DK147834B - Fremgangsmaade til bestemmelse af overflader og anlaeg til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i 147834

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til bestemmelse af overflader eller diskontinuiteter af et område, der skal undersøges, navnlig seismisk prospektering, omfattende udsendelse på mindst et sted af bølger, som er udvalgt i det akustiske og radioelektriske bølgeområde, med i det væsentlige konstant frekvens i en tid, der i det mindste er lig med den tid, som det tager for bølgerne at gennemløbe den dobbelte vej mellem to yderpunkter af zonen, der skal undersøges, modtagelse af bølgerne på mindst et sted i et tidsinterval, som er meget mindre end sendetidsintervallet, hvorhos sende-og modtagestederne ligger i afstand fra de nævnte overflader, og detektering af bølgerne, som reflekteres eller brydes af overfladerne eller diskontinuiteterne af den undersøgte zone.

Ved kendte fremgangsmåder udføres modtagelsen således, at ekkoerne af de udsendte bølger på de forskellige overflader og dis-kontinuiteter hørende til en valgt og afgrænset zone modtages fremadskridende i tidens løb. Ekkoerne af de udsendte bølger, som hidrører fra brydnings- eller refleksionsstederne, der ligger nærmest senderne og modtagerne, bliver ikke modtaget og registreret samtidigt, men selektivt i tidens løb for til hver af dem at kunne knytte positionen af de forskellige lag.

Ved en kendt fremgangsmåde til seismisk prospektering udsendes der i jorden akustiske bølger med kort varighed, f.eks. ved eksplosion af en ladning, og samtidigt aktiveres apparatet til modtagelse og registrering af de reflekterede signaler fremkaldt af de forskellige lag i et tilstrækkeligt langt tidsinterval svarende i det mindste til bevægelsestiden for bølgerne, der reflekteres af det dybeste lag i undergrunden, som skal undersøges. For at opnå tilfredsstillende resultater anvendes i almindelighed flere seismografer eller grupper af seismografer, f.eks. 24 seismografer anbragt på linie. De forskellige frembragte spor giver anledning til statiske og dynamiske korrektioner. De bør f.eks. underkastes en faseforskydning før deres summering, navnlig når man vil tilvejebringe en "flerdobbelt dækning" af billederne ved fremgangsmåden angivet i beskrivelsen til USA patent nr. 2.732.9o6. Ved denne klassiske fremgangsmåde kræves der således en stor mængde registrerede data, idet der for hvert "spor" skal bestemmes 6ooo værdier i det tilfælde, hvor man tager en prøve hvert millisekund. Endvidere skal der for at tilvejebringe en "flerdobbelt dækning" af de forskellige geologiske lag tages hensyn til de respektive afstande af de forskellige sende- og modtagesteder.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der anvendes flere forskellige kombinationer af sende- og modtagesteder,at der 2 14783Λ for hver særskilt kombination af sende- og modtagesteder bestemmes et par karakteristiske tal, det ene for den maksimale middelamplitude af de detekterede bølger i modtagelsestidsintervallet og det andet for middelfasen af de detekterede bølger i forhold til fasen af de udsendte bølger, og at beliggenheden af brydningsstedeme og billederne af sende— og/eller modtagestedeme bestemmes i forhold til overfladerne, der optræder som refleksionsflader i det betragtede område, og som frembringer svingningstilstanden bestemt af mængden af parrene af karakteristiske tal ved kombination af værdierne af de forskellige par af målte tal.

For hver sendefase detekteres i et bestemt modtagested bølger, som repræsenterer den samlede svingningstilstand, der karakteriseres af to og kun to tal. Afhængigt af signal/støj-forholdet udføres modtagelsen over et større eller mindre antal perioder af det modtagne signal, og de to tal bestemmes ved at danne en middelværdi af antallet af de modtagne perioder af forholdet mellem amplituden af de modtagne bølger og amplituden af de udsendte bølger og af forskellen mellem disse bølger. Hvis kvaliteten af signal/støj-forholdet gør det muligt at begrænse modtagelsen til én halvperiode, bestemmes disse to karakteristiske tal i denne enkelte halvperiode. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør gendannelse af billederne af sende- og/eller modtagestederne i forhold til refleksionsfladerne eller dis-kontinuiteterne i modsætning til de kendte fremgangsmåder, som muliggør gendannelse af refleksions- eller brydestederne af en zone, der skal undersøges.

