nicht zur selben Zeit ankommen, und die dem Galvanometer von den Detektoren
aufgedrückten Strom= oder Spannungsimpulse werden daher untereinander nicht .in
Phase sein. Das Bild des auf dem Seismogramm aufgezeichneten Summenimpulses wird
daher nicht die maximal mögliche Amplitude aufweisen, sondern die Kurve wird gegen
die horizontale Achse ein wenig angedrückt sein, wie es Fig.2 veranschaulicht, in
welcher A das Seismogramm eines von einem einzelnen Detektor aufgenommenen Impulses
zeigt, während B das Seismogramm der Summe von vier Impulsen vierer Detektoren wiedergibt,
deren Leistungen miteinander addiert sind und sich einander überlagern, wobei die
Detektoren eine Phasenverschiebung von 1/4 Periode besitzen. Wenn man hingegen eine
künstliche Zeitverzögerung im Stromkreis .eines jeden Detektors einführt und wenn
die Größe dieser künstlichen Zeitverzögerung,so gewählt wird, daß die Zeitdifferenz
zwischen der Ankunft der Bodenerschütterung an den Detektoren kompensiert wird,
so werden die elektrischen Impulse am Galvanometer in Phase sein, und das Seismogramm
wird in diesem Falle eine maximale Amplitude ,aufweisen," wie @es .die Kurve C in
Fig.2 veranschaulicht.
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Im Falle der Ankunft einer Wellenfront bei einer Reihe von Detektoren
i bis 6, die längs einer geraden Linie in gleichem Abstand voneinander angeordnet
sind, ergibt sich aus Fig. 5 die Richtigkeit folgender Gleichung:
oder
worin O der Winkel zwischen dem Schnitt der im wesentlichen ebenen Wellenfront mit
der horizontalen Ebene ist, in welcher sich die Linie der Detektoren befindet, T
= die Zeitc7erzögerung von Detektor zu Detektor, welche die Leistungen der Detektoren
miteinander in Phase bringt, v= die Geschwindigkeit der Wellenfront im Boden an
.der Oberfläche und s - der gleiche Abstand zwischen den Detektoren. Es ist ersichtlich,
daß die Detektoren nicht den gleichen Abstand voneinander aufzuweisen brauchen;
die Formel (A) würde dann verschiedene Werte von T und s für jedes Paar von Detektoren
erhalten.
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In einer noch allgemeineren Anordnung würden die Detektoren nicht
alle in der gleichen Linie liegen. Hier würde die Formel (A) auch für jedes Paar
von Detektoren gelten, doch würde für verschiedene Paare nicht nur s und T, sondern
auch O verschieden sein. Eine Anordnung von Instrumenten auf zwei Linien, die in
rechtem Winkel aufeinanderstehen,wird zwei rechtwinklige Komponenten der wahren
Neigung der ankommenden Wellenfront geben, woraus wiederum die wirkliche Neigung
gefunden werden kann.
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Der Übersicht halber ist nur der einfache Fall von Detektoren gleicher
Abstände auf einer einzigen Linie Gegenstand der folgenden Betrachtung, obwohl das
Verfahren gemäß der Erfindung in keiner Weise auf diesen Sonderfall beschränkt ist.
