NO821791L - Fremgangsmaate og apparat til bruk ved seismisk registrering - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning til å indikere tidsbruddet i en seismisk registrering, hvor tidsbruddet blir markert i avhengighet av brudd i en elektrisk krets ved hjelp av den eksplosive ladning som brukes til å generere de seismiske blger. Den foretrukne brytbare elektriske krets er koblet til den samme strømkilde som den elektriske detonator som brukes til å utlse den eksplosive ladning, og den foretrukne elektriske detonator er av den type som kobles til en høyfrekvent vekselstrøm-kilde for avfyringsenergi, gjennom en transformator, idet den brytbare elektriske krets er primær- eller sekundærkretsen på transformatoren.

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved seismisk registrering som benytter en eksplosiv ladning til å generere det seismiske signal, og oppfinnelsen er spesielt rettet mot en for-bedret femgangsmåte for indikering av tidsbruddet i en seismisk registrering. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for indikasjon av tidsbruddet i en seismisk registrering.

Ved undersøkelsen av geologiske formasjoner under anven-delse av eksplosive ladninger blir seismiske bølger generert i formasjonene ved hjelp av en eksplosiv ladning, og bølgene blir reflektert eller refraktert ved grenseflater mellom bergartslag. De reflekterte eller refrakterte bølger blir detektert ved jord-overflaten ved hjelp av geofoner som omdanner bølgene til elektrisk energi og denne blir brukt til å foreta en permanent registrering på fotografisk papir eller på magnetbånd, av de bøl-ger som blir mottatt på hvert geofonsted. Den seismiske registrering angir tidspunktet for generering av de seismiske bøl-ger, det vil si eksplosjonen av ladningen, og tidspunktet for deteksjonen av hver bølge (seismisk-hendelse) ved geofonen. Ut fra et kjennskap til hastigheten av den seismiske bølgen gjennom undergrunnen kan dybden av hver underjordisk grenseflate beregnes. For nøyaktig beregning av dybden av grenseflaten er det viktig som et referansetidspunkt å få nøyaktig registrert det nøyaktige tidspunkt for generering av den seismiske bølge, eller et tidspunkt som står i nøyaktig relasjon til dette. Dette referansetidspunkt blir vanligvis betegnet registreringens "tidsbrudd".

Den nå vanlige metode ved seismiske undersøkelser som an-vender en eksplosiv ladning som seismisk energikilde, er det tidsbrudd som indikeres på registreringen, tidspunktet for påtrykning av elektrisk strøm på den elektriske detonator som brukes til å tenne den eksplosive ladning. Selv med spesielle elektriske detonatorer beregnet for rask utløsning er det imidlertid en forsinkelse på omkring 1 millisekund mellom påtrykningen av strømmen og utløsningen av detonatoren, hvilket hovedsakelig skyldes den tid som er nødvendig for oppvarmning av detonatorens varmetrådselement og fenghettens tennsatsblanding, til an-tennelses temperatur . Denne forsinkelsestid er variabel og føl-gelig er tidsbruddindikasjonen ikke et helt nøyaktig referanse-punkt for genereringen av den seismiske bølge.

Det er et formål med denne oppfinnelsen å avstedkomme en fremgangsmåte og en anordning for å oppnå en mer nøyaktig indikasjon på tidsbruddet i en seismisk registrering, enn den hittil anvendte metode i seismiske undersøkelsessystemer som an-vender eksplosiver for generering av seismiske bølger.

I henhold til denne oppfinnelse blir det tilveiebragt en fremgangsmåte for seismiske registreringer ved hvilken seismiske bølger genereres ved hjelp av en eksplosiv ladning og deretter blir registrert etter refleksjon eller refraksjon ved underjordiske grenseflater mellom bergartslag, hvor tidsbruddet i den seismiske registrering blir indikert ved at det plasseres et brytbart parti av en elektrisk krets i nærheten av den eksplosive ladning slik at et kretsparti blir brudt ved eksplosjonen av ladningen, og ved å detektere tidspunktet for kretsbruddet og under påvirkning av dette å foreta en markering i den seismiske' registrering for å tjene som tidsbrudd.

