DE1095964B

DE1095964B - Facility for soil exploration in deep boreholes using induced radioactive rays

Info

Publication number: DE1095964B
Application number: DEP12249A
Authority: DE
Inventors: Serge A Scherbatskoy
Original assignee: Pan Geo Atlas Corp
Current assignee: Pan Geo Atlas Corp
Priority date: 1953-07-01
Filing date: 1954-07-01
Publication date: 1960-12-29

Description

Einrichtung zur Bodenerforschung in Tiefbohrungen unter Ausnutzung von induzierten radioaktiven Strahlen Die Erfindung bezieht sich auf das Loten in Tiefbohrungen unter Ausnutzung von induzierten radioaktiven Strahlen mit Hilfe eines an einem Kabel in ein Bohrloch niederbringbaren Untertagegerätes. Facility for soil exploration in deep boreholes with utilization of induced radioactive rays The invention relates to plumbing in Deep drilling using induced radioactive rays with the help of a underground device that can be lowered into a borehole on a cable.

Es ist bereits eine Einrichtung der erwähnten Art vorgeschlagen worden, bei der im Inneren des Untertagegerätes vorgesehen sind: zunächst eine primäre Quelle schneller Neutronen, die während der Bewegung des Untertagegerätes im Bohrloch zum Beschuß der vom Bohrloch durchsetzten Bodenschichten dienen ferner ein Impulse erzeugender Strahlungsdetektor, welcher bei Beanfschlagung durch von den Bodenschichten ausgehende Strahlungen, die durch Beaufschlagung der Bodenschichten durch von der erwähnten Neutronenquelle emittierte schnelle Neutronen verursacht werden, Impulse erzeugt, deren Höhe ein Maß für die Energie der aus den dem Bohrloch benachbart liegenden Bodenschichten stammenden Strahlungen darstellt, ferner eine zwischen der Neutronenquelle und dem Detektor angeordnete Abschirmung, welche den Detektor gegen direkte, von der primären Neutronenquelle ausgehende Strahlung abschirmt, weiterhin Mittel zur Übertragung von Impulsen, die mindestens einige der erwähnten erzeugten Impulse entsprechen. über das Kabel zur Erdoberfläche sowie zu Messung bzw. Registrierung der Häufigkeit des Auftretens der letzterwähnten Impulse ebendort. A device of the type mentioned has already been proposed, in which the interior of the underground equipment is provided: first of all, a primary source faster neutrons generated during the movement of the underground device in the borehole to the Bombardment of the soil layers penetrated by the borehole also serves to generate pulses Radiation detector, which is activated when exposed to by emanating from the soil layers Radiations caused by exposure to the soil layers from the aforementioned Neutron source emitted fast neutrons are caused, pulses are generated, the height of which is a measure of the energy of those lying adjacent to the borehole Radiations originating from layers of the ground represents, furthermore one between the neutron source and shield placed on the detector, which shields the detector from direct, from the primary neutron source shields radiation emanating, further means for Transmission of pulses that generate at least some of the pulses mentioned correspond. via the cable to the earth's surface as well as for measurement or registration the frequency of occurrence of the last-mentioned impulses there.

Die Erfindung unterscheidet sich demgegenüber dadurch, daß ein mit zwei elektrischen selektiv arbeitenden Netzwerken ausgestattetes Netzwerkpaa.r zum Auswählen derjenigen letztgenannten Impulse vorgesehen ist, welche innerhalb zweier bestimmter, nach zwei Seiten hin scharf begrenzter Bereiche von Impulshöihen liegen, wobei die beiden Impulsbereiche durch die Neutronenquerschnittslinie eines bestimmten Elements so bedingt sind, daß die Impulshöhe innerhalb des einen der erwähnten Bereiche zunimmt und innerhalb des anderen Bereiches abnimmt, sofern das bestimmte Element in den dem Untertagegerät benachharten Bodenschichten vorhanden ist. The invention differs in that a with Network pair equipped with two electrical, selectively working networks for Selecting those last-mentioned pulses is provided, which within two certain areas of pulse heights that are sharply delimited on two sides are located, where the two pulse ranges through the neutron cross-section line of a given Elements are so conditioned that the pulse height is within one of the ranges mentioned increases and decreases within the other area, provided that the particular element is present in the soil layers adjacent to the underground equipment.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen unter anderem darin, daß das Vorhandensein von Öl in den das Bohrloch umgebenden Bodenschichten gesondert festgestellt und genau von ihm Bohrloch befindlichem Wasser oder anderen Flüssigkeiten unterschieden werden kann. Ferner läßt sich da.s Verhältnis des Kohlenstoffgehalts zum Sauerstoffgehalt in den Formationen um das Bohrloch direkt in einem einzigen Durchgang durch das Bohrloch ermitteln. Außerdem ann die Trennfläche zwischen Öl und Wasser in den üssigkeiten führenden Schichten genau ausgemacht i weaclen. The advantages that can be achieved by the invention include, among other things that the presence of oil in the layers of soil surrounding the wellbore separately determined and precisely from the borehole located water or other Liquids can be distinguished. Furthermore, the ratio of the carbon content the oxygen content in the formations around the borehole directly in a single Determine the passage through the borehole. In addition, the interface between oil can and water in the layers carrying fluids are precisely identified.

-::i?:''rrindung wird in Verbindung mit den Zeich- zungen beispielsweise näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung für das Loten in Tiefbohrungen mittels welcher das Verhältnis von Öl zu Wasser in den Bodenschichten festgestellt werden kann, Fig. 2 ein dem besseren Verständnis der Erfindung dienendes Diagramm, in welchem die Impulshäufigkeit über der Impulshöhe aufgetragen ist, Fig. 3 und 4 Schaubilder verschiedener Teile des in Fig. 2 gezeigten Diagramms in etwas größerem Maßstab, Fig. 5 ein Kurvenschaubild der Neutronenquerschnittskennlinie des Elements Sauerstoff, Fig. 6 ein Kurvenschaubild der Neutronencluerschnittskennlinie des Elements Kohlenstoff, Fig. 7 an verschiedenen Stellen in der Einrichtung nach Fig. 1 erzielte Spannungsschwankungen, welche in Beziehung zu verschiedenen Bodenschichten stehen.- :: i?: '' rrind is used in connection with the drawing tongues, for example described in more detail, namely Fig. 1 shows a device according to the invention for Plumbing in deep boreholes by means of which the ratio of oil to water in the soil layers can be ascertained, Fig. 2 a serving for a better understanding of the invention Diagram in which the pulse frequency is plotted against the pulse height, Fig. 3 and 4 are diagrams of various parts of the diagram shown in FIG. 2 in somewhat on a larger scale, FIG. 5 is a graph of the neutron cross-section characteristic of the element oxygen, FIG. 6 is a graph of the neutron cross-section characteristic of the element carbon, Fig. 7 at various points in the device according to Fig. 1 achieved voltage fluctuations, which in relation to different soil layers stand.

In Fig. list schematisch ein Bohrloch 9 dargestellt, welches die zu erforschenden Bodenschichten durchdringt. Das Bohrloch ist mit der üblichen, aus Metallrohren bestehenden Auskleidung 10 versehen. Für das Erforschen der vom Bohrloch durchsetzten Bodenschichten ist gemäß der Erfindung ein Lotungsgerät vorgesehen, welches ein Gehäuse 11 umfaßt, das in das Bohrloch 9 mittels eines Kabels 12 niedergebracht wird. welches geeignete isolierte Leiter umfaßt. Die Länge des Kabels 12 ist etwas größer als die Tiefe des zu erforschenden Bohrloches. Das Kabel 12 wird gewöhnlich von einer Trommel 13 abgewickelt, um das Lotungsgerät in das Bohrloch 9 niederzubringen. Beim Hochziehen des Gerätes wird das Kabel 12 wieder auf die Trommel 13 aufgewickelt. In Fig. List schematically shows a borehole 9, which the penetrates soil layers to be explored. The borehole is with the usual, Liner 10 made of metal pipes is provided. For exploring the dated Borehole penetrated soil layers is provided according to the invention, a sounding device, which comprises a housing 11 which is brought into the borehole 9 by means of a cable 12 will. which comprises suitable insulated conductors. The length of the cable 12 is something greater than the depth of the borehole to be explored. The cable 12 becomes ordinary unwound from a drum 13 to lower the sounding device into the borehole 9. At the Pulling up the device will bring the cable 12 back onto the drum 13 wound up.