Da die Abstände zwischen den Detektoren und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der
Wellenfront in den Oberflächenschichten des Erdbodens für ein gegebenes Gebiet bekannt
sind, kann der Winkel O, der als Neigungskomponente der Wellenfront längs der Detektorlinie
bezeichnet sei, mit dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gefunden werden, daß
man künstliche Kompensationszeitverzögerungen zwischen den Detektoren und den Punkten
vorsieht, in welchen die Ausgangsströme dieser Detektoren überlagert oder addiert
werden, bevor sie von dem Galvanometer aufgezeichnet werden. Diese Zeitverzögerungen
würden von Detektor zu Detektor um denselben Betrag verschieden sein, weil angenommen
war, daß die Detektoren in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, und die
Größe dieses Unterschiedes der Zeitverzögerung, welche so weit als möglich den Zeitunterschied
in der Ankunft der Wellenfront kompensiert, wird aus der Tatsache gefunden, daß
sie die maxianale Summenlinie in der von dem Galvanometer bewirkten Aufzeichnung
bildet. Dies ist die Größe Tinder Formel (A). Das folgende Beispiel diene zur näheren
Erläuterung: In dem Gebiet, in welchem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer elastischen
Welle im Boden 483 km pro Sekunde ist, sind vier Detektoren in einem Abstand von
30,48 m voneinander angeordnet, also auf eine Entfernung von gr,4m gleichmäßig verteilt;
die Auslaßströme der Detektoren werden alle demselben Galvanometer zugeführt. Wenn
die Ankunftszeit der Bodenstörung in jedem aufeinanderfolgenden Detektor um 0,00145
Sekunden kleiner als am vorgeschalteten
Detektor ist und eine künstliche
elektrische Kompensationsverzögerung von o,ooi45 Sekunden im Stromkreis des zweiten
Detektors eingeschaltet wurde, während der Stromkreis des dritten Detektors eine
Verzögerung von o,oo29 Sekunden und der vierte Detektor eine Verzögerung von 0,00435
Sekunden aufweist, so würde die Differenz der Ankunftszeiten der Bodenstörungen
an den Detektoren vollkommen kompensiert sein, und die von diesen Detektoren herrührenden
elektrischen Impulse würden am Galvanometer in Phase sein. Dies zeigt sich daran,
daß die Amplitude des Summenbildes dieser Impulse auf dem Seismogramm in diesem
Falle einen Maximalwert aufweist. Durch Ermittlung des Wertes der Kompensationsverzögerung,
bei welchem ein Summenbild der maximalen Amplitude erreicht wird - im vorliegenden
Beispiel o,ooi45 Sekunden -, und durch Einsetzung dieses Wertes in die obige Gleichung
kann man daher die Neigungskomponente der Wellenfront und infolgedessen auch die
Neigung der reflektierenden Schicht wie folgt errechnen:
Desgleichen kann man die Neigungskomponente der Wellenfront für einen anderen Teil
der Fläche finden, für welche der genaue Zeitv erzögerungswert von Detektor zu Detektor
zu 0,0058 Sekunden ermittelt wurde:
Da es nun aber, wenn man die Detektoren nur an ein einziges Galvanometer anschließt,
nötig wäre, eine große Zahl von` Explosionen hervorzurufen, bis man den richtigen
Wert der Zeitverzögerung gefunden hat, zielt nun die Erfindung auf ein Verfahren
hin, bei welchem eine Mehrzahl von Galvanometersaiten oder -spulen in Verbindung
mit einer Detektorreihe verwendet wird, wodurch es möglich ist, die Neigungskomponente
der Wellenfront durch einen einzigen Abschuß zu bestimmen. Die Leistungen aller
Detektoren werden jedem Galvanometer zugeführt, so daß eine Anordnung entsteht,
die hier als Galvanometerkette bezeichnet sei. In jeder Galvanometerkette ist eine
von Detektor zu Detektor verschieden große Zeitverzögerung vorgesehen. Durch gleichzeitiges
Aufzeichnen der von jedem Galvanometer gelieferten Impulssummenbilder auf einem
Seismogramm ist es möglich, sofort die Galvanoineterkette zu bestimmen, in der die
dem Sollwert am nächsten kommende Zeitverzögerung liegt, da die Summenlinie dieses
Galvanometers ein Impulsbild zeigen wird, welches die größte Amplitude aufweist.
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Eine bevorzugte Anordnung der zu diesem Zweck verwendeten Apparate
für den Fall der Aufstellung von Detektoren mit gleichem Abstand in einer Linie
ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, in der sechs Detektoren mit Dl, Dz,
Ds, D4, D5 und D6 bezeichnet sind. Die Auslässe aller dieser Detektoseii sind über
die üblichen in der Zeichnung nicht dargestellten Filter- und Verstärkereinrichtungen
je an jedes der sechs Galvanometer G,, G., G3, G4, G5 und G, angeschlossen. Das
Galvanometer G, und die sechs Detektoren bilden die Galvano meterkette i, das Galvanometer
G2 und die sechs Detektoren die Galvanometerkette 2 und das Galvanometer G3 und
die sechs Detektoren die Galvanometerkette 3 usw. Die zur elektrischen Kompensation
dienenden Verzögerungseinheiten sind bei T,, T2, Tg, T4 und T5 angedeutet. Ein jeder
der Kompensatoren T, (11, 12, 13, 14 und 15) enthält
eine einzige solche Zeitverzögerungseinheit, während ein jeder der Kompensatoren
T., (2i, 22, 23, 24 und 25) zwei solcher Einheiten aufweist. jeder der Kompensatoren
Ts (3i, 32, 33, 34 und 35) besitzt drei solcher Einheiten und jeder der Kompensatoren
T4 (4i, 42, 43, 44 und 45) vier solcher Einheiten. In entsprechender Weise besitzt
ein jeder der Kompensatoren T,, (5 i, 52, 53, 5-4 und 55) fünf Zeitverzögerungseinheiten.
