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Dokumentenidentifikation DE69018161T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0414344
Titel Meeresgeophysikalisches Prospektieren unter Verwendung von seismischen Reflexionen.
Anmelder Western Atlas International, Inc., Houston, Tex., US
Erfinder Barr, Frederick J., Houston, Texas 77031, US
Vertreter Weisse und Kollegen, 42555 Velbert
DE-Aktenzeichen 69018161
Vertragsstaaten DE, DK, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.06.1990
EP-Aktenzeichen 903061042
EP-Offenlegungsdatum 27.02.1991
EP date of grant 29.03.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse G01V 1/38
IPC-Nebenklasse G01V 1/36   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft seismische Vermessungen im Meer und insbesondere ein seismisches Reflektionsverfahren der geophysikalischen Prospektierung.

Im allgemeinen werden seismische Vermessungen im Meer durchgeführt, indem eine Energiequelle und seismische Detektoren hinter einem Schiff hergezogen werden. Die Quelle überträgt eine akustische Welle auf das Wasser, die ein Wellenfeld erzeugt, das kohärent in die darunter liegende Erde einwandert. Wenn das Wellenfeld auf Grenzflächen zwischen Erdformationen oder -schichten trifft, wird es durch die Erde und das Wasser zurück zu den Detektoren reflektiert, wo es in elektrische Signale umgewandelt und aufgezeichnet wird. Durch Analyse dieser Signale ist es möglich, Form, Lage und Gestein der Formationen unter dem Boden zu bestimmen.

Ein Problem, das sich bei Vermessungen im Meer wie auch bei der Gewinnung von inversen vertikalen seismischen Profilen oder "VSP" stellt, besteht in der Rückstrahlung in Wassersäulen. Das Problem entsteht als Ergebnis des der Wasseroberfläche und dem Wasserboden innewohnenden Reflektionsvermögens und kann folgendermaßen erklärt werden:

Eine seismische Welle, die in einer Erdschicht erzeugt (oder von dieser weg reflektiert) wird, tritt in allgemein aufwärtiger Richtung in das Wasser ein. Diese Welle, die als "Primärwelle" bezeichnet wird, wandert durch das Wasser und vorbei an dem seismischen Detektor, der ihr Auftreten aufzeichnet. Das Wellenfeld läuft weiter nach oben zur Wasseroberfläche, wo es zurück nach unten reflektiert wird. Dieses reflektierte oder "Geister"-Wellenfeld wandert ebenfalls durch das Wasser und am Detektor vorbei, wo es wiederum aufgzeichnet wird. Je nach Art des Erdmaterials am Grunde des Wassers kann das Geisterwellenfeld selbst durch das Wasser nach oben reflektiert werden und Anlaß zur Entstehung einer Reihe von einer oder mehreren nachfolgenden Geisterreflektionen geben.

Diese Rückstrahlung des seismischen Wellenfeldes im Wasser überdeckt seismische Daten, verstärkt bestimmte Frequenzen und schwächt andere, wodurch die Untersuchung der darunter liegenden Erdformationen erschwert wird.

In Fällen, in denen das Erdmaterial am Grunde des Wassers besonders hart ist, kann überschüssige akustische Energie oder Geräusch, die von der seismischen Quelle erzeugt werden, in der Wassersäule eingefangen und in der gleichen Weise wie die reflektierten seismischen Wellen selbst zurückgestrahlt werden. Dieses Geräusch hat oft eine große Amplitude und tendiert im Ergebnis dazu, die schwächeren seismischen Reflektionssignale zu überdecken, die zur Untersuchung gesucht werden sollen.

In dieser Technik offenbart das USA-Patent 4,486,865 von Ruehle ein Verfahren zur Verringerung der Geisterbildung. Darin werden ein Druckdetektor und ein Teilchengeschwindigkeits-Detektor in enger Nachbarschaft zueinander im Wasser angeordnet. Der Ausgang von wenigstens einem der Detektoren wird auf Verstärkung eingestellt und gefiltert, wobei ein Entfaltungsvorgang mit einem vorgegebenen Betrag weißen Rauschens zur Nullverzögerung der Autokorrelationsfunktion verwendet wird. Das Patent deutet daraufhin, daß durch Addition dieses entfalteten, in der Verstärkung eingestellten Signals zum Ausgang des anderen Detektors Geister- Reflektionen ausgelöscht werden können.

Haggerty offenbart im USA-Patent 2,757,356 ein seismisches Reflektionssystem zur Vermessung im Meer, bei dem zwei Seismometerverteilungen in zwei unterschiedlichen Wassertiefen so angeordnet werden, daß die von ihnen empfangenen Rückstrahlungen aus der Wassersäule um 180º phasenverschoben sind. Das Patent deutet daraufhin, daß sich die Rückstrahlungen durch Kombination der Detektorausgänge aufheben.

Berni schlägt im USA-Patent 4,345,473 die Verwendung eines Beschleunigungsmessers für die Vertikalkomponente in Kombination mit einem Hydrophon vor, um das an der Oberfläche reflektierte Rauschen bei seismischen Vorgängen im Meer auszulöschen.

Gal'perin, "Vertical Seismic Profiling", Special Publication No. 12 der Society of Exploration Geophysicists, schlägt die Verwendung eines seismischen Detektors vor, die Ausgänge eines Druck- und Geschwindigkeitssensors zur Verwendung bei VSP-Vermessungen kombiniert.

EP-A-0 089 700 bezieht sich auf ein seismisches Verfahren (und System) im Meer, welche die Auswirkung der Oberflächenreflektion vermindert, indem eine Erfassung sowohl der Druckwellen wie der Bewegung der Wasserteilchen eingesetzt wird.

US-A-4 752 916 beschreibt ein Verfahren (und System) zur Beseitigung der Wirkung des von der Quelle ausgehenden Wellenzuges aus seismischen Daten, wobei sowohl das Druckfeld als auch die Teilchengeschwindigkeit gemessen wird.

Während die vorerwähnten Verfahren nach dem Stand der Technik unter gewissen Umständen wirksam sein können, wird keine als geeignet für die Verwendung bei Kabelvermessungen am Grunde des Wassers bei Vorgängen in tiefem Wasser angesehen, d.h. bei Vermessungen in Tiefen über 15,2 bis 30,5 m (50 bis 100 Fuß). Viel mehr erleiden Techniken von der Art, wie sie im Ruehle-Patent vorgeschlagen werden, Verluste in der Signalqualität, die dem Filterverfahren eigen sind, zum Beispiel, eine Rauschverstärkung bei bestimmten Frequenzen.

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes System für das seismische Reflektionsprospektieren im Meer zu schaffen, speziell (aber nicht ausschließlich) zum seismischen Prospektieren im Meer, das kohärentes Rauschen dämpfen kann, wie es zum Beispiel durch Rückstrahlungen in der Wassersäule entsteht.

Nach der vorlriegenden Erfindung wird ein Verfahren zum geophysikalischen Prospektieren in wasserbedeckten Gebieten zur Verfügung gestellt, das die folgenden Schritte aufweist:

A. Erzeugen einer seismischen Welle zur Reflektion von Erdschichten;

B. Erfassen des aus der seismischen Welle entstehenden Wasserdrucks an einer ersten Stelle im Wasser und Erzeugen eines diesen darstellenden Signals;

C. Erfassen der aus der seismischen Welle entstehenden Wassergeschwindigkeit an einer Stelle, die im wesentlichen nahe der ersten Stelle liegt, und Erzeugen eines diese darstellenden Signals; und das gekennzeichnet ist durch

D. Erzeugen eines verstärkten seismischen Reflektionssignals durch Multiplikation von wenigsten einem der Signale, die den Wasserdruck und die Wassergeschwindigkeit darstellen, mit einem Normierungsfaktor, der von einer akustischen Impedanz einer Substanz abhängig ist, durch welche die seismische Welle wandert, und durch Summierung der normierten Signale, die den Wasserdruck und die Wassergeschwindigkeit darstellen, wobei das verstärkte seismische Reflektionssignal im wesentlichen frei wenigstens von sich nach unten fortpflanzenden Komponenten der Rückstrahlung der seismischen Welle innerhalb des Wassers ist.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird das kohärente Rauschen dadurch vermindert, daß ein Normierungsfaktor an den Ausgang eines Druckwandlers und eines Teichengeschwindigkeitswandlers gelegt wird, die im wesentlichen nebeneinander im Wasser angeordnet sind. Die Wandler können an einer Stelle oberhalb des Bodens im Wasser positioniert sein und dadurch die abwärts laufenden Komponenten der Rückstrahlung eliminieren, oder sie können am Grunde des Wassers angeordnet sein und dadurch sowohl die aufwärts laufenden wie auch die abwärts laufenden Komponenten der Rückstrahlung eliminieren.

Der Normierungsfaktor, der sich von der akustischen Impedanz des Wassers oder des Materials am Grunde des Wassers ableitet, kann sowohl direkt wie auch statistisch bestimmt werden. Die direkte Methode schließt ein, daß die Reaktionen der Druck- und Geschwindigkeitswandler auf eine Druckwelle, die in dem Wasser ausgelöst wird, gemessen und verglichen werden. Die letztere schließt ein, daß bei ausgewählten Verzögerungswerten die Größe der Autokorrelation des Drucksignals mit der Kreuzkorrelation des Druck- und Geschwindigkeitssignals verglichen wird oder, alternativ, bei verschiedenen Verzögerungswerten die Größe der Autokorrelation des Drucksignals mit der Autokorrelation des Geschwindigkeitssignals verglichen wird.