Um jederzeit die Tiefe des Lotungsgerätes innerhalh des Bohrloches 9 feststellen zu können, ist ein Meßrad 14 vorgesehen, welches über der Mündung des Bohrloches am Kabel 12 angreift und auf diesem derart abrollt, daß die Anzahl der Umdrehungen des Rades 14 der Kabellänge entspricht, welche in jeder Richtung am Rad vorbeigelaufen ist. Das Rad 14 ist auf einer Welle 15 angordnet, wobei die Drehung des Rades und somit der Welle 15 über ein Getriebe 16 auf eine weitere Welle 17 übertragen wird, welche antriehsmäßig mit der Aufnahmespule 18 verbunden ist, um einen photographischen Film 19 von einer Vorratsspule 20 zur Aufnahmespule 18 weiterzubewegen. To determine the depth of the sounding device within the borehole at any time 9 to be able to determine, a measuring wheel 14 is provided, which over the muzzle of the borehole engages the cable 12 and rolls on this in such a way that the number of the revolutions of the wheel 14 corresponds to the cable length, which in each direction walked past the bike. The wheel 14 is arranged on a shaft 15, the Rotation of the wheel and thus of the shaft 15 via a gear 16 on a further shaft 17 is transmitted, which is connected to the take-up reel 18 in terms of drive, a photographic film 19 from a supply spool 20 to take-up spool 18 move on.

Das Gehäuse 11 des Lotungsgerätes ist in dre.i Ahschnitte 21, 22 und 23 unterteilt. Im Abschnitt 21 ist eine feste Unterlage 24 vorgesehen, auf der eine allgemein mit 25 bezeichnete Neutronenquelle, beispielsweise ein Radium-Beryllium-Präparat, angeordnet ist, welche in einem aus geeignetem Material, beispielsweise Glas, bestehenden Behälter untergebracht sein kann. An Stelle eines Radium-Beryllium-Präparates kann die Neutronenquelle beispielsweise eine Strahlröhre fiir das Beschießen einer Beryllium- oder I,ithiumzusammensetzung mit Neutronen umfassen, wodurch in einer dem Fachmann bekannten Weise eine Erzeugung von Neutronen bewirkt wird. Diese Neutronenquelle 25 ist von einem Mantel 26 umgeben. welcher aus einem Material, beispielsweise Blei, besteht, das die Neutronenstrahlen gänzlich oder zum größten Teil durchläßt. The housing 11 of the sounding device is in three sections 21, 22 and 23 divided. In section 21, a solid base 24 is provided on which a neutron source generally designated 25, for example a radium-beryllium preparation, is arranged, which is made of a suitable material, such as glass, existing Container can be accommodated. Instead of a radium-beryllium preparation the neutron source, for example, a beam tube for bombarding a beryllium or I, ithium composition with neutrons comprise, whereby in one of the skilled in the art known way a generation of neutrons is caused. This neutron source 25 is surrounded by a jacket 26. which is made of a material, for example lead, exists that allows the neutron beams to pass through completely or for the most part.

Der Abschnitt 22 umfaßt einen aus einem Anthrazenkristall 30 bestehenden Flimmerzähler und einen mit einer geeigneten Spannungsquelle versehenen Photomultiplikator, wobei die aus Photomultiplikator und Spannungsquelle bestehende Einheit schematisch durch den Block 31 dargestellt ist. Es ist bekannt, daß der Anthrazenkristall 30 jede auf ihn treffende Strahlung, beispielsweise Gammastrahlen, Neutronen, Alphateilchen u. dgl., in Lichtimpulse verwandeln kann. Diese Lichtimpulse treffen auf den Photomultiplikator 31. Der Ausgang des Photomultiplikators wird hierauf im Linearverstärker32 verstärkt. The section 22 comprises one consisting of an anthracene crystal 30 Flicker counter and a photomultiplier provided with a suitable voltage source, whereby the unit consisting of the photomultiplier and voltage source is schematic is represented by block 31. It is known that the anthracene crystal 30 any radiation that hits it, for example gamma rays, neutrons, alpha particles and the like, can transform into light pulses. These light pulses hit the photomultiplier 31. The output of the photomultiplier is then amplified in the linear amplifier 32.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Instruments beruht im wesentlichen auf dem Zusammenstoß zwischen den von der Neutronenquelle25 kommenden Neutronen und den beschossenen Kernen verschie den er, in den das Bohrloch umgebenden Bodenschichten enthaltener Elemente. Als eine Folge dieser Zusammenstöße werden an den Treffpunkten zwischen den Neutronen und den beschossenen Kernen drei Arten von Strahlungen erzeugt, nämlich Gammastrahlen, schnelle Neutronen und langsame Neutronen. Die Gammastrahlen werden von Kernen ausgesandt, die entweder durch einen Zusammenstoß oder durch Bindung (»Einfangen«) eines Neutrons erregt werden und hierauf in einen Zustand niedrigerer Energie zurückkehren. Die schnellen und langsamen Neutronen stammen von den Zusammenstößen zwischen den von der Quelle 25 ausgesandten Neutronen und den be schossenen Kernen der Bodenschichten. Bei jedem Zusammenstoß verliert ein Neutron einen Teil seiner Energie. Somit sind, wenn der Wirkungsquerschnitt des beschossenen Kerns groß ist, die Zusammenstöße zahlreich, und die Energie der auftreffenden Neutronen wird progressiv verringert, bis sie ihren »thermischen Wert« von 0,025 eV erreicht. Hierdurch entstehen langsame Neutronen. Wenn dagegen der Wirkungsquerschnitt des beschossenen Kerns in der Boden- schicht klein ist, sind die Zusammenstöße seltener, und die Neutronen verlieren daher nur wenig von ihrer Energie. Man erhält demgemäß schnelle Neutronen. The mode of operation of the instrument shown in FIG. 1 is essentially based on the collision between the neutrons coming from the neutron source25 and the bombarded cores he different in the layers of soil surrounding the borehole contained elements. As a result of these clashes are at the meeting points generates three types of radiation between the neutrons and the bombarded nuclei, namely, gamma rays, fast neutrons, and slow neutrons. The gamma rays are sent out by nuclei, either by collision or by binding ("Capture") a neutron are excited and then in a lower state Return energy. The fast and slow neutrons come from the collisions between the neutrons emitted by the source 25 and the fired nuclei of the soil layers. Each time a neutron collides, it loses part of it Energy. Thus, if the effective cross-section of the bombarded core is large, the collisions are numerous, and the energy of the neutrons hitting it becomes progressive until it reaches its "thermal value" of 0.025 eV. This creates slow neutrons. If, on the other hand, the effective cross-section of the bombarded core in the ground layer is small, the collisions are less frequent, and the neutrons therefore lose little of their energy. Accordingly, fast neutrons are obtained.

Es ist somit ersichtlich, daß die in den oben beschriebenen Prozessen erzeugten relativen Mengen an Gammastrahlen, schnellen Neutronen und langsamen Neutronen von den chemischen Eigenschaften verschieb dener Elemente in den Bodenschichten abhängen. It can thus be seen that the processes described above generated relative amounts of gamma rays, fast neutrons and slow neutrons the chemical properties of the elements shifting in the soil layers depend.

Die schnellen Neutronen reagieren mit dem Anthrazenkristall 30, wobei ein geeigneter Lichtimpuls erzeugt wird, der sodann auf den Photomultiplikator 31 auftrifft und im Ausgang des Verstärkers 32 elektrische Impulse erscheinen läßt. Trifft nun ein ankommendes schnelles Neutron auf einen der Anthrazenkerne, beispielsweise einen Ävasserstoffkern, so prallt der Kern in Form eines Protons zurück, dessen Energie gewöhnlich in der gleichen Größenordnung liegt wie die Energie des ankommenden schnellen Nentrons. The fast neutrons react with the anthracene crystal 30, whereby a suitable light pulse is generated, which is then transmitted to the photomultiplier 31 occurs and causes 32 electrical pulses to appear in the output of the amplifier. If an incoming fast neutron hits one of the anthracene nuclei, for example a hydrogen nucleus, the nucleus rebounds in the form of a proton, its Energy usually is of the same order of magnitude as the energy of the incoming fast nentrons.

Der Ausgang des Verstärkers 32 wird durch dem Kabel 12 zugeordnete isolierte Leiter zur SIündung des Bohrloches übertragen. Dieser verstärkte Ausgang besteht aus einer Reihe getrennter Impulse, welche dann im zweiten Verstärker 39, der sich über der Mündung des Bohrloches befindet, verstärkt werden. The output of amplifier 32 is assigned by cable 12 Transfer insulated conductors to the opening of the borehole. This amplified exit consists of a series of separate pulses which are then transmitted to the second amplifier 39, which is located above the mouth of the borehole, be reinforced.