Mit S,, S_, S3, S4, SS und S6 sind Schalter bezeichnet. Wenn alle diese Schalter
sich in der unteren Stellung L befinden, so sind die Verzögerungssätze vom Stromkreis
abgeschaltet, und jedes Galvanometer zeichnet lediglich die Impulse des entsprechenden
Detektors .auf; in dieser Schaltung kann die Anordnung beispielsweise zum Messen
der Zeitdifferenzen durch Phasenverschiebung längs der Linie der Detektoren. verwendet
werden.
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Wenn jedoch alle Schalter in die obere Stellung A umgelegt sind, so
ergibt sich, daß in der Galvanometerkette i alle Detektoren mit dem Galvanometer
G, ohne jede Kompensationsverzögerungen verbunden sind. In der Galvanometerkette2
wird das Galvanometer G4 mit dem Detektor D, ohne Kompensationsverzögerung verbunden,
mit dem Detektor D. mit einer Verzögerungseinheit (Kompensator i i), mit dem Detektor
D3 mit Verzögerungseinheiten (Koinpensator 2i), mit dein Detektor D4 mit drei Einheiten
(Kompensator 3
1),
mit dein Detektor D5 mit vier Einheiten (Kompensator
40 und mit dem Detektor DB mit fünf Verzögerungseinheiten (Kompensator 5 i). In
der Galvanometerkette 3 wird das Galvanometer Gß mit dem Detektor D, ohne jede
Zeitkompensation
verbunden, mit dem Detektor D2 über zwei Verzögerungseinheiten (Kompensatoren i
i und i2), mit dem Detektor D3 über vier Verzögerungseinheiten (Kompensatoren 2
1 und 22), mit dem Detektor D4 über sechs. Verzögerungseinheiten (Kampensatoren
31 und 32) usw. In der Galvanometerkette 4 wird das Galvanometer G4 mit dem Detektor
Dl ohne jede Zeitverzögerung verbunden, mit dem Detektor D. dagegen über drei Verzögerungseinheiten
(KOmpensato-ren 1i, 12 und i3), wobei die Zahl dieser Verzögerungseinheiten in der
Kette 4 sich um jeweils drei für jeden Detektor erhöht. In den Ketten 5 und 6 werden
die Galvanometer G5 und G, gleichfalls mit dem ersten Detektor ohne jede Zeitkompensation
verbunden, während die folgenden Detektoren über eine Zahl von Verzögerungseinheiten
verbunden werden, die um 4 bzw. 5 Einheiten für jeden folgenden Detektor wächst.
Diese Anordnung ist zusammenfassend nochmals in der nachstehenden Tabelle angegeben
| Tabelle I |
| Galvano- Zahl der Zeitverzögerungseinheiten |
| meter- in den Stromkreisen der Detektoren |
| kette - |
| Nr. Dl D@ D3 D4 D 5 I Dc |
| I |
| z o 0 0 0 0 o |
| 2 0 z z 3 4 5 |
| 3 O 2 4 6 8 so |
| 4 0 3 6 g =2 15 |
| 5 0 4 8 12 ifi 20 |
| 6 0 5 10 1:5 20 25 |
Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß in der Galvanometerkette i die von der Explosion
erzeugten und von allen sechs Detektoren aufgenommenen Impulse dem Galvanometer
G1 ohne jede Verzögerungen zugeführt werden. In der Kette 2 wird das Galvanometer
G2 ebenfalls die Summe der Impulse aller sechs Detektoren empfangen, aber der von
jedem Detektor übertragene Impuls wird hinter dem Impuls des vorangegangenen Detektors
um eine Zeitverzögerungseinheit nacheilen, in der Kette 3 um zwei Einheiten, in
der Kette 4 um drei Einheiten, in der Kette 5 um vier Einheiten und in der Kette
6 schließlich um fünf Einheiten. Die sechs Galvanometer sind so angeordnet, daß
eine gleichzeitige und getrennte photographische Aufzeichnung jedes Galvanometers
auf einem Seismogramm erfolgen kann.