Die Darstellung der die Wassergeschwindigkeit und den Wasserdruck darstellenden Signale kann dadurch normiert werden, daß wenigstens ein davon ausgewähltes Signal mit einem Normierungsfaktor multipliziert wird, der von einer akustischen Impedanz des Wassers abhängt. Die normierten Signale werden dann summiert, um das sogenannte verstärkte seismische Reflektionssignal zu erzeugen.

Nach einem Aspekt der Erfindung kann dieser Normierungsfaktor als ( 'α'/Dircorr)*(GpGv) ausgedrückt werden, worin ' eine Dichte des Wassers ist; α' eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in Wasser ist; Gp eine Übertragungskonstante ist, die mit dem Schritt der Erfassung des Wasserdrucks verbunden ist (d.h. eine Übertragungskonstante des Wandlers, mit dem der Wasserdruck aufgezeichnet wird); Gv eine Übertragungskonstante ist, die mit dem Schritt der Erfassung der Wassergeschwindigkeit verbunden ist (d.h. eine Übertragungskonstante des Wandlers, mit dem die Teilchengeschwindigkeit erfaßt wird); und Dircorr ein Richtkorrekturfaktor ist, der mit einem Laufwinkel der seismischen Welle im Wasser verbunden ist.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Richtkorrekturfaktor Dircorr als eine Funktion von γp', dem Laufwinkel der seismischen Welle im Wasser zur Vertikalen, ausgedrückt. Hier ist Dircorr gleich cos(γp'), wenn γp' kleiner als ein ausgewählter kritischer Winkel ist und sonst gleich 1. Der kritische Winkel ist eine Funktion der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle und im wesentlichen gleich arcsin(α'/α); darin ist α' die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle im Wasser und α eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in einem Erdmaterial am Grunde des Wassers.

Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Prospektieren durch seismische Reflektion in wasserbedeckten Gebieten zur Verfügung, bei dem Wasserdruck- und Teilchengeschwindigkeitssignale durch Detektoren erzeugt werden, die am oder im wesentlichen nahe am Grunde des Wassers plaziert sind. Wie oben können der Druck und die Geschwindigkeit, die durch diese Detektoren gemessen werden, normiert und summiert werden, um ein verstärktes seismisches Reflektionssignal zu erhalten. Hier jedoch hängt der Normierungsfaktor von einer akustischen Impedanz eines festen Erdmaterials am Grunde des Wassers ab und wird durch den Ausdruck ( α/Dircorr)*(Gp/Gv) bestimmt, worin die Dichte des Erdmaterials am Grunde des Wassers ist; α die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in diesem Erdmaterial ist; und Dircorr, Gp und Gv wie auf Seite 6 definiert sind.

Der vorerwähnte Normierungsfaktor kann statistisch oder direkt bestimmt werden. Die erstere Bestimmung schließt ein, daß das Verhältnis einer ausgewählten Autokorrelation des Wasserdrucks zu einer ausgewählten Verzögerung der Kreuzkorrelation von Wasserdruck und Wassergeschwindigkeit bei ausgewählten Verzögerungswerten bestimmt wird oder, bevorzugt, das Verhältnis einer ausgewählten Verzögerung der Autokorrelation des Wasserdrucks zu einer ausgewählten Verzögerung der Wassergeschwindigkeit. Die ausgewählten Verzögerungen können beispielsweise einer Zeit für den Zweiwege- Lauf der seismischen Welle durch das Wasser zwischen der Stelle, an der sich die Druck- und Geschwindigkeitsdetektoren befinden, und der Wasseroberfläche entsprechen. Vorzugsweise beträgt die ausgewählte Verzögerung jedoch Null.

Die Ableitung des Normierungsfaktors auf direkte Weise schließt ein, daß eine Druckwelle von einer Stelle oberhalb des Sensorpunktes erzeugt wird (d.i. der Punkt, an dem die Druck- und Teilchengeschwindigkeitsablesungen während der Sammlung der seismischen Daten erfolgen). Der Normierungsfaktor kann dann aus dem Verhältnis der Absolutwerte der Größen von Druck und Teilchengeschwindigkeit am Sensorpunkt während ausgewählter Ankünfte, zum Beispiel der Erstankunft dieser Druckwelle abgeleitet werden.

Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen

Figur 1 eine bevorzugte Ausführung eines seismischen Reflektionssystems zur Prospektierung im Meer abbildet, das nach der Erfindung aufgebaut ist;

Figur 2 eine bevorzugte Betriebsabfolge für ein seismisches Meeres-Reflektionssystem der in Figur 1 gezeigten Art darstellt;

Figur 3 einen Materialwürfel abbildet, durch den die Druckwelle läuft;

Figur 4 ein vereinfachtes physikalisches Modell einer Umgebung abbildet, in der die Erfindung betrieben wird;

Figur 5 die Wellenformen von Druck und Geschwindigkeit abbildet, die an einem in Figur 4 gezeigten Detektor eintreffen;

Figur 6 die gegenüber Figur 5 veränderten Wellenformen für Detektoren abbildet, die am Grunde des Wassers (zum Beispiel am Meeresboden) angeordnet sind;

Figur 7 eine bevorzugte Betriebsabfolge zur Bestimmung eines Normierungsfaktors in einem System abbildet, das nach einer bevorzugten praktischen Ausführung der Erfindung aufgebaut ist;

Figuren 8 bis 10 weitere vereinfachte physikalische Modelle einer Umgebung abbilden, in der die Erfindung betrieben wird;

Figur 11 die Wellenformen von Druck und Geschwindigkeit abbildet, die an einem in Figuren 8 bis 10 gezeigten Detektor eintreffen;

Figur 12 die gegenüber Figur 11 veränderten Wellenformen für Detektoren abbildet, die am Grunde des Wassers (zum Beispiel am Meeresboden) angeordnet sind;

Figur 13 eine Tabelle physikalischer Konstanten ist; und

Figur 14 bis 15 bevorzugte Konfigurationen von Elementen abbildet, die in einer Vorrichtung verwendet werden, die nach der Erfindung aufgebaut ist.

Figur 1 bildet ein bevorzugtes seismisches Reflektionssystem zur Prospektierung im Meer ab, das nach der Erfindung aufgebaut ist und ein Hydrophon/Geophon-Sensorpaar enthält, das oberhalb des Grundes des Wassers angeordnet ist. In der Darstellung zieht ein Wasserfahrzeug (14) eine seismische Quelle (16) und ein Band (18) durch einen Wasserkörper (10), zum Beispiel einen See oder Ozean, der einen Teil der zu untersuchenden Erdoberfläche (12) überdeckt. Die Quelle 16 ist vorzugsweise eine akustische Energiequelle, zum Beispiel eine Explosionsvorrichtung oder eine Druckluftkanone, die auf eine in dieser Technik übliche Weise aufgebaut ist und betrieben wird.

Das dargestellte Band 18 enthält einen Sensor 22 mit einem Hydrophon zur Erfassung des Wasserdrucks und einem Geophon zur Erfassung der Teilchengeschwindigkeit des Wassers. Das Band 18 und sein begleitendes Hydrophon/Geophon-Paar 22 werden auf eine in der Technik übliche Art aufgebaut und betrieben. In dieser Beziehung versteht sich, daß beispielsweise, obwohl nur ein Sensor 22 gezeigt ist, das Band 18 in der Praxis eine Vielzahl von solchen Einheiten enthalten könnte.

Nach einer bevorzugten Praxis werden das Band 18 und das Hydrophon/Geophon-Paar 22 am Grunde des Wassers angebracht. Eine solche Anordnung ist ideal zur Verwendung für dreidimensionale "Bodenkabel"-Betriebsweisen, bei denen ein langes Kabel mit Sensoren am Grunde 12 des Wassers ausgelegt und ein Satz oder eine Schar von parallelen Linien mit einer Luftkanonenquelle 16 abgeschossen wird. Wenn die Schar von Schußlinien vollständig abgeschossen ist, wird das Bodenkabel 18 wieder eingeholt und entlang einer gegenüber der vorherigen Stelle parallel versetzten Linie neu ausgelegt. Dort wird dann eine weitere Schar von Schußlinien abgeschossen.

Insbesondere wird am Grunde des Wassers ein Kabel 18 mit identischen räumlichen Anordnungen von Hydrophonen und Geophonen ausgelegt, wobei nächst jedem einzelnen Hydrophon ein kardanisch aufgehängtes Geophon angeordnet ist. Getrennte elektrische Signale werden von jedem Hydrophon und jeder räumlichen Geophonanordnung auf das Aufzeichnungssystem übertragen. Das Wasserfahrzeug 14 feuert die Quelle 16 an vorgegebenen Stellen ab, während die Signale von den Hydrophonen und den Geophonanordnungen aufgezeichnet werden. Diese Daten werden als Reflektionsdaten bezeichnet.