Der Ausgang des Verstärkers 39 ist an ein Impulsformungsnetzwerk 40 üblicher Art angeschlossen, welches dazu bestimmt ist, für jeden Impuls eine Ausgangsspannung von rechteckiger Form und veränderlicher Höhe zu schaffen, wobei die Höhe der Stärke des Impulses entspricht. Die Ausgangsklemmen des Impulsformungsnetzwerkes sind ihrerseits an vier Filterelemente206, 207, 208 und 209 (Fig. 1) gelegt.The output of amplifier 39 is to a pulse shaping network 40 connected, which is intended to provide an output voltage for each pulse of rectangular shape and variable height to create, the height of the thickness of the momentum. The output terminals of the pulse shaping network are in turn placed on four filter elements 206, 207, 208 and 209 (Fig. 1).

Der Ausgang des Impulsformungsnetzwerkes 40 besteht daher aus einer Reihe getrennter Impulse. Die Filterelemente sind je so angeordnet, daß sie innerhalb eines bestimmten Bereichs von Impulshöhen Impulse auswählen, die Strahlungen innerhalb eines bestimmten Energiebereichs entsprechen, wie dies dem Fachmann an sich bekannt ist.The output of the pulse shaping network 40 therefore consists of one Series of separate pulses. The filter elements are each arranged so that they are within Select pulses of a certain range of pulse heights that have radiations within correspond to a certain energy range, as is known per se to the person skilled in the art is.

Es versteht sich, daß die durch die Filterelemente 206 bis 209 (Fig. 1) ausgewählten Energiebereiche durch Änderung ihrer oberen und unteren Schwellenwerte beliebig verändert werden können, so daß Lotungen eines jeden heliebigen Energiebereichs durchgeführt werden können. Ferner versteht es sich, daß die Breite eines gewählten Energiebereichs vorzugsweise verhältnismäßig klein ist, so daß die Auswirkungen von Störstrahlungen usw. die Lotung nicht beeinträchtigen. Um die Auswirkungen des Querschnitts der Bodenschichten und des Spektrums der Quelle schneller Neutronen 25 auf die Höhe der durch den Detektor erzeugten Impulse und die Vorteile der selektiven Lotungen, die mittels der vorstehend beschriebienen Schwellen, die eigentlich sogenannte .Fenster« für die Analyse lediglich jener Impulshöhen bilden, die in einen vorher festgelegten schmalen Energiebereich fallen, deutlich zu machen, ist in Fig. 2 ein Kurvenschaubild gezeigt, welches die Anderung der Impulshöhe mit der Impulshäufigkeit darstellt. In Fig. 2 ist die Impulshäufigkeit als Ordinate und die Impulshöhe als Abszisse aufgetragen. Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Impulshöhenkurve 200 einen ersten Abschnitt aufweist, in welchem die Impulshäufigkeit ziemlich hoch ist, obwohl die Impulshöhe sehr gering ist. Dieser Abschnitt ergibt sich aus dem sogenannten Dunkel strom auf Grund von Elektronen, welche von der Kathode der Photomultiplikatorröhre 31 ausgesandt werden. Bei einer etwas größeren Impulshöhe kommen wir zum Abschnitt b, in welchem die vom Detektor erzeugten Impulse eine Folge natürlicher Gammastrahlen sind, die von den vom Bohrloch durchsetzten Schichten ausgestralhlt und vom Detektor aufgenommen werden. Die Kurve 200 besitzt ferner einen Abschnitt d, in welchem die Impulse eine Folge der Reaktion des Bors in einer Schicht sind, durch welche Alphastrahlen mit einer Energie von annähernd 2,5 MeV erzeugt werden. Die Kurve 200 umfaßt einen weiteren Abschnitt f, in welchem die vom Detektor erzeugten Impulse auf die Hauptlinie des Spektrums der Neutronenquelle 25 zurückzuführen sind, und schließlich hat die Kurve 200 einen Abschnitt g, in welchem die Impulse durch Neutronenbindungs-Gammastrahien hervorgerufen werden, die in den Bodenschichten dadurch erzeugt werden, daß die zur Beschießung verwendeten schnellen Neutronen in wasserstoffhaltigen Stoffen in den Schichten abgebremst werden. It goes without saying that the filter elements 206 to 209 (Fig. 1) selected energy ranges by changing their upper and lower thresholds can be changed at will, so that soundings of any energy range can be carried out. It is also understood that the width of a selected Energy range is preferably relatively small, so that the effects interference radiation etc. do not affect the sounding. To understand the effects of the Cross-section of the soil layers and the spectrum of the fast neutron source 25 on the level of the pulses generated by the detector and the advantages of the selective Soundings that are actually so-called by means of the thresholds described above Form a window for the analysis of only those impulse heights that entered a previously A specified narrow energy range can be clearly seen in FIG. 2 Curve diagram shown, which shows the change in pulse height with pulse frequency represents. In Fig. 2, the pulse frequency is as the ordinate and the pulse height is as Plotted abscissa. From Fig. 2 it can be seen that the pulse height curve 200 has a first section in which the pulse frequency is quite high, although the pulse height is very low. This section results from the so-called Dark current due to electrons coming from the cathode of the photomultiplier tube 31 are sent out. With a slightly higher pulse height we come to the section b, in which the pulses generated by the detector are a sequence of natural ones Gamma rays are emitted from the layers penetrated by the borehole and recorded by the detector. The curve 200 also has a section d, in which the impulses are a consequence of the reaction of boron in a layer, through which alpha rays with an energy of approximately 2.5 MeV are generated. The curve 200 comprises a further section f, in which the generated by the detector Impulses can be traced back to the main line of the spectrum of the neutron source 25, and finally curve 200 has a section g in which the pulses pass through Neutron binding gamma rays are produced in the soil layers are generated by the fact that the fast neutrons used for bombardment be slowed down in the layers in hydrogen-containing substances.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kurve 200 zahlreiche Spitzen und Tiefpunkte aufweist - und zwar sowohl in den dargestellten Abschnitten a bis g einschließlich als auch zwischen diesen Abschnitten -, welche, wenn sie eine bestimmte Lotung beeinflussen könnten, die erwünschten Veränderungen in diesen Abschnitten gänzlich verdecken würden, was zur Folge hätte, daß die Lotung unzuverlässig wäre und tatsächlich überhaupt nicht ausgewertet werden könnte. Wenn jedoch mittels des bolzen beschriebenen »Fenster«-Verfahrens unter Verwendung von Filterkreisen, die die vorangehend beschriebenen Schwellen bilden, jeweils nur ein ausgewähltes schmales Band von Impulshöhen untersucht wird, lassen sich wertvolle Aufschlüsse über die Art der Bodenschichten gewinnen. From Fig. 2 it can be seen that curve 200 has numerous peaks and has low points - both in the sections a to g including as well as between these sections - which if they have a particular Sounding could affect the desired changes in these sections would completely obscure, with the result that the sounding would be unreliable and actually could not be evaluated at all. However, if using the Bolzen described "window" method using filter circles that the thresholds described above form only a selected narrow one in each case If the volume of pulse heights is examined, valuable information can be obtained about the Gaining type of soil layers.

So kann beispielsweise die Häufigkeit des Auftretens von Impulsen einer bestimmten Höhe beträchtlich schwanken, wenn gewisse Parameter der Umgebung verändert werden, während die Häufigkeit des Auftretens von Impulsen einer anderen Höhe schwanken kann, wenn andere Parameter der Umgebung verändert werden. Beispielsweise verändert sich die Häufigkeit der Impulse größter Amplitude beträchtlich, wenn in den Bodenschichten Metalle enthalten sind, wobei, wenn die Schwellenwerte eines der Filterelemente für die schnellen Neutronen so eingestellt sind, daß nur die auf schnelle Neutronen mit einer Energie von mehr als annähernd 7 MeV zurückzuführenden Impulse aufgenommen werden, die sich hierbei ergebende Lotung da.s Produkt (verhältn.ismäßig reichliches Vorkommen neutronenabsorbierenden Materials X Querschnitt schneller Neutronen) darstellt.For example, the frequency of occurrence of pulses a certain altitude fluctuate considerably when certain parameters of the environment can be changed while the frequency of occurrence of impulses is another Height can fluctuate if other parameters of the environment are changed. For example the frequency of the pulses of greatest amplitude changes considerably when in the soil layers contain metals, if the thresholds one the filter elements for the fast neutrons are set so that only the due to fast neutrons with an energy greater than approximately 7 MeV Pulses are recorded, the resulting sounding of the product (proportionally abundant occurrence of neutron absorbing material X cross section faster Neutrons).