Opfindelsen angår endvidere et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket anlæg er af den i krav 6's indledning angivne art, og som er ejendommeligt ved det i samme kravs kendetegnende del angivne. Ved hjælp af et således udformet anlæg bliver det muligt at begrænse varigheden af registreringen til et tidsrum, der er tilstrækkeligt til med nøjagtighed at detektere værdien af to karakteristiske tal som funktion af signal/støj-forholdet, at sammensætte i det mindste en række af n modtagne perioder i dette tidsinterval til frembringelse af et sammensat signal, at tilvejebringe ud fra dette sammensatte signal to tal, der er karakteristiske for en amplitude og en fase, og endelig at gendanne billederne ved anvendelse af værdierne af de to karakteristiske tal.

Det skal bemærkes, at der ved fremgangsmåden og anlægget til udøvelse af denne er tale om anvendelse af et holografiprincip. Selv om fremgangsmåden og anlægget er generelt anvendelige, har de en sær- 3 147834 lig interessant anvendelse ved seismiék prospektering, hvor dimensionerne af området, der skal undersøges, og bølgelængden af de anvendte akustiske signaler er meget store i forhold til dimensionerne af de genstande, som det er muligt at gendanne ved de kendte akustiske holo-gra f imetoder.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser vejen for et tog af udsendte bølger, som reflekteres af et dybtliggende lag i undergrunden, fig. 2 skematisk princippet ved en klassisk fremgangsmåde til prospektering, fig. 3 skematisk princippet ved fremgangsmåden til prospektering ifølge opfindelsen, fig.3A skematisk princippet ved den ombyttede fremgangsmåde til prospektering ifølge opfindelsen, fig. 4 skematisk princippet ved fremgangsmåden til prospektering ifølge opfindelsen i det tilfælde, hvor refleksionsfladen har en hældning, fig. 5 beliggenheden af modtageapparatet i forhold til sendekilden i tilfælde af flere refleksionsflader, fig. 6 et anlæg indeholdende n modtagere på linie med sendekilden og gendannelsesprincippet, fig. 7 gendannelsesbilledet, som fås ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen med to modtageapparater, fig. 8 skematisk en første udførelsesform for anlægget til * udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen og fig. 9 skematisk en anden udførelsesform for anlægget til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Ved den her omhandlede fremgangsmåde til seismisk prospektering udsendes i jorden en monokromatisk sinusformet kontinuerlig bølge. Denne bølge kan f.eks. frembringes ved hjælp af en omsætter af velkendt type.

Frekvensen af signalet kan f.eks. ligge mellem 15 og loo Hz, og dens nøjagtighed vil være forudbestemt på nogle perioder eller brøkdele af perioder nær i overensstemmelse med tykkelsen af det terrænafsnit, som ønskes prospiceret. Jo større tykkelsen af dette afsnit er, desto mere nøjagtig skal den udsendte frekvens være.

Amplituden af den sinusformede bølge kan bringes til at variere i tidens løb for at tage hensyn til dæmpningen af bølgerne med udbredelsen, idet de største amplituder vil svare til udsendelsens begyndelse.

Varigheden af toget af udsendte bølger bør være mindst lig 4 147834 med det dobbelte af den tid, som det tager for bølgerne at gennemløbe afstanden mellem to yderste refleksionsflader af terrænafsnittet, som man ønsker at undersøge. Der henvises her til fig. 1, hvor repræsenterer den nærmest overfladen liggende refleksionsflade og M2 den dy-bestliggende refleksionsflade i det underjordiske afsnit, som skal undersøges, S betegner sendekilden på jorden, og udsendelsen skal vare i det mindste i den tid, som det tager for de akustiske bølger at gennemløbe banen ABC, hvor B er refleksionsstedet for toget af bølger på den dybestliggende refleksionsflade M2. Varigheden af udsendelsen af bølgetoget kan være på op til f.eks. 6 sekunder.

Modtagelsen udføres ved hjælp af et sæt modtagere R (fig. 1) anbragt ved jordoverfladen, og hvis modtagefrekvens er afstemt efter sendefrekvensen. Varigheden af modtagetiden er kort. I virkeligheden reflekterer hvert reflekterende lag i undergrunden mellem M^ og M2 mod overfladen en sinusformet bølge, og disse bølgers faseforskelle er konstante, og deres stød skaber ved overfladen en stationær interferenstilstand. Hvert punkt ved overfladen af jorden svinger altså efter en sinusformet kurve, hvis frekvens er lig med frekvensen af den udsendte sinusbølge, men hvis amplitude og fase varierer fra det ene sted til det andet. Når den udsendte sinusformede bølge har en varighed, som svarer i det mindste til det dobbelte af vejlængden mellem og M2, og frekvensspektret er tilstrækkeligt smalt, er det tilstrækkeligt fra det øjeblik, hvor bølgerne, der reflekteres af den dybeste refleksionsflade M2, når jordoverfladen, at kende og registrere den maksimale amplitude og fasen af svingningen i hvert modtagepunkt for at kunne gendanne alle refleksionsfladerne og brydningsstedeme, som er beliggende mellem M.j og M2.

