NO158317B - Fremgangsmaate til ved utsendelse av slagpulser aa frembringe seismiske signaler og apparat til utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til ved utsendelse av slagpulser å frembringe seismiske signaler hvis energispektrum strekker seg over et frekvensområde til anvendelse i et seismisk undersøkelsessystem. Oppfinnelsen går også ut på et apparat til anvendelse ved utøvelse av denne fremgangsmåte, der den utsendte energi fra en tilgjengelig kraftkilde utnyttes maksimalt og gir høy oppløsning for geologiske refleksjonsflater med minimal flertydighet.

Oppfinnelsen er spesielt egnet for anvendelse ved geofysisk undersøkelse, der man utnytter elastisk bølgeforplantning i Jorden. Oppfinnelsen kan også generelt anvendes ved føle- og detekteringssystemer som utnytter akustisk transmisjon.

Innenfor den seismiske undersøkelsesteknikk, er det frem-kommet forskjellige typer seismiske signalkilder og under-søkelsesprinsipper. Ikke desto mindre har egenskapene ved eksisterende kilder og teknikker i tilknytning til jordens egenskaper som et akustisk signaloverføringsmedium, begrenset hastigheten for undersøkelsesforløpet, ved oppnådde signal/ støyforhold, og den oppnådde geofysiske oppløsningsevne.

De meste anvendte metoder for dyp seismisk undersøkelse på land, er den såkalte vibroseisteknikk, ved hvilken en hydraulisk vibrator til markformasjonen overfører et lineært sveip av frekvenser som generelt dekker området 1-4 oktaver. Ved mottagning utnyttes korrelasjonsteknikk for å analysere og lokalisere refleksjonsforløpene (refleksjoner fra geologiske reflekterende flater). En alminnelig beskrivelse av denne teknikk og andre prinsipper somn utnytter dynamitt eller liknende pulsforløp, finnes i US-PS 3.886.493.

I dette tilfellet er vibratoren montert med sine hydrauliske kraftkilder på solide kjøretøyer. Slike kjøretøyer anvendes ofte i grupper på to til seks med vibratorene drevet synkront for å frembringe den ønskede utsendelse. Anstrengelser har vært gjort for å øke amplituden på vibrasjonene og senke deres frekvens for dypere inntrengning. Dette har resultert i større kjøretøyer som er mer kostbare å anvende og ved-likeholde. Det skal vises til US-PS 3.929.206 og 3.363.720 for beskrivelse av utstyr til frembringelse av slike vibra-sjoner. Dessuten krever effektiv dyp seismisk undersøkelse at syntetiske romserier av slike kilder grupperes. I det foreliggende tilfellet har en gruppe på fire vlbroseiskjøre-tøyer som kan bevege seg langs linjen for geofonserien kontakt med marken samtidig for hver sjette meter eller så, og utfører ved hver kontakt et synkronisert lineært sveip med 5-15 sekunders varighet fra en nedre frekvens i nærheten av fem Hz til en øvre frekvens i området 60 H. Vanligvis utgjør 10 eller flere av disse kontaktserier det samme som et enkelt skytepunkt som er et uttrykk avledet fra anvendelse av eksplosive stoffer med seismiske undersøkelser. For å analysere dype reflekterende flater, må gruppene av oppteg-ninger av signaler som fåes gjennom geofonserien fra hver kontaktserie behandles, korreleres og lagres, for å skape seismogrammer som er hensiktsmessige for analyse av geologer når det gjelder den geologiske struktur (se Cassand og lavergne "Seismic Exmission by Vibrators", kap. 8 I Seismic Filtering, publisert av Soc of Exploration Geophysicst, Tulsa, Oklahoma, 1971).

Ved en typisk vibrerende kontaktkilde, kan man for eksempel ha en forspenningskraft på 13.600 kg ved koplingsplaten mot marken. På denne kompresjonsforspenningskraft kan det overlagres en tilsvarende kraft på for eksempel 9070 kg toppamplitude. Momentkraften kommer da til å variere mellom 4.540 og 22.680 kg. Impedansen i marken kan variere som en funksjon av de påførte krefter og derved bidra til en forvrengning av de utsendte signaler, noe som gjør at seismogrammet forstyrres eller i det minste at en øket forstyrrelsesbakgrunn opptrer i dette.

Selv om den elektrohydrauliske sveipede frekvenstransmisjon i marken som ovenfor beskrevet gir en dyp seismisk undersø-keise, selv med bidrag av en rekke kilder, er kraftomform-ningsprosessen lite effektiv og kostbar. Det har vært anslått at ca. en tiendedel av 1% eller mindre av den frembragte primære energi for den hydrauliske vibrasjonsge-nerator finner seg vei i marken som nytter seismisk energi for undersøkelsesformålet.

En ytterligere ulempe ved vibrasjonskjøretøyer er deres størrelse. De er ofte altfor store og skremmende til at de anvendes i ujevnt terreng eller skogkledde områder, og deres anvendelse er i almindelighet begrenset til forholdsvis åpent, jevnt terreng. Av denne grunn må man ha tilgang til en eksplosjonsanordning, så som dynamitt eller eksploderende gassblandinger og frigjøring av høytrykksluft i de mer utilgjengelige områder. Anvendelse av slike anordninger kan ha skadelige innvirkninger på omgivelsene. Videre er undersøkelsesprosedyrer som utnytter slike anordninger, ofte langsommere enn vibrasjonsteknlkken.

Andre teknikker man har anvendt, går ut på at man slipper tunge vekter ned på Jordoverflaten, og videreutvikling av denne metode til frembringelse av slag, har man ved anvendelse av pneumatisk akselererte hammere. For å oppnå en hensiktsmessig signalstyrke, summeres et stort antall slike pulser som er tatt I forskjellige overflatelag, ofte sammen ved innhentningsprosessen, og bare en sammensatt puls opptegnes for senere gjengivelse og behandling. Ved sammen-setning av disse Individuelle pulser, oppstår det ofte en lite dlstikt og forvrengt resulterende puls, som skyldes den skadelige opphevelse av høyfrekvente komponenter. Den resulterende puls er vanskelig å tidsbestemme nøyaktig. Det kan i denne forbindelse vises til de ovenfor nevnte amerikanske patenter 3.886.493 og 3.367.443 for å vise fallvekt-teknikken, og US-PS 3.283.845, for å vise en pneumatisk drevet anordning. Det spesielle koplingselement som er foreslått i US-PS 3.367.443 kan anvendes for å redusere skade på koplingsplaten, men det mangler evne til å gi seismiske signaler, som på en effektiv måte kan innføres i og overføres gjennom marken på grunn av disses dårlige og lite effektive spektralegenskaper.

Det har vært foreslått å forbedre fallvektprinsipper og også signaloverføringsteknikken med eksploderende kilder ved anvendelse av kodede transmisjoner , ■ se Barbier og Viallix "Pulse Coding in Seismic Prospecting - Sosie and - Seiscode", Geophysical Prospecting 22, side 153-175 (1974)) og de amerikanske patenter 3.811.111, 3.866.173 og 3.956.730). Disse metoder gir pulsutsendinger ved spesifikke tidspunkter under mottagningsintervaller i overensstemmelse med en spesiell kode med behandlingen ordnet for å rette inn mottagningene, slik at korrelasjonsforstyrrelsene minimeres. Disse teknikker kan være begrenset når det gjelder den kraft som innføres i marken. Hastigheten for dataoppsamlingen (nemlig hastigheten for undersøkelsesfremskridelse) er også begrenset med slik teknikk.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en fremgangsmåte til utsendelse av unipolare kraftpulser for seismiske undersøkelser på en måte der man unngår mange av de begrensninger man har ved de kjente teknikker som er omhan-dlet ovenfor. En rekke kraftpulser kan overføre en gitt grad av energistrøm (effekt) til marken med vesentlig redusert statisk trykk eller redusert forspenningsnivå i forhold til en sinusbølgevibrator (analogvibrator). Dette kan, på sin side, resultere i reduserte dimensjoner på utstyret og krav til plattformer med dermed følgende større bevegelighet. Man vil også se at virkningsgraden for frembringelse av kraft-pulsforløpet kan være høy og systemets samlede virkningsgrad blir høy. Med signalformat frembragt i henhold til oppfinnelsen og med anvendelse av om det ønskes, en hensiktsmessig romfordeling av kontakt, vil seismiske signaler som er frembragt og overført etter fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, kunne gi eksepsjonell inntrengning og utmerket signal/støyforhold, noe som også betyr entydig oppløsning av den geologiske struktur som er av interesse og en under-søkelseshastighet som er så stor at omkostningene reduseres.

I henhold til oppfinnelsen er formålet oppfylt med en fremgangsmåte til utsendelse av slagpulser, for å frembringe seismiske signaler hvis energispektrum strekker seg over et frekvensområde, til anvendelse i et seismisk undersøkelses-system og oppfinnelsen er særlig kjennetegnet ved:

a) At det frembringes et antall pulssekvenser, der

al) pulsenes repetisjonsfrekvens sveipes monotont, idet

a2) de enkelte sekvensers nedre og øvre pulsrepetisjonsfrekvenser adskiller seg fra de øvrige sekvensers nedre og øvre pulsrepetisjonsfrekvenser, mens

a3) de nevnte repetisjonsfrekvenser befinner seg innenfor det nevnte frekvensområde og idet

a4) hver av pulsene i en hvilken som helst frekvens gir

et utnyttbart energispektrum som strekker seg utover den høyeste repetisjonsfrekvens i den sekvens det gjelder og

b) at det foretas en styring av variasjonen av energien og tidsforløpet av pulsene innenfor enn hvilken som

helst sekvens og med hensyn til samtlige sekvenser på en slik måte at den gjennomsnitlige variasjon i energispektrets nivå over det nevnte frekvensområde blir så liten som mulig for utsendelse av samtlige sekvenser.

En aperiodise rekke eller serie av slike spektralt begrensede kraftpulser med et på forhånd bestemt format, gir både den energi og de spektralegenskaper som er nødvendige for inntrengning og analyse. Hver kraftpuls kan være tilstrekkelig liten i energi til at den kan frembringes av et i høyeste grad bevegelig og flyttbart utstyr. Rekken av pulser i overensstemmelse med formatet muliggjør utsendelse av tilstrekkelig av seismiske energisignaler til å få et høyt signal/støyforhold, mens man også får høyere oppløsningsevne. Nærmere bestemt dekker rekken av pulser et gjentagelsesfrekvensbånd eller flere slike bånd, for å konstruere det utsendte spektrum likt over hele frekvensområdet for det seismiske undersøkelsessystem, mens båndet eller båndene selv strekker seg over et meget mindre område. Gjentagelsesfrekvensen for disse pulser og/eller deres apmlltude, varierer slik at det gjennomsnitlige spektrumnivå strekker seg Jevnt (det vil si i det vesentlige konstant) fra den nedre til den øvre sekvensgrense for frekvensområdet. Dette signal-spektrum kjennetegnes av en auto korrelasjonsfunksjon som har en meget smal hovedsløyfe og små, hvis noen i det hele tatt, sidesløyfer, noe som stemmer overens med høy oppløsning i det seismogram som konstrueres ved krysskorrelasjon av de mottatte signaler med den utsendte energi.

Et apparat til frembringelse av de ovenfor omhandlede seismiske signaler omfatter, i henhold til oppfinnelsen, et 1 og for seg kjent hus med hammer som er lagret for frem-og tilbakegående bevegelse i en bane I huset, bort fra og mot en slagstllling og organer som skal motta slag fra hammeren og det er kjennetegnet ved ventilorganer som er innrettet til å veksle det hydrauliske væsketrykk som utøves på hammeren og ved en slagfjær som skal styre frekvensspekteret for energien i hver av de pulser som frembringes ved hvert slag, samt styreorganer for ventilorganene for tidsstyring av den nevnte sekvens av pulser, slik at pulsrekken får en autokorrelasjonsfunksjon med små sidesløyfer.

