DE1623540C - Verfahren und Vorrichtung zum Unter suchen unterirdischer Formationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Untersuchung von unterirdischen Formationen mit Hilfe einer seismischen, in Wasser erzeugten Stoßwelle, welche nach Reflexion oder Brechung an den zu untersuchenden Formationen bei ihrer Rückkehr zur Erdoberfläche in Form eines Seismogramms registriert wird. Die Stoßwelle wird im Wasser z. B. dadurch erzeugt, daß ein explosionsfähiges Gasgemisch oder ein fester Sprengstoff, wie Dynamit, im Wasser zur Explosion gebracht wird oder daß zwischen zwei im Wasser angeordneten Elektroden eine elektrische Entladung herbeigeführt wird. In jedem Fall ist die Erzeugung der Stoßwelle von der Entstehung einer Blase im Wasser begleitet.

Diese Blase dehnt sich anfänglich unter Verringerung des Innendruckes aus und kollabiert oder implödiert anschließend schwingungsartig gegebenenfalls mehrfach nach jeweils erneuter Ausdehnung. Die einzelnen Implosionen haben die Entstehung sekundärer Stoßwellen zur Folge, die auf die primäre Stoßwelle in kurzem zeitlichem Abstand folgen und ebenso wie diese an den unterirdischen Formationen reflektiert oder gebrochen werden. Im registrierten Seismogramm treten die sekundären Stoßwellen daher sowohl direkt als auch nach ihrer Reflektion oder Brechung als Überlagerung der der primären Stoßwelle zugeordneten Information in Erscheinung, wodurch die Auswertung des Seismogramms erschwert oder sogar unmöglich gemacht wird.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung der Implosion der Blase und entsprechend des Entstehens sekundärer Stoßwellen angegeben worden. Bei diesen Maßnahmen wird mit festen Sprengstoffen, gearbeitet. So ist es bereits bekannt, die Blase mittels einer Hauptladung mit relativ niedriger .Detonationsgeschwindigkeit zu erzeugen, welche mittels einer Hilfsladung, deren Detonationsgeschwindigkeit relativ hoch ist, gezündet wird. Dabei entsteht eine einzige, unter Wasser abgeschlossene Explosionsblase. Es ist auch bekannt, zwei unter der Wasseroberfläche im Abstand voneinander angeordnete explosive Ladungen unterschiedlicher Energie zu verwenden, die gleichzeitig gezündet werden, und dadurch zwei anfänglich von einander getrennte, unter Wasser abgeschlossene Explosionsblasen zu erzeugen. Nach einem bekannten Verfahren sollen die explosiven Ladungen dabei in einem solchen Abstand voneinander angeordnet werden, daß die Blasen während ihrer ersten Expansion nicht miteinander in Berührung kommen, sondern sich frühestens bei der zweiten oder dritten Expansion berühren, nachdem sie durch sogenannte Bjerknes-Kräfte aufeinander zu bewegt worden sind. Nach einem anderen bekannten Verfahren soll hingegen der Abstand der beiden explosiven Ladungen dabei so gewählt werden, daß sich die beiden entstehenden Blasen bereits während der ersten Ausdehnung berühren und eine einzige, in der Form von der Kugelform abweichende Blase bilden.

Es ist ferner bekannt, mittels mindestens einer über einer Hauptladung angeordneten Hilfsladung, welche gleichzeitig mit der Hauptladung gezündet wird, einen von der Hauptladung zur Wasseroberfläche führenden Gasablcitkanal zu schaffen, welcher die Entstehung einer unter Wasser abgeschlossenen Gasblasc, die implodieren könnte, verhindern soll. Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird schließlich in ähnlicher Weise ein Gasableitkanal geschaffen, jedoch nicht mittels einer Hilfsladifltg, sondern dadurch, daß ein Teil der Explosionsenergie der Hauptladung nach oben gerichtet wird.