Eine derartige Lotung würde vor allem Metalle, wie Eisen, Nickel, Kupfer, Zink, Wolfram, Blei und Kalium, anzeigen, welche Neutronenquerschnitte haben, die wesentlich größer sind als diejenigen leichterer, in den Schichten enthaltener Elemente. Da Wasserstoff für schnelle Neutronen mit einer Energie von 7 MeV einen Neutronenquerschnitt von annähernd 1 Barn hat, während die vorerwähnten Metalle für Neutronen der gleichen Energie Neutroneuquerschnitte von mehr als 3 Barn haben, versteht es sich, daß Schwankungen der Impulshöhe innerhalb des im vorstehenden beschriebenen Bereichs über 7 MeV das Vorhandensein von Metallen in den Bodenschichten anzeigen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die in Fig. 2 gezeigte Kurve 200 nicht maßstahgerecht gezeichnet ist, sondern hauptsächlich dazu dienen soll, die in verschiedenen Impulshöhenbereichen auftretenden Spitzen und Tiefpunkte aufzuzeigen, die auf das Spektrum der Neutronenquelle, den Querschnitt der Umgebung und andere Faktoren der vorerwähnten Art zurückzuführen sein können.Such a plumbing would mainly be metals such as iron, nickel, Copper, zinc, tungsten, lead and potassium, show which neutron cross-sections have, which are much larger than the lighter ones contained in the layers Elements. Because hydrogen for fast neutrons with an energy of 7 MeV a Has a neutron cross-section of approximately 1 barn, while the aforementioned metals for neutrons of the same energy they have neutron cross-sections of more than 3 barn, it is understood that fluctuations in the pulse height within the above described range above 7 MeV the presence of metals in the soil layers Show. In this connection it should be noted that the one shown in FIG Curve 200 is not drawn to scale, but is mainly used for this purpose should, the peaks and troughs occurring in different pulse height ranges to indicate the on the spectrum of the neutron source, the cross section of the environment and other factors of the type mentioned above.

Die vorstehend beschriebene Lotung mit schnellen Neutronen kann auch verwendet werden, um das Vorhandensein gewisser Elemente, die unmittelbar auf ein Öl- oder Wasservorkommen im Gebirge hindeuten, festzustellen. So erfährt die Kurve 200 beispielsweise eine ausgeprägte Veränderung im Abschnitt c, wenn in den Bodenschichten Sauerstoff vorhanden ist. The above-described sounding with fast neutrons can also used to indicate the presence of certain elements that directly refer to a Indicate oil or water deposits in the mountains. This is how the curve experiences 200, for example, a marked change in section c, if in the soil layers Oxygen is present.

Diese Veränderung ist in Fig. 3 der Zeichnungen deutlicher gezeigt, in welcher ein Teil 201 der Kurve 200 in etwas größerem Maßstab dargestellt ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, hat die Häufigkeit der Impulse innerhalb des Abschnitts c normalerweise den durch die voll ausgezogene Kurve 201 dargestellten Wert.This change is shown more clearly in Figure 3 of the drawings, in which part 201 of curve 200 is shown on a somewhat larger scale. As can be seen from Fig. 3, the frequency of the pulses within the section c normally the value represented by the solid curve 201.

Wenn jedoch in den in der Nähe des Untertagegerätes befindlichen Bodenschichten Sauerstoff enthalten ist, fällt die Kurve 201 im Abschnitt c erheb lich ab, wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 202 angedeutet. Diese Veränderung in der Häufigkeit des Auftretens der Impulse innerhalb des Abschnitts c wird besser verständlich, wenn man die in Fig. 5 der Zeichnungen dargestellte Neutronenquerschnittskurve für Sauerstoff betrachtet. In Fig. 5 ist die Neutronenquerschnittskurve für Sauerstoff mit der Dämpfung in Barn als Ordinate und der Neutronenenergie in MeV als Abszisse aufgetragen. Bei Betrachtung der in Fig. 5 dargestellten Querschnittskurve 205 ist ersichtlich, daß diese Kurve für Neutronen verschiedener, jedoch verhältnismäßig nahe beieinander liegender Energien plötzliche Veränderungen im Neutronenquerschnitt aufweist. So hat Sauerstoff für Neutronen mit einer Energie von 0,45 MeV einen Querschnitt von annähernd 7 Barn, wie durch die Spitze 206 in Fig. 5 angedeutet, während er für Neutronen mit einer Energie von annähernd 0,65 MeV einen Neutronenquerschnitt von annähernd 2 Ba.rn hat, welcher durch den Tiefpunkt 207 (Fig. 5) angedeutet ist. Es ist so mit ersichtlich, daß die plötzliche Änderung der Neutronenquerschnittskurve 205 eine entsprechende Veränderung der Impulshäufigkeit in einem diesen Energiegrößen entsprechenden Impulshöhenbereich erzeugt, welche in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie 202 angedeutet ist. Wenn daher die Schwellenwerte eines der Filterelemente in der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung so eingestellt werden, daß sie lediglich für innerha.lb des Abschnitts c liegende Impulse eine Lotung mit schnellen Neutronen ergeben, verändert sich diese Lotung beträchtlich, wenn in den Bodenschichten Sauerstoff vorhanden ist. Da, wie durch die Spitze 206 in Fig. 5 dargestellt, der Neutronenquerschnitt von Sauerstoff für Neutronen mit geringer Energie groß ist, verringert sich die Impulshäufigkeit in diesem Energiebereich bei Vorhandensein von Sauerstoff, da in diesem Energiebereich mehr schnelle Neutronen in Sauerstoff als in irgendeinem anderen Element der Bodenschicht gedämpft werden.However, if in the layers of soil in the vicinity of the underground equipment Oxygen is contained, the curve 201 falls in the section c from considerable Lich, such as indicated by the curve 202 shown in dashed lines. This change in the Frequency of occurrence of the impulses within section c is better understood, if one considers the neutron cross-section curve shown in FIG. 5 of the drawings for Considered oxygen. In Fig. 5 is the neutron cross-section curve for oxygen with the attenuation in Barn as the ordinate and the neutron energy in MeV as the abscissa applied. Looking at the cross-sectional curve 205 shown in FIG it can be seen that this curve for neutrons is different, but relatively energies that are close together, sudden changes in the neutron cross-section having. For example, oxygen has a cross-section for neutrons with an energy of 0.45 MeV of approximately 7 barns as indicated by tip 206 in Fig. 5 while he a neutron cross-section for neutrons with an energy of approximately 0.65 MeV of approximately 2 Ba.rn, which is indicated by the low point 207 (Fig. 5). It can thus be seen that the sudden change in the neutron cross-section curve 205 a corresponding change in the pulse frequency in one of these energy quantities corresponding pulse height range generated, which in Fig. 3 by the dashed Line 202 is indicated. Therefore, if the thresholds of any of the filter elements in the device shown in Fig. 1 are set so that they only For pulses lying within section c, sounding with fast neutrons result, this plumbing changes considerably if there is oxygen in the soil layers is available. Da, as shown by the tip 206 in Fig. 5, is the neutron cross-section of oxygen is large for neutrons with low energy, the decreases Pulse frequency in this energy range in the presence of oxygen, since in this energy range has more fast neutrons in oxygen than in any other Element of the soil layer are dampened.