Ved den foretrukne utførelse av oppfinnelsen i praksis blir en strøm innført i den elektriske krets under eksplosjonen av ladningen og bruddet i kretsen blir detektert ved opphør av strømmen eller en hurtig stigning i spenningen over det brudte kretsparti. Tidsforskjellen mellom eksplosjonen av ladningen og markeringen av tidsbruddet i registreringen vil avhenge av den tid som kretsen tar for å brytes og den ytterligere tid som er nødvendig for at deteksjonsinnretningen skal påvirke en mar-keringsinnretning for registreringen. Ved å bruke en krets med isolert kobbertråd slik det brukes i standard elektrisk spreng-detonator-ledningstråd med vanlig tilgjengelige elektriske av-følingsinnretninger, kan tidsbruddet markeres på den seismiske registrering omkring 100 mikrosekunder etter eksplosjonen av ladningen, dvs. på omkring en tiendedel av tidsforskjellen mellom det tidsbrudd som registreres ut fra påtrykning av strøm på den elektriske detonator, og eksplosjonen av ladningen, ved den hittil anvendte metode.

Det er hensiktsmessig og fordelaktig å avfyre den eksplosive ladning ved hjelp av en elektrisk detonator og å utløse detonatoren ved å sende strøm samtidig gjennom detonatoren og den brytbare elektriske krets, fra en felles strømkilde. Ved en hensiktsmessig fremgangsmåte kan således detonatortennkret-sen være koblet parallelt med et resistivt parti av den brytbare

elektriske krets.

Det er for tiden en trend mot anvendelsen av elektriske detonatorer som utløses med elektromagnetisk induserte strømmer fra en vekselstrømkilde. I slike detonatorer blir den isolerte ledningstråd fra detonatorens tennelement lagt som en sløyfe i form av en sekundærvikling rundt en ringformet transformatorkjerne, vanligvis en toroidkjerne, som en avfyringsledningstråd fra vekselstrømkilden er elektromagnetisk koblet til som en primærvikling, idet primærviklingen vanligvis er koblet til flere detonator-tennelementer.

Transformatorkoblede detonatorarrangementer er kjent, f.eks. fra GB patentskrift 2 022 222A og disse markedsføres under va-remerket "Magnadet". Disse detonatorer innebærer fordelen av beskyttelse mot tilfeldig avfyring som følge av sprede-elektriske strømmer og statisk elektrisitet, fordi sekundærkretsen gjennom detonatoren kan være kort og fullstendig skjermet, og fordi transformatorkjernen er frekvensselektiv og kan være innrettet til å hindre utløsning av detonatorene med høye likestrøm-mer og lavfrekvente vekselstrømmer (f.eks. 50 Hz) samt statisk utladning i primærkretsen. Videre blir det også oppnådd beskyttelse mot elektromagnetisk utstråling fordi antenneeffekten av den korte sekundære detonatorkrets er ubetydelig og denne effekt på primærsiden er mindre enn den man har ved direktekoblet seis- / misk detonator som for tiden brukes, med., en faktor på i det minste lik antall vindinger i transformatorens sekundærvikling.

Elektromagnetisk koblede detonatorarrangementer foretrek-kes derfor i forbindelse med foreliggende oppfinnelse av sikker-hetsgrunner, og med slike arrangementer kan det brytbare parti av den elektriske krets arrangeres som et parti enten av sekundærkretsen eller av primærkretsen på koblingstransformatoren.

Når det brytbare kretsparti utgjør en del av primærkretsen vil strømmen flyte i dette parti inntil eksplosjonen skjer selv om tennelementet er utløst tidligere. Ved den foretrukne fremgangsmåte blir ledningstrådene fra detonatorens tennkrets holdt tilstrekkelig korte til at det parti av ledningen fra vekselstrøms-kilden som virker som primærvikling på transformatoren, blir brudt ved eksplosjonen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen for indikasjon av tidsbruddet i en registrering av et seismisk signal generert ved hjelp av en eksplosiv ladning, omfatter en elektrisk krets med et brytbart kretsparti innrettet til under bruk å bli brudt av eksplosjonen av den eksplosive ladning, og en elektrisk føle-innretning som er påvirkbar av bruddet i kretspartiet, for å generere et signal for markering av tidsbruddet i den seismiske registrering når kretspartiet brytes.

Fortrinnsvis omfatter anordningen den elektriske detonator for tenning av den eksplosive ladning og en innretning til å forbinde den brytbare elektriske krets og detonatorens tennkrets med en felles elektrisk strømkilde. I en slik anordning kan det brytbare kretsparti omfatte et resistivt kretsparti koblet i parallell over klemmene på et resistivt tennelement (vanligvis en "bridgewire") i detonatoren. I et mer foretrukket ar-rangement er imidlertid detonatorens tennkrets elektromagnetisk koblet til en vekselstrøms-tennkrets ved hjelp av en transformatorkjerne som ledningstråden fra strømkilden og detonatorens tennelement er elektromagnetisk tilkoblet som henholdsvis primær- og sekundærkretser, mens det brytbare elektriske kretsparti fortrinnsvis omfatter et parti av den primære krets, skjønt den om ønskelig kan omfatte et parti av sekundærkretsen. Transformatoren er med fordel en ringkjerne gjennom hvilken ledningstrådene fra vekselstrømkilden og detonatorens tennelement er ført.

Den elektriske føleinnretning kan hensiktsmessig omfatte en strømfølsom innretning koblet i serie med den brytbare elektriske krets, idet denne innretning ved opphør av strømmen genererer et signal for å markere tidsbruddet i den seismiske registrering. Eventuelt kan føleinnretningen omfatte en spennings-følsom innretning som er koblet i parallell over det brytbare kretsparti, idet en slik innretning under påvirkning av den økede spenning som følge av kretsbruddet, genererer et signal for markering av tidsbruddet.

Når det brytbare elektriske kretsparti fører en vekselstrøm, slik som f.eks. i den foretrukne anordning hvor detonatorens tennelement er elektromagnetisk koblet til en vekselstrømkilde, kan den elektriske føleinnretning med fordel omfatte en transformatorkjerne som det brytbare kretsparti er elektromagnetisk koblet til som en primærkrets, med en sekundærvikling på transformatorkjernen og en pulsdetektor for å detektere nærvær og opphør av pulsene som induseres i sekundærviklingen når utløs- ningsenergi eller -strøm sendes gjennom det brytbare kretsparti fra vekselstrømkilden under eksplosjonen av ladningen. En fo-retrukken pulsdetektor for avføling av høyfrekvente pulser som brukes til avfyring av elektromagnetisk koblede detonatorer, omfatter en motstands/kondensator-krets koblet gjennom en like-retter til sekundærviklingen, slik at kondensatoren blir opp-ladet av de induserte pulser i sekundærviklingen, med en spenningskomparator for sammenligning av kondensatorspenningen med en referansespenning og en innretning som er påvirkbar av spen-ningskomparatorens utgang for å markere tidsbruddet i.den seismiske registrering når kondensatorspenningen faller under referansespenningen. Verdiene av motstanden og kondensatoren kan velges slik at de regulerer kondensatorens spenningsfallhastig-het slik at spenningen over den oppladede kondensator ikke vil falle under referansespenningen under en pulssyklus, men vil falle under referansespenningen i et tidsintervall som ikke meget overskrider en pulssyklus.

Oppfinnelsen er videre illustrert ved hjelp av utførelses-former som skal beskrives mer spesielt i det følgende under hen-visning til tegningene, hvor: Fig. 1 skjematisk viser en elektrisk krets som omfatter en anordning ifølge oppfinnelsen sammen med en eksplosiv ladning for å generere seismiske bølger. Fig. 2 viser en alternativ form for detonator til bruk i anordningen på fig. 1, og

fig. 3 er et skjema for en strømkjøleinnretning til kretsen på fig. 1.

På fig. 1 er det vist en elektrisk detonatorkapsel 1 plassert i en lomme 2 i en sylindrisk eksplosiv ladning 3. En mot-standstråd 4 er ved sine ender elektrisk forbundet med en ende av en sammenhengende ledningstråd 5 som er isolert med et belegg av polyvinylklorid og har et mellomparti viklet som sekundærvikling på en toroidtransformatorkjerne 6. Motstandstråden 4 er innesluttet i en fyrstikkhodeblanding 7 som ved en konvensjonell elektrisk fenghette. Detonatoren inneholder en primærladning 8 og en grunnladning 9.