Es hat sich herausgestellt, daß die bekannten Maßnahmen nicht in jedem Fall oder nur in relativ geringen Wassertiefen das Auftreten der sekundären Stoßwellen verhindern. Außerdem ist es von Nachteil, daß die bekannten Verfahren die Verwendung explosiver Ladungen zwingend erfordern; diese müssen

ίο natürlich für jeden Versuch neu im Wasser plaziert werden. Die meisten der bekannten Verfahren erfordern sogar die Verwendung zweier Ladungen, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen jeweils in einem bestimmten Abstand angeordnet werden und aufeinander abgestimmte Energien haben müssen. Dies macht die Untersuchungen zeitraubend und aufwendig.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Untersuchung unterirdischer Formationen mit Hilfe von Stoßwellen anzugeben, bei welchen das Auftreten von sekundären Stoßwellen auch beim Erzeugen der Stoßwellen in größeren Wassertiefen mit Sicherheit vermieden ist und welches trotzdem mit einfachen Mitteln, ohne großen Zeit- und Vorbereitungsaufwand durchführbar ist. Es sollen ferner zweckmäßige Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden. . ·

Ausgehend von einem Verfahren zum Untersuchen unterirdischer Formationen mit Hilfe einer im Wasser erzeugten und nach Brechung oder Reflexion an den unterirdischen Formationen registrierten Stoßwelle, deren Erzeugung von der Entstehung einer Blase im Wasser begleitet ist, deren Innerem Gas unter überatmosphärischem Druck zugeführt wird, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gas in einer zur Unterdrückung einer Implosion der . Blase ausreichenden Menge zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem bekannten Verfahren zur Erzeugung von Stoßwellen unter Wasser aus, bei welchen es nicht um eine Vermeidung der sekundären Stoßwellen, sondern um die Erzeugung einer besonders intensiven primären Stoßwelle geht. Statt einer explosiven Ladung wird dabei ein explosionsfähiges Gasgemisch in einer über ein offenes Ende mit dem Wasser gekoppelten Reaktorkammer oder Glocke zum Explodieren gebracht. Das Gasgemisch oder kurz Gas wird .dem Inneren der Glocke fortlaufend zugeführt und periodisch gezündet. Dabei entsteht eine Blase, deren Inneres zwar mit der Gaszuführung in Verbindung bleibt, der jedoch im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren das Gas nur in geringer Menge zugeführt wird, die keinesfalls ausreicht, die sich ausdehnende Blase mit Gas unter hohem Druck so zu füllen, daß die Blase nicht zusammenfällt bzw. implodiert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die sich unter Wasser ausdehnende Blase hingegen so mit Gas gefüllt, daß sie nicht wieder implodieren kann, wodurch die unerwünschten sekundären Stoßwellen in einfachster Weise mit Sicherheit vermieden sind. Durch die Erfindung können die unerwünschten sekundären Stoßwellen auch bei solchen Gasblasen verringert oder unterdrückt werden, weiche in mit Wasser gefüllten Bohrlöchern zur Untersuchung von unterirdischen Formationen erzeugt werden.

Vorzugsweise wird das Gas mindestens während eines Teils der Zeitspanne zugeführt, während wel-

eher der Druck innerhalb der Blase niedriger als der Wasserdruck auf dem Niveau der Blase ist. Bei einem Verfahren, bei welchem die Stoßwelle durch Explosion eines Gases erzeugt wird, ist es besonders einfach, zur Unterdrückung der Implosion der Blase das gleiche Gas wie zur Erzeugung der Stoßwelle zu verwenden. Das zur Unterdrückung der Implosion erforderliche Gas kann entweder unter einer in das Wasser am Ort der Entstehung der Blase eingetauchten Glocke bereitgehalten werden oder alternativ über eine Leitung zugeführt werden.

Wenn die Blase im Wasser durch Explosion eines Gases bzw. Gasgemisches erzeugt werden soll, um-, faßt eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine in das Wasser eintauchbare, nach unten geöffnete Glocke, welche über mindestens eine in den Raum unter der Glocke führende Zuleitung mit dem explosiven Gas füllbar und mit einer Zündeinrichtung für das Gas versehen ist, und ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Glocke eine weitere, ebenfalls nach unten geöffnete und über eine Zuleitung mit einem Gas füllbare Glocke angeordnet ist, wobei das in der weiteren Glocke bereitgehaltene Gas zur Verhinderung der Implosion der Blase dient. Die Vorrichtung ist besonders kompakt aufgebaut und leicht zu handhaben, wenn die eine Glocke die andere Glocke mindestens teilweise umschließt. Statt der weiteren Glocke kann alternativ auch eine weitere Zuleitung für das zur Verhinderung der Implosion dienende Gas vorgesehen sein, welche in- oder unterhalb der mit dem explosiven Gas füllbaren Glocke mündet.

