DE489434C - Verfahren zur elektrischen Bodenerforschung - Google Patents

Description

• Verfahren zur elektrischen Bodenerforschung Zum Zweck der Ermittlung des geologischen Aufbaues und zur Feststellung und Lokalisierung von Körpern im Untergrunde sind bisher u. a. Verfahren bekannt geworden, die entweder elastische Wellen oder elektrische Ströme in der Form kontinuierlicher elektrischer Wellen (Hochfrequenzströme) benutzen. Die grundsätzlichen Vorzüge beider Arten von Verfahren lassen sich vereinigen, wenn man für die Zwecke der geophysikalischen Bodenerforschung elektrische Stoßwellen verwendet, wie sie aus der Kabel-und Hochspannungstechnik als Überspannungs-und Wanderwellen bekannt sind. Darüber hinausgehend zeigt es sich, daß dieses elektrische Stoßwellenverfahren noch besondere Vorzüge gegenüber den elastischen (seismischen) und den seither bekannt gewordenen elektrischen Verfahren besitzt. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur elektrischen Bodenerforschung, das darin besteht, daß elektrische Stoßwellen dem Boden direkt induktiv oder kapazitiv zugeführt und der räumliche und zeitliche Verlauf der Ausbreitung der Stoßwellen an beliebigen Punkten des Meßraums ermittelt werden, z. B. mit Hochfrequenzoszillographen.
• Für den Untergrund, gleich welcher Art, sind die elektrischen Konstanten Ohmscher Widerstand, Selbstinduktion und Kapazität definierte Größen. Die seither üblichen elektrischen Verfahren benutzen vielfach nur den Ohmschen Widerstand zur Erkennung des Aufbaues des Untergrundes, da sie in verschiedener Weise den den verschiedenen Leitfähigkeiten der Gesteinsarten entsprechenden Verlauf in die Erde gesandter Ströme studieren. Der Widerstand spielt natürlich auch bei dem Stoßwellenverfahren eine Rolle, sofern es sich um Intensitätsbeobachtungen handelt. Weiter sind aber durch Selbstinduktion und Kapazität nach bekannten Gesetzen der Wellenwiderstand und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektrischer Stoßwellen definiert. An Orten, an denen sich, eine oder mehrere elektrische Konstanten ändern, entstehen Stauungen und Reflexionen der Stoßwellen. Leitet man daher dem Untergrunde in geeigneter Weise eine elektrische Stoßwelle zu oder erzeugt sie in ihm, so kann man durch Intensitätsbeobachtung der Welle an beliebigen Punkten des Untersuchungsraums analog wie bei den bisherigen elektrischen Verfahren Schlüsse auf die Verteilung der verschiedenen Ohrnschen Leitfähigkeiten des Untergrundes ziehen, anderseits analog den seismischen Verfahren mit Hilfe geeigneter Apparate die Laufzeitkurve der Welle und den zeitlichen Verlauf der Welle und ihrer Reflexionen ermitteln und aus den Beobachtungsresultaten Vorhandensein, Ort und Lage von Reflexionsstellen und -flächen ableiten, als welche sich Schichtgrenzen, Spalten, Verwerfungen, Begrenzungen von Wasser, Salz, Erz, Petroleum und anderen Einlagerungen bemerkbar machen. Somit vereinigt also das Stoßwellenverfahren prinzipiell die Resultate der elektrischen und der elastischen Prospektierverfahren. Gegenüber den elektrischen Verfahren hat das Stoßwellenverfahren den Vorteil, daß es nicht nur qualitative T.eitfä4igkeitsunterschiede, sondern auch deren räumliche Grenzen festzustellen gestattet, vor den seismischen Verfahren hat es den Vorzug, daß sich die elektrischen Stoßwellen nicht allseitig, sondern mehr oder weniger gerichtet ausbreiten.
• Im folgenden wird eine Apparatur zur Ausführung des oben grundsätzlich erläuterten Verfahrens beispielsweise beschrieben. Ein. geeig-, neter Generator ist über einen Ölschalter, der größere Leistungen einzeln oder periodisch ein--und auszuschalten gestattet, entweder zweipolig mittels Elektroden von geringem Erdwiderstand und in geeignetem Abstand mit der Erde verbunden oder durch eine Kabelschleife, die über dem Untersuchungsgelände geführt ist, kurzgeschlossen. Beim Schliefen. oder (Offnen des Stromes entstehen Stoßwellen im Untergrunde. Zur Beobachtung werden geeignete Oszillographen benutzt; - die über Hochfrequenzverstärker an Sonden oder Induktionsspulen an den jeweiligen Beobachtungspunkten angeschlossen sind. Bei der zwar großen aber durchaus endlichen Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Stoßwelle im Erdboden (durchschnittlich 10,3 . bis 10,4 km/sek.) erscheinen die primäre Stoßwelle und die einzelnen Reflexionswellen ihrer Intensität entsprechend als größere oder kleinere Maxima der Oszillographenkurve in der zeitlichen Reihenfolge, in welcher sie den Meßpunkt passieren. Indem man z. B. auf drahtlosem Wege den Zeitpunkt des Schaltvorgangs an den Beobachtungspunkt überträgt, öder durch Benutzung mehrerer Beobachtungsorte mit genau gleicher Uhrzeit und bekannten Entfernungen lassen sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten und Laufzeitkurven der Stoßwellen feststellen. Durch Eichung der Oszillographen können auch die Intensitätsmessungen-unmittelbar mit dieser Aufnahme verbunden werden. Da sich die elektrischen Stoßwellen nicht allseitig wie die elastischen Wellen, sondern wesentlich gerichtet (längs der Verbindungslinie der Erdungspunkte oder längs Induktionsschleifen) ausbreiten, so läßt sich das Verfahren dahin abändern, daß die Hauptrichtung der Wellenausbreitung bei ortsfesten öder beweglichen Empfangsorten geändert -#vird. Die Auswertung der Meßergebnisse kann nach, bekannten Grundsätzen erfolgen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE z: Verfabxen zur elektrischen Bodenerforschung, dadurch. gekennzeichnet, daß elektrische Stoßwellen dem Boden direkt, induktiv oder kapazitiv zugeführt und der räumliche und zeitliche Verlauf der Ausbreitung der Stoßwellen an beliebigen Punkten des Meßraums ermittelt werden, z. B. mit Hochlrequenzoszillographen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitkurve der Stoßwelle durch Übermittlung von Zeitsignalen an die Beobachtungsorte oder durch gleichzeitige Beobachtung in mehreren Orten mit genau gleicher Uhrzeit ermittelt wird.
3. 3. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator derart über eine Schaltvorrichtung direkt,. induktiv oder kapazitiv mit dem Erdboden verbunden ist, daß elektrische Stoßwellen erzeugt und dem Untergrund zugeführt werden können, und daß anbeliebigen Punkten des Untersuchungsraums Empfangssysteme angeordnet sind, welche den zeitlichen Verlauf und die Intensität der am Beobachtungsort vorbeilaufenden Stoßwelle und ihrer Reflexionswellen aufnehmen und registrieren.