Vorzugsweise quert das Schießfahrzeug 14 einmal direkt das Kabel 18 und feuert die seismische Quelle 16 im Meer unmittelbar oder so dicht wie praktisch möglich über jeder räumlichen Anordnung von Hydrophonen und Geophonen, zum Beispiel dem Paar 22, ab, bevor das am Grunde des Wassers befindliche Kabel eingeholt und erneut verlegt wird. Die sich aus den beiden Anordnungen direkt unter der Quelle ergebenden Signale werden aufgezeichnet. Diese Signale werden als Kalibrierdaten bezeichnet.

Entsprechend dieser bevorzugten Praxis werden die aufgezeichneten Reflektionsdaten von den Hydrophonen und Geophonen demultiplexiert, in der Verstärkung bereinigt (gainremoved) und unter Verwendung identischer Amplitudenwiedergewinnungskurven in der Amplitude wiederhergestellt. Dabei wird beim Verfahren der Verstärkungsbereinigung richtigerweise die K-Verstärkungseinstellung der Aufzeichnungsinstrumente verwendet.

Die Kalibrierdaten werden ebenfalls demultiplexiert und in der Verstärkung bereinigt. Hierbei werden wiederum korrekterweise die K-Verstärkungseinstellungen der Aufzeichnungsinstrumente verwendet. Die Komponente der Teilchengeschwindigkeit in den Reflektionsdaten und Kalibrierdaten der Geophone werden dann durch Multiplikation mit einem Faktor

(Gp/Gv) ( ') (α')

normiert, worin

Gp = die Übertragungskonstante der Hydrophonanordnung in Einheiten von zum Beispiel Volt/Newton/Quadratmeter,

Gv = die Übertragungskonstante der Geophonanordnung (Volt/Meter/Sekunde),

' = die Wasserdichte (Kilogramm/Kubikmeter),

α' = die Schallgeschwindigkeit in Wasser (Meter/Sekunde) ist.

Das dargestellte System verwendet ein Filter, das nach den theoretischen oder gemessenen Impulsantworten der Hydrophone und Geophone so ausgebildet ist, daß es das Phasenspektrum und das normierte Amplitudenspektrum des Geophons in Anpassung an die des Hydrophons und umgekehrt wandelt. Dieses Filter wird auf jede Spur der Reflektions- und Kalibrierdaten der Geophone und der Hydrophone nachfolgend an die Normierung angewandt.

In weiterer Übereinstimmung mit einer bevorzugten Praxis wird ein Normierungsfaktor K aus den Kalibrierdaten für jede Empfängerstation (i) dadurch bestimmt, daß die Maximalamplitude beim ersten Eintreffen am Hydrophon durch die Maximalamplitude beim ersten Eintreffen am Geophon geteilt und der Absolutwert des erhaltenen Wertes genommen wird. Dann wird für jedes Paar von Aufzeichnungen an der Empfängerstation (i) die Geophonaufzeichnung mit einem Faktor K multipliziert (nicht zu verwechseln mit der "K-Verstärkung" der Wandler) und zu der Hydrophonaufzeichnung hinzuaddiert.

Die so erhaltenen Daten werden dann in der in der Technik üblichen Art für die Daten aus Kabeln am Grunde des Wassers weiterverarbeitet.

Nach einer anderen bevorzugten Praxis wird der Faktor K dadurch berechnet, daß der Absolutwert der Maximalamplitude beim ersten Eintreffen am Geophon durch das Maximum beim ersten Eintreffen am Hydrophon geteilt wird. Hier wird K mit der Hydrophonaufzeichnung vor deren Addition zur Geophonaufzeichnunng multipliziert.

In einer weiteren bevorzugten Praxis wird der auf die Geophonaufzeichnungen angewandte Faktor K statistisch bestimmt, d.h. aus den Reflektionsdaten von den Hydrophonen und Geophonen. Unter Verwendung von Teilen der Aufzeichnungen, aus denen saubere vertikale Reflektionen ersichtlich sind, oder unter Verwendung gestapelter Aufzeichnungen wird K nach einem der folgenden Ausdrücke geschätzt:

K = Φpp(0)/Φvv(0)

K = (- Φpp(2d/α')/Φvv(2d/α'))1/2

K = - Φpp(2d/α')/Φpv(2d/α'),

worin

Φpp = die Autokorrelationsfunktion einer Hydrophonaufzeichnung,

Φvv = die Autokorrelationsfunktion einer Geophonaufzeichnung,

Φpv = die Kreuzkorrelationsfunktion einer Hydrophon- und Geophonaufzeichnung,

d = die Wassertiefe (Meter),

α' = die Schallgeschwindigkeit in Wasser ist (Meter/Sekunde).

Nach einer noch weiteren bevorzugten Praxis wird der Faktor K, wenn keine Kalibrierdaten geschossen worden sind und das Signal-Rausch-Verhältnis der Daten zu schlecht ist, um bei den oben genannten Methoden unter Verwendung der Autokorrelations- und Kreuzkorrelationsfunktionen stabile Werte von K zu erhalten, folgendermaßen bestimmt: Die Geophonaufzeichnungen werden mit einem Bereich möglicher oder in Frage kommender Faktoren K multipliziert und zu den jeweiligen Hydrophonaufzeichnungen addiert. Die so erhaltenen Daten werden dann gestapelt. Es werden Autokorrelationsfunktionen und Amplitudenspektren der gestapelten Datensätze berechnet und auf einem Bildschirm dargestellt. Wenn diese Schritte als Iterationen ausgeführt werden, kann ein optimaler Wert von K bestimmt werden, der die Effekte von Rückstrahlungen in der Wassersäule auf ein Minimum reduziert.

Wiederum unter Bezugnahme auf Figur 1 wandern während der Datensammlung die durch seismische Quellen 16 erzeugten seismischen Wellen abwärts, wie durch Strahlen 30 angezeigt ist, und werden von den Erdschichten 26,28 und insbesondere von der Grenzfläche 36 zwischen diesen Schichten weg reflektiert. Die nach oben reflektierten Wellen 32 wandern an dem von dem Band 18 besetzten Bereich vorbei zur Wasseroberfläche 38. Während ihrer ersten oder Hauptpassage werden die Wellen 32 durch den Sensor 22 erfaßt, der elektrische Signale erzeugt, welche die dem Wellenfeld innewohnenden Druckänderungen und Teilchengeschwindigkeitsänderungen darstellen, und der diese Signale zur Aufzeichnung und Verarbeitung zurück zum Schiff 14 überträgt.

Beim Auftreffen auf die Wasser/Luft-Grenzfläche 38 wird der größte Teil der Energie des Wellenfeldes 32 zurück zum Grunde 12 des Wassers reflektiert, wie durch die Strahlen 34 angezeigt ist, was einen zweiten, nach unten wandernden Satz von Reflektionsdaten oder Geistern ergibt. Diese Geisterreflektionen verlaufen nochmals durch den Bereich, der von dem Band 18 besetzt ist, und bewirken, daß das Hydrophon/Geophon-Paar 22 einen weiteren Satz elektrischer Signale erzeugt. In Abhängigkeit von der Art des Erdmaterials am Grunde 12 des Wassers kann ein bedeutender Teil der Energie der Geisterreflektionen, der auf den Grund des Wassers trifft, nochmals nach oben zurückgeworfen werden, wobei ein weiteres (nicht gezeigtes) Geisterwellenfeld erzeugt wird. Zusätzlich enthält das Wasser 10 oft zurückgestrahlte Wellenfelder eingefangener kohärenter Energie, zum Beispiel überschüssige Energie oder Geräusch, die von der Quelle 16 und dem Wasserfahrzeug 14 erzeugt werden. Diese Energie, die in der Darstellung nicht gezeigt ist, wird auch in der oben diskutierten Weise zwischen der Wasseroberfläche 38 und dem Boden 12 zurückgeworfen.

Da die Geisterreflektionen und die eingefangene kohärente Energie dazu neigen, mit den Primärreflektionen zu überlappen oder zu interferieren, sind rohe seismische Reflektionsdaten aus dem Meer schwer zu interpretieren. Während sich aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wie die, die in dem Ruehle-Patent offenbart sind, auf die Anwendung von Filterverfahren zur Eliminierung der Daten von Geisterreflektionen konzentrieren, hat der hier angegebene Erfinder aufgefunden, daß kohärentes Rauschen (sowohl eingefangener Art wie auch von Geisterart) dadurch verringert werden kann, daß ein ausgewählter Normierungsfaktor an die Ausgänge eines Druckwandlers und eines Wandlers für die Teilchengeschwindigkeit angelegt wird, die im wesentlichen nebeneinander und vorzugsweise am Grunde des Wassers angeordnet sind. Der Normierungsfaktor, der aus der akustischen Impedanz des Wassers oder des Materials am Grunde des Wassers abgeleitet werden kann, kann entweder direkt oder statistisch bestimmt werden, wie vollständiger nachstehend erläutert wird.

Figur 2 stellt eine bevorzugte Verfahrensabfolge für ein seismisches Reflektionssystem im Meer von der Art dar, wie es in Figur 1 gezeigt ist. In Schritt 40 erzeugt die seismische Quelle 16 eine akustische Welle zur Übertragung durch das Wasser und zur Reflektion an den Erdschichten 26, 28. Wellenfelder, die Primärreflektionen und Geisterreflektionen darstellen, wie auch das kohärente Rauschen wandern durch das Wasser und vorbei an dem Band, wo sie von dem Hydrophon/Geophon-Paar 22 im Schritt 42 erfaßt werden. Das Paar erzeugt ein Signal, das den Wasserdruck darstellt, und ein Signal, das die Teilchengeschwindigkeit darstellt, zur Aufzeichnung und Verarbeitung nach der hier gegebenen Lehre. Das Hydrophon/Geophon-Paar 22 kann irgendwo in dem Wasser angeordnet werden, vorzugsweise an oder nahe dem Grunde 12 des Wassers.