Eine weitere Vorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Erzeugung der Blase durch elektrische Entladung geeignet ist, umfaßt eine in das Wasser eintauchbare, nach unten geöffnete Glocke, welche mit Gas füllbar ist, und kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß unterhalb des Randes der Glocke eine Elektrode angeordnet ist, die an ein gegenüber dem Wasser hohes elektrisches Potential anschließbar ist. Bei dieser Vorrichtung wird das zur Verhinderung der Implosion dienende Gas in der Glocke bereitgehalten und strömt nach Erzeugung einer elektrischen Entladung mittels der Elektrode in die dann entstehende Blase ein. Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß das Gas von alleine in den Raum unter der Glocke zurückkehrt, so daß eine gesonderte Gas-Zuleitung zur Glocke nicht unbedingt erforderlich ist.

Unter dem bisher und im folgenden verwendeten Ausdruck »Glocke« soll jeder hohle, einseitig geöffnete Behälter verstanden werden. Der Behälter kann z. B. die Form eines Bechers oder einer Rinne erhalten und insbesondere auch rotationssymmetrisch, z. B. zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine erste Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2, 3 und 4 zeigen ebenfalls im' Schnitt weitere Ausbildungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen; :

Fig. 5 und 6 zeigen zwei verschiedene Ausbildungsformen von Glocken der erwähnten Art;

F i g. 7 veranschaulicht eine weitere Ausbildungsform mit einer elektrischen Funkcnentladiingseinrichtung.

Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich am ' besten an Hand von Fig. 1 erläutern; man erkennt in Fig. 1 in einem senkrechten Schnitt zwei Glocken 1 und 2, die beide unterhalb des Wasserspiegels 3 angeordnet sind. Jede dieser Glocken umschließt eine Gasmenge, wobei die Begrenzungslinicn dieser Gasmengen gegenüber dem Wasser bei 4 und 5 durch

ίο gewellte Linien angedeutet sind. Bei dem in die Glocke 1 eingeschlossenen Gas handelt es sich um ein explosives Gas, das auf eine noch zu erläuternde Weise dazu dient, eine Stoßwelle zu erzeugen; bei dem in die Glocke 2 eingeschlossenen Gas kann es sich entweder um ein nichtexplosives oder ein explosionsfähiges Gas handeln, und gegebenenfalls kann das Gas in der Glocke 2 die gleiche Zusammensetzung haben wie das in die Glocke 1 eingeschlossene Gas; das in der zweiten Glocke befindliche Gas wird im folgenden als Implosions-Verhinderungsgas bezeichnet, das dazu dient, sekundäre Stoßwellen auf eine noch zu beschreibende Weise zurückzudrücken.

Wird das in der Glocke 1 enthaltene gasförmige

explosive Gemisch mit Hilfe bekannter Mittel, z. B.

einer Zündkerze, deren nähere Beschreibung sich erübrigen dürfte, gezündet, reagieren die Bestandteile dieses gasförmigen Gemisches spontan, und die vorhandene Gasmenge beginnt, sich auszudehnen, wobei Gase aus der Glocke 1 austreten und unterhalb dieser Glocke eine Blase 6 bilden. Die durch die Explosion erzeugte Stoßwelle wird in der durch die Pfeile 7 angedeuteten Weise nach allen Richtungen abgestrahlt. Laboratoriumsversuche unter Benutzung einer solchen Vorrichtung zum Hervorrufen einer Gasexplosion, die in einem Glasbehälter durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß genau in dem Zeitpunkt, in welchem das Volumen des in der Glocke 1 enthaltenen Gases nach der Einleitung-der Explosion zuzunehmen beginnt, auch das Volumen des in die Glocke 2 eingeschlossenen Implosionsverhinderungsgases zuzunehmen beginnt, obwohl es anfänglich verdichtet wird, und daß das in der Glocke 2 enthaltene Gas dann eine Blase 8 bildet, die sich in Richtung auf die Blase 6 bewegt und sich mit ihr vereinigt, wodurch der Hohlraum ausgefüllt wird, der durch die Bewegungsenergie des Wassers in der Umgebung der Blase 6 erzeugt wird, da sich das Wasser gemäß F i g. 1 in Richtung der Pfeile 9 bewegt. Auf diese Weise wird verhindert, -daß eine mit Gas gefüjlte Zone entsteht, in der ein so niedriger Druck herrscht, daß die Bewegungsrichtung des Wassers umgekehrt wird, wodurch eine Implosion der Blase 8 bewirkt würde. Wenn man die Räume unterhalb der Glocken 1 und 2 erneut füllt, um die unerwünschten Gase aus diesen Räumen zu entfernen, ist es möglich, das gleiche Arbeitsspiel dadurch zu wiederholen, daß man erneut eine Explosion in der Glocke 1 mit Hilfe der in F i g. 1 nicht gezeigten Zündmittel einleitet.

