DE3234609A1 - Geoelektrisches aufschlussverfahren und einrichtung zu dessen ausfuehrung - Google Patents

Description

Hamburg, den 16. September 1982 261282 (20707)

Priorität: 23. Sept. 1981, USA Pat.-Anm. Nr. 304916

Anmelder:
GEO-Optics, Ltd.

7705 Lairds Lane
Dallas, Tx 75 240, USA

Geoelektrisches Aufschlußverfahren und Einrichtung zu dessen Ausführung

Die Erfindung betrifft Systeme für die Aufprägung von Mustern elektrischer Ströme auf das Erdreich, Messung der sich ergebenden elektrischen Signale und Analyse der gemessenen Signale, um im Untergrund das Auftreten und den Ort von Anomalien zu erkennen, die von wirtschaftlichem Interesse sind.

Die Grundprinzipien der elektrischen Exploration und insbesondere die Nutzung des Erd-Widerstandsverfahren sind seit vielen Jahren bekannt. Zum Verständnis des Grundgedankens stelle man sich eine Spannungs- oder Stromquelle vor, die mit zwei Elektroden verbunden ist.

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die an zwei auseinanderliegenden Stellen mit der Erde verbunden sind. Bei Erregung fließt Strom zwischen den Elektroden durch die Erde/ und dieser Strom folgt vielen Pfaden, theoretisch einer unendlichen Zahl. In einem idealisierten Modell, in welchem der Untergrund homogen ist, erzeugt der Strom in der örtlichen Nachbarschaft der beiden Stromelektroden auf allgemein halbkugelförmigen, konzentrischen Flächen oder Schalen, deren Kanten die Erdoberfläche schneiden, gleiche Potentiale. Die Größe des gemessenen Potentials ist eine Funktion des Widerstandes des Untergrundmaterials und der Entfernung von der Quellenelektrode. Daher ermöglichen Messungen der Potentiale an der Erdoberfläche die Ableitung von Daten über das Material des Untergrundes.

In Wirklichkeit ist der Untergrund nirgendwo in einem Bereich merklicher Größe homogen. Es ist jedoch möglich, Korrekturen zur Berücksichtigung von Zufälligkeiten im Widerstand einzuführen, die von Schichtungen herrühren, die Verzerrungen der sonst halbkugelförmigen Äquipotentialflächen oder -schalen verursachen. Noch interessanter ist die Tatsache, daß Widerstandsanomalien identifiziert werden können, die sich stark von dem umgebenden Gebirge unterscheiden, da sie aus Konzentrationen von Erzen, Gas, Wasser oder Erdöl bestehen. Besonders beachtenswert ist es, daß der Widerstand einer Erdöllagerstätte oft von dem umgebenden Gestein verschieden ist. Beispiele und Besprechungen der bekannten Verfahren und Systeme finden sich in den folgenden Veröffentlichungen:

US-PS	1,841,376	US-PS	2,138,818
Il	2,172,778	Il	2,231,048
Il	2,390,270	ti	2,531,088
Il	2,920,266	Il	3,256,480
Il	3,329,929	Il	3,344,342
Il	3,525,037	•I	3,621,380

-_r-s-

US-PS	3,659,192	US-PS	3,737,768
Il	3,810,000	Il	3,984,759
Il	3,975,674	It	3,975,676
■I	4,041,372	Il	4,258,323
FR-PS	1,370,777

Subsurface Void Detection Using Surface Resistivity and Borehold Electromagnetic Techniques - Owen et al, Society of Exploration Geophysicists, 50. Jahrestagung der SEG, Houston, TX, Oktober 1981.

Use Of An Automatic Earth Resistivity System For Detection Of Abandoned Mine Workings - Peters et al, Society of Mining Engineers of AIME, (Vortrag AIME-Tagunq 22. - 26. Februar 1981).

Modeling Resistivity Anomalies From Localized Voids Under Irregular Terrain - Spiegel et al, GEOPHYSICS, Vol. 45, Nr. 7, JuIi 1980.

In diesen Veröffentlichungen ist eine große Vielfalt von Verfahren beschrieben einschl. Messungen von der Oberfläche und vom Bohrloch aus. Sie veranschaulichen die vielen Forschungsrichtungen, die eingeschlagen worden sind, und viele Verfahren sind insbesondere als Zusatz zu anderen Aufschlußverfahren erfolgreich gewesen.

Aus mehreren Gründen sind jedoch die Oberflächen- (d.h. nicht Bohrloch) Widerstandsverfahren nicht so erfolgreich wie andere Verfahren gewesen, insbesondere für Zwecke der Erdölexploration. Ein wesentlicher Grund ist, daß das Verfahren an sich nur für begrenzte Teufen verwendbar und gewöhnlich von der Größe und dem elektrischen Kontrast der zu untersuchenden Lagerstätte abhängig ist.

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Ein weiterer Grund besteht in dem praktischen Problem der Handhabung der Ausrüstung im Feld. Wie die vorstehenden Veröffentlichungen zeigen, müssen lange elektrische Kabel zur Verbindung der Stromquelle mit den Strom einleitenden Elektroden verlegt werden, was verhältnismäßig umständlich ist, und außerdem werden Meßeinrichtungen benötigt. Weiter muß diese Ausrüstung z.T. für die Ausführung der Messungen leicht beweglich sein, und die Sonden oder Elektroden und Kabel müssen häufig neu verlegt werden, um die Untersuchung auszuführen. Da die bekannten Ausrüstungen schwierig zu handhaben sind, ist für die Messungen viel Zeit erforderlich, so daß die Verfahren kostspielig sind.

Vielleicht der wichtigste Faktor ist jedoch der Mangel an ausreichender Genauigkeit. Zum Teil wegen der schwierig zu handhabenden Ausrüstung werden gewöhnlich nur verhältnismäßig wenige Messungen gemacht, so daß die Menge der aufgenommenen Daten nicht ausreicht, um den Ort oder die Merkmale von Anomalien genau zu bestimmen. Schließlich ist auch der Aufwand an Datenverarbeitung, der für die Analyse der Daten von selbst nur wenigen Detektor-Sender-Kombinationen benötigt wird, verhältnismäßig groß und zeitraubend.

Die Erfindung bezweckt daher, ein System zur Erdwiderstandsmessung und -analyse zu schaffen, das in der Lage ist, eine große Zahl von Messungen auszuführen und aufzunehmen und die Ergebnisse dieser Messungen zu analysieren, um unterirdische Anomalien zu orten und zu.-identifizieren.

Weiter wird bezweckt, eine Einrichtung zur Ausführung

von Widerstandsmessungen zu schaffen, die schneller und leichter zu handhaben und zu benutzen ist als die des Standes der Technik und die daher ermöglicht, eine weit größere.Zahl von Messungen an verschiedenen Orten auszuführen und daher für ein vorgegebenes Gebiet eine erhöhte Zahl von Daten zu liefern.

Weiter soll ein System geschaffen werden, mit dem zusätzliche Messungen ausgeführt werden können, um eine große Menge an Daten für eine große Zahl von Untergrundorten zu liefern und damit Unterschiede aufzuzeigen, die Widerstandskontraste darstellen.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Systems, in welchem numerische Modelle von voraussichtlichen Widerstandsmustern konstruiert und mit Widerstandsmessungen verglichen werden, so daß man zu einem Muster gelangt, das den zu untersuchenden Bereich darstellt.

Zur Verwirklichung dieser Ziele wird ein auf der Grundlage von Widerstandsmessungen arbeitendes Aufschlußsystem geschaffen. Dieses System umfaßt eine elektrische Stromquelle, ein einzelnes, mit dem Ausgang der Stromquelle verbundenes Leiterkabel, das eine Mehrzahl von in Längsrichtung auseinanderliegenden Verbindungspunkten aufweist, eine Mehrzahl von Sondenvorrichtungen zur Ankopplung des Stromes in die Erde, eine Mehrzahl von adressierbaren Schalteinheiten, von denen jede zwischen einem der Verbindungspunkte entlang dem Kabel und einer der Sondenvorrichtungen angeschlossen ist und auf ein eindeutiges Adressensignal anspricht, um zeitweilig ihren zugehörigen Verbindungspunkt und die Sonde elektrisch zu verbinden, an das Kabel gekoppelte Mittel zur Abgabe

einer Reihe von Adressensignalen an den einzelnen Leiter zur reihenmäßigen Aktivierung der Schalteinheiten, wodurch Strom aus der Quelle im einzelnen durch die Schalteinheiten an die Sonden in einer vorbestimmten Folge angeschlossen wird, und Mittel zur Messung des Erdpotentials an Orten, die mit Abstand zu den Sonden liegen.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 vereinfacht und teilweise als Blockdiagramm einen Stromschaltmodul zur Verwendung in der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Hochfrequenz-Schaltadresseneinheit zur Verwendung in der Einrichtung der Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer in der Einrichtung nach Fig. 1 zu verwenden Meßeinheit für das Erdpotential,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Telemetrie- und Interferenzeinheit zur Verwendung in der Einrichtung der Fig. 1 und

Fig. 6 ein Wellenform- und Takt-Diagramm zur Veranschaulichung der Zeitbeziehung, die bei Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1 auftritt.

In dem Gesamtblockschaltbild der Fig. 1 bildet eine Computer-Steuereinheit 10 ein zentrales Element mit den Funktionen der Abgabe von Steuersignalen, der Aufnahme von Meßsignalen und Dateneingaben, der Bearbeitung der eingegebenen Daten und der Steuerung und überwachung gewisser aufzuzeichnender Ausgabedaten. Diese Funktionen werden im einzelnen in Verbindung mit den Teileinheiten beschrieben, die damit zusammenarbeiten. Ein Hauptbestandteil der Steuereinheit kann ein Modular-Computer vom Typ Hewlett-Packard 9915 A oder eine gleichwertige Einrichtung sein, die zuverlässig auch unter Felderprobunqsbedingungen arbeitet. Die Programmierung wird zweckmäßig in BASIC vorgenommen. Anwendungssoftware kann diesem Computer leicht mittels EPROM oder Magnetband zugeführt werden.

Der Strom für Meßzwecke wird von einer Stromquelle 12 geliefert, die eine Hochleistungsquelle für Niederfrequentenstrom ist, und durch Signale moduliert und gesteuert werden kann, die über einen Leiter 14 von der Computer-Steuereinheit geliefert werden. Die Stromquelle braucht nicht vom Konstant-Strom-Typ zu sein, aber das maximale Abgabestrom- und Spannungsniveau sind vorzugsweise intern begrenzt. Wie noch erläutert wird, wird der Abgabestrom zwischen dem Null-, dem positiven und dem negativen Niveau geschaltet.

Ein Ausgangsanschluß der Stromquelle 12 ist mit einem Einzelleiter-Kabel 16 verbunden, das sich über eine beträchtliche Strecke von der Einrichtung fort erstreckt und mit einer Sonde oder Elektrode 17 verbunden ist, die in guter stromführender und leitender Beziehung mit der Oberfläche der Erde 18 ist. Der andere Ausgangsanschluß

der Quelle 12 ist mit einer Strommeßeinheit 20 verbunden, die den Strom genau mißt und den gemessenen Analogwert in ein 14-bit Digital-Signal umwandelt, das über ein Kabel 21 der Computer-Steuereinheit zugeführt wird. Die Einrichtungen 12 und 20 können vorteilhaft als eine einzelne Einheit zusammengefaßt werden, die mit einem Ausgangskabel 22 verbunden ist, das das Primärstrom führende Kabel für Meßzwecke ist. Es ist besonders zu beachten, daß das Kabel ein Einzelleiter-Kabel ist, das isoliert ist und eine Reihe von Anschlußpunkten 23a - 23n aufweist, wobei der Buchstabe "n" benutzt wird, um den letzten einer ausgewählten Anzahl von Punkten zu kennzeichnen. Diese Verbindungspunkte sind im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen entlang dem Kabel verteilt. Die tatsächliche Zahl der Anschlußpunkte bildet einen Konstruktionsfaktor, der abhängig ist von dem zu wählenden Abstand zwischen den Anschlußpunkten, der gewählten Länge des Kabels, dem zu untersuchenden Bereich und dem gewünschten Abstand zwischen den Stromeinleitungspunkten. Ein brauchbares Beispiel ist ein Kabel mit 32 Verbindungspunkten im Abstand von je 50 m.

Mit jedem Verbindungspunkt ist ein Stromschaltmodul (CSM) 24a - 24n verbunden. Die Zahl der Modulen ist also ziemlich groß und wählbar gem. den Eigenschaften des zu untersuchenden Gebietes. Jeder Stromschaltmodul enthält einen schaltbaren Leitungsweg und auf ein Adreß-Signal ansprechende Mittel, um wahlweise und zeitweilig den Weg herzustellen, so daß er Strom leiten kann. Der derart durch den einzelnen Modul geleitete Strom wird einer entsprechenden aus einer Mehrzahl von Sonden 25a - 25n zugeleitet, die in gut leitender Beziehung mit der Erde gekoppelt sind.

In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß jede Sonde aus einer Metallelektrode bestehen kann, die eine kleine Strecke in der Größenordnung von einem Meter oder weniger in die Erde getrieben werden kann, die mit einer Salzlösung angefeuchtet werden kann, um die leitende Kupplung zwischen der Elektrode und der Erde für die Stromzuführung zu verbessern. Für derartige Sonden sind verschiedene Ausführungsformen verwendbar.

Die Stromquelle 12 liefert vorzugsweise einen Strom von mehreren Ampere, etwa 40 amp oder mehr. Dieser Strom wird mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz zwischen etwa 0,1 Htz und 1,0 Htz moduliert. Die Modulation wird durch die Steuereinheit geliefert. Um für die verschiedenen Stromschaltmodule Adreß-Signale zu liefern, die das Signal von der Stromquelle nicht stören oder dadurch nicht gestört werden, liefert eine Hochfrequenz-Schalt-Adreßeinheit 26 eine Folge von Adreß-Signalen an einen Leiter 28, der mit dem Leiter des Kabels 22 verbunden ist. Das Signal ist ein hochfrequentes Trägersignal, das mit digitaler Frequenzmodulation (FSK) codiert ist, um die digitale Adreß-Information weiterzugeben, die durch jeden Stromschaltmodul demoduliert wird. Wenn die Digital-Adresse mit der programmierten Adresse in dem Modul übereinstimmt, wird dieser Modul durch seine eigene, darin enthaltene Batteriequelle erregt und ein Relais geschlossen, das den Ausgang der Stromquelle 12, der durch das Kabel 22 angeschlossen ist, mit der entsprechenden Sonde 25 verbindet. Die Schaltung des schaltbaren Leiterweges wird ausgeführt, wenn die Stromquelle 12 keinen Strom abgibt, so daß damit die Notwendigkeit für einen Schaltmodul vermieden wird, der hohe Stromniveaus schalten kann.

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Die Hochfrequenz-Schaltadresseneinheit wird mit den Adressencodes in einer programmierten ausgewählten Reihenfolge durch die Computer-Steuereinheit über ein Kabel 30 versorgt.

Eine Erdpotential-Meßeinheit 32 ist mit zwei Sonden 33, 34 verbunden, um die Potentialdifferenz an verschiedenen Orten zu messen. Die Meßeinheit 32 ist beweglich, so daß die Messungen entlang einem vorbestimmten Weg in dem zu untersuchenden Gebiet ausgeführt werden können. Die aus der Erdpotentialmessung sich ergebenden Signale werden in Digitalform umgewandelt, in der die Signale einer Telemetrie-Einheit 36 zugeführt werden, die die FSK-digital codierten Signale auf eine Radio-Telemetrieeinheit überträgt, die der Computer-Steuereinheit zugeordnet ist. Die Telemetrie-Einheiten werden auch für Sprechverbindungen zwischen den Technikern benutzt, die die Erdpotential-Meßeinheit bzw. die Steuereinheit und die zugehörigen Einrichtungen bedienen. Dies wird durch den Kopfhörer 37 und das Mikrophon 38 veranschaulicht.

Die Radio-Telemetrie-Verbindung ist in vielen Fällen ein wirksames Verfahren zur übertragung derartiger Informationen. Es sind jedoch auch Fälle denkbar, in denen Drahtverbindungen oder andere Arten der Informationsübertragung zweckmäßiger sind, z.B. dort, wo Interferenzen auftreten oder die topographischen Merkmale des Gebietes nicht für Telemetrie geeignet sind.

Die von der Telemetrie-Einheit 38 empfangenen, gemessenen Erdpotentialsignale werden decodiert und über ein Kabel 40 der Computer-Steuereinheit zugeführt, in der sie mit den Stromquellensignalen und der Identifizierung der

adressierten Stromschaltmodulen und der Position der Potential-Meßelektrode in Beziehung gebracht werden, um die Folge der Meßdaten zu bilden. Die aufgenommenen Daten werden auf einem Digital-BandaufZeichnungsgerät 42 aufgezeichnet, und die zugehörige Information kann auch ausgedruckt oder aufgezeichnet werden auf einer Druck-Aufzeichnungseinheit 44.

Einer der Stromschaltmodulen 24 ist in Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Die anderen Module sind in gleicher Weise ausgeführt. Wie erwähnt, hat das Signalleiterkabel 22 einen Verbindungspunkt 23a, an dem ein Ende eines schaltbaren Leiterweges angeschlossen wird. Der Weg enthält einen Leiter 46, der mit einer Drosselspule 47 in Reihe zwischen dem Verbindungspunkt 23a und einem Anschluß einer allgemein mit 48 bezeichneten Relais-Kontaktgruppe verbunden ist. Die andere Seite der Kontaktgruppe ist durch einen Leiter 49 mit der Sonde 25a verbunden, durch die der Strom in die Erde geleitet wird. Die Drossel 47 hat eine Induktivität in der Größenordnung von 100 juH (Microhenry) und ist für den Zweck vorgesehen, Hochfrequenzsignale aus dem Untergrund abzublocken und den Durchgang von Niederfrequenzstrom von der Quelle 12 zu ermöglichen.

Der Leiter 46 ist über eine Kapazität 50 mit den Eingängen von zwei Bandpaßfiltern 51 und '52 verbunden, welche die zwei Hochfrequenzträgersignale durchlassen, die in dem FSK-modulierten Signal durch die Hochfrequenz-Schaltradresseneinheit benutzt werden, um das Adreßsignal zu erzeugen. Die Zeichen- und Zwischenraumelemente der Adreß-Signale, die aus den Filtern kommen, werden durch eine Sumierung-Widerstandsschaltung gekoppelt, die Widerstände

53, 54 und 55 enthält, und werden an den Eingang eines Demodulators 57 mit phasenstarrer Schleife (PLL) abgegeben, der eine von einer Batterie 58 gebildete Betriebsspannungsquelle hat. Die in dem Stromschaltmodul verwendeten Schaltungen sind solche mit geringer Stromentnahme, um die Batterielebensdauer auf einen Höchstwert zu bringen. Das demodulierte Ausgangssignal wird einer Universal-Asynchron-Empfänger/-Übertragereinheit (UART) 60 zugeführt, die ein Takteingangssignal von einem Takt-Oszillator 61 empfängt. Das Ausgangssignal von UART 60 ist ein serienmäßiger 8-bit Code auf einer Adreß-Schiene 62 und wird einem Eingang eines Digital-Comparators 63 zugeführt. Eine programmierbare Adreß-Code-Einheit 64 ist mit einer vorbestimmten Adresse für den besonderen Stromschaltmodul codiert; diese Adresse ist für jeden Modul eindeutig. Die Comparator-Einheit vergleicht die Adresse auf der Schiene 62 mit dem Ausgang der programmierbaren Einheit 64. Falls diese dieselben sind, wird ein Ausgangssignal abgegeben, um eine Spulentreiberschaltung 69 zu aktivieren, die die Windung eines Relais 70 erregt und damit die Kontaktgruppe 48 schließt.

Eine in der Einrichtung der Fig. 1 verwendbare Hochfrequenz-Schaltadreßeinheit 26 ist in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellt und weist eine UART-Einheit 75 auf, die Adreß-Code-Information von der ComputerSteuereinheit 1 und ein Takt-Eingangssignal vom Taktgeber 76 empfängt. Das Ausgangssignal von UART 75 steuert einen FSK-Spannungssteuer-Oszillator 77, wie in der FSK-Modulation üblich ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zwischen zwei Frequenzen schaltet, um das Auftreten von Zeichen und Zwischenräumen anzuzeigen, die ein digitales Adreß-Signal bilden. Die Frequenz kann veränderlich sein,

ζ. B. zwischen 25 und 35 kHz. Der Ausgang des Spannungssteuer-Oszillators 77 ist mit einem FSK-Übertrager 78 verbunden, dessen Ausgangssignal über eine Kapazität 79 und einen Leiter 28 mit dem Kabel 22 gekoppelt wird. Der Abschnitt des Kabels 22 zwischen dem Anschluß des Leiters 28 und der Strommeßeinheit enthält in Reihe eine Drossel 80 und im Nebenschluß zur Erde einen Kondensator 81, um das Hochfrequenz-Adreß-Signal von der Strommeßeinheit zu entkoppeln. Das Hochfrequenz-Adreß-Signal wird auf dem Leiter 22 an den Stromschaltmodul abgegeben.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Erdpotentialmeßeinheit 32 und einer Telemetrie-Einheit 36. Die Sonden 33 und 34 sind mit den Eingängen eines Vorverstärkers 85 verbunden, dessen Ausgang mit einem Kerb-Filter 86 verbunden ist,- der so abgestimmt ist, daß er Frequenzen zwischen etwa 55 und 65 Hz zurückweist und damit Störgeräusche zurückweist, die von Überlandleitungen und dergl. stammen. Das Signal wird dann durch ein Tiefpaßfilter 87 gekoppelt, das so abgestimmt ist, daß es Frequenzen unter etwa 1 Hz durchläßt und damit nur solche Signale, die von den Stromschaltmodulen und den Sonden stammen. Dieses Signal wird verstärkt in einem Verstärker 88 und an den Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 89 angelegt, der das gemessene Analogsignal in ein 14-bit Wort codiert. Dieses codierte Signal wird auf einen Multiplexer 90 gegeben, der das Signal in zwei aufeinander folgenden 7-bit Wörtern einer UART-Einheit 91 zuführt. Die Taktgabe und Synchronisation der Wandler-, Multiplex- und UART-Einheiten erfolgt durch einen Taktgeber 92.

Das UART-Ausgangssignal wird an einen FSK-Modulator 94 in der Telemetrie-Einheit 36 abgegeben, deren Ausgang an

einen Telemetrie-Ubertrager 95 gekoppelt ist, der diese Signale von einer Antenne 96 abstrahlt. Empfangene Sprechsignale werden durch einen Empfänger 97 gekoppelt, bei 98 verstärkt und an den Kopfhörer 37 zwecks Sprechverbindung abgegeben. Die vom Mikrofon 38 übertragene Sprache wird durch einen Verstärker 100 verstärkt und durch ein Bandpaßfilter 101 gefiltert, das einen Durchlaßbereich zwischen etwa 300 und 3000 Hz hat.

Fig. 5 veranschaulicht das andere Ende der Telemetrie-Verbindung am Ort der Steuereinheit, wo die Signale durch eine Antenne 105 empfangen und an einen Empfänger 106 abgegeben werden. Sprechsignale gehen durch ein Filter 107, das einen Durchlaßbereich wie das Filter 101 aufweist, und werden an einen Kopfhörer 108 oder dergl. abgegeben. Datensignale gehen durch ein Bandpaßfilter 109 und werden an einen PLL-Demodulator 110 und danach an eine UART-Einheit 111 abgegeben. Aus Gründen der Bandbreite wird der digitalisierte Code übertragen als zwei 7-bit Wörter. Daher ist das Ausgangssignal von UART 111 ein 7-bit Wort, das an einen Multiplexer 112 abgegeben wird, wobei das erste von diesem abgegebene Wort an eine Sperrvorrichtung 113 abgegeben wird, die das Wort zeitweilig speichert. Das zweite 7-bit Wort wird an eine Sperrvorrichtung 114 abgegeben, wonach das 14-bit Wort von den beiden Sperrvorrichtungen an die Computer-Steuereinheit 10 abgegeben wird. Wiederum werden die UART-, Multiplexer- und Sperrvorrichtungen synchronisiert durch einen Taktgeber 115.

Fig. 6 veranschaulicht die Zeitabstimmung, die bei der Einleitung der Stromsignale in die Erde vorgesehen ist.

Die erste Linie in Fig. 6 zeigt ein typisches Signal, das von der Stromquelle aufgrund.der Bestimmung und dem Befehl der Computer-Steuereinheit erzeugt worden ist. Ein erster Abschnitt 120 des Stromquellensignals liegt auf einem Null-Niveau, dem eine oder mehrere Perioden wechselnder positiver und negativer Stromniveaus folgen. Jeder Periodenreihe folgt ein weiteres Null-Niveau-Tntervall. Die Zahl vollständiger Perioden zwischen den Null-Intervallen ist veränderlich und hängt von der Frequenz ab. Sie kann bestimmt und vorgegeben werden, indem einfach die Programmierung in der Computer-Steuereinheit geändert wird.

Die zweite Linie der Fig. 6 veranschaulicht die Ein-Aus-Intervalle für die Stromschaltmodule und Sonden. Jeder Stromschaltmodul wird eingeschaltet und der schaltbare Leiterweg geschlossen, wenn die Stromquelle auf einem Null-Niveau 120 ist. Daher wird der Stromschaltmodul 24a adressiert und betätigt, während des ersten Nullniveau-Abschnittes und dann während des zweiten Nullniveau-Abschnittes abgeschaltet, wonach In demselben Nullniveau-Abschnitt der Stromschaltmodul 24b eingeschaltet wird. Daher brauchen die Schaltmodule nicht für die Schaltung während der Stromzufuhr eingerichtet zu sein, wodurch die Relaiskontakt-Lebensdauer erheblich verlängert wird.

Die dritte Linie in Fig. 6 zeigt die Ein-/Aus-Folgen der Erdpotentialmeßeinheit. Wie ersichtlich, wird eine Mehrzahl von Messungen während jedem "Ein"-Intervall der Stromquelle aufgenoiiimen. Jede Messung ist zeitlich so abgestimmt, daß sie während des ebenen Abschnittes des von der Stromquelle erzeugten Signales aufgenommen wird. Die Übergangsbereiche, in denen die Stromquelle zwischen

ihrem positiven und negativen Niveau wechselt, werden vermieden, um irgendwelche auftretenden Schaltübergangseinflüsse auszuschließen und auch die Messung irgendwelcher induzierten Polarisationswirkungen in den zu untersuchenden geologischen Materialien zu vermeiden. Wechselnde positive und negative Signalabschnitte werden benutzt, um auch eine galvanische Polarisation an den Sonden zu vermeiden.

Die Bearbeitungsvorgänge der Computer-Steuereinheit laufen so ab, daß die Computer-Steuereinheit von der Einheit 20 Strom- und Spannungsmeßwerte erhält und auch die Erdpotentialmessungen aufnimmt. Nach entsprechender Umrechnung und Abstimmung der Meßskalen für die Strom- und Potentialwerte berechnet ein Prozessor innerhalb der Einheit 10 ein Verhältnis von V/i für jede Messung und vergleicht dieses Verhältnis/ das dem Widerstand proportional ist, mit der vorhergehenden Ablesung, die für diese Elektrode 25 und den Ort der Erdpotential-Meßeinheit aufgenommen worden ist. Falls die Ablesungen genügend dicht liegen, werden sie summiert und zusammen mit Adreß-Information über Strom- und Potentialelektrodenorte aufgezeichnet.

Bei jeder über alle Stromelektroden gehenden Ablesung zeichnet der Prozessor auch den Potentialelektrodenort, den Stromelektrodenabstand, die Datenidentifizierung und den Potentialelektrodenabstand auf.

Um Täuschungseinflüsse bei den Messungen zu vermeiden, kann der Prozessor auch angewiesen werden, Ablesungen von einer vorbestimmten Zahl von Stromelektroden auf beiden Seiten des Potentialsondenortes zu ignorieren. Zusatz-

lieh kehrt der Prozessor die Polarität der aufgezeichneten Signale für den Übertrager um, wenn der Stromelektrodenort auf der anderen Seite des Potentialsondenortes überträgt.

Die summierten Potentialsignale, die mit der Lageinformation korreliert sind, werden benutzt, um eine Darstellung auf der Druck- und Darstellungseinheit 44 in einer Weise zu erzeugen, die der Beschreibung in dem oben zitierten Aufsatz von Owen et al entspricht. Wie in den Diagrammen auf S. 11 des Aufsatzes dargestellt ist, werden die Widerstandsdaten mit Ortsdaten korreliert und aufgezeichnet, wobei die Aufzeichnungsdichte proportional dem Widerstand bzw., falls erwünscht, der Leitfähigkeit ist und damit ein besonderer Kontrastbereich festgestellt wird.

Zusätzlich kann im voraus ein Modell der vermuteten Widerstände erzeugt werden, wobei bekannte Schichtungen in dem üntersuchungsbereich berücksichtigt werden. Der Prozessor kann dann programmiert werden, um Anomalien festzustellen, die Widerstände haben, welche in einen gewissen vorbestimmten engen Bereich fallen. Dabei werden vor allem solche Anomalien festgestellt, die von besonderem Interesse sind, z.B., weil sie Erdöl enthalten.

In einem solchen System wird das Hohlraumziel als numerisches Modell in der Computeranalyse vorgegeben, um die scheinbare Widerstandsanomalie für zahlreiche mögliche Zielpositionen unter der Aufnahmelinie vorherzusagen. Bei diesem Vorgehen wird für das Hohlraummodell systematisch angenommen, daß es jede mögliche Auflösungszelle einnehmen kann, und das zugeordnete theoretische, schein-

bare Widerstandsprofil für jede Stromquellen-Elektrodenposition abgeleitet. Die theoretisch vorhergesagten Widerstandsprofile für jeden angenommenen Zielort werden dann mit den tatsächlich gemessenen Widerstandsprofilen kreuzkorreliert, um ihre Störungen im scheinbaren Widerstand zu vergleichen.

Das Ergebnis dieses abgestimmten Filterverfahrens ist ein Korrelationskoeffizient für jeden angenommenen Zielort, dessen Werte in den jeweiligen, analysierten Auflösungszellen abgetragen werden. Diese Modellanalyse und Korrelation mit tatsächlichen Daten wird für jede interessierende unterirdische Auflösungszelle ausgeführt, die unter der Aufnahmelinie liegt. Die Ergebnisse werden jeder Zelle zugeordnet, um ein zweidimensionales Bild des scheinbaren Widerstandswertes zu bilden, wenn z.B. eine Grauschattierungs- oder Konturlinienaufzeichnung dargestellt wird, die den Werten des Korrelationskoeffizienten entspricht.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Geoelektrische Meßeinrichtung mit einer elektrischen

Stromquelle, damit verbindbaren Sonden zur Einleitung von Strom in die Erde und einer Vorrichtung zur Messung elektrischerSignale an von den Sonden abgelegenen Orten, gekennzeichnet durch ein Einzelleiterkabel (22), das mit dem Ausgang der Stromquelle (12) verbunden ist und eine Mehrzahl von in Längsrichtung auseinanderliegenden Anschlußpunkten (23a-n) aufweist, eine Mehrzahl von adressierbaren Schalteinheiten (24a-n), von denen jede in einer Verbindung zwischen einem der Anschlußpunkte (23a-n) und entlang dem Kabel und einer Sonde ■ (25a-n) liegt und auf ein eindeutiges Adreßsignal zur zeitweiligen elektrischen Verbindung des zugeordneten Anschlußpunktes und der Sonde anspricht, und an das Kabel angeschlossene Mittel (10, 26) zur Abgabe einer Reihe von Adreßsignalen an den Einzelleiter des Kabels zu in Reihenfolge ablaufenden Erregungen der Schalteinheiten, so daß Strom aus der Quelle durch die Schalteinheiten einzeln in einer vorbestimmten Folge an die angeschlossene Sonde angelegt und danach das sich ergebende elektrische Signal von der Meßeinrichtung aufgenommen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung elektrischer Signale Mittel zur Messung des skalaren Erdwiderstandes enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede adressierbare Schalteinheit (24) Mittel (64) zur Speicherung einer für die Schalteinheit kennzeichnenden, codierten Adresse, Mittel (51, 52, 57, 60) zur Aufnahme und Decodierung der auf dem Einzellei-

ter (22) zugeführten Adreßsignale, Mittel (63) zum Vergleich der decodierten Adreßsignale mit der gespeicherten Adresse und zur Erzeugung eines Ausgangssignales
bei Übereinstimmung und Mittel (69, 70, 48) enthält, die auf das Ausgangssignal zur Schließung eines Stromweges
vom Arischlußpunkt (23) der Schalteinheit zur Sonde (25) ansprechen.