In den Schritten 44 und 46 erzeugt das System ein verstärktes seismisches Reflektionssignal, das eine ausgewählte Linearkombination des Wasserdrucks und der Wassergeschwindigkeit darstellt. In Ausführungen, bei denen sich die Detektoren für den Druck und die Teilchengeschwindigkeit an einem Punkt oberhalb des Grundes des Wassers befinden, ist dieses verstärkte seismische Reflektionssignal dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen frei von wenigstens den sich nach unten fortpflanzenden Komponenten der Rückstrahlung der seismischen Welle innerhalb des Wassers ist. In bevorzugten Ausführungen, in denen diese Detektoren am Grunde des Wassers angeordnet sind, ist das verstärkte seismische Reflektionssignal dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen frei von sich sowohl nach unten als auch nach oben fortpflanzenden Komponenten der Rückstrahlung ist.

Insbesondere normiert das System im Schritt 44 das den Wasserdruck darstellende Signal und das die Teilchengeschwindigkeit darstellende Signal dadurch, daß wenigstens eines von ihnen mit einem Normierungsfaktor multipliziert wird, der

a) von der akustischen Impedanz des Wassers abhängt, wenn das Hydrophon/Geophon-Paar im Wasser 10 an einem Punkt oberhalb des Grundes 12 angeordnet ist; und

b) von der akustischen Impedanz des Erdmaterials 26 am Grunde des Wassers abhängt, wenn das Hydrophon/Geophon-Paar am Boden 12 angeordnet ist.

Vorzugsweise führt das System den Schritt 44 dadurch aus, daß die aufgezeichnete Teilchengeschwindigkeitsfunktion mit einem wie unten abgeleiteten Normierungsfaktor und die gemessene Druckfunktion mit 1 multipliziert.

Ein im Schritt 48 bestimmter Normierungsfaktor zur Verwendung in Verbindung mit einem Hydrophon/Geophon-Paar, das sich im Wasser an einem Punkt oberhalb des Grundes befindet, ist

( 'α'/Dircorr)*(Gp/Gv).

Darin sind ' eine Dichte des Wassers; α' eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle im Wasser; Gp eine Übertragungskonstante, die mit dem Schritt zur Erfassung des Wasserdrucks verbunden ist (zum Beispiel eine Übertragungskonstante des Wandlers, mit dem der Wasserdruck aufgezeichnet wird); Gv eine Übertragungskonstante, die mit dem Schritt zur Erfassung der Wassergeschwindigkeit verbunden ist (zum Beispiel eine Übertragungskonstante des Wandlers, mit dem die Teilchengeschwindigkeit erfaßt wird); und Dircorr ein Richtkorrekturfaktor, der mit einem Winkel der Fortpflanzung der seismischen Welle im Wasser verbunden ist.

Eine bevorzugte Abfolge zur Berechnung des Normierungsfaktors wird unten in Verbindung mit Figur 7 beschrieben.

Der vorerwähnte Richtkorrekturfaktor Dircorr wird als eine Funktion von γp', dem Fortpflanzungswinkel der seismischen Welle zur Vertikalen im Wasser, ausgedrückt. Hier ist Dircorr gleich cos(γp') für γp' unter einem ausgewählten kritischen Winkel und sonst gleich 1. Der kritische Winkel ist eine Funktion der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle und kann im wesentlichen gleich arcsin(α'/α) sein, worin α' die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in Wasser und α eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in einem Erdmaterial am Grunde dieses Wassers ist.

Eine bevorzugte Abfolge zur Berechnung des vorerwähnten Richtkorrekturfaktors ist in Figur 2 in den Schritten 50-54 dargestellt. Insbesondere in Schritt 50 bestimmt das System den kritischen Winkel. Wie oben angegeben, wird dieser Winkel durch die Berechnung von arcsin(α'/α) bestimmt.

Ein bevorzugter Normierungsfaktor zur Verwendung in Verbindung mit einem Hydrophon/Geophon-Paar, das sich am Grunde des Wassers befindet, ist

( α/Dircorr)*(Gp/Gv).

Darin sind die Dichte des Erdmaterials am Grunde des Wassers; α die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in diesem Erdmaterial; und Dircorr, Gp und Gv wie oben definiert.

Figur 14 stellt eine bevorzugte Konfiguration von Elementen in einem System dar, das nach der Erfindung aufgebaut ist und nach dem in Figur 2 gezeigten Verfahren arbeitet. Das System 88 enthält Speicher 90 und 92 zum Festhalten der den Druck und die Teilchengeschwindigkeit darstellenden Signale, die von dem Hydrophon/Geophon-Paar 22 erzeugt werden. Ein Element 94 normiert das Druck- und/oder Geschwindigkeitssignal wie oben in Verbindung mit Schritt 44 beschrieben (Figur 2). Ein Element 96 summiert die normierten Druck- und Geschwindigkeitssignale wie oben in Verbindung mit Schritt 46 (Figur 2) erläutert wurde. Das System 88 enthält ferner ein Element 98 zur Bestimmung eines Richtkorrekturfaktors wie oben in Verbindung mit den Schritten 50 und 52 erläutert wurde. Dieser Korrekturfaktor wird nach der hier gegebenen Lehre multipliziert, wie über der Anzeige des Datenflußweges angezeigt ist, der die Elemente 98 und 94 verbindet. Das System 88 enthält ferner ein Element 100 zur Bestimmung eines Normierungsfaktors in der Weise, wie sie oben in Verindung mit dem Schritt 48 erläutert wurde.

Eine Vorrichtung, die in Übereinstimmung mit Figur 14 aufgebaut ist und nach dem Verfahren von Figur 2 arbeitet, kann in Spezial-Hardware für diesen Zweck unter Verwendung von in der Technik konventionellen Einrichtungsverfahren ausgeführt werden. Vorzugsweise wird eine solche Vorrichtung jedoch in einem digitalen Allzweck-Datenprozessor eingerichtet, der konventionelle Softwarewerkzeuge zur Verarbeitung seismischer Daten enthält. Ein bevorzugtes Paket von Softwarewerkzeugen ist von der Anmelderin unter der Marke "TIPEX" im Handel erhältlich.

Weiteres Verständnis der Erfindung und insbesondere des vorerwähnten Normierungsfaktors kann unter Bezugnahme aufdie nachfolgende Erläuterung erhalten werden.

Die Beziehung zwischen aufwärts und abwärts wandernden Druck- und Teilchengeschwindigkeitswellen

Um die Beziehung zwischen aufwärts und abwärts laufenden Druck- und Teilchengeschwindigkeitsfeldern zu verstehen, ist es hilfreich, sich auf einen sehr kleinen Materiewürfel 60 zu konzentrieren, wie er in Figur 3 gezeigt ist.

In dieser Figur zeigt der mit pzz markierte Strahl die Last (den Druck) an, die von dem Würfel 60 in Richtung nach außen und in der Richtung der z-Achse 62 ausgeht. Wie gezeigt, kann die insgesamt auf den Würfel in der +z-Richtung einwirkende Kraft wie folgt ausgedrückt werden:

Fz = (pzz + (∂pzz/∂z)Δz)ΔxΔy - pzzΔxΔy

Fz = (∂pzz/∂z)ΔxΔyΔz

Die Masse des Würfels 60 kann als

m = pΔΔxΔyΔz

ausgedrückt werden, worin die Dichte des Würfels ist.

Die Beschleunigung des Würfels in der +z-Richtung kann als

az = ∂vz/∂t

ausgedrückt werden. Da

Fz = maz,

ist dann

∂pzz/∂z = p(∂vz/∂t).

In der vorliegenden Anwendung wird eine Kompression als positiver Druckpuls ausgedrückt, d.h.

p = - pzz,

da Pzz eine Verdünnung hervorruft; dabei bildet p einen skalaren Wert.

In gleicher Weise und unter Bezugnahme auf ein Geophon, das sich aufwärts sitzend auf der x,y-Ebene der Figur 3 befindet, wird bei der vorliegenden Anwendung ein positiver Geschwindigkeitspuls als ein "Stoß" in der -z-Richtung aus-5gedrückt, d.h.

v = - vz

Einsetzen in die obige Gleichung ergibt

∂p/∂z = p(∂v/∂t) [Gl. 1-1)

Figur 4 bildet ein vereinfachtes physikalisches Modell der Umgebung ab, in der die Erfindung praktiziert wird. Insbesondere zeigt die Darstellung die Luft 66, das Wasser 10 und festes Erdmaterial 26 unterhalb des Grundes 12 des Wassers. Ein Hydrophon/Geophon-Paar 22 ist im Wasser an einer Stelle oberhalb des Grundes 12 des Wassers gezeigt. Zum Zwecke der gegenwärtigen Erläuterung ist angenommen, daß sich ebene Wellen in Richtung der x-Achse 64 und der z- Achse 62, aber nicht in Richtung der y-Achse ändern.