Aus praktischen Gründen werden die Glocken vorzugsweise so ausgebildet, daß die Glocke zürn Aufnehmen des gasförmigen explosiven Gemisches unterhalb der Glocke angeordnet werden kann, die das Implosionsverhinderungsgas aufnimmt, wie /es in F i g. 2 gezeigt ist, wo eine solche Anordnung in einem senkrechten Schnitt dargestellt ist. ..·.;.

Die Glocke. 10 nach Fig. 2, die vorzugsweise rotationssymmetrisch und z. B. als Zylinder ausgebildet ist, bei dem das Verhältnis zwischen dem Durch-

messer und der Höhe z. B. zwischen 2 und 10 liegt, besieht aus einem dickwandigen Metall, vorzugsweise aus Stahlblech, und sie ist mit Einführungen für die Bestandteile des gasförmigen explosiven Gemisches versehen, die den Einführungen bzw. Einlassen über Leitungen 11 und HA zugeführt werden. Diese Leitungen sind bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 einander diametral gegenüber angeordnet, doch sei bemerkt, daß man im Rahmen der Erfindung auch jede andere geeignete Anordnung zum Zuführen der erforderlichen Bestandteile zu dem Raum unterhalb der Glocke 10 vorsehen kann.

Die Leitungen 11 und 11A stehen mit Quellen zum Zuführen der Bestandteile des explosiven Gasgemisches in Verbindung. Zwar könnte dieses Gemisch dem Raum unterhalb der Glocke 10 über eine -einzige Leitung zugeführt werden, doch wird die Verwendung getrennter Leitungen für die Bestandteile aus Sicherheitsgründen bevorzugt.

In die Glocke 10 ist eine Zündkerze 13 eingebaut, zu der geeignete elektrische Leitungen führen, die mit einem Gerät bekannter Art zum Erzeugen einer hohen Spannung verbunden werden können, wenn ein Zündfunke erzeugt werden soll.

Oberhalb der Glocke 10 ist eine zweite Glocke 14 angeordnet, deren unterer Rand mit dem unteren Rand der Glocke 10 auf gleicher Höhe liegt. Die Glocke 14 besteht vorzugsweise aus Blech, und ihre Wandstärke braucht nicht so groß zu sein wie diejenige des zur Herstellung der Glocke 10 verwendeten Blechs.

Die Zündkerze 13 und die Gasleitungen 11 und 11/4 sind mit abdichtender Wirkung durch öffnungen in der Wand der Glocke 14 geführt. Die beiden Glokken sind durch geeignete Mittel, z. B. hier nicht gezeigte Abstandsschrauben oder Bolzen, so miteinander verbunden, daß sie ein zusammenhängendes Aggregat bilden. Eine weitere Leitung 12 zum Zuführen des Implosionsverhinderungsgases mündet in dem Raum zwischen den Glocken 10 und 14.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Unterwasser-Schallquelle nach F i g. 2 beschrieben.'