Oppfinnelsen er videre kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Figur 1, sett fra siden, viser et kjøretøy utstyrt med en anordning til frembringelse av seismiske signaler i henhold til oppfinnelsen,

figur 2 er et snitt som skjematisk viser anordningen til

frembringelse av seismiske signaler mer detaljert enn på kjøretøyet på figur 1,

figur 3 viser, i forstørret målestokk, et bruddstykke av et snitt av koplingsplaten og kraftpulsformesystemet som anvendes i anordningen på figur 2, med stillingen av delene vist etter et slag,

figur 4 er et bølgedlagram som viser en rekke kraftpulser, frembragt av anordningen på figur 1-3,

: i ■ figur 5 er en ekvivalentkrets som tilsvarer kraftpuls-frembringelses-og formningsanordningen på figur 1-3,

figur 5A er en forenklet form av den krets som er vist på figur 5,

figur 6 er et diagram som viser spektrum for kraftpulser som har samme energi med ulik tidsvarighet,

figur 7 er et diagram som viser spektrum for gjentagelses-kraftpulsseriene,

figur 8 er et diagram som viser overtonebeslektede bånd eller paneler som skyldes et kraftpulssveip fra 5 til 10 Hz,

figur 9 er et diagram som viser energispektret som fremkommer ved summering av panelene på figur 8,

figur 10 er et diagram som viser energispektret og autokorrelasjonsfunksjonen som skyldes et kraftpulsgjentagelses-sveip i et bånd fra 5 - 10 Hz, der gjentagelseshastigheten er frekvensmodulert logaritmisk, hvorved kraftpulsamplituden varierer i overensstemmelse med det reclproke tall til kvadratroten av frekvensen, og pulsen selv har en varighet av ca. 8 millisekunder,

figur 11 viser de overtonepaneler som skyldes et sveip av kraftpulser over et gjentagelsesfrekvensbånd på 10-15 Hz, der spektralnivået I dette bånd er halvparten av nivået i grunnbåndet på figur 8,

figur 12 viser et energispektrum, frembragt ved den inkohe-rente summering av overtonepaneler i henhold til figur 8 og 11.

figur 13 viser de overtonepaneler som skyldes et sveip av kraftpulser over et gjentagelsesfrekvensbånd på 15 - 25 Hz, der spektralnivået i dette bånd er 1/6 av nivået for grunnbåndet på figur 8,

figur 14 er et diagram som viser det energispektrum som fåes ved inkoherent summering av overtonepanelene i figur 8, 11 og 13,

figur 15 er et diagram, svarende til det som er vist på figur 10, der spektrene som skyldes sekvensielle sveip over de to grunnbånd på 5 - 10 Hz og 10 - 15 Hz, viser den koherente kombinasjon av overtonepanelene i henhold til figur 12,

figur 16 er et diagram som likner diagrammet på figur 15, der sveipet strekker seg sekvensielt fra 5 - 25 Hz, og der diagrammet viser den koherente kombinasjon av serien på tre overtonepaneler som er vist på figur 14,

figur 17 er et diagram stort sett svarende til diagrammet på figur 10, men det gjengir det spektrum og den autokorrelasjonsfunksjon som fåes når modulasjonen av frekvensen for båndet 5- 10 Hz er en lineær periodisk modulasjon,

figur 18 viser det samme som figur 7, men med båndet over hvilket frekvensen for pulsene sveipes i overensstemmelse med lineær periodisk modulasjon, strekker seg fra 5 - 15 Hz,

figur 19 viser et diagram svarende til figur 18, med båndet over hvilket det lineære periodiske modulasjonssveip strekker seg liggende mellom 5 - 25 Hz,

figur 20 er et diagram som viser den relative utgangseffekt fra signalfrembringelsesanordningen i hvert enkelt av de to tilfeller, der kraftpulsfrekvensen varieres i overensstemmelse med den lineære periodemodulasjon og der også kraftpulsfrekvensen varieres i overensstemmelse med den logaritmiske frekvensmodulasjon,

figur 21 er et diagram svarende til figur 10 for et sveip, frembragt med en vibratorisk signalgenerator av vlbroseis-typen,

figur 22 er et tidsdiagram som viser en serie pulstog, frembragt i overensstemmelse med oppfinnelsen på en måte der ett spektrum på 5 - 8 Hz kan frembringes ved anvendelse av ett sveip over et bånd på 2+ - 80 Hz,

figur 23 er et diagram som viser spektrum og autokorrelasjonsfunksjoner som fåes fra en kraftpulsserie av det format som er vist på figur 22, der frekvensen for pulsene har lineære periodiske modulasjoner og der annet hvert pulspar er utelatt slik det fremgår av figur 22,

figur 24 er et blokkdiagram som skjematisk viser system til frembringelse av elektriske styresignaler for å drive styreventilen som anvendes i den anordning som er vist på figur 2,

figur 25 viser, delvis i perspektiv, en kraftpulsgenerator som er beregnet på å kunne frembringe formede kraftpulsrekker i undervannsomgivelser,

figur 26 viser det samme som figur 25, men med anordningen i den tilstand den har etter at et slag har funnet sted, og

figur 27 er en bølgeform for den trykkpuls som frembringes av anordningen som er vist på figur 25 og 26.

Som vist på figur 1, omfatter anordningen til frembringelse og utsendelse av de ønskede seismiske signaler i marken et kjøretøy 10 med en motor og førerhus 12, montert på et understell 14. En hydraulisk drevet støt- eller slaganord-ning tjener som kraftpulsgenerator 16. Et rammeverk 18 montert på understellet 16 ved hjelp av flenser 20, bærer pulsgeneratoren 16. En hydraulisk kraftkilde 22 er også montert på understellet 14. Denne kraftkilde inneholder en hydraulisk pumpe, reservoar og filter til frembringelse av hydraulisk trykkfluidum, for eksempel hydraulisk olje som mates til og mottas fra pulsgeneratoren 16 gjennom slanger 24, 25. Andre slanger 26 forbinder den hydrauliske kraftkilde 22 med pulsgeneratoren. Pumpen i den hydrauliske kraftkilde 22 kan drives av kraftuttaket på kjøretøyets 10 motor eller ved hjelp av en diesel eller bensindrevet hjelpemotor som kan være montert på en tilhenger kjøretøyet 10 trekker med seg.

På grunnplateenheten 28 utgjør en del av pulsgeneratoren 16. Denne enhet dannes av en sirkulær grunnplate 30, en sylinder 32 festet på grunnplaten 30 og vinkler 34. Vinklene fester sylinderen 32 til grunnplaten 30. En åpning 36 i understellet er forsynt med en sadel 38 som har en konisk flate ved sin bunn. En hydraulisk sylinder 40 tjener til å løfte og senke pulsgeneratoren 16. Når pulsgeneratoren 16 er løftet, mottar sadelen 38 de skrå øvre kanter av vinklene 34. Kjøretøyet 10 kan da forflyttes over marken 42, for eksempel til neste kontaktpunkt.

Den hydrauliske sylinder 40 er fortrinnsvis montert på rammeverket 18 ved hjelp av en svingbar forbindelse 44. Når kjøretøyet kommer frem til det sted der man ønsker å sende ut signaler, senker sylinderen 40 pulsgeneratoren 16 og dennes grunnplate 28 til marken 42 og utøver en forspenningskraft på denne. Forspenningskraften er hensiktsmessig et multiplum, (for eksempel 1,5 eller 2 ganger) av gjennonsnittskraften for kraftpulsene som skal sendes ut. Denne gjennomsnittskraft betegnes med F^yg på figur 4. Dessuten kan denne forspen-ningskraf t som utoves ved hjelp av sylinderen 40, under-støttes av en ytterligere forspenningskraft som utøves direkte på grunnplaten 30 ved hjelp av ytterligere sylindere 46. Tre eller fire slike sylindere er symmetrisk anbragt rundt grunnplaten 30. De er montert på understellet 14, for eksempel ved hjelp av en støtdemper og et svingbart feste 44, og har aksler med spalteinngrepdeler 48, som står i

kontakt med tapper på grunnplaten 30, slik at belastningen på denne blir symmetrisk. Den ekstra forspenning ved hjelp av sylindrene 46, tjener til å hjelpe til med å bibeholde grunnplaten 30 i kontinuerlig kontakt med marken under et sendeintervall, for derved å unngå frembringelse av forstyr-rende støtsignaler.

Det er spesielt ønskelig å anvende denne ekstra belastning fra sylindrene 46 i situasjoner der resonansfrekvensen, slik den bestemmes av massen av grunnplateenheten 28 og markens stivhet, faller innenfor det utsendte kraftpulsspektrum. Anvendelse av sylindrene 46 er imidlertid valgfri, særlig når forspenningskraften som utøves av sylinderen 40 er tilstrekkelig til at intim kontakt mellom grunnplaten 30 og marken bibeholdes.

Kraftpulsgeneratoren 16 styres elektrisk av signaler frembragt av en styresignalgenerator i førerhuset 12. Denne styresignalgenerator er tilsluttet en elektrohydraulisk styreenhet 50 (se figur 2) ved hjelp av en kabel 52. Styreenheten 50 kan innbefatte styreventiltrinn og kraft-trlnn.

Styregeneratoren i førerhuset 12 kan motta ytterligere styresignaler fra en radlomottager som er koplet over en antenne 54 til en styresender. På denne måte kan en flerhet av mobile enheter, så som den som er vist på figur 1, arbeide synkront, idet alle styres som slaveanordninger fra en hovedklokke som gir hovedstyresignaler.

Figur 2 viser kraftpulsgeneratoren 16 og dennes tilhørende apparatur mer i detalj. Et sylindrisk hus 56 har en av-trappet boring 58, hvori en hammer 60 kan bevege seg i husets 56 akseretning. Hammeren 60 har en masse Mg, som drives for å frembringe et støtforløp under hver bevegelsescyklus. Fra disse støtforløp frembringes kraftpulsene.

Hammeren 60 har et stempelparti 62. Den har også endesek-sjoner 64 og 66 som glir i lagerseksjoner 68 og 70. Lager-seksjonene 68 og 70 befinner seg på motstående sider av et hulrom 72, dannet av den avtrappede boring 58. Dette hulrom er oppdelt av stempelet 62 i to deler 74 og 76, som ligger på hver sin side av stempelet 62.

Hydraulisk trykkmedium mates til hulrommene 74 og 76 fra styreenheten 50, som er tilkoplet hulrommene gjennom åpninger 78 og 80. Trykket i hulrommene 74 og 76 koples mellom mating og tilbakeløp ved hjelp av ventiler i enheten 50, for at man skal få til den cykliske bevegelse av hammeren 60. GJentagelsesfrekvensen og amplituden for hammerbevegelsen, kan styres med det for øyet å frembringe på forhånd bestemte rekker av kraftpulser som har på forhånd bestemte amplituder i rekken. Det skal påpekes at hammerens 60 forskyvning Xg undergår en brå hastighetsendring, svarende til støtforløpet. Det er i de tilfeller da denne tverre endring av hastigheten oppstår at kraftpulsene skapes.