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Es sei als Beispiel eine Örtlichkeit angenommen, bei der die Störung
mit der obenerwähnten Geschwindigkeit von 1,83 km pro Sekunde sich im Boden fortpflanzt,
wobei die Detektoren einen Abstand von 30,48m voneinander aufweisen; ferner mögen
als Einheit der elektrischen Zeitkompensationsverzögerung 0,00145 Sekunden ausgewählt
worden und ferner angenommen sein, daß der Ausschlag der maximalen Amplitude auf
der Summenlinie des Galvanometers 4 aufgezeichnet wird. Dies besagt, daß in der
Galvanometerkette 4 eine elektrische Verzögerung verwendet wurde, die dem richtigen
Wert am nächsten kam, um die natürliche Verzögerung der Ankunft der Störungen an
den verschiedenen Detektoren zu kompensieren. Aus der Tabelle I kann man ersehen,
daß in der Kette4 die'elektrische Verzögerung von Detektor zu Detektor gleich drei
Einheiten beträgt, d. h. 0,00435 Sekunden. Indem man diesen Wert in die oben angegebene
Gleichung einsetzt, findet man sofort die Neigungskomponente der Wellenfront zu
angenähert 15 °, sofern die Neigung von Detektor D6 zum Detektor D1 nach
abwärts verläuft. Wenn die Neigung in der entgegengesetzten Richtung verläuft, wird
man zu den gleichen Ergebnissen durch Umkehrung der Verbindungen gelangen, d. h.
indem man die größte Verzögerungseinheit im Stromkreis des Detektors D1 anstatt
im Stromkreis des Detektors D6 anordnet, was in einer jedem Fachmann geläufigen
Weise erfolgt und daher in Fig. 3 nicht dargestellt ist.
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Es sei betont, daß das Verfahren gemäß der Erfindung einen wesentlichen
Vorteil gegenüber der Methode hat, einen jeden Detektor mit nur einem Galvanometer
zu verbinden und eine besondere Aufnahme über den Zustand in jedem Detektor zu machen.
Verfährt man nämlich nach der zuletzt genannten und bekannten Weise, so sind die
am Detektor anlangenden zufälligen Erschütterungen häufig stark genug, um die Ankunft
einer besonderen und interessierenden Wellenfront zu verdecken. Bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung hingegen können die zufälligen Einwirkungen nicht in gleich
schädlichetn Ausmaße ersichtlich werden. Dies rührt daher, daß die ungleiche Phasendifferenz
zwischen diesen Erschütterungen von Detektor zu Detektor es im allgemeinen verhindert,
daß sie durch eine gleich oder gleichmäßig vorgenommene Phasenverschiebung zwischen
den Detektoren in Phase gebracht werden können, während die Anteile der annähernd
ebenen Hauptwellenfront an den verschiedenen Detektoren im ganzen genommen durch
eine gleiche oder gleichmäßige Anordnung der Zeitverzögerungen von Detektor zu Detektor
in Phase gebracht werden können. Gerade dieser Vorteil der Erfindung legt deren
Verwendung in Fällen nahe, wo der Fachmann in erster Linie an der Richtung der ankommenden
Wellenfronten
interessiert ist, um nämlich einfach die Aufzeichnung eines Seismogramms der reflektierten
Energie zu erleichtern, die verhältnismäßig frei von Fremdeinflüssen ist.