Die Schallquelle wird in dem Gewässer, bei dem die darunterliegenden unterirdischen Formationen . untersucht werden sollen, herabgelassen, bis sie sich unterhalb des Wasserspiegels befindet. Genauer gesagt wird die Schallquelle z. B. mit Hilfe eines Seils, das durch eine Augenschraube 15 geführt ist, bis auf die gewünschte Tiefe herabgelassen. Danach wird der Raum unter der Glocke 10 mit einem gasförmigen explosiven Gemisch gefüllt; zu diesem Zweck führt man z. B. Sauerstoff und Wasserstoff im richtigen Mengenverhältnis über die Leitungen 11 und 11A zu, wobei die gesamte Gasmenge gerade ausreicht, um den Innenraum der Glocke 10 zu füllen. Gleichzeitig oder aber vorher oder danach wird der Raum zwischen den Glocken 10 und 14 über die Leitung 12 mit einem geeigneten Gas, z. B. Luft, gefüllt, bis die Trennfläche zwischen der Luft und dem Wasser auf gleicher Höhe mit den unteren Rändern der Glocken 10 und 14 oder kurz darüber liegt. Die Drücke des explosiven Gemisches und der Luft sind gleich groß und außerdem gleich dem hydrostatischen Druck auf dem Niveau der unteren Ränder der beiden Glocken. Wird an die Zündkerze 13 eine hohe Spannung angelegt, wird das explosive Gemisch in der Glocke 10 augenblicklich zur Verbrennung gebracht, so daß sich das Volumen der Gasfüllung, vergrößerf und außerhalb der Glocke 10 eine in F i g. 2 nicht gezeigte Blase erzeugt wird. Danach geht der in dieser Blase herrschende Druck infolge der Bewegungsenergie des von der Blase wegströmenden Wassers sowie infolge der Kondensation des Wasserdampfes zurück, der bei der Reaktion der Bestandteile des explosiven Gemisches entsteht. Bevor diese Druckabnahme jedoch zu einer Implosion der Blase führt, wird Luft in die Blase hinein angesaugt, wobei diese Luft dem Raum ίο zwischen der Glocke 14 und der Glocke 10 entnommen wird. Das Einströmen dieser Luft in die Blase verhindert das Zusammenfallen der Blase, wodurch die unerwünschte Entstehung sekundärer Stoßwellen unterdrückt wird. Mit Hilfe sogenannter Hydrophone, d.h. von Mitteln zum Messen von Drucksignalen innerhalb des Gewässers, werden die zurückkehrenden Wellen, die durch die unterirdischen Formationen unterhalb des Gewässers zurückgeworfen oder gebrochen werden, wenn die Schallquelle nach F i g. 2 in dem Gewässer aufgehängt ist, aufgefangen und zu Geräten übertragen, die geeignet sind, diese Druckunterschiede in Beziehung zum Zeitpunkt der Explosion aufzuzeichnen. Hierbei wird auch die Amplitude der zurückkehrenden Wellen registriert. Auf diese Weise ist es möglich, die Eigenart, die Neigung und andere Merkmale der unterirdischen Formationen zu ermitteln.

Wenn man die Räume unter der Glocke 10 und zwischen den Glocken 10 und 14 erneut mit einem explosiven Gemisch bzw. mit dem Implosionsverhinderungsgas füllt, ist es möglich, durch erneute Betätigung der Zündkerze 13 das soeben beschriebene Arbeitsspiel zu wiederholen.

F i g. 3 zeigt eine andere Anordnung, bei der sich die Glocken 16 und 17 von den Glocken nach F i g. 2 dadurch unterscheiden, daß der untere Rand der oberen Glocke 17 höher angeordnet ist als der untere Rand der Glocke 16. Wenn die Ränder der Glocke nicht in parallelen waagerechten Ebenen liegen, muß mindestens ein Teil des Randes der Glocke 17 höher angeordnet sein als der auf dem höchsten Niveau befindliche Teil des Randes der unteren Glocke 16.

Die Leitungen 18 und 19 zum Zuführen der Bestandteile des gasförmigen explosiven Gemisches, die Zündkerze 20 und die Leitung 21 zum Zuführen des Implosionsverhinderungsgases sind gemäß Fig. 3 ähnlich angeordnet wie bei der Konstruktion nach Fig. 2.

Das Implosionsverhinderungsgas, z. B. Luft, wird über die Leitung 21 kontinuierlich dem Raum unter der Glocke 17 zugeführt, soweit dieser Raum nicht vom oberen Teil der Glocke 16 eingenommen wird. Das überschüssige Gas entweicht kontinuierlich unter dem Rand der Glocke 17 hindurch und steigt in Form von Blasen zur Oberfläche des Gewässers, in dem sich die Schallquelle befindet. Geeignete Gase, z. B. Luft und Butan oder Propan, werden über die Leitungen 18 und 19 dem Raum unter der Glocke 16 in geeigneten anteiligen Mengen zugeführt, so daß ein explosives Gemisch entsteht. Jeder etwaige Uber^v schuß dieses Gemisches strömt ebenso wie die Verbrennungsgase, die von einer vorangehenden Explosion stammen, unter dem Rand der Glocke 16 hindurch und passieren danach den Rand der Glocke Yl, da das überschüssige Implosionsverhinderungsgas unter dem Rand der Glocke 17 hindurch aus dieser Glocke entweicht. Nach Ablauf einer kurzen Zeitspanne nach dem Zuführen der Bestandteile des ex-

plosiven Gemisches zu dem Raum unter der Glocke

16 bzw. nach der Unterbrechung der Zuführung dieser Bestandteile sind somit die überschüssigen Mengen dieser Bestandteile"aus dem Raum unter der Glocke 16 wie auch aus dem Raum unter der Glocke