En elektrisk generator 10 er koblet i serie med en elektrisk føleinnretning 11 ved hjelp av en krets dannet av isolert ledningstråd 12 som er ført som sløyfe gjennom transformatorkjer nen 6 som primærvikling på denne, idet det parti av kretsen som utgjør primærviklingen er tilstrekkelig nær den eksplosive ladning 3 til å bli brudt når ladningen eksploderer. Transformatorkjernen 6 er plassert i et hulrom dannet av beskyttende plastdeksel 13 på toppen av den eksplosive ladning.

Føleinnretningen 11 er forbundet med en seismisk registreringsinnretning 14 for markering av tidsbruddet f.eks. på magnetbånd eller fotografisk papir når kretsen gjennom lednings, tråden 12 blir brudt.

Under bruk genereres en høyfrekvent strøm (f.eks. 15 kHz) ved hjelp av generatoren 10 som er tilstrekkelig kraftig og gir den korrekte frekvens bestemt av transformatorkjernens karakte-ristikker, til å indusere en strøm i sekundærviklingen på kjer-nen og å antenne fyrstikkhodeblandingen 7 som på sin side ut-løser den eksplosive ladning 3 på konvensjonell måte.

Strømmen fortsetter å flyte i ledningstråden 12 etter ten-ningen av blandingen 7 og bruddet i detonatorkretsen, og opphø-rer først når kretsen 12 blir brudt ved eksplosjonen av ladningen 3. Når strømmen i ledningstråden 12 opphører føres et signal fra føleinnretningen 11 til registreringsinnretningen 14 og tidsbruddet er markert i registreringen. De påfølgende signaler fra geofoner under påvirkning av de reflekterte eller refrakterte seismiske bølger blir så registrert i den seismiske registrering på vanlig måte.

Strømføleinnretningen 11 som vist på fig. 3 er innrettet til å avføle en høyfrekvent strøm i ledningstråden 12. Innretningen omfatter en toroidtransformatorkjerne 15 gjennom hvilken en enkelt vinding av ledningstråden 12 er lagt som primærvikling. En sekundærvikling 16 på toroidkjernen 15 er forbundet med en likeretterkrets omfattende en likeretterdiode 17, en strømbegrensningsmotstand 18 og en spenningsstyrt zenerdiode 19. Likeretterkretsen er koblet for ladning av en kondensator 20 som har en utladningsmotstand 21 koblet til denne for regulering av fallhastigheten for kondensatorutladning. Kondensatorspenningen føres til en spenningskomparator 22 som passende kan være en forsterknings/switche-krets med høy forsterkning og som er forbundet med en pulsgenerator 23 med monostabil multivibrator. Utgangen fra pulsgeneratoren 23 er koblet til registreringsinnretningen 14. Det føres også en referansespenning til kompara-

toren 22.

Mens strøm flyter i ledningen 12 blir kondensatoren 20 gjenoppladet av hver strømsyklus til en spenning som overskrider referansespenningen. Kondensatoren 20 og motstanden 21 er valgt slik at det fremkommer en utladningstidskonstant for kondensatoren 20 (R x C) slik at konsensatorspenningen ikke faller under komparatorens referansenivå under en strømsyklustids-periode, men faller under dette nivå i løpet av et tidsintervall som ikke meget overskrider en syklus eller tidsperiode. Når således strømmen i ledningstråden 12 opphører faller spenningen på kondensatoren 20 raskt under referansespenningen i komparatoren 22. I denne tilstand leverer komparatoren et utgangssig-nal som trigger pulsgeneratoren 23 og en puls føres til den seismiske registreringsinnretning 14 for å markere tidsbruddet i den seismiske registrering.

Ved den alternative detonator på fig. 2 er motstandstråden 4 direkte koblet inn i kretsen med ledningstråden 12 i serie med generatoren 10 og føleinnretningen 11. Et motstandselement 25 er koblet parallelt over klemmene på motstandstråden 4. El-ementet 25 er valgt slik at det ikke utløses når strøm påtrykkes fra generatoren, men vil bare bli brudt når den eksplosive ladning eksploderer. Under bruk vil således strøm fortsette å flyte gjennom føleinnretningen 11 etter at motstandstråden 4 er brudt og inntil elementet.15 brytes ved eksplosjon av ladningen 3.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til bruk ved seismisk registrering, ved hvilken seismiske bølger genereres ved hjelp av en eksplosiv ladning (3) og deretter registreres etter refleksjon eller refraksjon ved grenseflater mellom underjordiske bergartslag, karakterisert ved at tidsbruddet i den seismiske registrering blir indikert ved å anbringe et brytbart parti av en elektrisk krets (12, 15) i nærheten av den eksplosive ladning (3) slik at et kretsparti blir brudt ved eksplosjonen av ladningen, at tidspunktet for kretsbruddet detekteres og at det under påvirkning av dette foretas en markering i den seismiske registrering for å tjene som tidsbrudd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det sendes en strøm gjennom den brytbare elektriske krets under eksplosjonen av ladningen, og bruddet i kretsen detekteres ved opphø ret av strømmen eller ved en rask stigning i spenningen over det brudte kretsparti (12, 15) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den eksplosive ladning blir bragt til å eksplodere ved hjelp av en elektrisk detonator (1), hvilken detonator utløses ved å føre strøm samtidig gjennom detonatoren (1) og den brytbare elektriske krets (12, 15) fra en felles strø mkilde (10).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at detonatorens tennkrets (12, 4) er koblet parallelt med et resistivt parti (15) av den brytbare elektriske krets.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den elektriske detonator er elektromagnetisk koblet til en vekselstrømkilde (10) ved an-bringelsen av ledningstråden (5) fra detonatorens tennelement (4) som sekundærvikling på en transformatorkjerne (6), og at en tennledningstråd (12) fra vekselstrømkilden (10) er elektromagnetisk koblet til transformatorkjernen som primærvikling, og at det brytbare parti av den elektriske krets er enten sekundærviklingen eller primærviklingen på koblingstransformatoren.

6. Anordning for indikasjon av tidsbrudd i en registrering av et seismisk signal generert ved hjelp av en eksplosiv ladning , karakterisert ved en elektrisk krets (12) med et brytbart kretsparti (12, 15) innrettet til under bruk å bli brudt ved eksplosjonen av den eksplosive ladning (3) , og en elektrisk føleinnretning (11) som er påvirkbar av bruddet i kretspartiet (12, 15) for generering av et signal til markering av tidsbruddet på den seismiske registrering når kretspartiet brytes .

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved en elektrisk detonator (1) for antenning av den eksplosive ladning (3) og en innretning til å koblet den brytbare elektriske krets (12, 15) og detonatorens tennkrets (12, 4) til en felles elektrisk strømkilde (10).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den elektriske detonator (1) har et resistivt tennelement (4) og det brytbare elektriske kretsparti omfatter et resistivt kretsparti (15) koblet parallelt over klemmene på tennelementet (4).

9. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at innretningen for kobling av detonatorens tennkrets (4, 5) til strømkilden (10) omfatter en transformatorkjerne (6) som ledningstrådene (12, 5) fra strøm-kilden og fra detonatorens tennelement er elektromagnetisk koblet til som henholdsvis primær- og sekundærkrets, mens det brytbare elektriske kretsparti er et parti enten av primærkretsen eller av sekundærkretsen.

10. Anordning ifølge et av kravene 7-9, karakterisert ved at den elektriske føleinn-retning (11) omfatter en strøm- eller spenningsfølsom innretning (15, 16) koblet til den brytbare elektriske krets, hvilken innretning genererer et signal for markering av tidsbruddet i den seismiske registrering, under påvirkning av endringen i strøm eller spenning som følge av bruddet i kretsen.

11. Anordning ifølge et av kravene 6-10, karakterisert ved at den elektriske føleinn- retning (11) omfatter en transformatorkjerne (15) til hvilken det brytbare kretsparti er elektromagnetisk koblet som primærkrets, at en sekundærvikling (16) på transformatorkjernen og en pulsdetektor (17 - 23) er innrettet til å detektere nærvær eller opphø r av de pulser som induseres i sekundærviklingen (16) når det flyter energi gjennom det brytbare kretsparti (12) fra vekselstrømkilden (10) under eksplosjonen av den eksplosive ladning (3) .