Tiden for modtagelse og registrering kan altså være meget kort, da det i princippet er tilstrækkeligt med én halvperiode for at bestemme de førnævnte parametre. For at forøge signal/støj-forholdet kan man i virkeligheden registrere det modtagne signal i løbet af en tid, som svarer til n perioder, hvor n f.eks. er lig med lo. Man danner dernæst på kendt måde summen af disse n perioder for at forøge signal/støj-forhol-det i et forhold vs. Under alle omstændigheder skal der imidlertid, når denne sum er dannet, kun bestemmes og registreres to værdier ved hjælp af modtagestedet, hvor den ene svarer til middelamplituden af variationen på dette sted, og den anden til dens fase i forhold til den udsendte sinusformede bølge.

Selv i det tilfælde, hvor registreringen varer flere perioder, kan varigheden af modtagelsen af det reflekterede signal således være blot nogle hundrededele sekunder, medens modtagevarigheden ved de kendte seismiske fremgangsmåder i almindelighed er ca. 6 sekunder.

For bedre at forstå princippet ved fremgangsmåden ifølge opfin- 5 U7834 delsen skal der henvises til en sædvanlig fremgangsmåde til seismisk prospektering vist· i fig. 2.

Ved denne fremgangsmåde udsendes der akustiske bølger fra en kilde S anbragt ved jordoverfladen. Den akustiske energi kan f.eks. udsendes i form af en impuls i det tilfælde, hvor der anvendes en dynamiteksplosion, eller også i form af et langt signal i det tilfælde, hvor der anvendes omsættere. I de to tilfælde modtager modtagere eller grupper af modtagere Ra,Rb .... Rn anbragt på linie ved jordoverfladen bølgerne, som frembringes af S og reflekteres af refleksionsfladen M ved refleksionsstederne M ,M, .... M . Man detekterer dernæst på kendt måde cl jd n beliggenheden af refleksionspunkterne Ma,Mb .... Mn og altså af refleksionsfladen M ved afmærkning på registreringerne af synkroniseringen af bølgerne, der reflekteres af disse forskellige punkter. Hvis man, således som det er almindeligt, anvender 24 modtagere, gendannes altså 24 punkter af refleksionsfladen M, og til hvert gendannet punkt svarer kun en enkelt bane, såsom SM R .

a a

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen udsendes som tidligere akustiske bølger fra en kilde S (fig. 3) anbragt ved jordoverfladen, men denne kilde skal nødvendigvis udsende sinusformede bølger. Modtagere Ra,Rb ···· Rn modtager bølgerne, som frembringes af S og reflekteres af refleksionsfladen Μ. I forbindelse med gendannelsesstadiet de-tekteres positionen ikke af refleksionspunkterne Ma,Mb .... Mr, men af det eneste billede af kilden S dannet af refleksionsfladen M. Deraf udledes positionen af punktet ΰ af refleksionsfladen M, som er beliggende midtvejs mellem punkterne S og . Hvis der som i det foregående tilfælde anvendes 24 modtagere, vil de 24 registreringer muliggøre gendannelse af et enkelt punkt, nemlig punktet for billedet af kilden S. Dette punkt S vil altså gendannes ved anvendelse af 24 forskellige baner, hvilket er meget gunstigt for at forbedre signal/støj-forholdet. Man kan ligeledes samtidigt anvende flere sendekilder S,S' ... (fig. 3). Gendannelsen af billederne vil altid ske ud fra den samme registrering baseret alene på n perioder (f.eks. n = 1 o). Hvert af sendepunkterne vil have et tilhørende billedpunkt eller ' dannet af refleksionsfladen M. Ved at anvende flere sendepunkter samtidigt kan man således opnå flere billedpunkter af kilderne og altså let gendanne refleksionsfladen M. Det samme resultat kan naturligvis også opnås med successive udsendelser og ved særskilt behandling af hver af registreringerne.

Man kan også (fig. 3A) anvende de forskellige registreringer, som fås fra et og samme modtageapparat R, ved skydninger, som udføres særskilt på forskellige steder Sa,Sb .··· Sn. Denne fremgangsmåde kaldes ligesom ved den klassiske seismiske metode en omvendt fremgangsmåde i modsætning til fremgangsmåden vist i fig. 2 og 3, som kaldes den normale. Ud fra de data, som er registreret i R og frembragt af banerne 6 147834 S M R, S, M, R .... S M R, kan man gendanne billedet R. af R i reflek-aabb nn J i sionsfladen M og ved afledning punktetpaf refleksionsfladen.

