NO140482B - Apparat for frembringelse av trykkboelger - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et apparat for frembringelse

av trykkbølger i bakken, spesielt for anvendelse ved lettseismikk på land, omfattende en slagmasse innrettet til å støte

mot bakken.

Efterhvert har man mer og mer forsøkt å anvende seismiske undersøkelsesmetoder ved undersøkelse av grunnen når man er interessert i lag som befinner seg på liten dybde. Dette er spesielt ønskelig under gruveundersøkelser eller malmleting og f.eks. innen ingeniørgeologien.

Den tradisjonelle seismikk for bruk på land hvor man anvender anordninger basert på eksplosive ladninger eller fall-vekter, for frembringelse av mekaniske bølger i de grunnforma-sjoner som skal undersøkes, er ikke fullt ut tilfredsstillende i foreliggende forbindelse.

I virkeligheten er den tradisjonelle landseismikk utviklet for å undersøke arten av de forskjellige geologiske lag som befinner seg på stor dybde. Av denne grunn er de midler som tas i bruk meget betydelige i omfang og omkostninger, sett i relasjon til det resultat som her søkes oppnådd. Videre vil de reflekterte overflatebølger som generelt sett utgjør den "støy" som ledsager de avbøyde og reflekterte bølger fra de dype lag, bli eliminert ved behandlingen av de signaler som er mottatt i mottagere eller geofoner tilforordnet sendere for mekaniske bøl-ger ned i grunnen.

Man har forsøkt å forbedre fallvektapparaturen fordi denne har vært lett å mestre. Herunder er det foreslått en kilde for frembringelse av mekaniske bølger, bestående av en hammer som støter mot én plate anbragt på bakken. Det blir imidlertid på denne måte bare oppnådd svake sjokk eller rystelser og følge-lig kan man ikke overskride en viss avstand mellom sender og mottager, hvilken avstand er av størrelsesorden 80 m.

Videre skal det bemerkes at uansett hvilke apparater eller anordninger som anvendes, er disse vanskelige å håndtere og kan som følge av deres omfang ikke arbeide raskt i et punkt efter det annet på den grunn som skal undersøkes, hvilket med-fører prohibitive omkostninger for hver km av den grunn som skal undersøkes.

Allikevel kan metoder for seismiske undersøkelser til lands eller til vanns anvendes ved lettseismikk på land innen ingeniørgeologien og spesielt den metode som er kjent under betegnelsen "SOSIE", som består i å utsende pulstog med tilnærmet konstant amplityde, idet tiden mellom to pulser fra en og samme kilde er kortere enn refleksjonstiden fra det dypeste lag som er av interesse.

Dette er grunnen til at man har søkt å fremskaffe et apparat for frembringelse av mekaniske trykkbølger for lettseismikk på land og efter omstendighetene for den metode som er angitt ovenfor, idet alle seismiske undersøkelsesmetoder kan anvendes.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å tilveiebringe et slikt apparat som har redusert omfang, er lett håndterbart og stabilt, dvs. i stand til å utsende bølger hvis amplityde er kjent under sendetiden.

I denne sammenheng kan den relevante, kjente teknikk ansees representert ved britiske patentskrifter 1.120.151, 1.204.179 og 1.245.979. De seismiske vibrasjons- eller bølge-generatorer som er beskrevet i disse patentskrifter, går ut på

at hydraulisk fluidum eller en elektromagnetisk anordning styres mekanisk for å bringe en reaksjonsdel eller -masse til å generere seismiske bølger. Slike systemer er forholdsvis kompli-serte og leverer utgangseffekt med lav prosentvis virkningsgrad, hvilket spesielt er utpreget ved lave frekvenser.

Videre er alle de nevnte patentskrifter rettet mot en kontinuerlig seismisk vibrasjonsgenerator og tar i bruk frekvens-teknikker for å koble lydenergi til bakken eller undergrunnen. For eksempel vil bevegelse av slagmassen eller treghetsdelen i anordningen og følgelig de utsendte seismiske bølger, være ana-loge med den elektriske drivstrøm. Av denne grunn vil de utsendte seismiske bølger bestå av lange og kontinuerlige signaler. Ved å endre strømmens frekvens blir frekvensen av det utsendte signal endret, men i hvert tilfelle er det utsendte signal kontinuerlig .

Ingen av de kjente utførelser omtaler midler til å avstedkomme separate slag eller støt mot bakken over de grunn-formas joner som skal undersakes. Heller ikke er det antydet noe om å tilveiebringe en vilkårlig fordeling i undergrunnen.

Til forskjell fra den kjente teknikk består det nye

og særegne ved apparatet ifølge oppfinnelsen i første rekke i en drivanordning for på intermitterende måte å bevirke at slagmassen gir støt med en repetisjonstakt på mellom 0,5 og 100 Hz,

en anordning til å variere repetisjons-takten under intervallene mellom støtene, og en transduser tilforordnet slagmassen og innrettet til å avgi et signal som i det minste representerer tidspunktene for de nevnte støt.

Den her angitte løsning innebærer at pulsene er ad-skilt i en sekvens og tilfeldig fordelt slik at de mottatte signaler som detekteres av transduseren, tillater behandling i et system av "SOSIE"-typen.

Da de tidligere kjente anordninger videre er meget tunge og har de samme ulemper som anordninger basert på fallen-de lodd, kan de ikke beveges innenfor et område av det terreng som skal undersøkes. Som nevnt er det en fordel med denne oppfinnelse at apparatet er lett å håndtere og kan bringes omkring i hvilket som helst område som skal undersøkes. Videre er det av stor interesse at frekvensen eller repetisjonstakten for støtene eller slagene er i stand til å bli endret under slik bevegelse.

I henhold til en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen representerer det signal som leveres av transduseren, amplitydene av og tidspunktene for støtene eller slagene.

Andre fordeler og karakteristiske trekk vil fremgå

av den følgende beskrivelse i tilknytning til tegningen, hvor: Figur 1 er et delvis snitt gjennom et apparat ifølge en ut-førelsesform av oppfinnelsen,

figur la viser et snitt gjennom en transduser,

figur 2 viser et blokkskjerna for signalbehandlingen,

figur 3 og 4 viser skjematisk utførelsen av seismiske under-søkelser ved hjelp av apparatet.

Det apparat som er vist på figur 1 og la, omfatter en vibrerende ramme 1 som er sammenføyet med nødvendige organer for å frembringe vibrasjoner, så som en motor 2 forsynt med driv-stoff gjennom en ledning 3 som gjennom en ventil 4 er forbundet med en tanks. Akselerasjon eller retardasjon av motoren 2 bevirkes ved hjelp av et gasshåndtak 6 og en overføringskabel 7.

Et legeme 8 er på den ene side forbundet med rammen 1 og med en føringssylinder 9 på den annen side, hvilket legeme 8 er bestemt til å oppta en veivarm hvis eneste arm er synlig på figur 1. Føringssylinderen 9 omfatter et sirkulært skjørt 11 som ved hjelp av en belg 12 er forbundet med et annet sirkulært skjørt 13 festet til en fjærsylinder 14. I det indre av fjær-sylinderen 14 er det anbragt en vibrerende fjær 15 og et førings-stempel 16 som glir i et rør 17 og er forbundet med armen 10

ved hjelp av en tapp 18.

På den nedre ende av føringssylinderen 14 er det montert et slaghode 19 med hensiktsmessig form for å gi støt mot bakken på bekvem måte. På .slaghodet 19 er det fortrinnsvis vinkelrett på anleggsflaten 19a montert i det minste en elektromagnetisk transduser 20 bestående av en spole 21 og en kjerne 21a av bløtt jern, innrettet til å avgi et signal for hvert støt av slaghodet 19.

Når slaghodet settes i bevegelse med en frekvens på mellom 0,5 Hz og 100 Hz, fortrinnsvis mellom og 1 og 35 Hz,

blir de signaler som frembringes av transduseren overført gjennom en ledning 22 og formes i en krets 23 før de samtidig føres til en regnemaskin 24 av typen "SOSIE", f.eks. analog med den som er beskrevet i fransk patent 2.068.147, og til et kontroll-oscilloskop 25.

Denne utførelse har til formål å transformere hvert avgitt signal under hvert støt til en eneste puls med gitt amplityde og med en pulsbredde som er mindre enn to ganger størrelsen av en samplingsperiode som er definert nedenfor, hvilken puls bestemmer det nøyaktige tidspunkt for slaget. Det er klart at de signaler som avgis av transduseren 20 kan påtrykkes direkte på pulsformekretsen 23 eller overføres ved hjelp av en radio-sender/mottager 26, 27. Dette siste arrangement gjør det mulig å adskille slagapparatet fra behandlingsmidlene eller anordningene som kan forbli stasjonære uansett hvilken vei eller bane som slagapparatet arbeider langs, hvilket tillater reduksjon av lengden av ledningen 22 og unngåelse av be-vegelser som kan være skadelige for den korrekte overføring av

sendesignaler fra transduseren 20.

På inngangen av regnemaskinen "SOSIE" påtrykkes likeledes de signaler som blir mottatt i et mottagerorgan 28,

så som en geofon, efter refleksjoner og refraksjoner av de utsendte signaler i de forskjellige lag i den grunn som under-søkes, hvilke mottatte signaler først passerer gjennom en analog-forsterker 29 i hvilken de blir filtrert og forsterket før de påtrykkes på regnemaskinen 24.

De seismiske signaler som leveres av mottagerorganet

og innføres i regnemaskinen, blir numerisert efter samplings-periodene på 0,5 - 1 - 2 eller 4 millisekunder og den behandling av typen "SOSIE" som er beskrevet i fransk patent 1.583.239

skjer i sann tid under anvendelse av de signaler som leveres av transduseren 20 som referanse, idet disse er formet slik som tidligere angitt, hvilke signaler representerer sendetidspunktene, dvs. i virkeligheten de tidspunkter i hvilke slaghodet støter mot overflaten av den grunn som skal undersøkes. Efter en gitt sendetid, vanligvis 30 til 60 sekunder, stoppes prosessen og de gitte størrelser er klar til å sendes til en registrerings-innretning 31, så som et kamera for én kurve, som utgjør et organ for fremvisning av resultatene, gjennom en forsterker 3 0 og/eller til en magnethukommelse 3 2 beregnet til å lagre resultatene (se fig. 2).

I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen kan det tas hensyn til amplitydene av de signaler som leveres av transduseren, idet hvert av disse signaler som blir avgitt under hvert slag, omdannes til en eneste puls med amplityde som er en funk-sjon av det signal som leveres av transduseren og hvis pulsbredde er mindre enn to ganger størrelsen av en samplingsperiode som skal defineres i det følgende, hvilken puls samtidig bestemmer det nøyaktige tidspunkt for pulsen og den tilsvarende sjokk-amplityde på grunnen.

Rekken av pulser såvel som de seismiske signaler som leveres av mottagerorganet, innføres i en numerisk korrelator som realiserer interkorrelasjons-funksjonen mellom de mottatte seismiske signaler og pulsrekken.

Da mulighetene for utførelse1 av undersøkelser avhenger av antallet av sendetransdusere eller kilder og av det antall mottagere som står til disposisjon, såvel som av det ønskede resultat, skal det i det følgende bare gis et eksempel på en utførelse realisert med et utstyr for en kurve, hvilken utførelse består i å holde mottageren stasjonær mens sendekilden forflyttes over en viss distanse hvorved det fremkommer en variabel avstand mellom kilden og mottageren, idet denne utførelsesmåte tillater distinksjon mellom mottatte signaler som er avbøyet henholdsvis reflektert, hvilket skjer ved hjelp av de tilsyne-latende hastigheter og indikasjons-krumninger, dvs. organisert støy.

På figur 3 er avstandsposisjonen representert ved mottagerne i punktet R, og sendekilden i punktet E^. Distan-sen R-].Ei rePresenterer den minste avstand. Så blir sendekilden forflyttet sammen med slaghodet 19 til posisjonen E^ som re~ presenterer den maksimale avstanden, under hensyntagen til dyb-den av de informasjoner som søkes. Ved å gå fra E.^ til E^2 med kilden og ved å registrere i punktet R^ blir det oppnådd en registrering av 12 kurver med den krumning som er angitt med heltrukne streker.

Den annen serie målinger skjer ved å gå fra E'^ til E'l2 un<^er registrering i punktet 0<3 derefter fra E"^ til E"^2 ved registrering i punktet R^ og videre på tilsvarende måte. Det vil sees at på denne måte har man alltid indikasjonene i samme retning, og det blir like mange fylte segmenter som tomme segmenter.

For å komplettere disse tomme segmenter med indika-sjoner i motsatt retning, går man tilbake igjen med sende-3 3 4

utstyret suksessivt fra E , til E ^» derefter fra E ^ til E R 4 5 ,e„ tocs. v. Doet g rpeungkit stri ehrevr ilki edt e mraen spveekndteivr e omm ootg taggeåorr putniklbtear keR 4,

igjen, er i prinsippet avslutningen av profilet og det er nød-vendig under registreringen i kameraet, å ta hensyn til de segmenter eller seksjoner av profilet som sist ble komplettert.

Denne utførelse er den eneste som med et utstyr for

en kurve og bare en kilde, tillater en kontinuerlig avansering av denne uten å måtte arbeide med unødvendige forflytninger.

I det øyemed å få en kontinuerlig dekning av speil-punkt uten å måtte gå tilbake samme vei med kilden, kan det anvendes to sendekilder E og F som blir anvendt i rekkefølge av den samme assistent. Figur 4 viser de suksessive posisjoner av to kilder og av mottagere. Når slagapparatet forflyttes fra posisjonen E"^ til posisjonen E"<*>"-^» blir dette efterlatt på plass og det tas i bruk et annet slagapparat som forflyttes fra F"*", til F"*",-. Derefter tas det første apparat igjen med fstrpiaa l rE peo2 lss^ eist. jiol Mn E aE n 2^ 1 ^ foorusfvnldy. ettr Deer rnenget e isuftørterføsrrtiene lg sae pi pmmaoerdtat ftøagrfeerrr a en psotoRsr i^s. tjoidDn esbEre-^"-1, efter efterlates det første apparat på plass og et annet slagapparat tas i bruk og forflyttes fra F^ til F1^ under registrering på mottageren R_. Det første apparat blir så igjen tatt i bruk og forflyttet fra E 2 ^ til E 2^2 med registrering i punktet R^/ derefter blir det annet apparat igjen anvendt og videre på samme måte.

Som tidligere angitt kan apparatet ifølge oppfinnelsen anvendes med fordel som sendekilde for mekaniske bølger under seismiske undersøkelsesmetoder utviklet av foreliggende patentsøker og kjent under betegnelsen "SOSIE", hvilke metoder spesielt er beskrevet i fransk patent 1.583.239 (en sendekilde) og dettes tilleggspatent 2.142.122 (flere sendekilder) samt i fransk patent 2.123.839.

Det er klart at det ovenfor beskrevne apparat ikke bare kan anvendes i forbindelse med den ene seismiske under-søkelsesmetode som er omtalt som "SOSIE", men også kan anvendes ved andre metoder ved hvilke sendetidspunktene registreres. Videre kan anvendelsen av apparatet skje ved å holde konstant avstand mellom senderne og mottagerne på tilsvarende måte som ved en undersøkelsesmetode anvendt i marin seismikk.

I den ovenfor gitte beskrivelsen er transduseren 20 montert direkte på slaghodet 19, men det kan likeledes tenkes tilfeller hvor transduseren plasseres på en plate anbragt på bakken og som slaghodet kan virke eller støte mot. Dessuten kan transduseren 20 plasseres direkte på bakken under forut-setning av at avstanden mellom slaghodet og transduseren forblir tilnærmet konstant under hele varigheten av utsendelsen.

Claims (8)

1. Apparat for frembringelse av trykkbølger i bakken, spesielt for anvendelse ved lettseismikk på land, omfattende en slagmasse innrettet til å støte mot bakken, karakterisert ved en drivanordning for på intermitterende måte å bevirke at slagmassen gir støt med en repetisjons-takt på mellom 0,5 og 100 Hz, en anordning til å variere repetisjons-takten under intervallene mellom støtene, og en transduser tilforordnet slagmassen og innrettet til å avgi et signal som i det minste representerer tidspunktene for de nevnte støt.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det signal som leveres av transduseren representerer amplitydene av og tidspunktene for støtene.

3. Apparat ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at støt-takten ligger mellom 1 og 35 Hz.

4. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at transduseren er plassert på slagmassen.

5. Apparat ifølge et av kravene 1 eller 4, karakterisert ved at en plate er anbragt mellom jordoverflaten og slagmassen.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at transduseren er plassert på den plate som er anbragt mellom jordoverflaten og slagmassen.

7. Apparat ifølge et av kravene 1 eller 3, karakterisert ved at transduseren er plassert direkte på bakken, og at avstanden mellom slagmassen og transduseren forblir tilnærmet konstant under hele varigheten av en utsendelse.

8. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det er tilforordnet til en mottager og en anordning for behandling av de signaler som blir mottatt av mottageren.