Disse kraftpulser frembringes når hammerens 60 nedre ende slår mot et mottagerstempel 82 i grunnplateenheten 28. Sylinderen 32 i enheten 28 er hul med en boring 84. Et gjenget parti 86 av boringen har en iskrudd propp 88. Proppen har en konisk øvre ende 90 og en aksial åpning som mottagerstempelet 82 kan gli i. Et hulrom 92 er utformet i boringen 84 mellom grunnplaten 30 og den nedre ende av proppen 88. Hulrommet er fylt med væske, fortrinnsvis hydraulisk olje. En flens 84 ved undersiden av mottagerstempelet 82 står i kontakt med væsken i hulrommet 92. Anordningen av den begrensede væske og mottagerstempelet 82 danner en væskeslagfjær. Selv om en væskeslagfjær foretrekkes, kan Imidlertid andre slagfjærer som kan bære samme statkraft og som har den nødvendige fjæringsgrad og masse anvendes. I denne forbindelse vises det til US-PS 3.382.932 og 3.570.609 for almindelig informasjon når det gjelder utforming av slagfjærer.

Hensiktsmessige tetninger så som 0-ringer 98, 100 og 102 kan anvendes hele veien for å begrense utslipp av hydraulisk medium fra hulrommene 92, 94 og 96.

Virkemåten for væskefjæren ved absorpsjon av støtenergi som meddeles mottagerstempelet 82, er å frembringe en formet kraftpuls som overføres til grunnplateenheten 28 til marken, og den skal i det følgende bli beskrevet nærmere.

Styreenheten 50 mates gjennom mate- og tilbakeløpsledninger 104 og 106 fra den hydrauliske kraftkilde 22 (figur 1). Disse ledninger kan være forlengelser av de fleksible slanger 24 og 25, som vises på figur 1. Mate- og tilbakeløpsakku-mulatorer 108 og 110 er tett koplet til mate- og tilbakeløps-ledningene 104, resp. 106. Styreenheten 50 mottar et elektrisk inngangssignal som er angitt som ey fra en tids-signalgenerator 112, som utgjør en del av styregeneratoren som, som forklart tidligere, ligger i førerhuset på kjøre-tøyet 10 (figur 1). Dette signal ey styrer ventllvlrkningen som, på sin side, styrer bevegelsescyklusen for hammeren 60, for å muliggjøre at gjentagelsesfrekvensen og amplituden (energien) for slagforløpet og de resulterende kraftpulser bestemmes på forhånd. Gjentagelsesfrekvensen og energien bestemmes ved ytre inngangssignaler ejj og eg, som tilføres tidssignalgeneratoren 112. Signalene eg er et pulssignal som tidsinnstiller opptreden av slagforløpene, og dermed gjenta-gelsesf rekvensen for kraf tpulsene. Signalet eg er et nivå som stiller inn amplituden (energien) for kraftpulsene. Ved at på denne måte å variere eller sveipe gjehtagelsesfre-kvensen for ejj-pulsene, kan kraftpulsgjentagelsesfrekvensen varieres, mens man samtidig varierer eller bibeholder konstant amplitude for kraftpulsene ved styring av nivået ejj. Variasjonene i kraftpulsgjentagelsesfrekvensen og amplituden, er bestemt på forhånd i overensstemmelse med oppfinnelsen, for å komme frem til utsendt energispektrum som er begrenset til det området av frekvenser som er både nødvendig og ønskverdig for anvendelse ved seismiske undersøkelser.

Tidssignalgeneratoren 112 kan også, som det fremgår av figur 24, innbefatte en parametergenerator som mottar informasjoner om de ulike parametere som påvirker svingningscyklusen for hammeren 60 1 pulsgeneratoren 16. Disse parametere er forskyvningen av hammeren Xg og matnings-og tilbakegangs-trykkene Ps og PR. Trykkene fåes fra trykkfølervenderen 114 og 116 som er festet til matnlngs-og tilbakeløpsledningene 104 og 106. En forskyvningsføler 118 er montert i boringen 58 ovenfor den øvre ende 64 av hammeren 60. Denne forskyv-ingsføler er hensiktsmessig en differensialtransformator bestående av en spole 120 og en magnet 122. Magneten 122 er festet til den øvre ende 64 av stempelet 60, slik at signalet fra spolen 120 som tilføres som Inngangssignaler til parametergeneratoren i tidssignalgeneratoren 112, er proporsjonal med hammerens forskyvning.

unaer arirt påtrykkes en nedadrettet forspenning på huset 56 fra sylinderen 40 over en aksel 124 som er festet til den øvre del av huset 56. Denne forspenning som kan betegnes

som nedadrettet tvangskraft, påvirker grunnplateenheten 28 over den koniske flate 90 ved oversiden av proppen 88. Den nedre ende 126 av huset 56 har konisk form for at det skal dannes en konisk grenseflate. Innretning frembringes ved hjelp av boringen 84 ved den øvre ende av grunnplateenhetens sylinder 32 som mottar den nedre ende 126 av huset 56. Tappene 128 i huset 56 stikker gjennom spalter 130 i sylinderen 32. Under drift kommer tappene 128 ikke i kontakt med slissenes 130 vegger. Når pulsgenerator-huset 56 løftes ved hjelp av sylinderen 40 (fig. 1) griper imid-

^értid tappene 128 sammen med den øvre vegg av slissene 130

for at grunnplateenheten skal løftes sammen med pulsgenerator-. huset 56 og transporteres av kjøretøyet 10 (fig. 1).

En konisk del .132 er festet ved bunnen av husenden 126. Delen 132 er hensiktsmessig av dempende materiale, f.eks. en lagdelt konstruksjon av aluminium og fenolharpiksplast (f.eks. MICARTA). Når generatorhuset 56 så beveger seg nedad, vil følge-lig den øvre ende eller slagplaten 134 bli rettet inn med bunnen av hammeren når den koniske del 132 legges på den koniske flate 90. Etter slaget og som vist på fig. 33 drives grunnplateenheten 28 bort fra generatorhuset 56 og flaten på den koniske dempedel 132 skilles fra den koniske flate 90 på proppen 88. Delen 132 av dempemateriale demper den dynamiske kontakt etter hvert slag som oppstår når kraften nedad som utøves på generatorhuset 56 igjen bringer huset 56 tilbake på den koniske flate 90 på proppen 88. På denne måte frembringes ikke noe pulsforløp utover det som tilhører den normale avslutning av kraftpulsen.

Om man betrakter frembringelsen av pulsliknende signal-energi i jorden fra et slagforløp som frembringes av et slag fra hammeren direkte på basisplaten 30 uten innføring av noen slagfjær, ville denne prosess være utilstrekkelig for geofysisk undersøkelse.Slagforløpet vil opptre som en tilnærmelse til en Diracdeltafunksjon som har tilnærmet null tid i varighet og meget stor amplitude. Energispektrum ville da være meget bredt og ha en spektralbredde som overskrider den transmisjonsbånd-bredde som generelt anvendes for geofysiske analyser. Energien som inneholdes i pulsspektret og faller utenfor analysebåndet går tapt, noe som gjør prosessen lite effektiv. Det er et karakteristisk trekk ved oppfinnelsen å forme den kraftpuls som frembringes ved et slagforløp slik at sendesignalenergien ligger i et spektrum begrenset til analysefrekvensbåndet.

Som vist på fig. 2 og 3 har grunnplateenheten 28 en radius a i kontakt med marken. Væsken i hulrommet 92 har et volum V som er lik volumet i hulrommet 92. Væsken har en bulk-modul p c . Mottagerstemplet 82 i væskefjæren har en masse M^.. Det effektive areal av stemplet 82 som er utsatt for væskevolumet, er arealet A . Hammeren 60 har en masse M„.

P H

Den tilnærmede ekvivalentkrets for hammeren og væskefjæren er vist på fig. 5. Et batteri 140 og dets indre motstand 142 representerer den hydrauliske dirvkraft som utøves på hammermassen 144. En topolet omkopler 146 vises med to stillinger. I en første stilling 146a bygges den frie hastighet V-j. opp i hammermassen M^. I slagøyeblikket befinner omkopleren 146 seg i stillingen 146b, noe som gjør det mulig at hammerens kinetiske energi overføres til belastningskretsen. Belastningskretsen utgjøres tilnærmet av parallellkoplingen av stivheten 156 for væskeslagfjæren Kj og massen Mp i grunnplaten samt be-lasningsparametrene K T L og R^. I strømkretsrepresentasjonen representasjonen 150 massen Mp for grunnglateenheten 28. Marken oppviser en stivhet 152 på en motstand 154 mot grunnplaten 30.

Denne stivhet angis som K T og motstanden er R^

Der man tar hensyn til at hammerens masse M^ er mye større enn massen av mottagerstemplet M-p kan den sistnevnte masse settes ut av betraktning og massen for grunnplateenheten Mp antas til og med å være større enn hammerens masse M^. På denne måte blir den første virkning for belastningskretsen når omkopleren 146 bringes til stillingen 146b at tregheten i grunnplatens massen Mp holder grunnplaten fra å bevege seg momentant mens hammerens kinetiske energi overføres til lagret potiensiell energi i slagfjæren med en kraftoppbygning på grunnplaten med en hastighet som er en funksjon av hammerens masse og slagfjær-graden. Grunnplaten begynner senere å bevege seg fremover for å overføre den potensielle energi som er lagret i slagfjæren til belastningen. Den hastighet med hvilken denne overføring skjer er en funksjon ved strømkretsparametrene. Disse parametre ut-trykkes nedenfor i likningene (1), (2) og (3)-

I likning (2) og (3) er G skyvemodulen, u er Poissons forhold og ps er tettheten i marken i nærheten av grunnplaten.

Når hammeren 60 når grensen for sin slagbevegelse i retning nedad, lagres energi i slagfjæren K^, i fjæringsgraden KT for marken og i enhver kinetisk restenergi i grunnplateenheten 28. Denne lagrede energi vil delvis bli tilbakeført til hammeren 60 og bringe denne til å sprette og delvis vil energien bli forbrukt i belastningen. Som en tilnærmelse kan man si at energien ved hammerens tilbakesprett er forskjellen mellom den energi som meddeles slagfjæren-grunnplatesystemet og den energi som avgis til belastningen F?L. Belastningen utgjøres av den strålingsmotstand RR som er det siste uttrykket i likningen (3) og en lokal dempemotstand R^.

Et karakteristisk trekk ved foreliggende oppfinnelse er å kunne ta tilbake og å utnytte sprettenergien slik at det hydrauliske drivsystem for hammeren 60 primært bare behøver å til-føre energitapet som ble overført til belastningen R^ ved foregående slag.

Likningen (3) viser at strålingsmotstandsdelen RR av RT er proporsjonal med arealet av grunnplaten 30. Generelt øker forholdet R^ til R^ med økende grunnplateradier. For å øke delen av forbrukt energi som opptrer som stråling i forhold til den som opptrer som lokal dempning er det i alminnelighet ønskelig at grunnplaten 30 har et stort tverrsnittsareal.

Det er et karakteristisk trekk ved oppfinnelsen som kan tilbakeføres til anvendelse av slagfjæren å gjøre det mulig for grunnplaten å ha så stort tverrsnitt. Grunnplater som er anvendt i henhold til frembringelse av slag ved anvendelse av vanlig teknikk har i alminnelighet vært små sammenliknet med dem som anvendes i vibrerende signalgeneratorer (f.eks. Vibroseis). Dette er gjort for å holde grunnplaten lett i vekt for derved å minske dennes slagpåkjenninger og unngå å hindre over-føring av slagenergi til marken. Slagfjæren som er anordnet i henhold til oppfinnelsen, absorberer slagkraften og fordeler denne kraft over grunnplaten 28 uten å skape innførte påkjenninger og andre skadelige virkninger som kan skade grunnplaten og/eller hammeren. Tidsfordelingen av kraften (det vil si av-pasningen eller formningen av pulsen med tiden, noe som fremkommer ved anvendelse av slagfjæren) optimaliserer energiover-føringen og holder denne innenfor den ønskede analysebåndbredde. Signalstyrken som overføres blir på denne måte øket og skade på grunnplaten og hammeren unnviker samtidig med at man får en effektiv anvendelse av den frembrakte energi ved bruk av slagfjæren.