In gleicher Weise läßt sich das Vorhandensein von Kohlenstoff in den Bodenschichten im Impulshöhenbereich e der Kurve 200 (Fig. 2) feststellen. Dieser Teil der Kurve 200 ist in Fig. 4 in etwas größerem Maßstab in Form der voll ausgezogenen Kurve 210 dargestellt, während die Veränderungen, die sich in diesem Kurvenabschnitt ergeben, wenn in den Bodenschichten nahe des Detektors Kohlenstoff vorhanden ist, durch die gestrichelte Linie 211 (Fig. 4) angedeutet sind. Kohlenstoff weist für Neutronen verschied ner Energie ebenfalls plötzliche Änderungen im Neutronenquerschnitt auf, wenn diese auch nicht so ausgeprägt sind wie bei Sauerstoff. So ist in Fig. 6 die Neutronenquerschnittskurve für Kohlenstoff dargestellt, wobei die Parameter die gleichen sind wie in Fig. 5. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, zeigt die Querschnittskurve 212 eine scharfe Spitze 213 für Neutronen mit einer Energie von 3,5 MeV sowie einen ausgeprägten Tiefpunkt 214 für Neutronen mit einer Energie von 4,0 MeV. Diese plötzlichen Querschnittsveränderungen erzeugen entsprechende Veränderungen in der Häufigkeit des Auftretens der Impulse innerhalh des Abschnitts e, wie durch die gestrichelt gezeichnete Kurve 211 in Fig. 4 angedeutet. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Elemente Sauerstoff und Kohlenstoff insofern nahezu einmalig sind, als ihre Neutronenquerschnittskurven die oben beschriebenen plötzlichen Veränderungen aufweisen, während die Neutronenquerschnittskurven der meisten anderen Elemente im wesentlichen gleichmäßig sind oder sich nur langsam verändert, so daß auf Grund von Veränderungen in den anderen Elementen keine starken Veränderungen der Impulshöhe auftreten. Da diese plötzlichen Veränderungen außerdem in bestimmten schmalen Bereichen auftreten, lassen sich diese Elemente von anderen Elementen unterscheiden, bei welchen plötzliche Veränderungen in anderen Energiel>ereiahen auftreten. Bei Anwendung des im vorhergehenden beschriebenen »Fenster«-Verfahrens läßt sich daher eine selektive Lotung mittels schneller Neutronen erzielen, welche wertvolle Aufschlüsse hinsichtlich des Vorhandenseins von Sauerstoff, welcher Wasser andeutet, jedoch in Öl nicht enthalten ist, oder hinsichtlich des Vorhandenseins von Kohlenstoff, welcher Öl anzeigt, jedoch nicht in Wasser enthalten ist, gestatten. In diesem Zusammenhang ist zu be merken, daß die Kurve 205 (Fig. 5) mehrere Spitzen und Tiefpunkte aufweist, von denen jeder dazu dienen kann, das Vorkommen von Sauerstoff festzustellen. In the same way, the presence of carbon in determine the soil layers in the pulse height range e of curve 200 (FIG. 2). This Part of the curve 200 is shown in Fig. 4 on a somewhat larger scale in the form of the full line Curve 210 is shown while the changes that take place in this curve section result when carbon is present in the soil layers near the detector, are indicated by the dashed line 211 (Fig. 4). Carbon points for Neutrons of different energies also have sudden changes in the neutron cross-section on, even if these are not as pronounced as with oxygen. So in Fig. 6 shows the neutron cross-section curve for carbon, with the parameters are the same as in Fig. 5. As can be seen from Fig. 6, shows the cross-sectional curve 212 has a sharp tip 213 for neutrons with one energy of 3.5 MeV and a pronounced low point 214 for neutrons with one energy of 4.0 MeV. These sudden changes in cross-section generate corresponding ones Changes in the frequency of occurrence of the impulses within the segment e, as indicated by the curve 211 shown in dashed lines in FIG. In this It should be noted that the elements oxygen and carbon in this respect are almost unique as their neutron cross-section curves are those described above show sudden changes, while the neutron cross-section curves of the most of the other elements are essentially uniform or move slowly changed so that due to changes in the other elements no strong ones Changes in the pulse height occur. Because these sudden changes as well Occur in certain narrow areas, these elements can be distinguished from others Distinguish elements in which sudden changes occur in other energies appear. When using the "window" method described above can therefore achieve a selective sounding by means of fast neutrons, which valuable information regarding the presence of oxygen, which water suggests but is not found in oil, or regarding the presence of carbon, which indicates oil but is not contained in water. In this connection it should be noted that curve 205 (FIG. 5) has several peaks and has low points, each of which can serve to reduce the occurrence of oxygen ascertain.

Außerdem kann, wenn eine Spitze mit einer leichten Veränderung in der Querschnittskurve eines anderen Elements in Widerspruch steht, eine Spitze an einem anderen Energiebereich verwendet werden, wobei die Spitze 206 (Fig. 5) lediglich als Beispiel beschrieben wurde.Also, if a spike with a slight change in the cross-sectional curve of another element contradicts a peak Another energy range can be used, the tip 206 (Fig. 5) only has been described as an example.

Die Genauigkeit der Feststellung sowohl von Sauerstoff als auch von Kohlenstoff läßt sich durch Verwendung von zwei selektiven Lotungen mit schnellen Neutronen erhöhen, welche ganz besonders auf die Spitze und den Tiefpunkt der Neutronenquerschnittskurve des Elements abgestimmt sind. Wenn beispielsweise eine größere Genauigkeit bei der Feststellung von Sauerstoff erwünscht ist, kann eines der Filterelemente, l>eispielsweise das Filterelement 206 (Fig. 1), so eingestellt werden, daß es lediglich Impulse aufnimmt, die in den verhältnismäßig engen Bereich c1 fallen welcher dem Energiebereich der Spitze 206 in der in Fig. 5 dargestellten Querschnittskurve 205 für Sauerstoff entspricht, während ein anderes Filterelement, beispielsweise das Filterelement 207 (Fig. 1), so eingestellt werden kann, daß es lediglich diejenigen Impulse aufnimmt, die in dem verhältnismäßig schmalen Bereich c2 auftreten, welcher der Energiegröße des Tiefpunktes 207 (Fig. 5) entspricht. Die Ausgänge dieser Filterelemente 206 und 207 (Fig. 1) könnten dann mit geeigneten Aufzeichnungsgalvanometern verl>unden werden, um Messungen zu erzielen, welche mit den Tiefen auf dem Diagramm 213 in Beziehung stehen. Weiin das Untertagegerät sich durch Schichten bewegt, welche keinen Sauerstoff enthalten, sind sich die beiden durch die Filterelemente 206 und 207 (Fig. 1) erzeugten selektiven Lotungen mit schnellen Neutronen einander sehr ähnlich, wie die voll ausgezogene Kurve 201 in Fig.3 zeigt. Wenn sich das Gerät jedoch durch Schichten bewegt, welche Sauer- stoff - und somit Wasser - enthalten, bewirken die plötzlichen Veränderungen in der Neutronenquerschnittskurve für Sauerstoff eine wesentliche Abschwächung der Lotung im Abschnitt ct und eine wesentliche Verstärkung der Lotung im Abschnitt c2, wie aus Fig. 3 klar ersichtlich ist. Bei dieser Anordnung brauchen zur Auswertung der Lotungen lediglich Punkte oder Zonen festgelegt zu werden, in welchen die beiden Lotungen mit schnellen Neutronen einander nicht gleichen, wobei dann diese Zonen das Vorhandensein von Sauerstoff anzeigen. The accuracy of detecting both oxygen and Carbon can be broken down by using two selective solderings with rapid Increase neutrons, which particularly hit the top and bottom of the neutron cross-section curve of the element are matched. For example, if there is greater accuracy in the Determination of oxygen is desired, one of the filter elements, for example the filter element 206 (Fig. 1), can be adjusted so that it only receives pulses absorbs, which fall in the relatively narrow range c1 which the energy range of the tip 206 in the cross-sectional curve 205 shown in FIG. 5 for oxygen corresponds, while another filter element, for example the filter element 207 (Fig. 1), can be set so that it only picks up those pulses which occur in the relatively narrow region c2, which is the energy quantity of the low point 207 (FIG. 5). The outputs of these filter elements 206 and 207 (Fig. 1) could then exit with suitable recording galvanometers in order to obtain measurements which correspond to the depths on the diagram 213 in Relationship. Because the underground equipment moves through layers that do not Contain oxygen, the two are through the filter elements 206 and 207 (Fig. 1) generated selective soundings with fast neutrons very similar to each other, as the solid curve 201 in FIG. 3 shows. However, if the device does Shifts which Sauer- substance - and thus water - cause the sudden changes in the neutron cross-section curve for oxygen one substantial weakening of the plumbing in section ct and a substantial gain the plumbing in section c2, as can be clearly seen from FIG. 3. With this arrangement Only points or zones need to be defined to evaluate the plumbing, in which the two soundings with fast neutrons are not the same, these zones then indicate the presence of oxygen.