Det vil ses, at hvis anlægget har flere modtagepunkter og en enkelt sendekilde (den normale fremgangsmåde), kan man gendanne bille-det af kilden, og hvis det har flere sendepunkter og en enkelt modtager (den omvendte fremgangsmåde), kan man gendanne billedet af modtagepunktet, forudsat at udsendelserne ikke er samtidige. Hvis der er flere kilder, som sender samtidigt, og en enkelt modtager, er en gendannelse ikke mulig, da man ikke råder over tilstrækkelige oplysninger.

I det tilfælde, hvor der er flere modtagere og flere sendekilder, gendannes så mange billeder, som der er modtagere og kilder, dog forudsat at de samtidige udsendelser fra flere kilder, såfremt der er flere, modtages af flere modtagere.

Hvis refleksionsfladen er vandret (fig. 3), vil hvert billed-punkt være beliggende på den lodrette linie fra sendepunktet (den normale fremgangsmåde). Men hvis refleksionsfladen har en hældning (fig.

4), vil den naturligvis gendannes i sin sande stilling. Hvis registreringen udføres efter en dimension, dvs. hvis alle seismograferne er beliggende på en linie, kan man gøre den antagelse, at punktet S^' (fig. 4) er beliggende i det lodrette plan, som går gennem denne linie. Modsat hvis man ved overfladen har anbragt seismograferne efter et todimensionalt system, kan man gendanne billedet , uanset dets beliggenhed i undergrunden.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør således at udføre en operation analog med den "flerdobbelte dækning", eftersom der til hvert gendannet punkt svarer lige så mange bølgebaner, som der er modtagere i anlægget. Dette muliggør altså en meget fleksibel iværksættelse, eftersom hver udsendelse gør det muligt at gendanne de forskellige refleksionsflader med flerdobbelt dækning uden at bekymre sig om, hvad der har været eller hvad der vil være det nærliggende sendepunkt såvel som det tilhørende modtageapparat. Der skal ikke som ved den klassiske fremgangsmåde foretages summering af registreringerne, der svarer til sende- og modtagepunkter valgt således, at refleksionspunkterne på refleksionsfladerne er fælles. De statiske korrektioner har ved denne fremgangsmåde den samme betydning som i tilfældet ved sædvanlig seismisk prospektering. Hvad angår de såkaldte dynamiske korrektioner udgør disse, som det vil ses senere, en integrerende del af gendannelsesprocessen, hvilket naturligvis forudsætter, at man kender udbredelseshastigheden for de akustiske bølger i undergrunden. Hvert punkt af refleksionsfladen bliyer således systematisk gendannet med flere stråler, idet "dæknings"-graden er lig med antallet af registrerede spor anvendt til 7 147834 gendannelsen af dette punkt.

Hvis en genstand eller en uregelmæssighed i terrænet bryder eller spreder den seismiske energi, sender den oplysninger til alle modtagerne, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen gør det muligt at gendanne billedet af denne genstand med dens sande beliggenhed. I virkeligheden spiller dette punkt rollen som billederne af kilderne S^,S^· betragtet i det foregående. "Dæknings"-graden for et brydningspunkt er lig med antallet af forskellige baner, som udgående fra dette punkt har nået modtagerne. I tilfælde af samtidige eller efter hinanden følgende udsendelser er dette antal lig med produktet af antallet af sendekilder, som har ramt brydningspunktet, og antallet af mqdtagere i anlægget. Efter gendannelsesetapen konstateres ikke mere på de registrerede dokumenter tilstedeværelsen af brydningshyperboler, således som det er tilfældet ved sædvanlig seismisk prospektering, men kun billedet af brydningspunktet med dets sande beliggenhed i undergrunden.

Modtageanlægget kan være anbragt på jorden efter to dimensioner eller efter én dimension, dvs. på en linie ligesom ved sædvanlig seismisk prospektering.

Udstrækningen af anlægget står ikke, som det er tilfældet ved sædvanlig seismisk prospektering, i forhold til længden af refleksionsfladen, som man ønsker at detektere ved hver udsendelse, men til den bestemmelse, hvormed man vil gendanne billedet af de forskellige sendekilder. Jo længere udstrækningen af anlægget er efter en eller to dimensioner, jo bedre vil nøjagtigheden være, hvis refleksionsfladen er plan.

Det er ligeledes nødvendigt at bestemme på tilnærmet måde afstanden, som skal adskille de forskellige modtagere eller sendekilder.

Der skal nu henvises til fig. 5, hvor S betegner en sendekilde ved jordoverfladen. er billedpunktet af kilden S i forhold til den øverste refleksionsflade M-^, som man ønsker at gendanne. Det antages, at denne refleksionsflade er vandret.