17 entfernt worden. Wenn das Gemisch dann gezündet wird, erfolgt eine schnelle Reaktion der Bestandteile in der Glocke 16, so daß eine Blase erzeugt wird. Nachdem das Volumen dieser Blase so weit zugenommen hat, daß der Druck in der Blase genügend weit zurückgeht, um die Gefahr einer Implosion dieser Blase herbeizuführen, wird die Blase teilweise mit Gas aufgefüllt, das dem Raum zwischen den Glocken 16 und 17 entnommen wird. Es sei bemerkt, daß man außer Luft auch jedes andere Gas oder Gasgemisch und sogar ein explosives Gasgemisch als Implosionsvcrhinderungsgas verwenden kann.

Hervorragende Ergebnisse bezüglich der Unterdrückung von Sekundärwellen lassen sich mit Hilfe der in F i g. 3 gezeigten Glockenanordnung erzielen, bei der der Rand der äußeren Glocke etwas höher liegt als der Rand der inneren Glocke. Bei dieser Ausbildungsform war die innere Glocke mit einem Zünder ausgerüstet, und zum Zuführen von Gas zu den Glocken ist nur eine einzige Leitung vorgesehen, die in einem gewissen Abstand unterhalb der inneren Glocke mündete. Ein explosives Gasgemisch kann über diese Leitung durch das Wasser hindurch dem Inneren der inneren Glocke und nach dem Füllen dieser Glocke auch der äußeren Glocke zugeführt werden. Wenn durch das Zünden des in der inneren Glocke enthaltenen Gases im Wasser eine Blase erzeugt wird, so führte dies nur zur Entstehung einer primären Stoßwelle.

Gegebenenfalls können die Ränder der beiden Glocken bei der im vorstehenden Absatz beschriebenen Ausbildungsform auch auf gleicher Höhe angeordnet sein.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung. Diese umfaßt eine Glocke 22, die vollständig innerhalb einer äußeren Glocke 23 angeordnet ist. Hierbei liegt der Rand der Glocke 22 höher als der Rand der Glocke 23. Wenn die Ränder der beiden Glocken nicht in parallelen waagerechten Ebenen liegen, so muß mindestens ein Teil des Randes der Glocke 22 höher angeordnet sein als der höchste Teil des Randes der Glocke 23.

Der Glocke 23 wird über eine Leitung 24 kontinuierlich Sauerstoff zugeführt. Hierdurch wird ,das Wasser aus dem Inneren der beiden Glocken 22 und 23 bis zu- der Linie 25 verdrängt. Periodisch wird über eine weitere Leitung 26 eine geeignete Wasserstoffmenge zugeführt, wobei der Wasserstoff in Form von Blasen im Wasser nach oben steigt und durch die Glocke 22 aufgefangen wird. Die Menge des Wasserstoffs wird so gewählt, daß sie der Menge des Sauerstoffs in der . Glocke 22 angepaßt ist, so daß ein stöchiometrisches Gemisch entsteht. Unmittelbar nach dem Zuführen des Wasserstoffs zu der Glocke 22 wird die Zündeinrichtung 27 betätigt, so daß das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch explodiert und eine Blase erzeugt wird, die sich im Wasser nach unten vergrößert. Sauerstoff aus dem Raum zwischen den Glocken 22 und 23, der an dieser Explosion nicht teilnimmt, ersetzt die fehlende Gasmenge in der Blase und verhindert so das Entstehen eines Hohlraums, um die Implosion zu unterdrücken, die anderenfalls auf die Explosion folgen würde. Die zwischen dem Auslaß der Leitung 26 und der Glocke 22 gemäß F i g. 4 vorhandene Wasserschleuse verhindert eine Beschädigung des Auslasses der Leitung 26 durch die ^Explosion sowie ein Zurückschlagen der Flamme in der Leitung 26. Der Sauerstoff aus dem Raum zwischen den Glocken 22 und 23 wird dann, wenn er dazu gedient hat, eine Implosion zu verhindern, von dem Raum unter der Glocke 22 aufgefangen, so daß er bei der nächsten Explosion mit dem über die Leitung 26 zugeführten Wasserstoff reagieren kann.