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-Nötigenfalls kann jeder der in Fig. 3 dargestellten Detektoren durch
Gruppen von zwei oder mehr Detektoren ersetzt sein. Diese Detektoren können in Reihe
oder parallel geschaltet sein und haben eine weitere Verringerung der Größe von
Fremdeinflüssen zur Folge, die auf jede Galvanometerspule einwirken, was die :Möglichkeit
von fälschenden Reflexionen vermindert.
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Ungleichmäßigkeiten, die von der oberen, eine geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeit
zulassenden Schicht herrühren, können mittels einer veränderlichen Zahl zusätzlicher
Zeitverzögerungseinheiten im Sekundärkreis jedes Detektors korrigiert werden, so
daß zusätzliche Verzögerungen in den Stromkreisen der Instrumente auftreten, welche
sich in den Stellungen höherer Geschwindigkeit befinden. Die Schlüsse, die man aus
einem vorangängigen Probeschuß erhält, können dazu verwendet werden, um den Betrag
der in solchen Fällen notwendigen Nachstellung zu ermitteln.
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Was die elektrische Schaltung anbelangt, die zur Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung anzuwenden ist, so können Kompensationszeitverzögerungseinheiten
gewünschter Größe in die Stromkreise der verschiedenen Detektoren durch Verwendung
künstlicher Kompensatoren oder Verzögerungsschaltungen der in Fig.-I schematisch
veranschaulichten Art gelegt werden, worin ein Detektor i oi mittels der Leitungen
i i i und i 12 mit einem Galvanometer 107 verbunden ist. Zwischen dem Detektor
ioi und dem Galvanometer sind Induktionsspulen io2, 103
und 104 angeordnet,
die einen Widerstand R und eine Induktivität L besitzen, sowie Kondensatoren ioj
und io6, deren Kapazität C beträgt. Die Zahl oder die elektrischen Eigenschaften
dieser Spulen und Kondensatoren können nach Belieben verändert werden. Die Ausgangsspannung
des Detektors ioi und die Eingangsspannung am Galvanometer 107 sind finit
ei bzw. e., bezeichnet.
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Es ist klar, daß bei geeigneter Walil der Werte iür die Induktivität
L und den kapazitiven Widerstand C der Verzögerungsschaltung die Spannung e_ so
eingestellt werden kann, daß sie der Spannung e1 um einen gewünschten Phasenwinkel
0 nacheilt oder, rnit anderen Worten, eine Zeitverzögerung 7@ erhält, die der Gleichung
genügt. Die Werte des Widerstandes, der Induktivität und der Kapazität müssen vorzugsweise
so gewählt werden, daß die Zeitverzögerung unabhängig von der Frequenz innerhalb
der Frequenzreihe wird, für welche die Filter- und Verstärkeranordnung der Schaltung
bestimmt ist, da eine Zeitverzögerung ja für einen Störungsimpuls auftreten soll.
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Im übrigen ist darauf zu achten, daß keine oder im wesentlichen keine
Energie an den Klemmen der Verzögerungsschaltung unter diesen Frequenzen reflektiert
wird, weil jede reflektierte Energie die am Ausgang zur Verfügung stehende Spannungsamplitude
verringert. Aus diesem Grunde soll die Impedanz ZT an jeder Klemme vorzugsweise
gleich der Wellenimpedanz ZS der Schaltung sein. Die Werte für den induktiven Widerstand
L und für den kapazitiven Widerstand C werden daher zweckinäßigerweise so gewählt,
daß sie der Gleichung
da die Wellenimpedanz der Verzögerungsschaltung hierdurch unabhängig von der Frequenz
gemacht werden kann.
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Die Spannungsabfallkonstante der Schaltung soll gleichfalls von der
Frequenz unabhängig und klein sein, damit die Amplitude der Ausgangsspannung e2
so nahe als möglich an die Amplitude der Eingangsspannung ei
herankommt. Der
Frequenzbereich, innerhalb welchem dieses Verfahren anwendbar ist, soll so weit
wie möglich sein, damit seine Durchführung unter allen praktisch vorkommenden Bedingungen
möglich ist. Im allgemeinen gilt die Regel, daß, je kleiner das Verhältnis von Widerstand
der Verzögerungsschaltung zu ihrem induktiven Widerstand
desto weiter sich der ausnutzbare Bereich auf die Seite der niederen Frequenzen
erstreckt, während andererseits die Regel gilt, daß, je kleiner die Zeitverzögerung
1 LC ist, desto mehr sich der ausnutzbare Bereich auf die hohen Frequenzen
erstreckt. Die Zeitverzögerungseinheiten sollen daher vorzugsweise so klein als
möglich gehalten sein, und wenn eine große Zeitverzögerung erforderlich ist, so
verwendet man dafür besser eine größere Zahl solcher Einheiten.