Med fi(x) betegnes en seismograf, som er beliggende ved jordoverfladen i en afstand x fra punktet S. Man skal i punktet R(x) og i dets nærhed registrere en rumfrekvens i perioder pr. meter bestemt af forholdet: f k = -^2· sin hvor f betegner sendefrekvensen i Hertz, V udbredelseshastigheden i m/s af bølgerne i terrænet, som antages at være homogent, ogei/-^ indfaldsvinklen på jorden af strålen S^R(x).

8 14783Λ

Rumfrekvensen forøges altså, når vinklen«^ vokser. Hvis der er flere refleksionsflader M2»M^ .... Mn dybere nede end refleksionsfladen M^, vil de give billedpunkter S2»S^ .... Sn af kilden S. Bølgerne, som modtages ved R(x), og som svarer til disse kildebilleder, adderer sig til hinanden,og i punktet R(x) svarer spektret af rumfrekvenserne til summen af elementarspektrene hørende til hver kilde S-^,S2 ...

Rumfrekvenserne, som modtages af modtageanlægget, vokser med afstanden x, og i hvert modtagepunkt er den højeste frekvens, som skal registreres, svarende til den korteste bølgelængde, den frekvens, som frembringes i dette punkt af bølgerne, der reflekteres af den øverste refleksionsflade og giver billedpunktet S-^.

Det vil altså være fordelagtigt at anvende et anlæg, hvor afstanden mellem de forskellige modtagere varierer som funktion af deres afstand x fra kilden S, hvor det største interval svarer til modtagerne, der ligger nærmest sendepunktet S.

Hvis f.eks. det øverste punktbillede af kilden er beliggende på 3oo meter, vil rumperioden X* af jordens bevægelse forårsaget af refleksionen på refleksionsfladen M i et modtagepunkt beliggende 5oo meter fra sendepunktet S være: λ' = . λ Μ Λ smct^ hvor λ = j- o Y = hastigheden af de akustiske bølger f = sendefrekvensen? i dette tilfælde har sinct^ en værdi, der i det væsentlige er lig med o,5> altså λ* & 2 Λ.

For et modtagepunkt beliggende ved jordoverfladen i en afstand af 15oo meter fra sendekilden S har sinet ^ derimod en værdi, der i det væsentlige er lig med o,98, og rumperioden λ' er på det nærmeste lig med λ.

I 15oo meters afstand fra sendepunktet vil den maksimale afstand mellem modtagerne ved jordoverfladen altså være to gange mindre end omkring 5oo meter.

Den etape af fremgangsmåden, som følger efter modtage- og registreringsetapen, der udføres ved hjælp af seismografer, er gendannelsen.

Princippet for gendannelsen ved den normale fremgangsmåde består i at betragte seismograferne således, at de nu er kilder for si- 9 147834 nusformede svingninger og ved beregning at sammensætte disse forskellige bevægelser indbyrdes. Hvis de fiktive svingninger, som fremkaldes af seismograferne, er de samme som dem,de har undergået i registreringsøjeblikket, skal sammensætningen af alle disse fiktive bevægelser gendanne de forskellige punktbilleder af sendekilderne.

Pig. 6 viser et linieforraet anlæg dannet af n seismografer, der f.eks. er anbragt på samme side af sendepunktet S. Yed registreringen har hver af disse seismografer R^ hørende til et nedenfor beskrevet anlæg registreret amplituden a^ af svingningen i det tilsvarende punkt af anlægget såvel som dens fase hvor begyndelsespunktet for faserne er valgt f.eks. i sendepunktet S.

Por hver registrering svarende til hver seismograf vil udtrykket for fasen altså være: ♦i ^ SA·

En. gendannelsesmetode skal beskrives nedenfor som et eksempel.

Man kan f.eks. i hvert punkt P(x,y) (fig. 6) af det lodrette plan, som går gennem anlægget, sammensætte de forskellige bølger, der udsendes af de forskellige seismografer R^,med en amplitude a^ og en fase S-jR^, Por et punkt P med koordinaterne x og y vil den resulterende komplekse amplitude således være: ?(x,y) = l a- e ^ (S1Ri-pRi> # hvor .2 = u i=l

Ret ses let, at i tilfælde af en enkelt refleksionsflade M-^, når punktet P er sammenfaldende med den eneste kilde S^, som svarer til Mp forsvinder forskellen S1Ri - PR^ i alle udtrykkene i summen, og modulus af den komplekse amplitude $, som fås i P, vil være maksimal.

Hvis der er et stort antal punktbilleder ,S2 ·.· Sn/ fig. 5, vil man,hver gang punktet P er sammenfaldende med et af disse punkter, ved gendannelsen få et maksimum i henseende til modulus. Man tildeler således hvert punkt P(x,y) i det lodrette plan, som går gennem anlægget, en værdi $(x,y)/ , modulus afi1, og på registreringspapir eller film gengives de kraftige amplituder af j!Plved store fotografiske tætheder og de svage amplituder ved små tætheder. Rer fås derved en afbildning af et lodret snit i undergrunden, hvor de seismiske zoner er afbildet ved rækken af billederne af kilderne (den normale fremgangs- 10 147834 måde) eller ved billederne af modtagerne (den omvendte fremgangsmåde).