Aus Zweckmäßigkeit ist in der Darstellung z = 0 als am Grunde 12 des Wassers liegend gezeigt. Die Tiefe des Wassers 10 ist gleich d, und der Detektor 22 befindet sich zd Meter oberhalb des Grundes des Wassers.

Eine ebene Druckwelle, die in der -z-Richtung im Festkörper wandert, kann als

Pu = δ(t + (z/α))

ausgedrückt werden, wobei δ(t) eine Dirac'sche Deltafunktion ist.

In gleicher Weise kann eine Druckwelle, die im Festkörper in der +z-Richtung wandert, als

Pd = δ(t - (z/α))

ausgedrückt werden.

Unter Verwendung von Gleichung 1-1 zur Bestimmung der den ebenen Wellen entsprechenden Teilchengeschwindigkeit erhält man

∂vu/∂t = (1/p)(∂pu/∂z) = (1/pα)δ'(t + (z/α))

vu = (1/pα)δ(t + (z/α))

Ebenfalls ist

vd = - (1/pα)δ(t - (z/α))

Somit sind aus dem Vorhergehenden die Beziehungen, die zur Entwicklung der Antworten der Detektoren 22 (d.h. eines Hydrophon/Geophon-Paares) auf sich vertikal fortpflanzende Wellen:

Für das feste Material am Grunde des Wassers:

pu = δ(t + (z/α))

vu = (1/pα)δ(t + (z/α)) [Gl. 1-2]

pd = δ(t - (z/α))

vd = - (1/pα)δ(t - (z/α))

Für das Wasser 10:

pu' = δ(t + (z/α'))

vu' = - (1/p'α')δ(t + (z/α')) [Gl. 1-3]

pd' = δ(t - (z/α'))

vd' = - (1/p'α')δ(t - (z/α'))

Detektorantworten auf Reflektionen in willkürlicher Höhe oberhalb des Grundes des Wassers

Ein vertikal laufendes Reflektionswellenfeld im Festkörper 26 von Figur 4 kann als

pu - δ(t + (z/α))

dargestellt werden.

Dies schließt ein, daß t = 0 dem Augenblick entspricht, in dem die Welle am Grunde 12 des Wassers eintrifft, d.h. bei z = 0.

Natürlich wird ein Teil der Druckwelle in der -z-Richtung zurückreflektiert.

Daher ist

pd = R' δ(t - (z/α)),

worin R' = (p'α' - pα)/(p'α' + pα) und als der Reflektionskoeffizient bei senkrechtem Einfall definiert ist.

In dem Augenblick, in dem die einfallende Welle auf den Grund 12 des Wassers trifft, beträgt das Druckfeld auf der Festkörperseite der Festkörper/Wasser-Grenzfläche

p = pu + pd = (1 + R')δ(t).

Um eine unendliche Beschleunigung der Moleküle an der Festkörper/Wasser-Grenzfläche zu vermeiden, muß das Druckfeld an der Wasserseite der Grenzfläche in diesem zeitlichen Augenblick gleich dem an der Festkörperseite sein. Dementsprechend ist die Amplitude der in das Wasser übertragenen Druckwelle gleich 1 + R'.

Daher ist

Pu' = (1 + R')δ(t + (z/α'))

Pu' = T δ(t + (z/α)),

worin T der Transmissionskoeffizient bei senkrechtem Einfall und gleich 1 + R' ist.

Aus Gleichung 1-3 folgt für die entsprechende Teilchengeschwindigkeitswelle

vu' = (1p'α')Tδ(t + (z/α')).

Da sich die Detektoren 22 in einem willkürlichen Abstand von zd Metern oberhalb des Grundes des Wassers befinden, werden diese Wellen nach t = (zd/(α') Sekunden an den Detektoren 22 eintreffen. Dementsprechend können die Ausgänge an den Druck- und Geschwindigeitsdetektoren als

p(t) = T d(t - (zd/α')) [Gl.2-1]

v(t) = (T/p'α')δ(t - (zd/α'))

ausgedrückt werden.

Es sei bemerkt, daß Gleichung 2-1 nicht die Übertragungskonstanten der Druck- und Geschwindigkeitsdetektoren und auch keine Unterschiede in ihrer Ansprechcharakteristik auf die jeweiligen Felder berücksichtigt. Die Verwendung dieser Übetragungskonstanten wird nachfolgend erläutert.

Unter Bezugnahme auf Gleichung 2-1 versteht sich, daß bei einem vertikal eintreffenden Reflektionspuls die Druck- und Geschwindigkeitssignale in Phase sind; ihre jeweiligen Amplituden stehen nur über die akustische Impedanz (p'α') des Wassers in Beziehung; und mit gewisser Einschränkung sind diese beiden Beobachtungen richtig unabhängig von dem Wert von z.

Zurückgehend auf Figur 4 setzt sich eine aufwärts laufende Welle fort, bis sie auf die Luft/Wasser-Grenzfläche trifft (d.i. die Grenzfläche zwischen dem Wasser 10 und der Luft 66). Diese Grenzfläche hat einen Reflektionskoeffizienten gleich -1. Dementsprechend wird die Druckwelle in ihrer Gänze nach unten reflektiert und ihr Vorzeichen geändert, d.h. von einem Kompressionspuls in einen Verdünnungspuls.

Daher kann die anfängliche, abwärts laufende Komponente der Druckwelle durch die Gleichung

pd' = - T δ(t - ((2d-z)/α'))

dargestellt werden und aus der Gleichung 1-3 kann die abwärts laufende Komponente der Geschwindigkeitswelle durch die Gleichung

vd' = (T/p'α')δ(t - ((2d-z)/α'))

ausgedrückt werden.

Diese Wellen treffen auf den Detektor 22 zur Zeit

t = (2d - zd)/α'.

Dementsprechend können diese Signale zu Gleichung 2-1 addiert werden und erzeugen die Ausgänge

p(t) = T δ(t - (zd/α')) - T δ(t - ((2d-z)/α')) [Gl. 2-2]

v(t) = (T/p'α')δ(t-(zd/α')) + (T/p'α')δ(t-((2d-z)/α'))

worin die Gleichung 2-2 die Antworten auf die anfänglichen aufwärts und abwärts laufenden Komponenten der Druck- und Teilchengeschwindigkeitswellen darstellt.

Die abwärts laufenden Druck- und Geschwindigkeitswellen setzen sich fort bis sie wiederum auf die Wasser/Boden- Grenzfläche 12 stoßen, die durch den Reflektionskoeffizienten

R = (pα - p'α')/(pα + p'α')

dargestellt wird. Dementsprechend wird die reflektierte Druckwelle

Pu' = - R T δ(t + ((2d + z)/α'))

und aus Gleichung 1-3

vu' = - (RT/p'α')δ(t + ((2d + z)/α')).

Diese Wellen treffen auf die Detektoren 22 zur Zeit

t = (2d + zd)/α'.

Gleichung 2-2 kann unter Einschluß dieser neuen Signale wie folgt fortgeschrieben werden, d.h. zur Darstellung der anfänglichen aufwärts und abwärts laufenden Komponenten wie auch der nachfolgenden aufwärts laufenden Welle:

p(t) = Tδ(t - (zd/α')) - Tδ(t - ((2d - zd)/α')) - RTδ(t - ((2d + zd)/α'))

v(t) = (T/p'α')δ(t-(zd/α')) + (T/p'α')δ(t-((2d - zd)/α')) - (RT/p'α')δ(t ((2d + zd)/α'))

Das vorstehende Verfahren kann ad infinitum fortgesetzt werden, und die Signale p(t) und v(t) können in Figur 5 dargestellt werden.

Unter Bezugnahme auf Figur 5 ist ersichtlich, daß bei Anordnung der Detektoren 22 in einer Stellung oberhalb des Grundes des Wassers, d.h. bei zd < d, v(t) durch p'α' normiert und zu p(t) addiert werden kann, um wie folgt das Summensignal s(t) zu ergeben

s(t) = p(t) + p'α' v(t)

s(t) = 2Tδ(t - (zd/α')) - 2RTδ(t - ((2d - zd)/α')) + 2R²Tδ(t - ((4d - zd)/α')) - ...

Beim Vergleich dieser Beziehung mit p(t) ist ersichtlch, daß alle sich abwärts fortpflanzenden Komponenten der Rückstrahlung eliminiert worden sind. Hingegen verbleiben die sich aufwärts fortpflanzenden Komponenten.

Man sieht demgemäß, daß ein Meeres-Prospektionssystem der in Figur 1 abgebildeten Art, das in Übereinstimmung mit einer bevorzugten praktischen Durchführung der Erfindung aufgebaut ist, bei der die ,Detektoren 22 oberhalb des Grundes des Wassers angeordnet sind, die abwärts laufenden Komponenten der kohärenten Rückstrahlungen eliminieren kann, wenn die Druckfunktion zur Geschwindigkeitsfunktion addiert wird, wobei letztere in p'α' normiert ist.