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Als Beispiel sei nachstehend eine den vorstehenden Bedingungen genügende
Zeitverzögerungseinheit beschrieben. Nimmt man an, daß eine Zeitverzögerungskonstante
von lich ist, so wird ein Verhältnis von Wider-
von o,ooo5 Sekunden erforderstand zu Induktivität
einer solchen Einheit einen verhältnismäßig weiten Bereich ausmttzbarer Frequenzen
liefern. Ein geeigneter
Wert für die Klemmenimpedanzen ist i 50o
Ohm. Die Wellenimpedanz des Kreises
muß daher = r500 Ohm sein. Aus (lpn haidan (Tlairbnngen: IIL C = 0,0005 und
daß L = 0,75 Henry und C = 0,333 Mikrofarad sein muß.
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Mit diesen beiden Konstanten findet man, daß die Verzögerungseinheit
eine Zeitverzögerung von o,ooo5 Sekunden innerhalb + 10/0
für alle Frequenzen
zwischen 6 Hertz und i 5o Hertz ergibt, während eine Frequenz von z50 Hertz um o,ooo5i3
Sekunden und Frequenzen von 50o Hertz und von 2 Hertz um o,ooo55 Sekunden nacheilen.
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Das -Verhältnis der Eingangsspannung e1 zur Ausgangsspannung e2 für
diese Verzögerungseinheit beträgt infolge des Spannungsabfalles o,975 ± i % für.
alle Frequenzen zwischen 6 Hertz und i oo Hertz, während es für eine Frequenz -von
4o0 Hertz 0,972 und für a Hertz 0,978 beträgt.
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An der Klemme des Galvanometers 107
wird nicht mehr als i %
der Spannungsamplitude bei Frequenzen zwischen 6 Hertz und ioo Hertz reflektiert,
während der Verlust für Frequenzen von Zoo Hertz 2,5% und für .40o Hertz und 2-
Hertz rund io% beträgt. Der reflektierte Teil der Spannungsamplitude wandert zuriick
in den Eingang des Detektors ioi, wo derselbe Prozentsatz von ihr wieder zur Ausgangsseite
zurückgeworfen wird.
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Bei einer Frequenz von Zoo Hertz wird daher infolge des Spannungsabfalles
97,5 0/0 der Eingangsspannung e1 der Verzögerungseinheit die Ausgangsseite erreichen,
während 97,5% dieses Wertes zur Verfügung steht und 2,5 % wieder reflektiert werden.
Dieser Rest wird wieder an der Eingangsklemme reflektiert, so daß nach einer Zeitverzögerung
von ungefähr o,ooi Sekunden annähernd o,o6% der ursprünglichen Spannung wieder die
Ausgangsklemme erreichen. Diese sekundäre Speisung von o,o6% der Original-Spannungs-Arnplitude
kann vollkommen vernachlässigt werden, so daß als Ergebnis praktisch 951/0 der Original-Spannungs-Amplitude
sogleich am Ausgang zur Verfügung steht. Für Frequenzen zwischen 6 Hertz und ioo
Hertz sind es annähernd 97/,.
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In den verschiedenen Stromkreisen kann man geeignete Widerstände vorsehen,
um zu erreichen, daß jedes Galvanometer denselben Spannungsanteil von jedem Detektor
erhält und daß nur ein vernachlässigbarer Betrag überlagerter Energie von einem
Kreis in den anderen an den Punkten übertritt, wo die verschiedenen Kreise zusammengeschaltet
sind. Selbstverständlich müssen sowohl die üblichen Filter- und Verstärkerkreise
als auch die erforderlichen Einrichtungen zum Aufzeichnen der Impulse zu einem Seismogramm
zur Erzielung des gewünschten Endeffektes mitder vorstehend beschriebenen Einrichtung
verbunden sein.