Pig. 6 viser tilfældet med et linieformet anlæg efter den normale fremgangsmåde beliggende helt på samme side i forhold til sen-depunktet S. Det kan dog i visse tilfælde være fordelagtigt for at få en god bestemmelse at fordele modtagerne i to sæt D·^ og Dg på hver sin side af S, som vist i fig. 7> idet registreringerne, som udføres i D-^ og Dg, iøvrigt kan ske samtidigt eller successive. I alle tilfælde frembyder der sig to behandlingsmuligheder, enten at betragte de to sæt D-£ og Dg som et og samme anlæg, eller at behandle registreringerne tilvejebragt i D-^ og Dg særskilt. I dette tilfælde vil hvert punkt i planet, såsom P(x,y) angivet i fig. 7, være påvirket af to værdier, den ene svarende til D^ og den anden til D^· Man vil da ved kombination af disse to værdier søge på vilkårlig måde at tildele P et reelt tal, således at den derved tilvejebragte bestemmelse af S·^ bliver den bedst mulige.

Anlægget til udøvelse af fremgangsmåden skal herefter beskrives under henvisning til fig. 8 og 9.

I en første udførelsesform vist i fig. 8 omfatter det samlede anlæg et sendeanlæg P, et modtageanlæg G·, et behandlingsanlæg for informationerne H,et registreringsanlæg I og et beregningsanlæg J.

Sendeanlægget P omfatter f.eks. en eller flere omsættere 1, der hver udsender et sinusformet signal med en frekvens £ og kan strømforsynes ved hjælp af en fælles generator 2 eller af hver deres generator. En elektronisk port 3 indskudt i kredsløbet mellem generatoren 2 og omsætterne i gør det muligt at tilføre sendesignalet i det ønskede tidsinterval, det vil her sige i det tidsinterval, som bringer de akustiske bølger til ad en frem- og tilbagegående vej at gennemløbe det lodrette snit i terrænet, som skal undersøges.

Hår de forskellige omsættere i er elektrisk forbundet med hinanden, kan man anbringe dem således, at de på kendt måde ophæver overfladestøjen.

Modtageanlægget G· omfatter en modtager 4 pr. spor, som man ønsker at registrere. Hver modtager kan omfatte flere optagere for at forøge signal/støj-forholdet, således som det ligeledes er velkendt.

Behandlingsanlægget H for informationerne anbragt på terrænet omfatter et elektrisk pasbåndsfilter 5 afstemt på sendefrekvensen f og tilpasset båndbredden af det udsendte signal. Udgangssignalet fra filtret 5 forstærkes dernæst i en forstærker 6. En elektronisk port 7 anbragt i kredsløbet efter forstærkeren 6 lader kun et antal n perioder af signalet passere, dvs. den er kun åben i en tid At = ψ-· Dette

Io 11 147834 antal n afhænger af den relative betydning af signalet og af støjen ved registreringen. Jo større signal/støj-forholdet er, desto mindre kan antallet n af perioder være. Som grænseværdi kunne man have n = 1/2 periode. I virkeligheden er det mere praktisk at vælge n lig et helt tal.

Værdien af signal/støj-forholdet, som bestemmer n, fås ved hjælp af et elektrisk filter 8 med et bredt pasbånd afstemt på sendefrekvensen f og ved hjælp af en elektronisk komparator 9» som modtager udgangssignalerne fra filtrene henholdsvis 5 og 8 og sammenligner dem. Der fås herved et signal, som er en funktion af signal/støj-forholdet, og som ført til porten 7 styrer varigheden af dennes åbning.

Udgangssignalet fra porten 7 føres til et forsinkelsesapparat lo, der har en indgang og n udgange svarende til de n perioder, som passerer porten 7. Dette forsinkelsesapparat kan bestå af en magnetisk tromle, der roterer med konstant hastighed. Paste magnetiske læsehoveder er anbragt omkring denne tromle med ensartet mellemrum, således at den tid, som det tager for et punkt på tromlen at gennemløbe et mellemrum mellem to hoveder, er lig med perioden TQ = γ- af det udsendte signal. De n udgangsveje i forsinkelsesapparatet før§r til et summationsapparat 11, der leverer et signal i form af en sinusformet periode, der svarer til middelværdien af de n perioder, som modtages i tiden 4t = rjr* .

En amplitudedetektor 12 gør det muligt at måle den maksimale amplitude a af den sinusformede bølge, som fås fra summationsapparatet 11. Behandlingsanlægget omfatter endvidere en fasedetektor 13, som modtager udgangssignalet direkte fra generatoren 2 og udgangssignalet fra summationsapparatet 11 og måler faseforskellen<f mellem disse to signaler.

Registreringsanlægget I omfatter et magnetisk registreringsapparat 15,der fortrinsvis er numerisk,og for hver modtager registrerer værdien af amplituden a, som afgives fra detektoren 12,og faseforskydningen f, som afgives fra detektoren 13> dvs. at man for en udsendelse, der omfatter 24 spor, kun skal registrere 48 værdier.

Et beregningsanlæg J anbragt i kredsløbet efter registre-ringsapparatet muliggør den automatiske gendannelse ud fra de forskellige værdier af a og af<f efter en metode analog med den foran beskrevne.

Billederne af kilder eller af modtagere er således repræsenteret ved en fordeling af reelle tal i et lodret snit i undergrunden, som går gennem S og R^ i tilfælde af et linieformet anlæg. Der hvor de store tal findes, kan man anbringe billedet af en kilde.

12 147834

Ifølge en anden udførelsesform for anlægget til udøvelse af opfindelsen vist i fig. 9 omfatter dette et sendeanlæg I* identisk med anlægget P i fig. 8, som udsender et signal fra et øjeblik t. Et andet sendeanlæg P1 identisk med anlægget P udsender et identisk signal fra et øjeblik t + At. lidsforskellen At skal enten være nul eller større end varigheden af det udsendte signal.

Modtageanlægget G er identisk med anlægget G i fig. 8.

Behandlingsanlægget H for de modtagne informationer er ligeledes identisk med det tilsvarende anlæg i fig. 8 og leverer faseforskellen mellem det udsendte signal og det modtagne signal såvel som den maksimale amplitude af det sinusformede signal, som modtages ved hver modtager. I tilfældet, hvor At = 0, bliver de to signaler udsendt samtidigt. Modtagelsen og behandlingen sker som i det foregående tilfælde, fig. 8, men ved gendannelsen vil man opnå to billeder i stedet for det ene. Hvis At er forskellig fra 0, er der i dette tilfælde to udsendte signaler, der er forskudt i tid, og som frembringes af hver deres sendeanlæg P og P*. Behandlingsanlægget leverer da successive to amplitudemålinger a og a* og to faseforskydningsmålinger <f og tf*.

Registreringsanlægget I omfatter et lager forbundet med et summationsapparat vist ved elementet 14. lageret opbevarer et øjeblik oplysningerne vedrørende a og <j>, der frembringes af sendeanlægget F, oplysningerne a* og tf*, der frembringes af P',og summationsapparatet giver amplituden v (a eos<p + a*cos ψ *)^ + (a βχηφ + a'sintp *)^ og fasen ί = Arct« a oo8f + a‘oos}‘

Registreringsapparatet 15 registrerer værdierne ft og $ .

Det vil ses, at man kan anvende flere sendeanlæg under de samme betingelser.

Et beregningsanlæg J analogt med det tilsvarende anlæg i fig. 8 afslutter anlægget ifølge opfindelsen.

Alle disse operationer kan gentages med forskellige frekvenser. Gendannelsesoperationerne kan udføres særskilt og adderes til hin-. anden. Man kan addere de forskellige værdier af komplekse amplituder^ , som fås i hvert af punkterne for de forskellige frekvenser og finde modulus af summen. De ovenfor angivne eksempler gør brug af modtagerne på linie (fig. 6), hvilket ikke giver tilstrækkelig oplysning til en 15 147834 gendanneIse i tre dimensioner. Hvis man ønsker en sådan gendannelse, er det klart, at det ikke er tilstrækkeligt at anbringe modtagerne på en ret linie, men at disse skal fordeles over en Hel overflade.

De foregående eksempler er beskrevet under den antagelse, at der som sendekilde anvendes omsættere, der udsender bølger i jorden.

Det vil forstås, at man kan anvende en Hvilken som Helst anden kilde, der udsender akustiske monokromatiske bølger, f.eks. ultralydbølger i et væskemilieu, uden at forlade opfindelsens rammer. I dette tilfælde kunne modtagerne f.eks. bestå af piezoelektriske materialer. Man kan således ved anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen undersøge f.eks. topografiske overflader under vandet såvel som overfladen af væggene af kilder. Man kan også tænke sig ved Hjælp af denne fremgangsmåde at udføre biologiske studier ved undersøgelse af de indvendige dele af en organisme, studier som sædvanligvis sker enten ved dissektion eller ved Hjælp af fotografering med røntgenstråler eller gammastråler.

Man kan også anvende sendere for radioelektriske bølger såvel som de modtagere, som i almindelighed Hører dertil.

Claims (8)

14 147834 Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til bestemmelse af overflader eller diskontinuiteter af et område, der skal undersøges, navnlig seismisk prospektering, omfattende udsendelse på mindst et sted af bølger, som er udvalgt i det akustiske og radioelektriske bølgeområde, med i det væsentlige konstant frekvens i en tid, der i det mindste er lig med den tid, som det tager for bølgerne at gennemløbe den dobbelte vej mellem to yderpunkter af zonen, der skal undersøges, modtagelse af bølgerne på mindst et sted i et tidsinterval, som er meget mindre end sendetidsintervallet, hvorhos sende- og modtagestederne ligger i afstand fra de nævnte overflader, og detektering af bølgerne, som reflekteres eller brydes af overfladerne eller diskontinuiteterne af den undersøgte zone, kendetegnet ved, at der anvendes flere forskellige kombinationer af sende- og modtagesteder,at der for hver særskilt kombination af sende- og modtagesteder bestemmes et par karakteristiske tal, det. ene for den maksimale middelamplitude af de detekterede bølger i modtagelsestidsintervallet og det andet for middelfasen af de detekterede bølger i forhold til fasen af de udsendte bølger, og at beliggenheden af brydningsstederne og billederne af sende- og/eller modtagestederne bestemmes i forhold til overfladerne, der optræder som refleksionsflader i det betragtede område, og som frembringer svingningstilstanden bestemt af mængden af parrene af karakteristiske tal ved kombination af værdierne af de forskellige par af målte tal.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sendefrekvensen af bølgetoget vælges i et frekvensområde, hvis bredde varierer i omvendt forhold til afstanden mellem de yderste overflader, der skal undersøges, i området.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de udsendte bølger har en større amplitude ved begyndelsen af tidsintervallet svarende til udsendelsen end ved enden af dette tidsinterval .

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at bølgerne udsendes på mindst et sted og modtages på flere steder, og at amplituderne og faserne af signalerne, som modtages på hvert af modtagestedeme, forenes til udledning deraf af et karakteristisk tal for hvert af punkterne i området, der skal undersøges, og at man således gendanner billederne af sendekilderne i forhold til diskontinuiteterne og/eller bestemmer selve diskontinuiteterne. 15 147834

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at bølgerne udsendes successive på flere forskellige steder og modtages på mindst et sted, og at amplituderne og faserne af signalerne, som modtages successive på modtagestedet, og som hidrører fra forskellige sendesteder, forenes til udledning deraf af et karakteristisk tal for hvert af punkterne i området, der skal undersøges, og at man således gendanner billederne af modtagestedet.

6. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 omfattende et sendesystem for monokromatiske bølger og modtageorganer for signalerne svarende til bølgerne, der reflekteres af diskontinuite-terne i området, kendetegnet ved, at det omfatter organer (5,8,9) til sammenligning af de modtagne signaler med den modtagne støj, organer (7) til at begrænse registreringsvarigheden for de modtagne signaler som funktion af signal/støj-forholdet til et valgt antal n perioder, summationsorganer (lo,11) for disse n perioder, som leverer i det mindste et signal med sinuskurveform svarende til middelværdien af de n perioder, en amplitudedetektor (12) til måling af den maksimale amplitude af signalet med sinuskurveform, en fasedetektor (13) til måling af faseforskellen mellem udgangssignalet fra sendesystemet og signalet med sinuskurveform, som afgives af summationsorganerne (11), et registreringsorgan (15) til for hver af kombinationerne af sende- og modtagesteder at registrere en værdi, der afhænger af den nævnte amplitude, og en værdi, der afhænger af faseforskellen, og organer til gendannelse af billederne af sende- e kilderne eller modtagestederne indrettet til at kombinere værdierne, som afhænger af amplituden og af faseforskellen.

7. Anlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at sendesystemet omfatter en enkelt sendeenhed (F), og at registreringsorganet er direkte forbundet med fasedetektoren og med summationsorganerne.

8. Anlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at sendesystemet omfatter to sendeenheder (F, F'), som hver udsender et identisk signal på forskellige udvalgte tidspunkter, at summationsorganerne omfatter et element til at summere n perioder af hvert af de modtagne signaler svarende til de udsendte signaler fra de to sendeenheder og til at levere to signaler med sinuskurveform, at fasedetektoren omfatter et element, som frembringer signaler som funktion af de respektive faseforskelle mellem udgangssignalet fra sendesystemet og hvert signal med sinusformet kurveform, og at anlægget desuden omfatter forsinkelsesorganer i forbindelse med summationsorganerne (14) til ved kombination af signalerne, der frembringes af