Detektorantworten auf Reflektion am Grunde des Wassers

Wenn die Detektoren 22 am Grunde 12 des Wassers angeordnet sind, d.h. bei zd = 0, ändern sich die Druck- und Teilchengeschwindigkeitswellen, wie in Figur 6 gezeigt ist. Beim Einsetzen der entsprechenden Werte in die vorige Summengleichung erhält man

s(t) = p(t) + p'α' ((1 + R)/(1 - R)) v(t)

und

s(t) = T{1+((1+R)/(1-R))}δ(t)

Man sieht, daß darin alle Rückstrahlungen infolge des Reflektionswellenzuges, sowohl die aufwärts wie die abwärts laufenden, eliminiert werden. Jedoch muß der Normierungsfaktor K für v(t) wie folgt ausgedrückt werden:

K = p'α''((1 + R)/(1 - R))

K = p'α'(pα + p'α' + pα - p'α')/(pα + p'α' - pα + p'α')

K = pα

Da K von der akustischen Impedanz des Materials am Grunde des Wassers abhängt, muß ein in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebautes System K als eine Variable von Vermessungsbereich zu Vermessungsbereich und wahrscheinlich für jede empfangene Gruppe innerhalb eines Vermessungsbereichs betrachten.

Wenn stattdessen (p'α') zur Normierung von v(t) verwendet würde, wäre dann

s(t) = 2Tδ(t) - 2RTδ(t - (2d/α')) + 2R²Tδ(t - (4d/α')) - ... ,

was identisch mit Gleichung 2-3 für Zd = 0 ist.

Kalibrierverfahren

Figur 7 zeigt eine bevorzugte Verfahrensabfolge zur direkten und statistischen Bestimmung des vorgenannten Normierungsfaktors. In der Darstellung bedeuten die Schritte 70, 72 und 74 eine Entscheidung darüber, ob der Normierungsfaktor nach einem oder nach beiden Verfahren bestimmt werden soll. Während das direkte Verfahren bevorzugt ist, das die Lotung und Messung der Wandlerempfindlichkeit verlangt, kann auch das statistische Verfahren verwendet werden, das auf den Verhältnissen der Autokorrelationen und Kreuzkorrelationen des Drucks und der Teilchengeschwindigkeit beruht. Für die in der Technik Erfahrenen ist natürlich verständlich, daß beide Verfahren in Kombination verwendet werden können.

Nach dem statistischen Verfahren 72 berechnet ein System zur seismischen Reflektion im Meer, das in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist, die Autokorrelation des Drucks mit einer ausgewählten Verzögerung; s. Schritt 76. Das System berechnet ebenfalls die Autokorrelation der Geschwindigkeit mit einer ausgewählten Verzögerung; siehe Schritt 77. Alternativ berechnet das System die Kreuzkorrelation von Druck und Teilchengeschwindigkeit bei einer ausgewählten Verzögerung, nämlich der Zweiwege-Laufzeit der seismischen Welle in der Wassersäule; s. Schritt 78. Vorzugsweise sind die Verzögerungen Null bei der Rechnung in den Schritten 76 und 77. Jedoch können für diese Kombination die Verzögerungen auch gleich der Zweiwege-Laufzeit der seismischen Welle zwischen dem Sensor 22 und der Wasseroberfläche sein. In Schritt 80 teilt das System vorzugsweise die Druckautokorrelation durch die Geschwindigkeitsautokorrelation, oder alternativ teilt das System die Druckautokorrelation durch die Druck/Geschwindigkeits-Kreuzkorrelation.

In der nachfolgenden Diskussion ist angenommen, daß das Geschwindigkeitssignal mit dem Faktor

(Gp/Gv) (p'α')

multipliziert worden ist.

Mathematisch wird das Autokorrelation/Kreuzkorrelations- Verhältnis wie folgt ausgedrückt:

Φpp(±2d/α') = T²{-(1+R)-R(1+R)² - R³ (1+R)² - ...}

Φpv(2d/α') = T²{(1-R)-R(1-R²) + R³ (1-R²) + ...}

Daher ist

was gleich dem geforderten Normierungsfaktor für v(t) ist.

Mathematisch wird das Verhältnis der Druck- und Geschwindigkeitsautokorrelationen bei Null-Verzögerung wie folgt ausgedrückt:

Φpp(0) = T²{1 + (1 + R)² + R²(1 + R )² + R&sup4;(1 + R)² +...}

Φvv(0) = T²{1 + (1 - R)² + R²(1 - R )² + R&sup4;(1 - R)² +...}

Die Bildung des Verhältnisses dieser beiden Werte ergibt

Dementsprechend wird K wie folgt erhalten:

K = (Φpp(0)/Φvv(0))

Weiterhin kann das Verhältnis der Druckwellen-Autokorrelation zur Geschwindigkeitswellen-Autokorrelation bei einer Verzögerung, die der Zweiwege-Laufzeit der seismischen Welle in der Wassersäule gleich ist, mathematisch folgendermaßen ausgedrückt werden:

Φpp(±2d/α') = T²{-(1+R)-R(1+R)² - R³ (1+R)² - ...}

Φvv(±2d/α') = = T²{(1-R)-R(1-R)² - R³ (1-R)² - ...}

Die Bildung des folgenden Verhältnisses ergibt:

Daher ist

K = [-Φpp(±2d/α')/Φvv(±2d/α')]1/2

Nach dem direkten Verfahren 74 wird eine seismische Energiequelle 16 verwendet, um eine Druckwelle an einer Stelle zu erzeugen, die direkt oberhalb des Ortes des Sensor 22 im Wasser angeordnet ist, s. Schritt 82. Die Ausgänge der Druck- und Teilchengeschwindigkeitssensoren 22 werden dann zu einem ausgewählten Eintreffen der resultierenden Druckwelle gemessen; s. Schritt 84. Es wird dann ein Verhältnis dieses gemessenen Drucksignals zu dem Teilchengeschwindigkeitssignal als der vorerwähnte Normierungsfaktor verwendet; s. Schritt 86.

Figur 15 bildet eine bevorzugte Konfiguration von Elementen 102 ab, die zur Bestimmung eines Normierungsfaktors in einem System eingesetzt werden, das in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird.

In der Konfiguration werden statistische Bestimmungen durch Elemente 104-112 bearbeitet, die so ausgerüstet sind, daß sie die oben in Verbindung mit 72 und 76-80 (Fi-gur 7) beschriebenen Verfahren durchführen. Insbesondere enthält die dargestellte Konfiguration 102 ein Element 102 zur Datenleitung und Steuerung der anderen Elemente, die den Normierungsfaktor bestimmen, zum Beispiel die Elemente 104- 120. Das dargestellte Element 104 bestimmt selektiv eine Autokorrelation des Teilchengeschwindigkeitssignals. Das Element 106 bestimmt selektiv eine Kreuzkorrelation zwischen den Druck- und Teilchengeschwindigkeitssignalen, während das Element 108 selektiv eine Autokorrelation des Drucksignals bestimmt. Die Ausgänge der Autokorrelationsund Kreuzkorrelationselemente 104-108 wird durch einen Multiplexer 110 geleitet, der die entsprechenden Werte zur Berechnung von Verhältnissen selektiv dem Element 112 zuführt.

In der Konfiguration werden direkte Bestimmungen durch die Elemente 114-120 bearbeitet, die so ausgerüstet sind, daß sie die oben in Verbindung mit den Schritten 74 und 82- 86 (Figur 7) beschriebenen Verfahren durchführen. Insbesondere enthält die dargestellte Vorrichtung 102 Elemente 114 und 116 zur Erkennung eines ausgewählten Eintreffens der Druckwelle, wie oben in Verbindung mit dem Schritt 84 (Figur 7) beschrieben wurde. Die Vorrichtung enthält auch ein Element 120 zur Bestimmung eines Verhältnisses des das Eintreffen darstellenden Signals, wie oben in Verbindung mit dem Schritt 86 (Figur 7) beschrieben wurde.

Eine in Übereinstimmug mit Figur 15 aufgebaute und nach dem Verfahren nach Figur 7 arbeitende Vorrichtung kann Spezial-Hardware für diesen Zweck unter Verwendung von in der Technik konventionellen Einrichtungsverfahren ausgeführt werden. Vorzugsweise ist eine solche Vorrichtung jedoch in einem digitalen Allzweck-Datenprozessor eingerichtet, der konventionelle Softwarewerkzeuge zur Verarbeitung seismischer Daten enthält. Ein bevorzugtes Paket von Softwarewerkzeugen ist von der Anmelderin unter der Marke "TIPEX" im Handel erhältlich.

Allgemeine Analyse des Einfallswinkels

Figur 8 bildet die Umgebung von Figur 4 in einer Weise ab, die erforderlich ist, um die Analyse des komplizierteren Falles der Reflektion A&sub1; einer p-Welle gestattet, die am Grunde des Wassers unter einem Einfalsswinkel γp zur Vertikalen eintrifft. In dieser und den nachfolgenden Figuren bezeichnen die mit dem Buchstaben A (oder A' etc.) markierten Strahlen p-Wellen, während mit dem Buchstaben B markierte Strahlen s-Wellen bezeichnen.

In der nachfolgenden Diskussion werden drei Arten von Bodenmaterialien am Grunde des Wassers als Normal, Hart und Weich bezeichnet. Die physikalischen Eigenschaften dieser drei Materialien (und von Wasser) sind in Figur 13 enthalten.

Für die Normale zum Grunde des Wassers gelten die folgenden Geschwindigkeitsbeziehungen:

α ≥ α' ≥β.