Det skal nu forklares hvorledes slagfjæreanordnirigen frembringer optimalisering av energioverføringen innenfor den ønskede analysebåndbredde. Det antas at båndbredden er et bånd av frekvenser som går fra en lav frekvens til en høy frekvens

For eksemplets skyld lar man grunnplaten 28 ha en radius rQ lik 0,6l m og grunnplatens masse Mp være 1090 kg,

noe som er vanlige verdier. Typiske verdier for tettheten p og skyvemodulen G samt Poissons forhold y for jord er disse:

Med anvendelse av disse verdier og likningene (2) og (3) er stivheten og motstanden som oppvises av jord for grunnplaten med diameter på 1,22 m lik og massereaktansen for grunnplaten er

I nærheten av dominerer markresistansen over mark-stivhetsreaktansen eller grunnplatemassens reaktans. I nærheten av fg ér det derfor mulig å forenkle ekvivalentkretsen på fig. 5 til den som er vist på fig. 5A, og som gjelder under kontaktvarigheten for hammermassen M™ med slagfjæren.

Denne kontaktvarighet Tp er omtrent

der fp er parallellresonansfrekvensen for hammermassen M» med slagfjærstivheten . Formen på den resulterende kraftpuls er tilnærmet formen på en halv sinuskurve med hammeren i løftende bevegelse bort fra fjæren da hammerakselerasjonen blir positiv oppad. For en halvsinuskraftpuls er det tilsvarende energispektrum det som er vist med den heltrukne kurve på fig. 6. Frekvensen f for hvilken spektralnivået E(f) minskes 3 dB under den for lavfrekvensasymptoten er omtrent

Man ser (se fig. 6) at mer enn 80% av energien i kraftpulsen er begrenset til frekvensområdet under fq. Frekvensen f q , som er intimt knyttet til forholdet mellom slagfjærstivhet og hammermasse kan således settes.lik frekvensen fp .som er den øvre frekvens for analysebåndet. Kraftpulsen er således skreddersydd til å kunne anbringe hoveddelen av slagenergien under den øvre frekvens for analysebåndet, noe som fører til en effektiv prosess. Samtidig reduserer den utbredte kraftpuls påkjenninger i hammeren og grunnplaten og begrenser disse påkjenninger til de nivåer som kreves for hensiktsmessig signalenergiutsendelse.

Den nedre frekvens.f^ for analysebåndet er faststilt ved vilkåret om at stivhetsreaksjonen for marken begynner å overskride den motstand som henger sammen med strålingsbelast-ningen. Omtrentlig fåes da av likningene (2), (3) og (4)

I dette eksempel er det således mellom omtrent f^ =

12 Hz og f2~ 25 Hz energispektrum stort sett flatt med og f 2 lik med -3dB-punktene. Nyttig energi under f'^ kan imidlertid foreligge for undersøkelsesformål siden helningen for senkningen av overført energi er moderat og dempningen av energien inne i marken reduseres med minskende frekvens. En mer definitiv be-grensning av f, kan være den laveste gjentagelsesfrekvens for en kraftpulsrekke som beskrives i det følgende. I det ovenfor angitte eksempel er resonansfrekvensen for grunnplatemassen med markstivheten lik noe som faller innenfor det valgte analysebånd. Ved denne frekvens fåes imidlertid resonansen Q for seriebelastningkretsen av

I dette tilfellet er resonansbelastningen i høy grad dempet og dens iboende resonanskarakter kan ignoreres. Valg av passende verdier for hammermassen M H og fjærslagstivheten K^. kommer til å resultere i en parallellresonanskrets Qp (Qp = FL/u^M^) for kretsen på fig. 5A som har verdier generelt over 2tt.

Li on

Med slike verdien kan den antatte halvsinuskarakteren for kraftpulsen oppnås.

Verdiene for markparametrene som anvendes ovenfor, er typiske men også utsatt for vesentlige variasjoner fra sted til sted. Deres variasjon kommer imidlertid til å ha liten om noen i det hele tatt, virkning på den øvre frekvensen f2 som i høy grad bestemmes av M^ og K^. Det kan imidlertid ha mer virkning på den nedre frekvens f^. Av likning (9) fremgår det at når forlengelse av analysebåndbredden til lavere frekvenser ønskes kan med fordel grunnplater med stor radius benyttes. Spektrumnivået E(f), som vises på fig. 6, er proporsjonal med tidsvarigheten for kraftpulsen Tp og toppverdien av denne kraftpuls Fp spesielt når

Energien i et pulsforløp E^ er proporsjonal med kvadratet av toppkraften og varigheten av kraften eller

Av de innbyrdes forhold i likningene (11) og (12) fremgår det at om energien for pulsforløpet holdes konstant mens varigheten halveres vil spektrumnivået minskes med en faktor på 2 eller 3 dB. Dette vises på fig. 6 der spektralbredden for halve pulsbredden Tp/2 er fordoblet og spektrumnivået er halvert.

Fig. 7 viser det spektrum som skyldes den gjentatte påtrykning av kraftpulser med en konstant gjentagelsesfrekvens

fR. Perioden eller tidsintervallet TR mellom kraftpulsene (se fig. 4) er da like for hele kraftpulsserien. I stedet for et kontinuerlig spektrum som går fra grensefrekvensen f^ som vist på fig. 6, er spektret oppbrutt i en rekke av linjekomponenter med mellomrom over en strekning f„ og begrenset til en omhylningskurve som vist på fig. 6, som bestemmes av formen på de enkelte kraftpulser og som gir omhylningskurven for spektret som følge av kraftpulsforløpet.

For en gitt energi pr. puls er linjenivåene for gjen-tagelsespulsene proporsjonale med gjentagelsesfrekvensen. Den heltrukne omhyllingslinje på fig. 7 viser det tilfellet da grunngjentagelsesfrekvensen fR2 er det dobbelte av gjentagelsesfrekvensen fR^ som er gjengitt med den stiplede omhylningskurve. I og med at det finnes halvparten så mange linjer innenfor omhylningskurven der gjentagelsesfrekvensen er fR2 ettersom det finnes dobbelt så mange pulser pr. tidsenhet,.vil de individuelle linjenivåer for fR2 være 6 dB høyere enn for f ^. Ettersom pulsbredden Tp er identisk i begge tilfelle er omhylningskurven og grensefrekvensene de samme med unntagelse av forskjellen på 6 dB i spektralnivået.

Gjentagelsesspektret kommer ikke til å være særlig anvendelig for analyse av reflekterende flater ved geofysiske

undersøkelser idet hver reflektor kommer til å bli observert som en serie reflektorer med lik styrke fordelt med tidsmellom-rommet TR. Tidligere slagfrembringelsesteknikk har utnyttet gjentatte hendelser, men med tilstrekkelig mellomrom i tid slik

at all akustisk refleksjon fra en gitt kraftpuls kan opptegnes innen neste puls opptrer. Denne teknikk er imidlertid tids-krevende og forlanger vanligvis mange gjentagelser på mange steder før et tilstrekkelig signal/støyforhold oppnås (det vil si at undersøkelsestiden blir kraftig forlenget). Selv om me-todene og apparatene til frembringelse av formede kraftpulser gir vesentlige forbedringer om de tillempes på en slik slagfrembringelsesteknikk som anvendes for seismisk undersøkelse tidligere, kan vesentlige forbedringer fåes ved å frembringe rekker av formede pulser som har på forhånd bestemt format slik » det skal beskrives i det følgende under henvisning til fig. 8-23.

Slag av hammeren 60 på mottakerstemplet 82 opptrer på tidspunktet Tq. Etter den første kontakt forskyves hammeren 60 negativt og følger mottagerstemplet 82 bare for å sprette tilbake når den potensielle energi som er lagret i slagfjæren delvis føres tilbake til hammeren 60. Ved tilbakesprettet går hammeren 60 således mot nullordinatlinjen. På dette tidspunkt TgQ vil den hydrauliske kraft, siden hammeren har nådd nullhastighet og har overført sin kinetiske energi til slagfjærbelastningssystemet, endre sin retning på hammeren, hvorved hammeren akselereres bort fra slagstillingen. Denne omkastningstid T^q ligger hensiktsmessig nær den naturlige nullakselskjæring for stempelbevegelsen under sprettet bare for å unnvike en reduksjon i den pulsenergi som overføres fra foregående forløp.

Kombinasjonen av tilbakespretthastighet og kraft oppad gjør det mulig for hammeren 60 å bevege seg bort fra slaget med stadig økende hastighet. Når hammeren 60 har nådd en på forhånd bestemt hastighet (avfølt av forskyvningsføleren 118), koples den hydrauliske kraft F~ på hammeren 60 i den motsatte retning hvorved en bremsing av stempelbevegelsen påbegynnes. Denne koplingstid betegnes Pg-p Hammeren 60 bremses så ned og kommer sluttelig til null hastighet ved Tg2 i en høyde av Xg.

Hammeren 60 kan holdes i stillingen Xg en vilkårlig

tid med nullkraft utøvet. Ved en etterfølgende omkoplingstid TQ-, utøves igjen en positiv hydraulisk kraft og hammeren aksel-erer mot belastningen og slår mot mottagerstemplet 82 på tidspunktet T'Q. Holdetiden og.omkoplingstiden er på forhånd bestemt i overensstemmelse med styresignalene eR og e^ ved hjelp av de system som i det følgende skal beskrives under henvisning til fig. 24.

Den kinetiske energi for hammeren 60 ved slag er lik den potensielle energi hammeren har i stillingen Xg. Da gjelder

der F~ er den hydrauliske kraft på hammeren i retning nedad (antatt konstant under hammerens bevegelse nedad) og V er slag-hastigheten.

En del av den kinetiske energi i hammeren 60 overføres til belastningen mens en annen del opptrer som tilbakespretthastighet VR, som fremgår av helningen på kurven for hammerens tidshistorie ved tidspunktene Tg0-

For å få til en høy oppløsning og et høyt signal/støy-forhold i utsendingen av de ovenfor beskrevne kraftpulser har det vist seg at i henhold til oppfinnelsen skal slike kraftpulser sendes ut i ikke-gjentatte eller aperiodiske rekker. Slike rekker kan også ansees å være kodeformet. Disse rekker eller signalformat kan overføres over et kort.transmisjonsinter-vall, noe som også fører til økning av hastigheten for den seismiske undersøkelse.

For illustrasjonsformål skal de nedenstående for tiden foretrukne signalfølger eller format diskuteres: 1. Lineær frekvensmodulasjon av kraftgjentagelses-frekvensen. 2. Ikke-lineær frekvensmodulasjon, f.eks. logaritmisk modulasjon av gjentagelsesfrekvensen for kraftpulsene. 3. Lineær periodisk modulasjon av kraftpulsgjentagelses-perioden. 4. Dobbelte modulasjonssveip som synkroniserer lavere frekvenssveip under pulser som blir sveipet over et bånd med høyere frekvenser.

De ovennevnte signalfølger eller format kan i henhold til oppfinnelsen gjennomføres med enhver individuell kraftpuls som inneholder samme energi (som funksjon av kraftamplituden) eller energien kan varieres i overensstemmelse med gjentagelsesfrekvensen. En slik variasjon i energi kan anvendes- for å få

til konstant utgangseffekt over et sendeintervall eller fallende utgangseffekt under sendeintervallet. Det sistnevnte tilfelle

med fallende utgangseffekt kan være spesielt hensiktsmessig for anvendelse når man ønsker avstemme kraftoverføringskarak-teristikkene for en kraftmatekilde som driver pulsgeneratoren (nemlig 16 på fig. 1), som en hydraulisk kraftkilde som lagrer energi i akkumulatorer.

Variasjoner i energien for kraftpulsene under sendeintervallet kan også anvendes for å styre nivået eller helningen i forhold til frekvensen i kraftpulsspektret. På denne måte kan spektrumnivået i grunnbåndet (med dette menes den laveste hele oktav av gjentagelsesfrekvensvariasjonene) bibeholdes i det vesentlige konstant. Variasjon i kraftpulsenergien over transmisjonsintervallet kan også anvendes for å minimere diskontinuiteter ved grensene mellom grunnbåndet og de andre overtonebånd eller panelene eller mellom høyere overtonebånd eller paneler som skyldes ulike sveipehastigheter for slike bånd eller paneler. Den andre overtone av en gjentagelsesgrunn-frekvens kommer til å bli sveipet med en hastighet som er den dobbelte av hastigheten for grunnsveipet, den tredje overtone vil bli sveipet med en hastighet som er tre ganger hastigheten for grunnsveipet osv. Spektrumnivået for den andre overtone kommer til å ligge nedad 3 dB fra grunntonen i hvert tilsvarende punkt og den tredje overtone kommer til å ligge 5 dB nedad osv.

For ett sveip av grunnfrekvensen over en oktav oppstår det en grense ved det punkt der grunntoneslutten går over til den andre overtone av den begynnende grunntone. Størrelsen av diskontinuiteten ved denne grense avhenger av typen av det anvendte sveip. Ved det punkt de andre og tredje overtonepaneler overlapper hverandre begynner hurtige svingninger av spektrumnivået på grunn av på hverandre følgende konstruktive og destruk-tive interferenser. Disse interferenser opptrer som loddlinjer i diagrammene som viser spektrene (se f.eks. fig. 10). Formen på omhyllingskurven for spektret styres av formen på kraftpulsene slik at spektralenergien blir begrenset til å ligge i analysebåndet .

Det har i henhold til oppfinnelsen vist seg at autokorrelasjonsfunksjonen for transmisjonen, hvilken funksjon er et mål på oppløsningen, er følsom prinsipielt overfor middel-spektrumnivået, spesielt for forsinkelsestider nær null for-sinkelse og er forholdsvis ufølsomme for disse hurtige interferenssvingninger som opptrer som loddlinjer. I overensstemmelse med oppfinnelsen elimineres helnings- og grensediskontinuitetene i spektret i det vesentlige for å gi et stort sett konstant middelsspektrumnivå. Som et resultat av dette forbedres autokorrelasjonsfunksjonen, særlig for små verdier for forsinkelses-siden, noe som gir en høy oppløsning og minimal flertydighet av målet.

Her skal man betrakte de innbyrdes forhold som styrer den logaritmiske frekvensmodulasjon og den lineære periodiske modulasjon.

Den lineære frekvensmodulasjon styres av en likning

av formen

Den logaritmiske frekvensmodulasjon styres av en likning av formen der x er den tid det tar for å sveipe en oktav i en frekvens. Lineær periodisk modulasjon styres av en likning av formen

der T er en konstant som bestemmes av sluttfrekvensen i sveipet.

Energispektrumnivået E(oo) er av formen

der Tp er kraftpulslengden,Fp er er kraftpulsamplituden (se fig. 4) og fpOt) er den tidsavhengige gjentagelsesfrekvens som styres av likningene (15, (16) eller (17).

Likningen (18) kan anvendes for å bestemmé spektral-helningen i grunnbåndet for de ulike typer sveiping likegodt som avhengig av nivået på kraftpulsamplituden og kraftpulsbredden

(se også likning (12).

Tabell 1 er en fortegnelse over forskjellige typer sveiping av grunngjentagelsesfrekvensen fR over et basoktav-bånd med tilhørende amplitudefunksjoner og den resulterende spektrumhelning i grunnbåndet, størrelsen av den første grense-diskontinuitet og kraftkarakteristikken over sveipets varighet.

Av de seks rekker som er angitt i tabell 1 er det som gir den minste sidesløyfeenergi i forhold til hovedsløyfen, de første og fjerde rekker som også gir flatt spektrum i grunnbåndet og allikevel bibeholder en 3 dB grensekontinuitet.

Spektret kan modifiseres om sveipen av grunngjentagel-seshastigheten fn„ forsetter forbi den første oktav slik det skal diskuteres nærmere i det følgende.

For illustrasjonsformål betraktes eksemplet med en formet kraftpuls som har en gjentagelsesfrekvens sveipet nominelt over basoktavbåndet fra 5 til 10 Hz. En slik kraftpuls kan frembringes ved anvendelse av den .anordning som er beskrevet under henvisning til fig. 1~3-. Sveipet er slik at det gir flat middelspektralenergi i basbåndet og i de individuelle overtonebånd eller -paneler. Som det fremgår av tabell 1 kan det anvendes enten en lineær periodemodulasjon med konstant amplitude eller en logaritmisk frekvensmodulasjon med ampli-

f<-1/2>

tuden varierende som f

Fig 10 viser den sammenhengende utviklingen av spektret E(f) for det logaritmiske frekvensmodulasjonssveip med ampli--1/2

tuden varierende etter f . Basbåndet fra 5-10 Hz er tydelig

på samme måte som den flate andre overtonedel ved et redusert nivå på 3 dB og begynnelsen av interferenssvingningene ved 15 Hz på grunn av overlapning av de andre og tredje overtonepaneler.

På fig. 10 vises også autokorrelasjonsfunksjonen p(r) for den sveipede overføring.

Overtonepanelenes summering kan bedre sees ved å betrakte denne summering som om den ble gjort usammenhengende uten å ha de hurtige interferenssvingninger tilstede.

Fig. 8 viser utviklingen av de første tolv overtonepaneler i basbåndsveipet. Som grunntone sveipes fra 5 til 10 Hz, den andre overtone sveiper fra 10-20 Hz med dobbelt hastighet. Ved hver gitt frekvensmultiplikasjon innenfor sveipeområdet kommer den annen overtone til å bidra bare med halvparten av den energi som grunntonen bidrar med ved at den beveger seg med halve hastigheten for den andre overtone. Spektrumnivået for det andre overtonepanel er derfor en halv (eller 3 dB mindre enn) grunnpanelnivået. På samme måte sveiper den tredje overtone fra 15-30 Hz med tre ganger hastigheten for grunnsveipet. Følge-lig vil spektrumnivået for det tredje overtonepanel være 1/3 (eller 5 dB mindre enn) grunnpanelnivået. Energispektrumnivået E for det n:te overtonepanel fåes ved

der E^ er nivået fr grunnpanelet.

Den usammenhengende sum av bidragene av de forskjellige paneler gir det resultat som er vist på fig. 9« Fig. 9 starter med en 3 dB svingning mellom det første og begynnende andre over-tonebidrag og har tilbøyelighet til senere å svinge med monotont minskede svingninger om et sluttnivå på ca.. 0,7 E^.

Svingningene på fig. 9 er svingninger av middelspektrum-nivået. Middelnivåsvingningene kan reduseres ved tilførsel av energi i utvalgte bånd. Fig. 11 viser et transmisjonssveip fra 10 til 15 Hz med et spektrumnivå i grunnbåndet på 1/2 E^. Når denne overføring summeres usammenhengende med den man har på fig. 9» fåes det delvis utglattede spektrum som er vist på fig. 12.

På fig. 13 og 14 vises den ytterligere usammenhengende tilføyelse av en transmisjon som går fra 15 Hz til 25 Hz ved et nivå på 1/6 E^ i grunnbåndet. Det summerte spektrum i dette til-feilet er middelsvingninger som innenfor båndet fra 5 til 60 Hz ikke overskrider 0,6 dB.

De tre transmisjoner på fig. 8, 11 og 13 kan gjøres på separate tider og summeres eller kan følge etter hverandre som en integrert transmisjon.

Det skal mer detaljert vises til eksemplene med det integrerte log-PM-sveip. Likningen som styrer variasjonene av gjen-tagelsesf rekvensen med hensyn på tid for det logaritmiske sveip fremgår av likning (16). Som tidligere påpekt opptrer de flat-toppede paneler med dette logaritmiske sveip når kraftpulsamplituden varierer med fR -1/2 . Por å forandre spektrumnivået for de andre og tredje mellombånd endres sveipehastigheten. For det andre mellompanel der spektrumnivået er redusert med faktoren 2, er således verdien av x (tiden for å sveipe en oktav) halvparten mot hva som anvendes i det første bånd. På liknenden måte er for det tredje mellomliggende panel der spektrumnivået er redusert med en faktor på 6, verdien av x en sjettedel sammenliknet med hva som anvendes i det første bånd.

Tidene som mellombåndene sveipes over, fåes av likning (16) ved å ta logaritmen av begge sider på følgende måte

Fra likning (15) er sveipetiden T^ for å dekke den første oktav fra 5 til 10 Hz lik med ved definisjon. Ettersom eller altså og eller For som eksempel å ta den totale integrerte transmi-sjonsvarighet T som 15 sek. får man og da er

I den følgende tabell 2 sammenfattes begynnelses- og sluttidene for hvert enkelt av mellomsveipene og begynnelses-og sluttkraftpulsamplitudene.

Fig. 10 viser spektrum og autokorrelasjonsfunksjonen for det første mellombånd fra 5 til 10 Hz. Fig. 15 viser spektrum og autokorrelasjonsfunksjonen for de første og andre mellombånd med grunngjentagelsesfrekvensen sveipende fra 5 til 15 Hz. Fig.

16 viser det sammensatte spektrum og automkorrelasjonsfunksjonen for alle tre bånd kombinert gående fra 5 til 25 Hz i et integrert sveip på 15 sek. varighet. Forbedringen i autokorrelasjonsfunk-sjonens kvalitet, spesielt ved små forsinkelsestider når mellom-spektrommene suksessivt jevnes ut fremgår av en sammenlikning mellom fig. 10, 15 og 16.

Med- en som eksempel valgt kraftpulsbredde Tp lik 8 millsek. begynner omhylningskurven for spektret å rulle av rundt 75 Hz og har et minimum rundt 250 Hz.

For dette logaritmiske frekvensmodulerte sveip med

-1/2

kraftpulsamplituden varierende etter f har utgangseffekten tidligere vist seg å være konstant under hele sveipevarigheten, noe som muliggjør at en drivkraftkilde kan belastes til sin maksimale kapasitet under hele. sveipets varighet.

I tillegg til det eksempel som er vist i forbindelse med fig. 8-14 for den logaritmiske frekvensmodulasjon (log FM)

-1/2

med kraftpulsamplituden varierende etter f skal det nu betraktes som et annet eksempel der også middelfrekvensen for spektret er glattet ut. Dette kommer i stand med lineær periodemodulasjon med konstant kraftpulsamplitude over hver mellomliggende bånd. Tidsvarigheten for sveipet er for illustrasjonsformål valgt til 15 sek. Gjentagelsesfrekvensen fR sveipes innenfor den totale tid over tre mellomliggende bånd først fra 5 Hz til 10 Hz ved nivået for det andre fra 10 Hz til 15 Hz ved en 1/2 E1 og sluttelige fra 15 t£z til 25 Hz ved 1/6 E±. Den individuelle pulsvarighet Tp for dette illustrasjonsformål settes til 8 millisek. Styrefrekvenslikningen (likning 17) blir

Tabell 3 viser tidene for de tre mellomsveip basert på likning 26 og kraftpulsamplitudene i hvert bånd.

Fig. 17 viser spektrum og autokorrelasjonsfunksjonen for det første mellombåndet fra 5 til 10 Hz for det lineære periodesveip. Fig. 18 viser spektrum og autokorrelasjonsfunksjonen for de første og andre mellombånd med grunngjentagelsesfrekvensen sveipende fra 5 til 15 Hz. Fig. 19 viser det sammensatte spektrum og autokorrelasjonsfunksjonen for alle tre bånd kombinert for det lineære periodesveip gående fra 5 til 25 Hz i et integrert sveip med 15 sek. varighet.

Sammenlikning av fig. 10, 15 og 16 med fig. 17, 18 og 19 viser stor likhet mellom de resulterende spektra og autokorre-lasj onsf unksj oner for begge sveipetyper. I begge tilfelle fåes en spektrumutjevning og forbedring i autokorrelasjonsfunksjonen ved summering av de første to mellombånd. På fig. 16 og 17 vises at ytterligere forbedringer ved tillegg av det tredje bånd er mindre merkbare, men fremdeles tydelige. Fig. 20 viser den relative effekt i de to transmisjoner over sveipet. Den lineære periodemodulasjon har et effektbehov som varierer med ca. - 3 dB over sveipet. Det frekvensmodulerte sveip er som angitt ovenfor, kjennetegnet ved et konstant effektbehov. Om kraftpulsamplituden avstemmes for de to sveiptyper ved tiden t = 0, kommer den totale energi i lineærperiodesveipet til å være 30$ mer enn totalenergien i det logaritmiske frekvenssveip. Fig. 16 og 19 som representerer det sammensatte glattede eller utjevnede sveip for det logaritmiske frekvenstilfelle resp. et lineære periodetilfellet oppviser autokorrelasjonsfunksjoner med sidesløyferinging som kan settes ut av betraktning. Denne ønskverdige egenskap opptrer på grunn av den naturlige avsmal-ning av spektret som skyldes formen på kraftpulsen. Fig. 21 viser for sammenlikning et sinusbølgesveip av den konvensjonelle vibroseistypen med lineærfrekvens og med 15 sek. varighet over båndet 5~75 Hz, noe som er det bånd som i det vesentlige dekkes av to ovenfor omhandlede eksempler. Gibbs-fenomenet er åpenbart ved endene av sveipet og gjenfinnes i den høye frekyensringning på motsvarende autokorrelasjonsfunksjon. Selv om en cosinus-kvadrathelning kan tillempes det analoge sinusbølgesveip for å redusere ringningen fremgår det at autokorrelasjonsfunksjonene i henhold til fig. 16 og 19 i alle henseender kan konkurrere med eller være bedre enn dem som fåes ved det lineære frekvens-analoge sinusbølgesveis. Tilsvarende formet kraftpulstransmisjon kan imidlertid mer effektivt frembringes og mer effektivt koples tål markformasjoner som forklart ovenfor. Det format som anvendes som et eksempel for å gi resul-tater i henhold til fig. 16 og 19 er et eksempel på et annet format som kan tilveiebringes i henhold til oppfinnelsen. Et ytterligere eksempel på et annet format som gir liknende spek-tral- og autokorrelasjonsegenskaper, men som oppviser forskjellige effektbehov under sveipet er en lineær periodemodulasjon i hvilken kraftpulsamplituden holdes konstant over hele sveipet mens sveipehastigheten endres for hvert mellombånd. For det lineære periodemodulasjonssveip i henhold til likning (15) fåes sveipehastigheten ved

I dette tilfellet skal en ny verdi for T velges for hvert mellombånd slik at de ønskede båndnivåer som bestemmes av likningen (18) oppnås.

Dette eksempel med konstant kraftpulsamplitude kjennetegnes som et som muliggjør at kraftpulsgeneratoren (f.eks. 16 på fig. 1-3) påkjennes til sitt maksimale sikkerhetsnivå kontinuerlig under sveipet, og frembringer maksimalt tilgjengelig energi pr. puls, hvorved man får den maksimale totalenergi i løpet av en gitt tid eller en gitt totalenergi på kortest tid for en gitt pulsserie. Fra kraftkildens synspunkt krever det sistnevnte eksempel en femdobbelt endring i effektbehovet i løpet av gjentagelseshastighetsbåndet 5~25 Hz eller en tre-dobbelt endring i effektbehovet over det begrensede bånd fra 5-15 Hz i de foregående beskrevne eksempler og dermed blir det behov for energilagringsorganer.

Det ovenfor beskrevne eksempelformat eller signalfølger gir en spektrumbredde som går 5 Hz til ca. 75 Hz selv om puls-følgegjentagelseshastigheten sveiper over et mye mindre bånd fra 5-25 Hz (eller til og med til bare 15 Hz, se fig. 15 eller 18).

Det kan være ønskelig å frembringe kraftpulser over

en høyere bånd (f.eks. 20-80 Hz). I henhold til oppfinnelsen kan et slikt nominelt høyere frekvenssveip moduleres ved en lav-frekvent hastighet for derigjennom å syntetisere spektral-

energi ved frekvenser under dette nominelle høyere sveipebånd. Denne side av oppfinnelsen gir adskillige fordeler, nemlig for det første i forhold til en gitt sveipevarighet at konsentra-sjonen av pulsforløp ved det høyere område for gjentagelses-sveipehastighetene kan gjøre det mulig at et høyere totalt antall» forløp opptrer, noe som igjen muliggjør en mindre energi pr. forløp for en gitt total utgangssnergi under sveipet. Por det annet kan mindre energi pr. forløp frembringes ved hjelp av mindre anordninger til signalfrembringelse. For det tredje kan det større antall forløp ha en heldig virkning på signal/støy-forholdet etter mottagning av de seismiske signaler ved behandling av disse.

Dobbeltmodulasjonssveipet frembringes som eksempel

som en frekvensmodulasjon pålagt på et frekvensmodulasjons-

sveip eller en periodemodulasjon pålagt på et periodemodulasjons-'sveip. Et tooktavssveip som strekker seg fra 20 til 80 Hz, kan f.eks. ha sin sveipehastighet modulert med en lavfrekvenshastig-het som frembringer lavf rekvensenergi. Spesielt om lavf rekvens-.. hastigheten på sin side sveipes fra 5 til 20 Hz frembringes energi da kontinuerlig fra 5 til 80 Hz. Sveipet fra 20-80 Hz kan gjentas med en hastighet som endres fra 5 sveip/sek. til

20 sveip/sek.

Et format som foretrekkes på grunn av dets enkelhet fremgår av fig. 22, der et grunngjentagelsesfrekvenssveip av kraftpulser som sveiper med en gjentagelsesfrekvens på 20 til 80 Hz er modifisert for å utelukke alternerende pulspar. Denne prosess virker som en fire gangers frekvensdeler for å syntetisere et lavere frekvenssveip av syntetiske forløp med gjentagel-sesf rekvenser gående fra 5 Hz til 20 Hz. Dette kan oppnås i styresignalgeneratoren (fig. 24) ved hjelp av logiske strøm-kretser bestående av vipper og porter som sperrer de alternerende pulspar i grunnsveipet (fig. 22), som frembringes av en variabel frekvensklokke (20-80 Hz).

Fig. 23 viser energispektret og autokorrelasjonsfunk-sj onene for sveipet frembrakt med pulsparene opphevet som vist på fig. 22. Tidsvarigheten for sveipet er 15 sek. og pulsbredden er 8 millisek. Spektret strekker seg ned til 5 Hz som et resultat av den syntetiske lavfrekvenskonstruksjon av sveipet.

Den. fremgangsmåte som likner på det som er forklart under henvisning til summeringen av panelene på fig. 9, 11 og 13 kan ytterligere utjevning av middelspektret for sveipet på. fig. 23 oppnås for å få til ytterligere sidesløyfeminskning i auto-korrelasj onsfunksj onen.

Ved konstruksjonen av sveipet på 20-80 Hz er kraftpulsamplituden satt til 0,707 ganger den amplitude som anvendes for lavfrekvenssveipet (5~35 Hz) på fig. 19- Middelspektrumnivåene er imidlertid i det vesentlige identiske. Dette gjelder ettersom det finnes i det vesentlige dobbelt antall pulsforløp (N = 320) i sveipet på 20-80 Hz med pulsparene fjernet enn det som finnes i det sammensatte sveip 5~25 Hz (N = l60) for eksemplet med 15 sek. transmisjoner. For tilnærmet samme spektralkarak-teristikker kan således forløpsenergien for 20-80 Hz halveres, noe som fører til en mindre og lettese anordning. Man ser at totalenergien og effekttallene for de to sammenliknede signalgeneratorer kan være identiske.

Andre synetiske sveip kan frembringes ved hjelp av mer kompliserte skjemaer for pulseliminering fra et grunnsveip og ved kombinasjon av komponenter der pulseliminering er innbe-fattet.

Selv om sveipene vises med økning i gjentagelsesfrekvensen over transmisjonsintervallet kan som alternativ gjen-tagelsesf rekvensen skjematiseres til å minske med tiden over transmisjonsintervallet. Det er da bare nødvendig å programmere variabel-frekvensklokken i styresignalgeneratoren (fig. 24) på ønsket måte.

En ytterligere egenskap som skyldes anvendelse av rekker av kraftpulser i overensstemmelse med oppfinnelsen er mer effektiv kopling av seismisk energi til landformasjonen enn det som kan skje med vibrerende sinusbølgefrembringelse. En funda-mental grunn for dette finnes for tiden å ligge i inkrement-sammenpakningen som kan oppstå tidlig i rekken og resultere i forbedret energikopling i løpet av rekken uten særlig skadelig virkning på signalbehandlingen.

En typisk Vibroseis-kontakt kommer til å innbefatte

en kompressiv forspenningskraft på grunnplaten mot marken på

f.eks. 13610 kg. Overlagret på denne kompresjonskraft er en tidsvarierende kraft med f.eks. en toppamplitude på 9070 kg. Den momentane kraft varierer derfor fra en lav verdi på 4535 kg til en toppverdi på 22680 kg. De ukonsoliderte materialer under grunnplaten kan oppvise en tidsvarierende stivhet for platen med impedansen lavest under perioden med høy momentan kraft og høyest under perioden med lav momentan kraft. Denne tidsvarierende impedans bidrar til en forvrengning av de sendte signaler som tar ut energi fra den tilgjengelige effekt ved grunnfrekvensen, hvorved virkningsgraden ved grunneffektomvandlingen minskes og samtidig bidras med energi til andre frekvensområder innenfor transmisjonsbåndet, hvilken energi kommer til å foru-rense de seismiske opptegnelser og opptrer som en øket støy-bakgrunn.

Hvis kraftpulsrekken ikke er repetitiv har man den

samme tidsvarierende impedans, men man kan ikke trekke fra kraftomvandlingsprosessen så meget som i sinusbølgeeksemplet og heller ikke bidra så meget til bakgrunnsstøyen. For unipolare pulser kan den maksimale momentane kompressjonskraft være mellom 45360

kg og 90720 kg i motsetning til 22680 kg maksimalkraft for sinus-vibratoren. Med den kompaktering som kan oppnås fra de høyere toppkrefter kan man få bedre seismisk energikopling.

De høyere toppkrefter som skyldes den unipolare kraftpuls kan resultere i at marken fra.begynnelsen av gir etter slik at grunnplaten senkes noe. Når grunnplaten eller sonden når en stasjonær tilstand med sammenpakket jord under, vil man også

få et fastere medium for opptagelse av dynamisk energi. Ut-trykkefstasjonær" betyr et punkt der ytterligere fremmatning aw grunnplaten eller en annen sonde ligger enten under en på forhånd bestemt hastighet eller ikke foreligger i det hele tatt.

I og med at nettopp den stasjonære tilstand hvorved minimal

eller ingen ytterligere fremmatning observeres også kan mot-

svare en stort sett ikke lineær belastningstilstand kan det være ønskelig deretter å redusere kraftamplituden for å oppnå en mer lineær belastning. I dette forløp kan mer av energien gå

over til utstrålt seismisk energi i motsetning til indre taps-mekanismer ved nærfelt.

Ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen oppstår slik kraftreduksjon på naturlig måte. Dette er tilfellet når, som beskrevet ovenfor, effekten holdes konstant over gjentagelsesperiodesveipet for kraftpulsene. Da effekten er et produkt av slagenergi og slagenes frekvens, kommer når gjen-tagelsesf rekvensen øker, slagenergien til å reduseres. Om f.eks. frekvensen for slagene økes med faktoren 2 over puls-serien for konstant effekt, må slagenergien halveres på samme tid. Ved slutten av sveipet vil kraftpulsamplituden være redusert til 0,707 av sin verdi ved sveipets begynnelse. Kompakter-ingen kunne således komme i stand under de tidlige høyenergi-slag med en mer lineær elastisk belastning mot slutten av sveipet.

Som beskrevet frembringes hele det utsendte frekvens-spektrum ved hver individuell unipolar puls. Effekten av den tidsvarierende impedans er å modifisere spektret for det utsendte signal i forhold til den som fåes med en lineær belastning. I motsetning til den lineære eller analoge frekvensmodulerte transmisjon (Vibroseis) der slik ikke-linearitet er særlig skadelig, behøver det ikke gjentattpulsserie den ulineære belastning ikke være særskilt skadelig ettersom spektret for energien faller innenfor det ønskede analysebånd og opptrer som utstrålt energi.

Systemet for å styre pulsgeneratoren 16 vises på fig.

24. Inngangssignalene til systemet er inngangspulser eR som representerer den ønskede rekke av hammerslago gosm resulterer i kraftpulsene og signalene e^, som er et analogt signalnivå, f.eks. et trinnsignal (f.eks. konstant nivå for konstant ampli-tudekraftpulser eller en trinnform, der kraftpulsamplituden • varierer' fra slag til slag). Hvert trinn i trinnaordningen mot-svarer kraftpulsamplituden eller den energi som skal avgis av neste hammerslag, f.eks. det neste slag i rekken.

Styresignalene e„ og e„ avhenger av kraftpulsrekken

n ti

eller formatet som ønskes og kan f.eks. være en av de som eksempel angitte rekker eller formater i det foregående. Disse styresignaler kan tegnes opp på magnetbånd og reproduseres eller frembringes av en elektrisk signalfunksjonsgenerator. Signalene kan frembringes på et fjerntliggende sted, f.eks. når man ønsker synkron frembringelse av kraftpulser på hver og en av flere

generatorer som kan være montert på bevegelige kjøretøyer, som beskrevet under henvisning til fig. 1.1 slike tilfelle er hvert kjøretøy utstyrt med en mottager l60, som mottar signaler fra en hovedsender. Alternativt kan en styresignalgenerator 162 som kan være en magnetisk båndspiller eller en funksjonsgenerator i henhold til det som her er forklart, anvendes for å gi styresignalene. En topolet tostillingsvender 164 anvendes for å velge styresignaler enten fra mottageren l60 eller generatoren 162. Andre inngangssignaler til styresystemet frembringer med forskyv-ningsføleren 118 og trykkfølerne 114 og 116 (se fig. 2). Tidssignalgeneratoren 112 utgjøres av en parametergenerator 166 og en tidsgenerator 168. Parametergeneratoren virker avhengig av forskyvningssignalene X„ ri fra forskyvningsføleren 118 og gir et

utgangssignal som representerer hammerens hastighet V^. Utgangs-signalene fra trykkfølerne 114 og 116 anvendes i parametergeneratoren 166 for å frembringe et utgangssignal svarende til kraften på stemplet 62, som er proporsjonal med forskjellen mellom mate-og returtrykket og angis som KAP. AP er proporsjonal med F~ som er kraften på hammeren 60 utøvet på denne av stemplet 62.

Forskyvningssignalene X„n, hammerhastighetssignalene

og signalene K A P er alle inngangssignaler til tidsgeneratoren 168. Tidsgeneratoren gir signaler i øyeblikkene Tg^, Tg,,, Tgj, hvilke er bestemmende for gjentagelsesfrekvensen fR og kraftpulsamplituden. Tidsgeneratoren 168 gir videre signaler ved TDT1°s TDT2' D^sse signaler anvendes for å forskyve hammeren inkrementliknende for å tilveiebringe et slag i overensstemmelse med den ønskede kraftpulsamplitude og energi. Disse signaler Tg^, <T>S2<J><T>S3' <T>DT1°^ TDT2 er di§itale signaler som bare har tre nivåer, nemlig e^, et positivt nivå, -e^ et negativt nivå eller ev=0 et nullnivå. De forsterkes i en ventildrivforsterker 170

og tilføres en servoventil 172. Slik det bestemmes av ventil-styresignalene e^ har ventilen 172 tre tilstander, nemlig en første tilstand der veritilportene mater en oppadrettet kraft til hammeren, en andre tilstand der ventilportene er stengt og en tredje tilstand der ventilportene er omkastet fra den første tilstand for å mate nedadrettet kraft til hammeren. Servoven-tilen 172 kan være en elektrohydraulisk ventil som er en del av styreenheten 50 (fig. 1). En kommersielt tilgjengelige ventil f.eks. type nr. 30 fra MOOG Inc., East Aurora, New York, kan være hensiktsmessig.

Tidsgeneratoren 168 er virksom slik at signalene som svarer til at ventilportene er stengt, det vil si e.y=0, ikke opptrer når hammeren har en slik hastighet at hydraulisk fluidum skulle kunne flyte gjennom ventilen 172. Vilkåret om at ventilen ikke bringes til den lukkede tilstand når hammeren har en merkbar hastighet bestemmes av man unnviker av momentane høye trykk, noe som ville skje om ventilen stenges, og dette kan føre til skader på ventilkomponentene eller på andre steder i pulsgeneratoren.

Fig. 25 viser generatoren for den formede kraftpuls i henhold til oppfinnelsen beregnet for marine signaltilpasninger (undervannstilpasninger). En kraftpulsgenerator 600 som kan være av den konstruksjon som er beskrevet under henvisning til fig. 2, tilføres hydraulisk matnings- og returtrykk over ledningen 602 og 604. Tidssignalgeneratoren befinner seg i samme hus som pulsgeneratoren og styresignaler eR og e^ tilføres generatoren 600 ved klemmene 606 og 608. Som et alternativ kan tidssignalgeneratoren være plasert fjernt, f.eks. på vannplaten, og styresignalene e^ tilføres pulsgeneratoren 600.

Generatoren 600 har en hammer 610 som slår på en slagfjær dannet av et mottagerstempel 612 som er bevegelig i et volum 6l4 av hydraulisk fluidum, fortrinnsvis hydraulisk olje. Volumet 6l4 og stemplet 612 er i ett med en stråleanordning 616 som står i kontakt med vannet og som signalene skal sendes til. Den nedre del av radiatoren 616 kan være en sylindrisk flate som glir langs en boring 620 i huset 622 for generatoren 600. Passende tetninger som her vist som en 0-ring 624 isolerer det indre av generatoren 600 fra de tilstøtende vannangivelser. Det indre trykk i huset 622 kan være omgivelsestrykket (atmosfære-trykket ved overflaten). Trykkpåvirkningen kan opprettholdes over en ledning 626 for å gjøre det mulig at det indre.trykk P T innstilles ved overflaten. Dette indre trykk er naturligvis mye mindre enn trykket i undervannsomgivelsene som angitt som Pq.

Som vist på fig. 26 og ved slag av hammeren 610 på mottagerstemplet 612 drives stråleanordningen 616 utad fra det øvre trykk i væskefjæren på grunn av inntrengningen av stemplet 6l2 i væskevolumet 6l4. Da stråleanordningen akselererer utad i vannet, frembringes en positiv trykkpuls. Denne er vist på fig. 27.

Størrelsen av p.ulsen langs aksen av strålingsanordningen 6l6 fåes tilnærmet av uttrykket

der a er radien for strålingsanordningen 6l6, A er akselerasjonen for strålingsanordningen og r er avstanden langs akselen for radiatoren for observasjonspunktet. per tettheten i vannet som omgir generatoren 600. Tidsvarigheten for trykkpulsen styres gjennom varigheten av utadakselerasjonen av strålingsanordningen 6l6, som på sin side styres av stemplets masse M^, strålings-anordningens 616 masse, innbefattende mottagerstemplet 612, væskevolumet 6l4 og de andre deler som er bevegelige i strålingsanordningen 616. Denne masse er MR. Likeledes bestemmende for pulsvarigheten er tregheten i vannbelastningen M-j. og stivheten i væskefjæren . Trykkforskjellen Op-P^ tilbakestiller strålingsanordningen 6l6 mot generatorhuset 622 etter hver puls. Strålingsanordningen er forsynt med en flens 628 som kan gripe sammen med en ring 630 av dempemateriale, og denne ring sitter ved den forreste ende av huset 622. Ringen 63O tjener til å dempe slaget ved tilbakegangsforløpet.

Av den foregående beskrivelse fremgår at man er kommet frem til forbedrede fremgangsmåter og anordninger til utførelse av seismiske undersøkelser både til lands og i undervannsomgivelser. Selv om forskjellige foretrukne utførelsesformer ved fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen er beskrevet i detalj er det klart at variasjoner og modifikasjoner kan foretas innenfor rammen av oppfinnelsestanken. Den foregående beskrivelse skal med andre ord bare ansees som forklarende og ikke som begrensende.