Zwar sind die in F i g. 2 bis 4 gezeigten Glocken sämtlich als am unteren Ende offene Zylinder ausgebildet, bei denen das Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Höhe ziemlich groß ist, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf diese Ausbildungsformen beschränkt. Gemäß F i g. 5 ist es . auch möglich, Zylinder 28 und 29 zu benutzen, bei denen das Verhältnis zwischen der Höhe und dem Durchmesser einen großen Wert hat. Die Ränder der

ao Glocken 28 und 29 brauchen nicht in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise in einer gemeinsamen Ebene zu liegen, sondern sie können auch in der in Fig. 3 und 4 gezeigten Weise angeordnet sein.

Eine weitere abgeänderte Konstruktion ist in F i g. 6 dargestellt. Die Explosionsglocke 30 umfaßt einen konischen oberen Abschnitt und einen zylindrischen unteren Abschnitt. Die äußere Glocke 31 hat eine zylindrische Form, doch kann ihre Form gegebenenfalls derjenigen der Explosionsglocke 30 ähneln. Entsprechend der vorstehenden Beschreibung können die Ränder der beiden Glocken auch in verschiedenen parallelen Ebenen angeordnet sein.

Bei einer weiteren hier nicht gezeigten Ausbildungsform der Erfindung besteht die Schallquelle aus einer Glocke, die mit Zündmitteln und Mitteln zum Zuführen eines explosiven Gasgemisches ausgerüstet ist. Eine Gasleitung mündet im Wasser und unterhalb der Glocke; über diese Leitung kann der durch die Explosion erzeugten Blase ein Gas zugeführt werden.

Gegebenenfalls kann man in diese Leitung ein Rückschlagventil einschalten, und diese Leitung ist an ihrem einen Ende an eine Druckgasquelle angeschlossen.

F i g. 7 zeigt, eine Konstruktion einer Schallquelle, bei der eine elektrische Einrichtung zum Erzeugen eines Zündfunkens vorgesehen ist.

Die durch eine Elektrode 32 gebildete Zündeinrichtung ist auf einem Gehäuse 33 aus isolierendem Material angeordnet und gasdicht in die Wand der Glocke 34 eingebaut. Die Elektrode 32 ist so angeordnet, daß sie in das Wasser eintaucht, wenn sich die Glocke 34 unterhalb der Wasseroberfläche befindet. Hierbei kann sich die Seitenwand der Glocke 34 weiter nach unten erstrecken, wie es in F i g. 7 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, vorausgesetzt, daß mindestens eine Öffnung 35 auf einem Niveau oberhalb der Elektrode 32 vorgesehen ist. In den Raum unterhalb der Glocke 34 wird eine geeignete Menge eines Implosionsverhinderungsgases eingeschlossen.

Die Trennlinie zwischen diesem Gas und dem Wasser ist in F i g. 7 bei 36 angedeutet.

Die primäre Stoßwelle in dem Gewässer, in das die Schallquelle nach F i g. 7 eingetaucht ist, wird dadurch erzeugt, daß man die Zündeinrichtung betätigt, indem man eine hohe Spannung zwischen der Elektrode 32 und dem sie umgebenden Wasser anlegt, z. B. durch das Entladen eines hier nicht gezeigten Kondensators zwischen der Elektrode 32 und der

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Glocke 34 aus Metall oder dem Körper eines ebenfalls nicht gezeigten Schiffs oder einem nicht dargestellten Gegenstand aus Metall, der sich in der ■Nähe der Schallquelle im Wasser befindet. Diese elektrische Entladung erzeugt eine Stoßwelle, deren Auftreten von der Entstehung einer Gasblase in der Umgebung der Elektrode 32 begleitet ist. Das Innere der Blase wird dann, wenn der darin herrschende Druck niedriger wird als der hydrostatische Druck auf dem Niveau der Schallquelle, teilweise durch das Gas aufgefüllt, das in die Glocke 34 eingeschlossen ist. Dieses Gas kehrt automatisch in den Raum unter der Glocke 34 zurück; dies ist auf den Unterschied zwischen den spezifischen Gewichten des Gases und der Flüssigkeit zurückzuführen. Gegebenenfalls kann eine hier nicht gezeigte Leitung in der Glocke 34 münden, so daß man dem Raum unter der Glocke zusätzliches Gas kontinuierlich oder diskontinuierlich zuführen kann.