Da die Phasengeschwindigkeit der eintreffenden Wellenfront entlang der x-Achse als

c = (α/sinγp) = (β/sinγs) = (α'/sinγp')

ausgedrückt werden kann, ist dann

c ≥ α ≥ α' ≥ β

(α/sinγp) ≥ α

sinγp ≤ 1

γp ≤ 90º

In gleicher Weise können die Wertebereiche für die Winkel γs und γp' bestimmt werden, was ergibt

0 ≤ γp ≤ 90º

0 ≤ γs ≤ sin&supmin;¹(β/α) = 20,7º

0 ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/α) = 61,9º

Unter Verwendung des Verfahrens, das von White in dem Buch "Seismic Waves - Radiation, Transmission, and Attenuation" (McGraw Hill, 1965) beschrieben wurde, auf das wegen weiterer Einzelheiten Bezug genommen werden kann, können als Lösungen der Gleichung für eine elastische Welle skalare und vektor-Potentialfunktionen für die Verschiebung abgeleitet werden, die Randbedingungen durch das Modell von Figur 8 unterliegen. Aus diesen Potentialfunktionen können die Druck- und Teilchengeschwindigkeitswellen bestimmt werden, die auf die Detektoren 22 treffen.

Unter Verwendung des White-Verfahrens werden die folgenden Ausdrücke für die Druckwellen und die Teilchengeschwindigkeitswellen (in der z-Richtung) in Wasser erhalten:

p' = p'ω² A&sub1;'(eim'z)(e-ilx)(eiωt) Gl. 3-1

v' = ω²((1/a'²)-(1/c²))1/2 A&sub1;'(eim'z)(e-ilx)(eiωt), worin A&sub1;' die Amplitude des Verschiebungspotentials ist und

m' = ω((1/α'²)-(1/c²))1/2

1 = ω/c

c = α'/sinγp'.

Beim Einsetzen des Ortes der Detektoren 22 (x = 0; z = zd) in die obigen Gleichungen erhält man

p' = p'ω² A&sub1;'ei(ωt-m'zd)

v' = ω² ((1/α'²) - (1/c²)) A&sub1;'ei(ωt-m'zd)

Unter Erinnerung daran, daß

m' = ω((1/α'²) - (1/c²))1/2

und beim Einsetzen von

c = α'/sinγp'

in die obige Gleichung werden die folgenden Gleichungen erhalten:

p ' = p'ω² A&sub1;'e-iω/t-(zd/a')cosγp') [Gl. 3-2]

v' = (ω²/α')cosyγp' A&sub1;'e-iω/t-(zd/a')cosγp')

Die skalare Potentialfunktion, die diese Ausdrücke für p' und v' ergibt, zeigt, daß diese Ausdrücke Darstellungen von Dirac-Deltafunktionen im Frequenzbereich sind, die zur Zeit

t = (zd/α') cosγp'

auftreten.

Sie entsprechen daher dem ersten Eintreffen von p(t) und v(t) in Figur 5.

Man erkennt, daß das Verhältnis von v' und p'

v'/p = cosγp'/p'α' [Gl. 3-3]

ist, was dem Verhältnis der Amplituden beim ersten Eintreffen in Figur 5 entspricht. Der zusaätzliche Cosinusfaktor berücksichtigt die Richtungsabhängigkeit des Geschwindigkeitsdetektors.

Der Ausdruck, der p' im Wasser zu der einfallenden Druckwelle p in Beziehung setzt, ist

p'/p = KT [Gl. 3-4]

KT = (2(p'c&sup4;)/pβ&sup4;)((c²/α²) - 1)1/2/(A + B + C).

Darin sind

A = (2(p'c&sup4;)/pβ&sup4;)((c²/α²) - 1)1/2

B = ((c²/α'²) - 1)1/2((c²/β²) - 2)²

C = 4 ((c²/α'²) - 1)1/2((c²/β²) - 1)1/2((c²/β²) - 1)1/2.

Für senkrechten Einfall (c T ∞) reduziert sich dieser Ausdruck auf den oben beschriebenen Transmissionskoeffizienten T.

Für den Wasserboden aus hartem Material gelten die folgenden Geschwindigkeitsbeziehungen:

α ≥ β ≥ α'

Für

c ≥ α ≥ β ≥ α'

können die Winkelbereiche für die verschiedenen reflektierten und gebrochenen Wellen berechnet werden. Die Ergebnisse sind

0 ≤ γp ≤ 90º

0 ≤ γs ≤ sin&supmin;¹(β/α) = 33,8º

0 ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/α) = 19,5º

und die Ausdrücke von Gl. 3-1 bis Gl. 3-4 können auch auf den Fall harten Materials am Grunde des Wassers angwewandt werden.

Die Geschwindigkeitsbeziehungen für den Fall weichen Materials am Grunde des Wassers sind

α' ≥ α ≥ β

und für

c ≥ α' ≥ α ≥ β gelten auch alle vorhergehenden Ausdrücke.

Die Winkelbereiche unter dieser Bedingung sind

0 ≤ γp sin&supmin;¹(α/α') = 53,1º

0 ≤ γs ≤ sin&supmin;¹(β/α') = 13,9º

0 ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/α) = 90º

An dieser Stelle können Ausdrücke für p(t) und v(t) entsprechend denen von Gl. 2-1 wie folgt geschrieben werden:

p(t) = KT δ(t-(zd/α')cosγp') [Gl. 3-5]

v(t) = (KT cosγp'/p'α') δ (t-(zd/α')cosγp'),

worin KT in Gl. 3-4 gegeben ist.

In dem Modell ist eine sich nach oben fortpflanzende Reflektionswelle bei z = - zd auf die Detektoren 22 getroffen und dabei, auf die Luft/Wasser-Grenzfläche zu stoßen. Dies ist in Figur 9 abgebildet, in der, wie man bemerkt, der Ursprung des Koordinatensystems zur Oberfläche des Wassers verschoben ist.

Bei der Lösung der Gleichung für eine elastische Welle unter den Randbedingungen dieses Modells findet man, daß

A&sub2;' = - A&sub1;'

und

p' = p'ω² (A&sub1;'eim' -A&sub1;' eim' )e-ilx eiωt

v' = ω² ((1/α'²) - (1/c²)) (A&sub1;'(eim' +A&sub1;' eim' )e-ilx eiωt

m' = ω((1/α'²)-(1/c²))1/2

l = ω/c

c = α'/sinγp'.

Beim Einsetzen der Position unserer Detektoren (o&sub1; d) und c = α'/sinγp' in die obigen Ausdrücke erhält man

p' = p'ω² A&sub1;'eiω(t+( d/α')cosγp') - p'ω² A&sub1;'eiω(t-( d/α')cosγp') [Gl'. 3-6]

v' = (cosγp'/α') ω² A&sub1;'eiω(t+( d/α')cosγp') + (cosγp'/α') ω² A&sub1;'eiω(t-( d/α')cosγp')

Es sei bemerkt, daß das erste Glied von p' und v' jeweils eine Welle darstellt, die in der - -Richtung (aufwärts) wandert, und das zweite Glied eine Welle, die in der + - Richtung (abwärts) wandert. Man wird auch bemerken, daß sie wiederum Darstellungen von Dirac-Deltafunktionen im Frequenzbereich sind.

Die gesamte Zeitverzögerung zwischen dem Eintreffen der obigen Wellen an unseren Detektoren ist

Δt = (2 d/α')cosγp'

Um dies zu dem Koordinatensystem von Figur in Beziehung zu bringen, sei bemerkt, daß

= z + d.

Daher ist

d = -zd + d ,

und man erhält beim Einsetzen oben

Δt = (2d - 2zd/α')cosγp'.

Dies stellt die Zeitverzögerung dar zwischen der Ankunft der Reflektion von Gleichung 3-5 und dem Geist von der Wasseroberfläche. Daher erhalten wir bei Hinzufügen der Darstellung im Zeitbereich von sich nach unten fortpflanzenden Komponenten von Gleichung 3-6 in die Gleichung 3-5

p(t) = KTδ(t-(zd/α')cosγp')-KTd(t-((2d-zd)/α')cosγp') [Gl. 3-7]

v(t) = (KTcosγp'/p'α')δ(t-(zd/α')cosγp') + (KTcosγp'/p'α')δ(t-((2d-zd)/α')cosγp').

Die sich nach unten fortpflanzende Welle ist nun bereit, auf den Grund des Wassers zu treffen und partiell zu unseren Deektoren zurückreflektiert zu werden. Dieses Modell ist in Figur 10 gezeigt.

Wiederum ergibt die Lösung der Gleichung für die elastische Welle

p' = p'ω² (-A&sub2;'eim'z-A&sub1;' eim'z) e-ilx eiωt

v' = ω² ((1/α²) - (1/c²)) (-A&sub2;'eim'z + A&sub1;'eim'z)e-ilx eiωt).

Einsetzen der Position der Detektoren 22 ergibt

p' = -p'ω²A&sub2;'eiω(t-(zd/α')cosγp') - p'ω²A&sub1;'eiω(t+(zd/α')cosγp') [Gl. 3-8]

v' = -(cosγp'/α')ω²A&sub2;'eiω(t-(zd/α')cosγp') + (cosγp'/α')ω² A&sub1;'eiω(t+(zd/α')cosγp')

Hierin stellen die jeweils ersten Glieder von p' und v' die sich nach oben fortpflanzende Welle und die jeweils zweiten Glieder die sich nach unten fortpflanzende Welle dar. Die Zeitverzögerung zwischen dem Eintreffen der beiden Wellen an unseren Detektoren ist

Δt = (2zd/α')cosγp'.

Fortschreiben von p(t) und v(t) in Gleichung 3-7 ergibt

p(t) = KTδ(t-(zd/α')cosγp')-KTd(t-((2d-zd)/α')cosγp') -KRKTδ(t-((2d+zd)/α')cosγp')+ ... [Gl. 3-9]

v(t) = (KTcosγp'/p'α')δ(t-(zd/α')cosγp') + (KTcosγp'/p'α')δ(t-((2d-zd)/α')cosγp') - (KRKcosγp'/p'α')δ(t-((2d-zd)/α')cosγp') + ...

worin

KR = A&sub2;'/A&sub1;'

Der Wert von KR hängt von dem Material am Grunde des Wassers und dem Einfallswinkel wie folgt ab:

Normal zum Grunde des Wassers

Unter der Bedingung

c ≥ α ≥ α' ≥ β

worin

c = (α/sinγp) = (α'/sinγp') = (β/sinγs)

0 ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/α) = 61,9º [Gl. 3-10]

KR = (-A + B + C)/(A + B + C)

worin

A = (p'c&sup4;/pβ&sup4;) ((c²/α²) - 1)1/2

B = ((c²/α'²) - 1)1/2 ((c²/β²) - 2)²

C = 4((c²/α'²) - 1)1/2 ((c²/α²) - 1)1/2 ((c²/β²) - 1)1/2

Für

α ≥ c ≥ α ≥ α' ≥ β

61,9º ≤ αp' ≤ 90º [Gl. 3-11]

KR = (-A + B)sgnω + iC/(A +B)sgnω + iC

worin

A = (p'c&sup4;/pβ&sup4;) (1 - (c²/α²))1/2

B = 4((c²/α'²) - 1)1/2 (1 - (c²/α²))1/2 ((c²/β²) - 1)1/2

C = ((c²/α'²) - 1)1/2 (((c²/β²) - 2)²

Hartes Material am Grunde des Wassers

Unter der Bedingung

c ≥ α ≥ β ≥ α'

0 ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/α) = 19,5º

ist KRdurch Gleichung 3-10 gegeben.

Für

α ≥ c ≥ β ≥ α'

19,5º ≤ γp' ≤ sin&supmin;¹(α'/β) = 36,9º

ist KRdurch Gleichung 3-11 gegeben.

Für

α ≥ β ≥ c ≥ α'

36,9º ≤ ≤ 90º [Gl. 3-12]

KR = (A + i(-B + C)/-A + i(-B + C)

worin

A = (p'c&sup4;/pβ&sup4;) (1 - (c²/α²))1/2sgnω

B = ((c²/α'²) - 1)1/2 ((c²/β²) - 2)²

C = 4((c²/α'²) - 1)1/2 (1 - (c²/α²)1/2 (1 - (c²/β²))1/2

Weiches Material am Grunde des Wassers

Unter der Bedingung

c ≥ α' ≥ α ≥ β

0 ≤ γp' ≤ 90º

ist KR durch Gleichung 3-10 gegeben.

Unter Bezugnahme zurück zu den Gleichungen für p(t) und v(t) in Gleichung 3-9 und bei deren Vergleich mit Figur 5 ist für Fachleute in der Technik ohne weiteres verständlich, wie die Signale von Figur 5 zu verändern sind, um nicht-vertikalen Einfall zu berücksichtigen. Eine so veränderte Darstellung ist in Figur 11 gegeben. In dieser Figur sieht man, daß v(t) durch ( 'α'/ciosγp') normiert und zu p(t) addiert werden muß, um alle sich nach unten fortpflanzenden Wellen zu eliminieren.

s(t) = p(t) + ( 'α'/cosγp') v(t) [Gl.3-13]

s(t) = 2KTδ(t-(zd/α')cosγp')-2KRKTδ(t-((2d+Zd)/α')cosγp') +2KR²KTδ(t-((4d+Zd)/α'cosγp'- ...

Wiederum unter der Annahme, daß die Detektoren 22 am Grunde des Wassers (zd = 0) angeordnet sind, werden die Signale von Figur 11 verändert, wie in Figur 12 dargestellt ist. Man sieht hier, daß alle Rückstrahlungen in der Wassersäule durch geeignete Wahl eines Normierungsfaktors eliminiert werden können. Insbesondere kann dies erreicht werden, wenn v(t) wie unten gezeigt normiert und zu p(t) addiert wird.

s(t) = p(t) + ( 'α'/cosγp')((1+KR)/(1-KR))v(t) [Gl. 3-14]

s(t) = KT {1+((1+KR)/(1-KR))}δ(t)

Wie oben schließt der für v(t) erforderliche Normierungsfaktor den Reflektionskoeffizienten vom Grunde des Wassers ein und daher dessen akustische Impedanz. Die Verfahren zur Bestimmmung dieses Normierungsfaktors sind vorstehend im einzelnen erläutert.


Anspruch[de]

1. Seismisches Reflektionsverfahren zum geophysikalischen Prospektieren in wasserbedeckten Gebieten, enthaltend die Schritte:

A. Erzeugen einer seismischen Welle zur Reflektion von Erdschichten;

B. Erfassen des aus der seismischen Welle entstehenden Wasserdrucks an einer ersten Stelle im Wasser und Erzeugen eines diesen darstellenden Signals;

C. Erfassen der aus der seismischen Welle entstehenden Wassergeschwindigkeit an einer Stelle, die im wesentlichen nahe der ersten Stelle liegt, und Erzeugen eines diese darstellenden Signals;

gekennzeichnet durch

D. Erzeugen eines verstärkten seismischen Reflektionssignals durch Multiplikation von wenigstens einem der Signale, die den Wasserdruck und die Wassergeschwindigkeit darstellen, mit einem Normierungsfaktor, der von einer akustischen Impedanz einer Substanz abhängig ist, durch welche die seismische Welle wandert, und durch Summierung der normierten Signale, die den Wasserdruck und die Wassergeschwindigkeit darstellen, wobei das verstärkte seismische Reflektionssignal im wesentlichen frei wenigstens von abwärts laufenden Komponenten der Rückstrahlung der seismischen Welle innerhalb des Wassers ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckaufnehmer und ein Geschwindigkeitsaufnehmer im wesentlichen nahe dem Grunde des Wassers angeordnet werden, um den Wasserdruck und die Wassergeschwindigkeit zu erfassen und diese darstellende Signale zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d&8 im Schritt D. die Substanz festes Erdmaterial am Grunde des Wassers ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d&8 der Normierungsschritt (i) den weiteren Schritt einschließt, daß das wenigestens eine ausgewählte Signal mit einem Wert multipliziert wird, der von

α//Dircorr

abhängig ist, worin P die Dichte des festen Erdmaterials, α Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in dem festen Erdmaterial und Dircorr ein Richtkorrekturfaktor ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d&8 der Normierungsschritt (i) den Schritt einschließt, daß das wenigstens eine ausgewählte Signal mit einem Wert multipliziert wird, der von

( α//Dircorr) * (Gp/Gv)

abhängig ist, worin Gp eine Übertragungskonstante ist, die mit dem den Wasserdruck erfassenden Schritt verbunden ist, und Gv eine Übertragungskonstante ist, die mit dem die Wassergeschwindigkeit erfassenden Schritt verbunden ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Normierungsschritt (i) den Schritt einschließt, daß der Richtkorrekturfaktor Dircorr so erzeugt wird, daß er für γp' unterhalb eines ausgewählten kritischen Winkels gleich cos γp' und sonst gleich 1 ist, worin γp' ein Propagationswinkel der seismischen Welle in Wasser zur Vertikalen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Normierungsschritt (i) den Schritt einschließt, daß der kritische Winkel im wesentlichen als gleich arcsin(α'/α) bestimmt wird, worin α' die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in Wasser und α die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der seismischen Welle in dem festen Erdmaterial am Grunde des Wassers ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des Normierungsfaktors direkt erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des Normierungsfaktors einschließt:

(a) Erzeugen einer Druckwelle aus einer Stellung oberhalb der Stellung Druck- und Geschwindigkeitsaufnehmer,

(b) Erfassen des Wasserdrucks mit dem Wasserdruckaufnehmer während einer ausgewählten Ankunft der Druckwelle und Erzeugen eines diesen darstellenden Signals,

(c) Erfassen eines die Wassergeschwindigkeit darstellenden Signals mit dem Geschwindigkeitsaufnehmer während einer ausgewählten Ankunft der Druckwelle und Erzeugen eines diese darstellenden Signals, und

(d) Bestimmen des Normierungsfaktors in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Absolutwerte der Größe des Signals, das die Druckwellengeschwindigkeit darstellt, und des Signals, das den Druck der Druckwelle darstellt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, d&8 der Schritt der Erzeugung der Druckwelle den Schritt einschließt, daß die Druckwelle aus einer Stellung direkt über den Druck- und Geschwindigkeitsaufnehmern erzeugt wird und daß vorzugsweise der Schritt der Erfassung des Drucks der Druckwelle den Schritt einschließt, daß der Wasserdruck während einer Erstankunft der Druckwelle erfaßt wird, und daß der Schritt der Erfassung der Geschwindigkeit der Druckwelle vorzugsweise den Schritt einschließt, daß die Wassergeschwindigkeit während einer Erstankunft der Druckwelle erfaßt wird.







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