Claims (37)

1. Fremgangsmåte til ved utsendelse av slagpulser å frembringe seismiske signaler, hvis energispektrum strekker seg over et frekvensområde, til anvendelse i et seismisk undersøkelses-system, karakterisert ved : a) at det frembringes et antall pulssekvenser, der al) pulsenes repetisjonsfrekvens sveipes monotont, idet a2) de enkelte sekvensers nedre og øvre pulsrepetisjonsfrekvenser adskiller seg fra de øvrige sekvensers nedre og øvre pulsrepetisjonsfrekvenser, mens a3) de nevnte repetisjonsfrekvenser befinner seg innenfor det nevnte frekvensområdet og idet a4) hver av pulsene i en hvilken som helst frekvens gis et utnyttbart energispektrum som strekker seg utover den høyeste repetisjonsfrekvens i den sekvens det gjelder og b) at det foretas en styring av variasjonen av energien og tidsforløpet av pulsene Innenfor en hvilken som helst sekvens og med hensyn til samtlige sekvenser på en slik måte at den gjennomsnitlige variasjon i energispektrets nivå over det nevnte frekvensområde blir så liten som mulig for utsendelse av samtlige sekvenser.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nevnte frembringelse av pulssekvenser utføres ved hjelp av en hammer med masse Mg og slagfjær med stivhet Kj, og slik at den nevnte hammer bringes til å oscillere mot og bort fra et grenseflateorgan ved det medium hvori pulsene sendes ut og at pulsenes varighet styres ved å forandre verdiene av slagfjærens stivhet Kj og hammerens masse Mg.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at varigheten av hver puls stilles inn slik at den blir tilnærmet lik

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det som slagfjær anvendes en væskefjær.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at det som grenseflateorgan anvendes et koblingsorgan som inneholder væskefJæren.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at repetisjonsf rekvensen for hver sekvens sveipes over et frekvensbånd på en oktav eller mindre.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at de frekvensbånd som pulsene sveipes gjennom anbringes på en rekke etter hverandre slik at det samlede frekvensområde mellom den laveste og høyeste repetisjonsfrekvens gjennomsveipes under utsendelsen.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at sekvensene følger etter hverandre.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved a) at repetisjonsfrekvensen for en første av sekvensene sveipes over et første frekvensbånd som ikke overstiger en oktav, slik at oversvingningene som tilhører denne første sekvens, frembringer spektralenergi i et antall oversvingningssøyler som strekker seg over det nevnte frekvensområde og b) at de øvrige sekvenser sveipes i andre frekvensbånd som overlapper de nevnte oversvingningssøyler, slik at summen av spektralnivåene i det første frekvensbånd og oversvingningssøylene oppviser et hovedsaklig konstant gjennomsnitlig spektralnivå.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den nevnte styring av variasjonen av pulsens energitidsforløp, utføres på en eller flere av følgende måter: a) repetisjonsfrekvensen for pulsene i sekvensene varieres for funksjon av tiden, b) pulsenes amplitude varieres som funksjon av repeti-sj onsfrekvensen, c) sekvensenes varighet styres.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert veda) at variasjonen av repetisjonen av repetisjonsfrekvensen fjj, som funksjon av tiden t bringes til å følge fR (t) = fG2t/r der fQ for hver sekvens er dennes laveste repetisjonsfrekvens, i er den tid det tar for repetisjonsfrekvensen å sveipe gjennom en oktav, og b) at variasjonen av amplituden av pulsene i hver -1/2 sekvens er proporsjonal med fR

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at a) variasjonen av repetisjonsfrekvensen fR som funksjon av tiden t bringes til å følge fG for hver sekvens er dennes laveste repetisjonsfrekvens, T er en konstant som avhenger av varigheten av hver sekvens og den øverste repetisjonsfrekvens, og b) at pulsenes amplitude holdes konstant i hver sekvens.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert veda) at sekvensen omfatter al) en første sekvens, som sveipes gjennom området mellom en første repetisjonsfrekvens og en andre repetisjonsfrekvens som er to ganger den første repetisjonsfrekvens , a2) en andre sekvens, som sveipes gjennom området mellom den annen repetisjonsfrekvens og en tredje repetisjonsfrekvens som er tre ganger den første repetisjonsfrekvens og a3) en tredje sekvens, som sveipes gjennom området mellom den tredje repetisjonsfrekvens og en fjerde repetisjonsfrekvens som er fem ganger den første repetisjonsfrekvens, idet b) den nevnte styring av pulsenes energi og tidsforløp utføres på en slik måte at energispektralnivået i den annen sekvens er omtrent halvparten av energispektralnivået i den første sekvens, og energispektralnivået i den tredje sekvens er omtrent en sjettedel av energispektralnivået i den første sekvens.

14. Fremgangsmåte som angitt I krav 13, karakter!- sert ved at styringen av variasjonen av pulsenes energi og tidsforløp utføres ved a) at variasjonen av repetisjonsfrekvensen fR som funksjon av tiden t følger der fQ for hver sekvens er dennes laveste repetisjonsfrekvens, i er den tid det tar for repetisjonsfrekvensen å sveipe gjennom en oktav og h) at variasjonen av amplituden på pulsene i hver sekvens er proporsjonal med fR <-1/2.>

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at styringen av variasjonene av pulsenes energi og tidsforløp utføres ved a) at variasjonen av repetisjonsfrekvensen fR som funksjon av tiden t følger og der fQ for hver sekvens er dennes laveste repetisjonsfrekvens , T er en konstant, som avhenger av varigheten av hver sekvens og den øverste repetisjonsfrekvens, og b) at pulsenes amplitude holdes konstant i hver sekvens.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at styringen av variasjonene av pulsenes energi og tidsforløp utføres ved å styre sekvensens varighet slik at varigheten av den "annen sekvens er det halve av varigheten av den første sekvens og at varigheten av den tredje sekvens er en sjettedel av varigheten av den første sekvens.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at repetisjonsfrekvensene for hver av sekvensene Justeres slik at de blir liggende i et antall sammenhengende frekvensbånd som dekker innbyrdes forskjellige deler av det nevnte frekvensområde, idet de nevnte frekvensbånd velges i slike innbyrdes frekvensmessige forhold at de til hver sekvens hørende oversvingningssøyler dekker innbyrdes forskjellige og ikke overlappende frekvenser innenfor det nevnte frekvensområde.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-17, karakterisert ved at a) det frembringes en sekvens av pulser som sveipes i repetisjonsfrekvens under en utsendelse over et første bånd og b) at den nevnte sveiping moduleres i en takt som varierer over et frekvensområde som ligger lavere enn det nevnte første bånd.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert ved at sveipingen moduleres ved å sperre for frembringelse av enkelte pulser som følger etter hverandre i en på forhånd bestemt rekkefølge.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at de pulser hvis frembringelse sperres, bringes til å opptre i par som følger etter hverandre i sekvensen.

21. Apparat til frembringelse av seismiske signaler til utøvelse av den fremgangsmåte som er angitt i kravene 1-20 ved i et mottagende medikum å frembringe en sekvens av pulser, der sekvensen er bestemt til bruk i en korrelasjonsprosess for seismiske undersøkelser med høy oppløsning, omfattende et hus (56), en hammer (60) som er lagret for frem-og tilbakegående bevegelse i en bane i huset (56) bort fra og mot en slag-stilling og organer (82, 88, 90) som skal motta slag fra hammeren (60), karakterisert ved ventilorganer (50) som er innrettet til å veksle det hydrauliske væsketrykk som utøves på hammeren (60) og ved en slagfjær (92) som skal styre frekvensspekteret for energien i hver av de pulser som frembringes ved hvert slag, samt ved styreorganer (112, 114, 116, 118) for ventilorganene (50) for tidsstyring av den nevnte sekvens av pulser, slik at pulsrekken får en autokorrelasjonsfunksJon med små sidesløyfer.

22. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved, a) at ventilorganene (50) styres elektrisk, og b) at styreorganene (112, 114, 116, 118) er innrettet til som reaksjon på et inngangssignal I form av en elektrisk styresignalsekvens, å bevirke dannelse av den nevnte sekvens som består av pulser i samme tidsforløp som den elektriske styresignalsekvens.

23. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved at styreorganene (112, 114, 116, 118) omfatter organer til innstilling av tidsforløpet for sekvensen av pulser, slik at pulsenes repetisjonsfrekvens sveiper over minst en oktav.

24. Apparat som angitt i krav 22, karakterisert ved a) organer til frembringelse av et annet sett styresignaler som representerer amplituden for hver puls ved utsendelsen av sekvensen som består av pulser og ved b) at styreorganene omfatter organer som er innrettet til som reaksjon på den nevnte styresignalsekvens første styresignaler og på det annet sett styresignaler å påvirke ventilorganene (50) til å tidsstyre vekslingen av hydraulikkvæsketrykket i minst ett hulrom, for derved å styre tidsforløpet for og amplituden av pulsene i sekvensen.

25. Apparat som angitt i krav 24, karakterisert ved a) organer som er innrettet til som reaksjon på hammerens (60) forskyvning å frembringe et tredje sett signaler, b) organer som inngår i styreorganene (112, 114, 116, 118) og som også, som reaksjon på det tredje sett signaler, er innrettet til å variere tidsstyringen av vekslingen av hydraulikkvæsketrykket i, i det minste det nevnte ene hulrom, for derved å styre tidsforløpet for amplituden for pulsene i sekvensen.

26. Apparat som angitt i krav 25, karakterisert ved at styreorganene (112, 114, 116, 118) omfatter a) organer til som reaksjon på det tredje sett signaler å frembringe et fjerde og et femte sett signaler, svarende til hammerens (60) posisjon og hastighet langs dennes bane, og b) organer, som også, som reaksjon på det fjerde og det femte sett signaler, er innrettet til å variere tids-styringen av vekslingen av hydraulikkvæsketrykket i i det minste det nevnte ene hulrom, for derved å styre tidsforløpet for og amplituden for pulsene i sekvensen .

27. Apparat som angitt i krav 25, karakterisert ved a) organer til, som reaksjon på hydraulikkvæskens trykk, å frembringe et sjette styresignal, svarende til trykkforskjellen over hammeren (60) og ved b) at styreorganene (112, 114, 116, 118) også inneholder organer til, som reaksjon på det sjette signal, å variere tids-styringen av vekslingen av hydraulikkvæsketrykket i, i det minste det nevnte ene hulrom, for derved å styre tidsforløpet for og amplituden for pulsene i sekvensen.

28. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved at ventilorganene (50) inneholder a) en første ventil som påvirkes av de elektriske signaler, og b) en effekttrinnventil som påvirkes av den første ventil, for å veksle hydraulikktrykket i, i det minste det nevnte ene hulrom.

29. Apparat som angitt i krav 28, karakterisert ved a) at effekttrinnventilen er en fireveisventil og b) at huset (56) omfatter to hulrom (74, 76), som hammeren (60) står i forbindelse med, og hvori det foregår en veksling i hydraulikkvæsketrykket.

30. Apparat som angitt i krav 28, karakterisert ved at effekttrinnvéntilen er en treyeisventil som står i forbindelse med det nevnte ene hulrom.

31. Apparat som angitt i krav 28, karakterisert ved at effekttrinnvéntilen er en rørformet ventil som er anbragt i det nevnte ene hulrom og strekker seg rundt hammeren (60).

32. Apparat som angitt i krav 27, karakterisert ved at styreorganene (112, 114, 116, 118) inneholder organer som av det første styresignal og av det annet, tredje og sjette sett signaler, påvirkes for å frembringe digitale, elektriske styresignaler som skal bringe ventilorganene (50) til å innta en hvilken som helst av en første, en andre og en tredje stilling, hvorav to svarende til utøvelse av hydraulisk trykk i innbyrdes motsatte retninger på hammeren (60), og den tredje til at ventilorganene (50) befinner seg i lukket stilling.

33. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved at styreorganene (112, 114, 116, 118) omfatter organer til, som reaksjon på det første styresignal, og det annet, tredje og sjette sett signaler å frembringe ristesig-naler og tilføre disse selektivt til ventilorganene (50).

34. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved at mottagerorganene (82, 88, 90, 92) omfatter a) et koblingsorgan som avgrenser en grenseflate mot det mottagende medium, samt b) organer som skal forspenne koblingsorganer i retning mot grenseflaten.

35. Apparat som angitt i krav 34, karakterisert ved at slagfjæren (92) er anbragt i koblingsorganet.

36. Apparat som angitt i krav 35, karakterisert ved at slagfjæren er en væskefjær som omfatter et i koblingsorganet utformet væskefylt kammer (92) og et i koblingsorganet bevegelig lagret stempel (82), hvis motstå ende endeflater vender mot henholdsvis det væskefylte kammer (92) og hammeren (60).

37. Apparat som angitt i krav 35, karakterisert ved at fjærens (92) stivhet Kj og hammerens (60) masse Mjj oppfyller betingelsen hvor fQ er den øvre grensefrekvens for det nevnte spektrum.