Bei der Schallquelle nach F i g. 7 kann die Glocke ao 34 durch eine Leitung ersetzt werden, die von einer Druckgasquelle zu einem Punkt in der Nähe der Elektrode 32 führt. Über diese Leitung kann man ein Gas kontinuierlich den Hohlräumen zuführen, die durch die Funken erzeugt werden, welche in der Umgebung as der Elektrode 32 entstehen. Bei einer anderen Anordnung ist es möglich, in diese Leitung Rückschlagventilmittel einzuschalten, die sich nur öffnen, um das Gas dann durch die Leitung strömen zu lassen, wenn der Druck am Auslaß der Leitung bis unter den hydrostatischen Druck auf dem betreffenden Niveau zurückgeht. Das aus dem Auslaß der Leitung entweichende Gas verhindert eine Implosion der Blasen, die in dem Wasser mit Hilfe der Funken erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Schallquelle wird vorzugsweise von einem Schiff aus betätigt. Auf diesem Schiff befinden sich die erforderlichen Gasflaschen und/ oder Gaspumpen, die elektrischen Geräte zum Betätigen der Zündkerzen oder Elektroden sowie die Einrichtungen zum Registrieren der von den unterirdischen Schichten zurückkehrenden Stoßwelle.

Die Schallquelle wird vorzugsweise gegenüber den Hydrophonen an einem bestimmten Punkt angeordnet, wobei die Hydrophone dazu dienen, die zurückkehrenden Stoßwellen zu empfangen und sie dem Registriergerät zuzuführen.

Gegebenenfalls kann man die Untersuchung der unterirdischen Formation mit Hilfe einer sich nicht bewegenden Schallquelle in Verbindung mit ortsfesten Hydrophonen durchführen, doch wird es vorgezogen, zur Untersuchung unterirdischer Formationen die Schallquelle sowie die Hydrophone in der gewünschten Wassertiefe längs einer vorbestimmten Bahn gegenüber den zu untersuchenden Formationen nachzuschleppen. Hierbei wird der gesamte Zyklus der Betätigung der Schallquelle (Spülen, Füllen und Zünden) auf die Betätigung des Registriergeräts abgestimmt. Da eine solche Abstimmung als solche bekannt ist und nicht einen Gegenstand der _go Erfindung bildet, dürfte sich eine nähere Beschreibung erübrigen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Untersuchen untcridischer Formationen mit Hilfe einer in Wasser erzeugten und nach Brechung oder Reflexion an den unterirdischen Formationen registrierten Stoßwelle, deren Erzeugung von der Entstehung einer Blase im Wasser begleitet ist, deren Innerem Gas unter überatmosphärischem Druck zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in einer zur Unterdrückung einer Implosion der Blase ausreichenden Menge zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mindestens während eines Teils der Zeitspanne zugeführt wird, während welcher der Druck innerhalb der Blase niedriger als der Wasserdruck auf dem Niveau der Blase ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Stoßwelle durch Explosion eines Gases erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung der Implosion der Blase das gleiche Gas wie zur Erzeugung der Stoßwelle verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter, einer in das Wasser am Ort der Entstehung der Blase eingetauchten Glocke bereitgehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas über eine Leitung zugeführt wird.

, 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 mit einer in das Wasser eintauchbaren, nach unten geöffneten Glocke, weiche über mindestens eine in den Raum unter der Glocke führende Zuleitung mit explosivem Gas füllbar ist und welche mit einer Zündeinrichtung für das Gas versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Glocke (10; 16; 22) eine weitere, ebenfalls nach unten geöffnete und über eine Zuleitung (12; 21; 24) mit einem Gas füllbare Glocke (14; 17; 23) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Glocke (14; 17; 23) die andere Glocke (10; 16; 22) mindestens teilweise umschließt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 mit einer in das Wasser eintauchbaren, nach unten geöffneten Glocke, welche über mindestens eine in den Raum unter der Glocke führende Zuleitung mit explosivem Gas füllbar ist und welche mit einer Zündeinrichtung für das Gas versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in oder unterhalb der Glocke eine weitere Zuleitung für Gas mündet.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer in das Wasser eintauchbaren, nach unten geöffneten Glocke, welche mit Gas füllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Randes der Glocke (34) eine Elektrode (32) angeordnet ist, die an ein gegenüber dem Wasser hohes elektrisches Potential anschließbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen