NO149943B

NO149943B - PROCEDURE AND DETECTOR OF SEISMIC INVESTIGATION

Info

Publication number: NO149943B
Application number: NO781063A
Authority: NO
Inventors: Ernest Marlin Hall Jr
Original assignee: Western Geophysical Co
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1984-04-09
Also published as: IT1156186B; DE2813487C2; IT7848664A0; FR2386056B1; NO149943C; BE865476A; SE7803556L; IE780645L; SE430544B; MX145829A; NL7803500A; CH633372A5; FR2386056A1; GB1599146A; IE46597B1; NO781063L; DE2813487A1; CA1116285A

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å bestemme horisontal- og vertikalkomponenter av seismiske signaler fra vibrasjoner i jordoverflaten, ved anbringelse av et antall seismiske detektorer hovedsakelig fyllt med flytende masse, hver i vilkårlig orientering på jordoverflaten, samt en detektor for utførelse av fremgangsmåten. The invention relates to a method for determining horizontal and vertical components of seismic signals from vibrations in the earth's surface, by placing a number of seismic detectors mainly filled with liquid mass, each in an arbitrary orientation on the earth's surface, as well as a detector for carrying out the method.

Ved seismisk undersøkelse med refleksjon blir de reflekterte seismiske signaler detektert ved hjelp av seismiske detektorer, enten geofoner eller hydrofoner. Geofoner anvendes på land og hydrofoner til sjøs. I bruk blir en geofon koplet til jordoverflaten og reagerer på bevegelser i denne. En hydrofon senkes ned i vann og reagerer på trykk-endringer som frembringes av bevegelser i jordoverflaten. Begge typer kan anvendes på bunnen av grunt vann. For enkelt-hets skyld brukes betegnelsen geofon her, men det er under-forstått at det omfatter seismiske detektorer anvendt på In a seismic survey with reflection, the reflected seismic signals are detected using seismic detectors, either geophones or hydrophones. Geophones are used on land and hydrophones at sea. In use, a geophone is connected to the earth's surface and reacts to movements in it. A hydrophone is lowered into water and responds to pressure changes produced by movements in the earth's surface. Both types can be used on the bottom of shallow water. For the sake of simplicity, the term geophone is used here, but it is understood that it includes seismic detectors used on

eller i vann. De fleste geofoner anvender i dag en elektro-magnetisk krets som omfatter en spole og en magnet som er bevegelig i forhold til hverandre. En vanlig geofon reagerer vanligvis bare på bevegelser i jordoverflaten som har en kraftkomponent langs geofonens akse og frembringer et elektrisk utgangssignal med en polaritet avhengig av retningen av denne kraft. or in water. Most geophones today use an electro-magnetic circuit comprising a coil and a magnet which are movable in relation to each other. A normal geophone usually only responds to movements in the earth's surface that have a force component along the axis of the geophone and produces an electrical output signal with a polarity depending on the direction of this force.

Under normale seismiske undersøkelser blir geofoner anbragt manuelt opprettstående på jordoverflaten med sine akser hovedsaklig i vertikal retning. Når en geofon til-feldigvis eller på annen måte anbringes på jordoverflaten slik at dens akse heller vesentlig fra vertikal retning, eller i ekstremt tilfelle ligger på siden og danner en vinkel på 90° med vertikalretningen, blir den ubrukelig for praktiske formål. Også hvis geofonen ved et tilfelle snues opp ned, dvs. danner 180° med vertikalretningen, vil den gi et signal med en polaritet som er motsatt polariteten for det signal som frembringes når geofonen står riktig. I et hvert tilfelle vil det frembringes et uriktig utgangssignal eller et signal med motsatt polaritet som vil påvirke måleresultatene uheldig. During normal seismic surveys, geophones are placed manually upright on the earth's surface with their axes mainly in the vertical direction. When a geophone is accidentally or otherwise placed on the earth's surface so that its axis deviates substantially from the vertical direction, or in extreme cases lies on its side and forms an angle of 90° with the vertical direction, it becomes useless for practical purposes. Also if the geophone is turned upside down, i.e. forms 180° with the vertical direction, it will give a signal with a polarity that is opposite to the polarity of the signal produced when the geophone is standing correctly. In each case, an incorrect output signal or a signal with the opposite polarity will be produced which will adversely affect the measurement results.

Por å unngå disse problemer når opprettstående stilling er upraktisk, monteres geofoner på orienteringshjelpe-midler som kontinuerlig opprettholder geofonens opprettstående stilling. Et meget alminnelig orienteringsmiddel er en kardanopphengning. I den senere tid er det gjort forsøkt på To avoid these problems when the upright position is impractical, geophones are mounted on orientation aids which continuously maintain the geophone's upright position. A very common means of orientation is a gimbal suspension. In recent times, attempts have been made to

å montere geofoner på et flatt, fleksibelt transportbånd som taues av et kjøretøy. Båndet forutsettes å holde geofonene hovedsaklig opprettstående. Sleping av slike bånd har i mange tilfeller ikke gitt det ventede resultat og derfor fortsetter personellet ved seismiske undersøkelser å an-bringe geofonene manuelt i opprettstående stilling, hvilket er tidskrevende og kostbart. to mount geophones on a flat, flexible conveyor belt that is towed by a vehicle. The tape is supposed to keep the geophones mainly upright. Dragging such bands has in many cases not produced the expected result and therefore the personnel during seismic surveys continue to place the geophones manually in an upright position, which is time-consuming and expensive.