In gleicher Weise läßt sich das Vorhandensein von Kohlenstoff in Bodenschichten genauer feststellen, wenn man zwei selektive Lotungen mit schnellen Neutronen verwendet, die beim Vorhandensein von Kohlenstoff auf Grund der plötzlichen Veränderungen in der Neutrnnenquerschnittskurve von Kohlenstoff entgegengesetzt ansprechen. Im einzelnen kann beispielsweise das Filter 208 (Fig. 1) so eingestellt werden, daß es lediglich die Impulse aufnimmt, welche in dem schmalen Bereich et (Fig. 4) auftreten, welcher der Spitze 213 (Fig. 6) in der Neutronenquerschnittskurve 212 (Fig. 6) entspricht, während das Filterelement 209 so eingestellt werden kann, daß es lediglich diejenigen Impulse aufnimmt, die in dem schmalen Bereich e2 auftreten, welcher dem Tiefpunkt 214 der Querschnittskurve 212 entspricht, wobei diese Filterelemete mit geeigneten Aufzeichnungsgalvanometern verbunden sind, um die erhaltenen Messungen als Kurven in Form eines Diagramms (z. B. Fig. 6) auf dem Photofilm 19, Koordinatenpapier od. dgl. festzuhalten. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß, wenn die von der Neutronenquelle 25 ausgesandten schnellen Neutronen auf kohlenstoffhaltiges Material in den Bodenschichten treffen, die Häufigkeit der im Abschnitt Ci auftretenden Impulse auf Grund der stärkeren Dämpfung von Neutronen der entsprechenden Energie in Kohlenstoff abnimmt, während die Häufigkeit der im Abschnitt ci auftretenden Impulse auf Grund der verringerten Dämpfung von Neutronen der entsprechenden Energie in Kohlenstoff zunimmt. Demzufolge lassen sich entweder Sauerstoff oder Kohlenstoff genau feststellen, indem man zwei selektive Lotungen mit schnellen Neutronen vorsieht, welche mit den eigentlichen Spitzen und Tiefpunkten in den Querschnittskurven dieser Elemente in Beziehung gesetzt werden, um eine genaue Angabe für das Vorhandensein dieser Elemente in den Bodenschichten zu erzielen. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß sich im Falle von Sauerstoff, dessen Querschnittskurve mehrere ausgeprägte Spitzen und Tiefpunkte aufweist, die Genauigkeit der Feststellung dieses Elements weiterhin durch Verwendung von zwei Paaren von Filterelementen erhöht werden kann, welche so eingestellt werden, daß sie Impulse aufnehmen, welche zwei Spitzen und zwei Tiefpunkten der Sauerstoffquerschnittskurve 205 entsprechen. So können zusätzlich zu der oben beschriebenen doppelten Sauerstofflotung noch zwei Paare von Filterelementen Verwendung finden, die lediglich Impulse aufnehmen, welche der Spitze 206a und dem Tiefpunkt 207a in der Sauerstoffkurve 205 entsprechen, um damit eine weitere doppelte Sauerstofflotung zu erzeugen. Bei dieser Anordnung zeigen nur gleichzeitig auftretende, unterschiedliche Veränderungen in den vier Lotungen das Vorhandensein von Sauerstoff an. Für solche Messungen sind die Schwellenwerte der Filterelemente 206 und 207 (Fig. 1) so gewählt, daß diese Filter Impulse durchlassen, deren Frequenz sich in Ansprechen auf das Vorhandensein von Kohlenstoff verändert. Genauer gesagt sind die Schwellenwerte des Filterelements 206 (Fig. 1) so eingestellt, daß das Filter nur Impulse durchläßt, welche im Abschnitt e1 (Fig. 4) auftreten, während das Filterelement 207 (Fig. 1) so gestaltet ist, daß es nur Impulse durchläßt, die in den Abschnitt eg fallen. Die Ausgangsspannungen der Filterelemente 206 und 207, welche im wesentlichen in Abhängigkeit von der Impulshäufigkeit in den vorerwähnten Abschnitten schwankende Gleichspannungen umfassen, werden einem Verhältnismesser 210 (Fig. 1) zugeführt. Der Verhältnismesser 210 kann eine beliebige Schaltung aufweisen, mittels welcher eine Ausgangsspannung erzielt wird, die dem Verhältnis der Ausgangsspannung der Filterelemente 206 und 207 (Fig. 1) proportional ist. Der Verhältnismesser 210 (Fig. 1) kann beispielsweise eine Schaltanordnung umfassen, wie sie in der USA.-Patentschrift 2 129 880 beschrieben und dargestellt ist. In the same way, the presence of carbon in Determine soil layers more precisely if you do two selective plumbing with quick Neutrons used in the presence of carbon due to the sudden Opposite changes in the neutral cross-section curve of carbon speak to. In detail, for example, the filter 208 (FIG. 1) can be set in this way be that it only picks up the pulses which are in the narrow range et (Fig. 4), which of the tip 213 (Fig. 6) in the neutron cross-section curve 212 (Fig. 6), while the filter element 209 can be adjusted so that it only picks up those impulses that occur in the narrow area e2, which corresponds to the low point 214 of the cross-sectional curve 212, these filter elements connected to suitable recording galvanometers to record the measurements obtained as curves in the form of a diagram (e.g., Fig. 6) on the photo film 19, coordinate paper or the like. From Fig. 4 it can be seen that when the from the neutron source 25 emitted fast neutrons on carbonaceous material in the soil layers hit, the frequency of the pulses occurring in section Ci due to the stronger Attenuation of neutrons of the corresponding energy in carbon decreases while the frequency of the pulses occurring in section ci due to the reduced Attenuation of neutrons of the corresponding energy in carbon increases. As a result Either oxygen or carbon can be accurately determined by looking at two provides selective sounding with fast neutrons, which with the actual The peaks and troughs in the cross-sectional curves of these elements are related to give an accurate indication of the presence of these elements in the soil layers to achieve. It should also be noted that in the case of oxygen, whose cross-sectional curve has several pronounced peaks and troughs, the Accuracy of finding this element continues by using two Pairs of filter elements can be increased, which are set so that they pick up impulses which have two peaks and two low points of the oxygen cross-sectional curve 205 correspond. So in addition to the double oxygen flux described above two pairs of filter elements are still used, which only absorb impulses, which correspond to the peak 206a and the trough 207a in the oxygen curve 205, in order to generate a further double oxygen flux. With this arrangement show only simultaneous, different changes in the four Soundings indicate the presence of oxygen. For such measurements the threshold values are the filter elements 206 and 207 (Fig. 1) selected so that these filters pass pulses, the frequency of which changes in response to the presence of carbon. More accurate said the threshold values of the filter element 206 (Fig. 1) set so that the filter only lets through impulses which are in section e1 (Fig. 4) occur while the filter element 207 (Fig. 1) is designed so that it only lets through impulses that fall into section eg. The output voltages of the filter elements 206 and 207, which essentially as a function of the pulse frequency in the aforementioned sections include fluctuating DC voltages, will be a Ratio meter 210 (Fig. 1) supplied. The ratio meter 210 can be any Have circuit by means of which an output voltage is achieved that the Ratio of the output voltage of the filter elements 206 and 207 (Fig. 1) proportional is. The ratio meter 210 (FIG. 1) can, for example, be a switching arrangement as described and illustrated in U.S. Patent 2,129,880 is.

Die Filterelemente 208 und 209 in der Einrichtung gemäß Fig. 1 sind so eingestellt, daß sie innerhalb der vorerwähnten selektiven Energiebereiche liegende Impulse zum Zweck der Feststellung von Sauerstoff in den Bodenschichten durchlassen. Die Schwellenwerte des Filterelements 208 sind beispielsweise so eingestellt, daß das Filter nur Impulse durchläßt, die innerhalb des Abschnitts ci (Fig. 3) auftreten, während das Filterelement 209 so eingestellt ist, daß es nur die in den Abschnitt c2 fallenden Impulse durchläßt. Die Ausgänge der Filterelemente 208 und 209 sind an einen Verhältnismesser211 (Fig. 1) angeschlossen, welcher dem Verhältnismesser 210 (Fig. 1) gleichen kann und eine Ausgangsspannung entwickelt, die dem Verhältnis der von den Filterelementen 208 und 209 erzeugten Spannungen proportional ist. DieAusgangsspannungen der Verhältni.smesser 210 und 211 (Fig. 1) werden einem dritten Verhältnismesser 212 (Fig. 1) geführt, welcher den Verhältnismessern 210 und 211 gleichen kann und eine Spannung entwickelt, die dem Verhältnis der Ausgangs spannungen der beiden Verhältnismesser 210 und 211 proportional ist. The filter elements 208 and 209 in the device of FIG. 1 are adjusted to be within the aforementioned selective energy ranges Letting impulses through for the purpose of detecting oxygen in the soil layers. The threshold values of the filter element 208 are set, for example, so that the filter only lets through pulses that occur within the section ci (Fig. 3), while the filter element 209 is adjusted so that there is only those in the section c2 lets through falling pulses. The outputs of filter elements 208 and 209 are connected to a ratio meter 211 (Fig. 1), which is the ratio meter 210 (Fig. 1) and develops an output voltage that corresponds to the ratio is proportional to the voltages generated by filter elements 208 and 209. The output voltages the ratios 210 and 211 (Fig. 1) become a third ratio meter 212 (Fig. 1), which can be the same as the ratio meters 210 and 211 and a voltage develops equal to the ratio of the output voltages of the two Ratio meters 210 and 211 is proportional.

Um das Verständnis der beschriebenen Einrichtung zu erleichern, ist in Fig. 7 eine Reihe von Kurven gezeigt, welche die Ausgangsspannungen darstellen, die von den Verhältnismessern 210, 211 und 212 (Fig. 1) entwickelt werden, wenn das Untertagegerät sich durch eine Reihe von Schichten bewegt, die eine sowohl Öl als auah Wasser enthaltende poröse Kalksteinschicht umfassen. Diese Kurven sind im Zusammenhang mit einer Kurve für natürliche Gammastrahlen und einer Neutronen-Langsamneutronen-Kurve der gleichen Bodenschichten dargestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 7 sei nunmehr angenommen, daß das Untertagegerät sich durch eine Formation bewegt, die aus einer Schieferschicht 215, einer trockenen Kalksteinschicht 216, einer ölhaltigen porösen Ka.lksteinschicht 217, einer wasserhaltigen porösen Kalksteinschicht 218, einer trockenen Kalksteinschicht 219 und einer Schieferschicht 220 besteht. Die Trennfläche zwischen Öl und Wasser in den Zonen 217 und 218 ist allgemein mit 221 bezeichnet. In Fig. 7 sind die Kurve 245 für natürliche Gammastrahlen und die Neutronen-Langsamneutronen-Kurve 246 für diese Schichten dargestellt. Die Kurven 245 und 246 können mit einem beliebigen Gerät aufgenommen und dazu verwendet werden, die mittels der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung erzielten Daten zu erhärten. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Kurven 245 und 246 in erster Linie dazu dienen, die mittels der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung erzielten Ergebnisse zu erhärten, und daß diese Kurven in vielen Fällen, in welchen die geolo- gische Struktur im allgemeinen bekannt ist, nicht benötigt werden. To facilitate understanding of the facility described, is in Fig. 7 there is shown a series of curves representing the output voltages those developed by the ratio meters 210, 211 and 212 (Fig. 1) when the underground equipment moves through a series of layers, one of which is oil as a porous limestone layer also containing water. These curves are in connection with a curve for natural gamma rays and a neutron-slow neutron curve the same soil layers shown. Referring now to FIG Assume that the downhole equipment is moving through a formation consisting of a Shale layer 215, a dry limestone layer 216, an oily porous one Limestone layer 217, a water-containing porous limestone layer 218, a dry limestone layer 219 and a layer of shale 220. The interface between oil and water in zones 217 and 218 is indicated generally at 221. In Fig. 7, curve 245 is for natural gamma rays and the neutron-slow neutron curve 246 shown for these layers. Curves 245 and 246 can be matched with any Device added and used for this purpose by means of the shown in FIG Establishment to corroborate the data obtained. It should be noted that the curves 245 and 246 are primarily used, by means of the device shown in FIG to confirm the results obtained, and that these curves in many cases in which the geological gical structure is generally known, are not required.

In Fig. 7 stellt die Kurve 222 ~den Ausgang des Verhältnismessers 211 (Fig. 1) und die Kurve 224 den Ausgang des Verhälnismessers 212 (Fig. 1) dar. Die chemische Zusammensetzung des Gebirges verändert sich von einer Schicht zur anderen, wobei allgemein bekannt ist, daß Schiefer und Kalkstein sowohl Sauerstoff als auch Kohlenstoff in beträchtlichen Mengen enthalten. Ferner können manche Kalksteinarten mehr Sauerstoff und Kohlenstoff enthalten als manche Schieferarten. Wenn sich das Untertagegerät durch die Schieferschicht 215 bewegt, erzeugen die Verhältnismesser 210 und 211 (Fig. 1) Ausgangsspannungen mit den Werten 225 und 226, da die Schieferschicht etwas Sauerstoff und Kohlenstoff enthält. Wenn das Untertagegerät die Kalksteinschicht 216 erreicht, können sich die Ausgangsspannungen der beiden Verhältnismesser 210 und 211 (Fig. 1), wie bei 227 und 228 angedeutet, erhöhen, da gewisse Kalksteinarten eine größere Menge an Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten als Schiefer. Wenn das Untertagegerät jedoch die ölgefüllte poröse Kalksteinschicht 217 erreicht, steigt die Kohlenstoffkurve 222, wie bei 229 angedeutet, auf einen noch höheren Wert, während die Sauerstoffkurve 223 gleichzeitig, wie bei 230 angedeutet, abfällt. An der Trennfläche 221 fällt die Kohlenstoffkurve, wie bei 231 gezeigt, auf Grund des stark erhöhten Kohlenstoffgehalts an dieser Stelle steil ab, während gleichzeitig die Sauerstoffkurve 223 plötzlich ansteigt, wie bei 232 angedeutet. Während sich das Gerät durch die wassergefüllte poröse Kalksteinzone 218 bewegt, hat die Kohlenstoffkurve 223 den Wert 233 und die Sauerstoffkurve einen Wert von 234. In Fig. 7, curve 222 represents the output of the ratio meter 211 (Fig. 1) and curve 224 the output of the ratio meter 212 (Fig. 1). The chemical composition of the mountains changes from one layer to the other others, where it is well known that shale and limestone are both oxygen as well as contain carbon in considerable amounts. Furthermore, some types of limestone can contain more oxygen and carbon than some types of shale. If that Downhole equipment moved through the shale layer 215 generate the ratio meters 210 and 211 (Fig. 1) output voltages with the values 225 and 226, since the shale layer contains some oxygen and carbon. When the underground equipment removes the limestone layer 216, the output voltages of the two ratio meters 210 and 211 (Fig. 1), as indicated at 227 and 228, increase as certain types of limestone contain a greater amount of carbon and oxygen than shale. If that However, underground equipment reaches the oil-filled porous limestone layer 217, rises the carbon curve 222, as indicated at 229, to an even higher value, while the oxygen curve 223 at the same time, as indicated at 230, falls. At the interface 221 the carbon curve falls, as shown at 231, due to the greatly increased Carbon content at this point drops steeply, while at the same time the oxygen curve 223 suddenly increases, as indicated at 232. As the device moves through the moves water-filled porous limestone zone 218, the carbon curve 223 has the Value 233 and the oxygen curve a value of 234.

Wenn jedoch das Untertagegerät die trockene Kalksteinschicht 219 erreicht, kehren beide Kurven annähernd auf die gleichen, in der Schicht 216 erzeugten Werte zurück, wie bei 235 und 236 angedeutet. Außerdem können, wenn das Gerät die Schieferschicht 220 erreicht, beide Kurven weiterhin auf die bei 237 bzw.However, when the underground equipment reaches the dry limestone layer 219, both curves return approximately to the same values generated in layer 216 as indicated at 235 and 236. Also, if the device can cut the slate layer 220 reached, both curves continue to the at 237 resp.

238 angedeuteten Werte abfallen, die im allgemeinen den Ausgangswerten 225 und 226 entsprechen.238 values fall, which are generally the initial values 225 and 226 correspond.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, liefern die Kurven 222 und 223 einen Hinweis auf das Vorhandensein von Flüssigkeit in den Schichten und ermöglichen ferner die Feststellung der Trennfläche zwischen Öl und Wasser, da in diesen Bereichen die Kurven spiegelbildlich zueinander sind, während sie in anderen Schichtungen im wesentlichen gleich sind. Außerdem ist festzustellen, daß jede der Kurven 222 oder 223 hinsichtlich der Trennfläche 221 zwischen Öl und Wasser mehr Angaben liefert als die Kurve 245 für natürliche Gammastrahlen und die Neutronen-Langsamneutronen-Kurve 246, da diese letztgenannten Kurven durch die Abweichung 247 lediglich wasserstoffhaltiges Material innerhalb der ganzen flüssigkeitsführenden Zone anzeigen. Da jedoch die Kalksteine und Schiefer verschiedene Mengen von Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten können, ist es wünschenswert, Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, welche unter Umständen als auf flüssigkeitsführende Schichten hinweisend mißverstanden werden können. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge der Verhältnismesser 210 und 211 (Fig. 1) mit dem Verhältnismesser 212 (Fig. 1) verbunden, der die endgültige Kurve 224 liefert, welche auf dem in Fig. 1 dargestellten Kurvenblatt aufgezeichnet werden kann. Wie ersichtlich, sind die Schwankungen, die in den Kurven 222 und 223 auftreten, wenn das Untertagegerät sich durch Schiefer-und trockene Kalksteinzonen bewegt, in der Kurve 224 beseitigt, da bei der dargestellten Ausführungsform der Einrichtung die Verhältnisse dieser beiden Kurven in beiden Formationen im wesentlichen gleichbleiben. In den flüssigkeitsführenden Zonen 217 und 218 erhält man jedoch eine S-förmige Veränderung in der Kurve 224, welche für Öl und Wasser enthaltende flüssigkeitsführende Schichten kennzeichnend ist. Im einzelnen weicht in der Zone 217 die Kurve 224, wie bei 240 angedeutet, scharf nach rechts ab; im Bereich der Trennfläche 221 biegt sie, wie bei 241 angedeutet, scharf nach links um, und während des Durchganges durch die Zone 218 hat die Kurve 224 schließlich den Wert 242. In anderen Worten erhöht sich in der vorwiegend ölhaltigen Zone 217 das Verhältnis der Kohlenstoffkurve 222 zur Sauerstoffkurve 223 wesentlich, während sich in der vorwiegend wasserhaltigen Zone 218 das Verhältnis der Kohlenstoffkurve 222 zur Sauerstoffkurve 223 gegenüber dem normalen oder mittleren Wert wesentlich verringert. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß eine einzelne Verhältnislotung zur Feststellung des Vorhandenseins von entweder Sauerstoff oder Kohlenstoff in den Bodenschichten einfach dadurch erzielt werden kann, daß man den Ausgang des Verhältnismessers 210 (Fig. 1) oder den Ausgang des Verhältnismessers 211 (Fig. 1) an ein geeignetes Aufzeichnungsgerät anschließt. Die so erhaltene Sauerstoff- oder Kohlenstoffverhältnislotung würde einen direkten elektrischen Vergleich des Ansprechens der selektiven schnellen Neutronen ergeben, anstatt wie in der vorangehend beschriebenen Einrichtung die beiden nebeneinanderliegenden Lo tungen für schnelle Neutronen auszuwerten. As can be seen from Fig. 7, curves 222 and 223 provide one Indication of the presence of liquid in the layers and also allow the determination of the interface between oil and water, as in these areas the curves are mirror images of each other while in other stratifications are essentially the same. It should also be noted that each of the curves 222 or 223 provides more information with regard to the interface 221 between oil and water than the curve 245 for natural gamma rays and the neutron-slow neutron curve 246, since these last-mentioned curves only contain hydrogen due to the deviation 247 Display material within the entire liquid-carrying zone. However, since the Limestone and shale contain various amounts of carbon and oxygen can, it is desirable to eliminate irregularities, which under certain circumstances can be misunderstood as indicating fluid-carrying layers. to for this purpose the outputs of the ratio meters 210 and 211 (FIG. 1) are connected to the Ratio meter 212 (Fig. 1) which provides the final curve 224, which can be recorded on the graph shown in Fig. 1. As can be seen are the fluctuations that occur in curves 222 and 223 when the downhole equipment moves through shale and dry limestone zones, in the curve 224 eliminated, since in the illustrated embodiment of the device the conditions of these two curves remain essentially the same in both formations. In the However, an S-shaped change is obtained in the liquid-carrying zones 217 and 218 in curve 224, which for oil and water containing liquid-carrying layers is characteristic. In detail, curve 224 deviates in zone 217, as in 240 indicated, sharply to the right; in the area of the separating surface 221 it bends, like indicated at 241, sharply to the left around, and during the passage through the Zone 218, curve 224 finally has the value 242. In other words, increases in the predominantly oil-containing zone 217, the ratio of the carbon curve 222 to Oxygen curve 223 substantially while in the predominantly water-containing zone 218 the ratio of the carbon curve 222 to the oxygen curve 223 versus the normal or mean value is significantly reduced. In this context is too note that a single ratio plumbing to determine the presence of either oxygen or carbon in the soil layers is achieved simply by doing this can be that one of the output of the ratio meter 210 (Fig. 1) or the output of the ratio meter 211 (Fig. 1) connects to a suitable recording device. The oxygen or carbon ratio soldering thus obtained would be a direct one electrical comparison of the response of the selective fast neutrons, instead of the two adjacent ones as in the device described above To evaluate solutions for fast neutrons.

PATENTANSP8X5CHE. PATENT APPLICATION 8X5CHE.

1. Einrichtung zur Bodenerforschung in Tiefbohrungen unter Ausnutzung von induzierten radioaktiven Strahlen mit Hilfe eines an einem Kabel in ein Bohrloch niederbringbaren Unterlage gerätes, in dessen Innerem vorgesehen sind: zunächst eine primäre Quelle schneller Neutronen, die während der Bewegung des Untertagegerätes im Bohrloch zum Beschuß der vom Bohrloch durchsetzten Bodenschichten dienen, ferner ein Impulse erzeugender Strahlungsdetektor, welcher bei Beaufschlagung durch von den Bodenschichten ausgehende Strahlungen, die durch Beaufschlagung der Bodenschichten durch von der erwähnten Neutronenquelle emittierte schnelle Neutronen verursacht werden, Impulse erzeugt, deren Höhe ein Maß für die Energie der aus den dem Bohrloch benach- bart liegenden Bodenschichten stammenden Strahlungen darstellt, ferner eine zwischen der Neutronenquelle und dem Detektor angeordnete Abschirmung, welche den Detektor gegen direkte von der primären Neutronenquelle ausgehende Strahlung abschirmt, weiterhin Mittel zur Übertragung von Impulsen, die mindestens einigen der erwähnten erzeugten Impulse entsprechen, über das Kabel zur Erdoberfläche sowie zur Messung bzw. Registrierung der Häufigkeit des Auftretens der letzterwähnten Impulse ebendort, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit zwei elektrischen, selektiv arbeitenden Netzwerken ausgestattetes Netzwerkpaar zum Auswählen derjenigen letztgenannten Impulse vorgesehen ist, welche innerhalb zweier bestimmter, nach zwei Seiten hin scharf begrenzter Bereiche von Impulshöhen liegen, wobei die beiden Impulsbereiche durch die Neutronenquerschnittskennlinie eines bestimmten Elements so bedingt sind, daß die Impulshöhe innerhalb des einen der erwähnten Bereiche zunimmt und innerhalb des anderen Bereichs abnimmt, sofern das bestimmte Element in den dem Untertagegerät benachbarten Bodenschichten vorhanden ist. 1. Facility for soil exploration in deep boreholes with utilization of induced radioactive rays with the help of an attached to a cable in a borehole lowerable support device, inside which are provided: first a primary source of fast neutrons generated during the movement of the underground equipment serve in the borehole for bombardment of the soil layers penetrated by the borehole, furthermore a pulse generating radiation detector, which when acted upon by Radiations emanating from the soil layers caused by exposure to the soil layers caused by fast neutrons emitted by the aforementioned neutron source pulses are generated, the height of which is a measure of the energy emanating from the borehole adjacent Beard lying layers of soil represents radiation originating from, furthermore a shield arranged between the neutron source and the detector, which shields the Shields the detector against direct radiation emanating from the primary neutron source, furthermore means for transmitting pulses of at least some of the aforementioned generated pulses correspond via the cable to the earth's surface and for measurement or registration of the frequency of occurrence of the last-mentioned impulses there, characterized in that one with two electrical, selectively operating networks equipped network pair provided for selecting those last-mentioned pulses which is within two definite, more sharply delimited on two sides Ranges of pulse heights lie, the two pulse ranges through the neutron cross-section characteristic of a certain element are so conditioned that the pulse height within the one of the ranges mentioned increases and decreases within the other range, provided that the particular element is present in the soil layers adjacent to the underground equipment is.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that means for displaying the ratio of the frequency of occurrence of pulses in the two areas mentioned are provided.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the first pulse range a peak and the second a low point of the neutron cross-section characteristic of the selected item.

4. Device according to claim 1 and 3, characterized in that two network pairs are provided, each of which on two specific sections the neutron cross-section characteristic of each element responds, with the -first Network pair on the element carbon and the second network pair on the element Responds to oxygen.

5. Device according to claim 1 and 4, characterized in that both network pairs generate voltages and that in a display instrument the ratio of both voltages is displayed. ~~~~~~~~ Publications considered: U.S. Patents 2,543,676, 2,648,012.