Da letingen etter hydrokarboner er økende i forholdsvis utilgjengelig terreng, har nødvendigheten for å an- As the search for hydrocarbons is increasing in relatively inaccessible terrain, the necessity to

bringe geofonene opprettstående på jordoverflaten og å anvende selvorienterende hjelpemidler slik som kardanopphengninger, blitt et meget vanskelig arbeide for personellet. Dette har vært en utfordring for seismisk industri i mange år, men har ikke ført til tilveiebringelse av geofoner som kan slepes og ikke behøver å være opprettstående på jordoverflaten. bringing the geophones upright on the ground surface and using self-orienting aids such as gimbal suspensions became a very difficult job for the personnel. This has been a challenge for the seismic industry for many years, but has not led to the provision of geophones that can be towed and do not need to be upright on the earth's surface.

Akselerometere som anvender væsker er beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 3-270.565, 3-555.5^3 og i U.S.S.R. Inventor's Certificate nr. 171.676 av 26.juli I965. Slike væskefylte innretninger reagerer imidlertid slik at de har samme polaritet for alle påvirkninger uansett retning eller er ikke i stand til å .tilfredsstille de krav som er ønsket ved seismiske undersøkelser. Accelerometers using fluids are described in U.S. Patent Nos. 3-270,565, 3-555,5^3 and in U.S.S.R. Inventor's Certificate No. 171,676 of 26 July I965. However, such liquid-filled devices react in such a way that they have the same polarity for all influences regardless of direction or are not able to satisfy the requirements required by seismic surveys.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en geofon som kan anbringes uten hensyn til noen spesiell orientering, som er forholdsvis lett i vekt, billig å frem-stille, istand til å tåle vanlig behandling ved seismiske undersøkelser, og ikke trenger noen selvorienterende hjelpemidler som er kostbare og ofte svikter under normal anvendelse. The purpose of the invention is therefore to provide a geophone which can be placed without regard to any particular orientation, which is relatively light in weight, cheap to produce, able to withstand normal treatment in seismic surveys, and which does not need any self-orienting aids which are expensive and often fail under normal use.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved å måle trykk som av massen utøves på hver av et par med overfor hverandre anordnede trykkomformere i hver detektor, og bestemme komponentene av seismiske signaler hver for seg ved for hver detektor å kombinere utgangssignalene fra hver omformer i paret. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-10. This is achieved according to the invention by measuring the pressure exerted by the mass on each of a pair of oppositely arranged pressure transducers in each detector, and determining the components of seismic signals separately by combining for each detector the output signals from each transducer in the pair. Further features of the invention will appear from claims 2-10.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser i vertikalsnitt et utførelseseksempel på en geofon ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk hvorledes geofonen virker i forskjellige stillinger mellom liggende og rett opprettstående på jordoverflaten. Fig. 3 viser på samme måte geofonen i forskjellige orienteringer fra liggende til nedover pekende. Fig. 4 viser skjematisk installasjonen av en geofon ifølge oppfinnelsen i en tauekabel. Fig. 5 viser en foretrukket fremgangsmåte for seismisk undersøkelse ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 viser på samme måte som fig. 1 en forenklet utførelse av geofonen ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 viser på samme måte som fig. 2 geofonen på fig. 6 i forskjellige orienteringer. Fig. 8 viser skjematisk i perspektiv tilslutning av geofonen. Fig. 9 viser skjematisk flere geofoner som vist på fig. 8 forbundet langs en seismisk kabel. Fig. 10 viser i perspektiv en geofon med rektangulært tverrsnitt. Fig. 11 viser på samme måte en geofon med elliptisk tverrsnitt. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows in vertical section an embodiment of a geophone according to the invention. Fig. 2 shows schematically how the geophone works in different positions between lying down and upright on the earth's surface. Fig. 3 similarly shows the geophone in different orientations from horizontal to downward pointing. Fig. 4 schematically shows the installation of a geophone according to the invention in a tow cable. Fig. 5 shows a preferred method for seismic investigation according to the invention. Fig. 6 shows in the same way as fig. 1 a simplified embodiment of the geophone according to the invention. Fig. 7 shows in the same way as fig. 2 the geophone in fig. 6 in different orientations. Fig. 8 shows schematically in perspective the connection of the geophone. Fig. 9 schematically shows several geophones as shown in fig. 8 connected along a seismic cable. Fig. 10 shows in perspective a geophone with a rectangular cross-section. Fig. 11 similarly shows a geophone with an elliptical cross-section.

Ved utførelseseksemplet på fig. 1 har geofonen 10 In the design example in fig. 1 has the geophone 10

et hus 12 av metall med sylindrisk tverrsnitt. Huset 12 kan også ha rektangulært tverrsnitt som vist på fig. 10 eller elliptisk tverrsnitt som vist på fig. 11 eller variasjoner av dette avhengig av ønsket følsomhet. a housing 12 made of metal with a cylindrical cross-section. The housing 12 can also have a rectangular cross-section as shown in fig. 10 or elliptical cross-section as shown in fig. 11 or variations thereof depending on the desired sensitivity.

Huset 12 har en bunn 14 og en topp 16 som hermetisk lukker sylinderen slik at det dannes et hulrom 18, Avstands-ringer 20 hviler på bunn og topp og bærer hver sin sirkel-formede ledende skive 22 til hvilken er festet et krystall 24 med en sølvelektrode 26. Huset 12 er fdret med et plast-rør 30 som strekker seg mellom bunn og topp. Skivene 22 hviler på skuldre 33 inne i røret 30 med mellomlag av en o-ring 32. Skivene 22 er fleksible og deres fleksibilitet av føles av krystallene 24. Hver skive med sitt krystall danner således en vanlig kraft- eller trykkomformer og er betegnet 27. The housing 12 has a bottom 14 and a top 16 which hermetically closes the cylinder so that a cavity 18 is formed. Spacer rings 20 rest on the bottom and top and each carry a circular conductive disk 22 to which is attached a crystal 24 with a silver electrode 26. The housing 12 is lined with a plastic tube 30 which extends between bottom and top. The disks 22 rest on shoulders 33 inside the tube 30 with an intermediate layer of an o-ring 32. The disks 22 are flexible and their flexibility is felt by the crystals 24. Each disk with its crystal thus forms a normal force or pressure converter and is designated 27.

Omformerne 27 er montert slik at de vanligvis frembringer signaler med samme polaritet når en kraft eller et trykk bevirker at de bøyes bort fra væsken 36. Ytterligere par av ovenfor hverandre beliggende fleksible omformere kan anbringes for å øke nøyaktigheten og amplituden av de resul-terende utgangssignaler. The transducers 27 are mounted so that they generally produce signals of the same polarity when a force or pressure causes them to be deflected away from the fluid 36. Additional pairs of superimposed flexible transducers can be placed to increase the accuracy and amplitude of the resulting output signals. .

Huset 12 kan også være av annet materiale enn The housing 12 can also be made of a different material than

metall som f.eks. plast og derved kan plastrøret 30 sløyfes. Skivene 22 behøver ikke å være av ledende materiale hvis den da ikke anvendes som elektrisk tilledning til krystall 24. metal such as plastic and thereby the plastic pipe 30 can be looped. The discs 22 do not need to be made of conductive material if it is not used as an electrical connection to crystal 24.

Utgangssignalene fra omformerne 27 ledes ut ved hjelp av et par ledere 51 og 52 gjennom en sliss 53 i ringen 20 og et langsgående spor 54 på yttersiden av røret 30 og ender i tilslutningsklemmer 56, 58 som er ført gjennom toppen The output signals from the converters 27 are led out by means of a pair of conductors 51 and 52 through a slot 53 in the ring 20 and a longitudinal groove 54 on the outside of the tube 30 and end in connection clamps 56, 58 which are passed through the top

16. Eventuelt kan de fire ledere tilføres hver sin til-slutningsklemme. I dette tilfellet kan utgangssignalene fra hver omformer registreres for seg eller anvendes på 16. Optionally, the four conductors can each be connected to their own connection terminal. In this case, the output signals from each converter can be recorded separately or applied to

annen måte. Summering eller subtraksjon av utgangssignalene kan foretas under registreringen eller etterpå. Som et ytterligere alternativ kan utgangssignalene fra de fire ledere subtraheres fra hverandre i serie eller parallelt til utgangsklemmene 56 og 58. another way. Summation or subtraction of the output signals can be done during the recording or afterwards. As a further alternative, the output signals from the four conductors can be subtracted from each other in series or parallel to the output terminals 56 and 58.

Hulrommet 30 danner et kammer 34 som er hovedsaklig men ikke fullstendig utfylt med en væske 36 som tjener som en virksom masse for geofonen 10. Det er derfor ønskelig at væsken 36 har stor tetthet og derfor er kvikksølv godt egnet. Ved denne utførelsesform utfyller væsken 36 ca. 90% av kammeret 34 idet 10% står til rådighet for utvidelse av væsken som følge av temperaturendringer innenfor arbeids-temperaturområdet for geofonen. The cavity 30 forms a chamber 34 which is mainly but not completely filled with a liquid 36 which serves as an effective mass for the geophone 10. It is therefore desirable that the liquid 36 has a high density and therefore mercury is well suited. In this embodiment, the liquid 36 fills approx. 90% of the chamber 34, with 10% available for expansion of the liquid as a result of temperature changes within the working temperature range of the geophone.

Med uttrykket hovedsaklig men ikke fullstendig skal forstås alle fyllingsgrader ut over 50% hvor den øvre omformer er i det minste delvis koplet fra væsken ved opprettstående geofon. Med uttrykket flytende masse skal her forstås annet fluidum enn væske f.eks. metallpulver som også er egnet som virksom masse i geofonen. The expression mainly but not completely is to be understood as all levels of filling above 50% where the upper transducer is at least partially disconnected from the liquid by an upright geophone. The term liquid mass is understood here to mean a fluid other than liquid, e.g. metal powder which is also suitable as active mass in the geophone.

Virkningen av massen 36 på trykkomformerne 27 skal beskrives under henvisning til fig. 2 og 3 som bare viser geofonen skjematisk. Med opptrukne linjer er vist de fleksible skiver 22 når omformeren er i hviletilstand og med strekede linjer i bøyet tilstand under påvirkning av den flytende masse som følge av jordbevegelse. The effect of the mass 36 on the pressure converters 27 shall be described with reference to fig. 2 and 3 which only show the geophone schematically. The flexible disks 22 are shown with solid lines when the converter is at rest and with dashed lines in the bent state under the influence of the liquid mass as a result of earth movement.

På fig. 2A er geofonen 10 rett' opprettstående og utsettes for en bevegelse rett oppover i retning av pilen 42 som av massen 36 'slik at omformeren 27 vil bøyes mot bunnen 14 og omformeren 27' vil bøyes hverken oppover eller nedover fordi den ikke er koplet med massen 36. På fig. 2B heller geofon-en 45° i forhold til vertikalretningen og omformeren 27 vil bøyes utover mot bunnen 14 mens omformeren 27' vil bøyes utover mot toppen 16. Det samme vil skje på fig, 2C hvor geofonens akse danner 90° med vertikalretningen og ligger på siden. Fig. 2D viser en helning på 136° og fig. In fig. 2A, the geophone 10 is upright and is subjected to a movement straight upwards in the direction of the arrow 42 as by the mass 36' so that the transducer 27 will bend towards the bottom 14 and the transducer 27' will bend neither upwards nor downwards because it is not connected to the mass 36. In fig. 2B tilts the geophone 45° in relation to the vertical direction and the transducer 27 will be bent outwards towards the bottom 14 while the transducer 27' will be bent outwards towards the top 16. The same will happen in fig, 2C where the axis of the geophone forms 90° with the vertical direction and lies on since. Fig. 2D shows an inclination of 136° and fig.

2E viser at geofonen er snudd på hodet og danner l80° med vertikalretningen og omformeren 27' bøyes nedover mot toppen 16 og omformeren 27 bøyes ikke fordi den er koplet bort fra massen 36. 2E shows that the geophone is turned upside down and forms 180° with the vertical direction and the transducer 27' is bent downwards towards the top 16 and the transducer 27 is not bent because it is disconnected from the mass 36.

I alle posisjoner fra 0 til l80° i forhold til In all positions from 0 to l80° in relation to

den opprettstående stilling på fig, 2A, vil enten den ene eller begge omformerne 27 utsettes for en bøyning utover og vil derfor frembringe elektriske signaler 43 av samme polaritet . the upright position in fig, 2A, either one or both converters 27 will be subjected to a bending outwards and will therefore produce electrical signals 43 of the same polarity.

Når fyllingsgraden i kammeret 34 øker, vil en annen virkning gjøre seg gjeldende. Ved tilstrekkelig stor fyllingsgrad vil den øvre omformer i vertikal stilling ikke lenger være fullstendig avkoplet selv om massen 36 ikke be-rører omformeren. På fig. 2A kan derfor omformeren 27' og på fig. 2E omformeren 27 ha en tendens til å bevege seg innover som følge av bevegelse oppover av jordoverflaten som vist med pilen 42. I slike situasjoner vil den øvre omformer frembringe et utgangssignal med motsatt polaritet i forhold til den andre omformer. Amplituden av dette signal med motsatt polaritet vil aldri være større en amplituden av signalet fra den nedre omformer. Utgangssignalet 43 fra geofonen som er summen av utgangssignalene fra omformerne 27 og 27' vil derfor alltid ha samme polaritet for alle vertikale komponenter i samme retning uansett orienteringen av geofonen i forhold til den vertikale retning. When the degree of filling in the chamber 34 increases, another effect will take effect. With a sufficiently large degree of filling, the upper converter in the vertical position will no longer be completely disconnected even if the mass 36 does not touch the converter. In fig. 2A, therefore, the converter 27' and in fig. 2E transducer 27 tends to move inwards as a result of upward movement of the earth's surface as shown by arrow 42. In such situations the upper transducer will produce an output signal of opposite polarity to the other transducer. The amplitude of this signal with opposite polarity will never be greater than the amplitude of the signal from the lower converter. The output signal 43 from the geophone which is the sum of the output signals from the converters 27 and 27' will therefore always have the same polarity for all vertical components in the same direction regardless of the orientation of the geophone in relation to the vertical direction.

Fyllingsgraden i kammeret 34 har en annen virkning på amplituden av utgangssignalet 43 i posisjonen på fig. 2A The degree of filling in the chamber 34 has a different effect on the amplitude of the output signal 43 in the position of fig. 2A

eller 2E enn den har på amplituden av utgangssignalet 4l i posisjonene på fig. 2B,C eller D. Variasjonen i amplituden for samme akselerasjoner i forskjellige orienteringer av geofonen kan derfor styres ved å endre fyllingsgraden. Amplituden av utgangssignalet fra en omformer som følge av en bestemt påvirkningsamplitude er i første rekke avhengig av væske-høyden over omformerne i vedkommende orientering. or 2E than it has on the amplitude of the output signal 4l in the positions of fig. 2B,C or D. The variation in the amplitude for the same accelerations in different orientations of the geophone can therefore be controlled by changing the degree of filling. The amplitude of the output signal from a converter as a result of a specific influence amplitude is primarily dependent on the liquid height above the converters in the relevant orientation.

En delvis avkopling av en omformer i bestemte orienteringer kan anvendes for å gi en geofon en viss følsomhet, dvs. forholdet mellom amplituden av utgangssignalet og amplituden av den detekterte komponent uavhengig av orienteringen av geofonen i forhold til vertikalretningen. A partial decoupling of a converter in certain orientations can be used to give a geophone a certain sensitivity, i.e. the ratio between the amplitude of the output signal and the amplitude of the detected component regardless of the orientation of the geophone in relation to the vertical direction.

I utførelseseksemplet er forholdet mellom diameter In the embodiment, the ratio is between diameter

og høyde av den innesluttede søyle av masse 36 valgt slik at amplituden av signalet 43 forblir hovedsaklig konstant for alle posisjonene på fig. 2A-2E, dvs. fra opprettstående stilling til opp ned stilling. and height of the enclosed column of mass 36 chosen so that the amplitude of the signal 43 remains substantially constant for all positions of FIG. 2A-2E, i.e. from an upright position to an upside down position.

Geofonen 10 kan derfor anvendes for geofysiske undersøkelser for å detektere seismiske refleksjoner uten omhyggelig plassering av geofonen. Det vil si at en rekke slike geofoner kan anbringes med vilkårlig orientering og likevel frembringe utgangssignaler med riktig amplitude og polaritet som representerer vertikale komponenter av akselerasjoner i jordoverflaten. The geophone 10 can therefore be used for geophysical surveys to detect seismic reflections without careful placement of the geophone. That is to say, a number of such geophones can be placed with arbitrary orientation and still produce output signals with the correct amplitude and polarity representing vertical components of accelerations in the earth's surface.

I virkeligheten kan geofonen 10 bringes til å reagere bare på vertikale komponenter, dvs. at horisontale komponenter bringer omformerne 27 og 27' til å reagere på en måte hvor deres virkninger på horisontale komponenter elimineres ved summering av utgangssignalene fra omformerne In reality, the geophone 10 can be made to respond only to vertical components, i.e. horizontal components cause the transducers 27 and 27' to respond in a manner where their effects on horizontal components are eliminated by summing the output signals from the transducers

for dannelse av signalene 43. for forming the signals 43.

Por å lette henvisning til tegningen skal virkningen av de horisontale komponenter i det følgende anses som akselerasjoner fra venstre til høyre. Virkningen av horisontale komponenter i enhver retning kan forstås ut fra dette. To facilitate reference to the drawing, the effect of the horizontal components shall be considered in the following as accelerations from left to right. The effect of horizontal components in any direction can be understood from this.

I posisjonen på fig. 2A har horisontale komponenter ingen innvirkning på noen av omformerne fordi akselerasjonen er parallell med overflaten av omformerne. I posisjonen på fig. 2B vil omformeren 27' bøyes innover og omformeren 27 utover. Det samme gjelder posisjonene på fig. 2C og 2D, I posijonen på fig. 2E vil det ikke være noen virkning som nevnt ovenfor. I posisjonen på fig. 2C vil graden av bøyning og dermed amplituden av utgangssignalene fra omformerne 27 og 27' In the position on fig. 2A horizontal components have no effect on any of the transducers because the acceleration is parallel to the surface of the transducers. In the position on fig. 2B, the converter 27' will be bent inwards and the converter 27 outwards. The same applies to the positions in fig. 2C and 2D, In the position of fig. 2E there will be no effect as mentioned above. In the position on fig. 2C will be the degree of bending and thus the amplitude of the output signals from the converters 27 and 27'

være den samme. I posisjonen på fig. 2B og D kan forholdet mellom diameter og høyde av den innesluttede søyle av massen velges og fyllingsgraden i kammeret 34 justeres slik at amplituden av utgangssignalene fra omformerne 27 og 27' er tilnærmet like. Da disse signaler har motsatt polaritet, be the same. In the position on fig. 2B and D, the ratio between the diameter and the height of the enclosed column of mass can be selected and the degree of filling in the chamber 34 adjusted so that the amplitude of the output signals from the converters 27 and 27' are approximately equal. Since these signals have opposite polarity,

vil de utligne hverandre når utgangssignalene fra omformerne 27 og 27' summeres for å danne signalet 43. they will offset each other when the output signals from the converters 27 and 27' are summed to form the signal 43.

På denne måte er det klart at geofonen 10 kan gjøres følsom bare for vertikale og ikke for horisontale komponenter, dvs. den effektive følsomme akse for geofonen 10 forblir automatisk orientert til vertikale komponenter uten hensyn til orienteringen av geofonen. In this way, it is clear that the geophone 10 can be made sensitive only to vertical and not to horizontal components, i.e. the effective sensitive axis of the geophone 10 remains automatically oriented to vertical components regardless of the orientation of the geophone.

Som nevnt ovenfor er amplitudene av utgangssignalene As mentioned above, the amplitudes of the output signals are

i posisjonen på fig. 2C som følge av horisontale komponenter den samme men har motsatt polaritet. Ved subtraksjon av disse signaler vil de ikke utligne hverandre, men forsterke hverandre. Signalet 43 som dannes på denne måte vil derfor være proporsjonal med virkningen av de horisontale komponenter. Videre vil utgangssignalene som følge av vertikale komponenter frembragt av omformerne 27 og 27' i posisjonen på fig. 2C in the position on fig. 2C as a result of horizontal components the same but opposite polarity. When subtracting these signals, they will not balance each other, but reinforce each other. The signal 43 which is formed in this way will therefore be proportional to the effect of the horizontal components. Furthermore, the output signals resulting from vertical components produced by the converters 27 and 27' in the position of fig. 2C

ha samme amplitude og samme polaritet. Subtraksjon vil derfor resultere i utligning. Når utgangssignalene fra omformerne 27 og 27' i posisjonen på fig. 2C subtraheres, vil utgangssignalet 43 representere virkningen av de horisontale komponenter men ikke de vertikale komponenter. Når geofonen 10 endres med hensyn til orientering fra posisjonen på fig. 2C til posisjonene 2B eller 2D vil amplituden av signalet 43 ved subtraksjon minskes som en funksjon av kosinus til orienteringsvinkelen i forhold til horisontalretningen, I posisjonen på fig. 2A eller 2E vil utgangssignalet 43 over-hodet ikke representere horisontale komponenter. have the same amplitude and the same polarity. Subtraction will therefore result in equalization. When the output signals from the converters 27 and 27' in the position in fig. 2C is subtracted, the output signal 43 will represent the effect of the horizontal components but not the vertical components. When the geophone 10 is changed with regard to orientation from the position in fig. 2C to the positions 2B or 2D, the amplitude of the signal 43 by subtraction will be reduced as a function of the cosine of the orientation angle in relation to the horizontal direction, In the position of fig. 2A or 2E, the output signal 43 overhead will not represent horizontal components.

Det er derfor særlig hensiktsmessig å anvende flere geofoner 10 i.hovedsaklig horisontal posisjon for å detektere reflekterte seismiske signaler. Utgangssignalene fra de enkelte omformere 27 og 27' i hvert par kan overføres hver for seg for summering og subtraksjon for direkte'anvendelse eller registreres og senere summeres eller subtraheres slik at både vertikale og horisontale komponenter kan bestemmes for samme sted på jordoverflaten ved hjelp av en av geofonene uten å flytte denne. It is therefore particularly appropriate to use several geophones 10 in a mainly horizontal position to detect reflected seismic signals. The output signals from the individual converters 27 and 27' in each pair can be transmitted separately for summation and subtraction for direct' use or recorded and later summed or subtracted so that both vertical and horizontal components can be determined for the same location on the earth's surface by means of a of the geophones without moving them.

På fig. 3 er jordbevegelsene representert ved In fig. 3, the earth movements are represented by

pilene 42' og har en retning nedover og bevirker innover rettede bøyninger når det statiske trykk av massen og fjær-virkningen av de fleksible skiver 22 og 22' avlastes. arrows 42' and have a downward direction and cause inwardly directed bends when the static pressure of the mass and spring action of the flexible discs 22 and 22' is relieved.

Alle posisjoner av geofonen 10 på fig. 3 er vist All positions of the geophone 10 in fig. 3 is shown

fra opprettstående stilling på fig. 2A til opp ned stilling på fig. 3E hvor omformerne 27 og 27' vil bøyes innover dvs. bort fra bunn og topp. Omformerne vil derfor frembringe elektriske signaler 43' med en polaritet som er motsatt polariteten av signalene 43 fra omformerne på fig. 2. from the upright position in fig. 2A to the upside down position in fig. 3E where the converters 27 and 27' will be bent inwards, ie away from the bottom and top. The converters will therefore produce electrical signals 43' with a polarity which is opposite to the polarity of the signals 43 from the converters in fig. 2.

Utformingen av geofonen lo gjør det forholdsvis The design of the geophone makes it relatively easy

lett å opprettholde et ønsket forhold mellom massen av væsken 36 og massen av de øvrige komponenter i geofonen inkludert huset 12, større enn 1. Et slikt forhold er fordelaktig for seismiske undersøkelser som beskrevet i U.S.-patentskrift nr, 3.067-404. Ved tidligere kjente anordninger slik som ved kardanopphengninger for orientering av geofonen gjør den store masse for slike anordninger det praktisk talt umulig å oppnå det ønskede forhold. Fig. 6 viser en mindre fordelaktig utførelse av en geofon 10' med bare en omformer 27 i bunnen og en stiv vegg 80 som erstatter omformeren 27'. Ellers er geofonene 10 og 10' identiske. Fig. 7 viser de forskjellige orienteringer av geofonen 10' i likhet med fig. 2 for geofonen 10. Det skal bemerkes at når geofonen 10' befinner seg i opprettstående stilling som vist på fig. 7A er utgangssignalet S, identisk med hensyn til amplitude og polaritet med utgangssignalet 43 for den oppover rettede jordbevegelse 42a. Når gefonen 10' får økende helning inntil opp ned stillingen på fig. 7E, vil amplituden av utgangssignalet avta som vist med den avtagende amplitude av signalene S^, S^. Utgangssignalet S,- er hovedsaklig null når geofonen 10' står opp ned. Det skal imidlertid bemerkes at polariteten av signalene S^-Sj^ er den samme som polariteten for signalet 43 på fig. 2. easy to maintain a desired ratio between the mass of the liquid 36 and the mass of the other components of the geophone including the housing 12, greater than 1. Such a ratio is advantageous for seismic surveys as described in U.S. Patent No. 3,067-404. In the case of previously known devices such as gimbal suspensions for orientation of the geophone, the large mass of such devices makes it practically impossible to achieve the desired ratio. Fig. 6 shows a less advantageous embodiment of a geophone 10' with only one transducer 27 in the bottom and a rigid wall 80 which replaces the transducer 27'. Otherwise, the geophones 10 and 10' are identical. Fig. 7 shows the different orientations of the geophone 10', similar to fig. 2 for the geophone 10. It should be noted that when the geophone 10' is in the upright position as shown in fig. 7A is the output signal S, identical in amplitude and polarity to the output signal 43 for the upwardly directed ground movement 42a. When the phone 10' gets an increasing inclination until the upside down position in fig. 7E, the amplitude of the output signal will decrease as shown with the decreasing amplitude of the signals S^, S^. The output signal S,- is essentially zero when the geophone 10' is upside down. However, it should be noted that the polarity of the signals S^-Sj^ is the same as the polarity of the signal 43 in FIG. 2.

Disse sammenligninger med utgangssignalet 43 fra geofonen 10 ignorerer virkningene av utgangssignalet med motsatt polaritet fra den øvre omformer som nevnt ovenfor. These comparisons with the output signal 43 from the geophone 10 ignore the effects of the output signal of opposite polarity from the upper converter as mentioned above.

Geofonen 10 eller 10' kan anbringes i en egnet The geophone 10 or 10' can be placed in a suitable

kappe 60 (fig. 4) som er beskyttet av en elastisk hylse hvis ender er festet ved hjelp av tape 65 til den ytre hylse på en slepekabel 62. To ledere 66 og 67 forbinder utgangsklemmene fra geofonen med at par ledere i kabelen 62. jacket 60 (fig. 4) which is protected by an elastic sleeve whose ends are attached by means of tape 65 to the outer sleeve of a towing cable 62. Two conductors 66 and 67 connect the output terminals of the geophone with that pair of conductors in the cable 62.

Hvis følsomheten for både vertikale og horisontale komponenter er ønskelig, kan det anvendes et ikke vist, ekstra par ledere for å forbinde geofonen med et ytterligere par ledere i kabelen 62. If sensitivity to both vertical and horizontal components is desired, an additional pair of conductors, not shown, may be used to connect the geophone to an additional pair of conductors in the cable 62.

Kabelen 62 kan ha et antall i innbyrdes avstand an-bragte geofoner. Ifølge oppfinnelsen kan hver geofon ligge på siden som vist på fig. 4 og gi full virkning som vist på fig. 2C, 3C og 7C for oppover og nedover rettede jordbe-vegelser representert ved pilene 42 og 42'. The cable 62 can have a number of spaced apart geophones. According to the invention, each geophone can lie on its side as shown in fig. 4 and give full effect as shown in fig. 2C, 3C and 7C for upward and downward directed earth movements represented by arrows 42 and 42'.

Ved en utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan kabelen 62 sammen med geofonene slepes etter et trekk-kjøretøy 72 som er utstyrt med registreringsutstyr 73 for å motta og registrere signalet fra kabeelen 62. Kabelen 62 vikles av og på en spole 70 og den seismiske energi som er nødvendig for undersøkelsene kan tilføres jorden ved hjelp av en seismisk energikilde 74. In an embodiment of the method according to the invention, the cable 62 together with the geophones can be towed behind a towing vehicle 72 which is equipped with recording equipment 73 to receive and register the signal from the cable 62. The cable 62 is wound on and off a coil 70 and the seismic energy that is necessary for the investigations can be supplied to the earth using a seismic energy source 74.

Ved en annen utførelsesform for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan hver geofon 10 ha en kappe 90 som vist på fig. 8 og utgangsklemmene forbindes med korte kabler 91" som rager ut fra en hovedkabel 93. Det seismiske personell anbringer kabelen 93 på jordoverflaten 40 med kappene 90 i et hvert ønsket mønster, men kappene 90 behøver ikke orienteres i noen spesiell retning i forhold til vertikalretningen. Hvis kappen 90 inneholder geofonen 10', må kappen ikke 'anbringes på jordoverflaten 40 i en opp ned stilling for å hindre at massen 36 koples fra flaten 22 i den eneste omformer 27 som vist på fig. 7E. In another embodiment of the method according to the invention, each geophone 10 can have a cover 90 as shown in fig. 8 and the output terminals are connected with short cables 91" which protrude from a main cable 93. The seismic personnel places the cable 93 on the ground surface 40 with the sheaths 90 in any desired pattern, but the sheaths 90 need not be oriented in any particular direction in relation to the vertical direction. If the sheath 90 contains the geophone 10', the sheath must not be placed on the ground surface 40 in an upside down position to prevent the mass 36 from being disconnected from the surface 22 of the single transducer 27 as shown in Fig. 7E.

I stedet for anvendelse av krystallomformere 24 og 24' vanligvis bestående av pietzokeramisk materiale, kan andre omformere anvendes. Instead of using crystal converters 24 and 24' usually consisting of piezoceramic material, other converters can be used.

Claims

1. Method for determining horizontal and vertical components of seismic signals from vibrations in the earth's surface, by placing a number of seismic detectors mainly filled with liquid mass, each in an arbitrary orientation on the earth's surface, characterized by measuring pressure exerted by the mass on each of a pair of oppositely arranged pressure transducers in each detector, and determine the components of seismic signals separately by combining for each detector the output signals from each transducer in the pair.

2. Method according to claim 1, characterized by determining only the vertical components of the seismic signals by combining the output signals from each converter in the pair by addition.

3. Method according to claim 1, characterized by determining only the horizontal components of the seismic signals by combining the output signals from each converter in the pair by subtraction.

4. Method according to claim 1, characterized by determining the vertical and horizontal components separately by first combining the output signals by addition and then by subtraction.

5. A seismic signal detector (10) for carrying out the method according to one of claims 1-4, the detector comprising a housing (12) with a cylindrical chamber (30) which is closed at opposite ends by means of pressure transducers ( 27, 27') arranged at each end, each consisting of a conductive flexible wall (22, 22') and a polarized piezoelectric crystal (24, 24') with a silver electrode (26, 26') and output wires (51, 51', 52, 52') connected respectively by the conducting wall (22, 22') and with the silver electrode (24, 24'), characterized by a desired fluid volume (36) between the pressure transducers in the order of more than 50% of the chamber volume (30), devices including pressure transducers (27, 27') and a circuit (51, 51', 52, 52') to establish effective sensitivity axes relative to the vertical gravity independent of most of the detector's axis orientations by separately sensing the transducers' output signal components as a result of fluid pressure (36) against each pressure transducer (27, 27') due to acceleration of the signal detector.

6. Detector according to claim 5, characterized in that for each separate determination of the size of the vertical and horizontal components of the acceleration forces, measuring circuits (51, 52, 51', 52') are arranged for combining the pressure signals from each converter in a pair.

7. Detector according to claim 6, characterized by circuits for excluding the parts of the converter output signals which represent the horizontal components of the accelerations by addition of the signals from the pressure converters in each pair.

8. Detector according to claim 6, characterized by circuits for excluding the parts of converter output signals which represent the vertical components of the accelerations by subtraction of the signals from the pressure converters in each pair.

9. Detector according to claim 7, characterized in that the polarity of the addition signal represents the direction of movement of the vertical component of the acceleration movement and the size of the addition signal is proportional to the size of the vertical components of the acceleration movement.

10. Detector according to claim 6, where the pressure transducers (27, 27') which close opposite ends of the cylindrical chamber (30) form flexible walls (22, 22') to which polarized piezoelectric crystals (24, 24') are attached, characterized by aids comprising signal lines (51, 52, 51', 52') which are electrically connected to the crystals and form the circuits for selectively combining the converter output signals by interconnecting signal lines with a desired polarity.