DE29816018U1

DE29816018U1 - Kabelloses seismisches Datenerfassungssystem

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Publication number: DE29816018U1
Application number: DE29816018U
Authority: DE
Original assignee: DMT GmbH and Co KG; DMT Gesellschaft fuer Forschung und Pruefung mbH
Current assignee: DMT GmbH and Co KG; DMT Gesellschaft fuer Forschung und Pruefung mbH
Priority date: 1998-09-05
Filing date: 1998-09-05
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2008-09-06

Description

PALGEN, SCHUMACHER & KLU^T

DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTE

: 95 543 R/jc/PR E s s &egr; &ngr; , den 04. September 1998

DMT-GESELLSCHAFT FÜR FORSCHUNG UND PRÜFUNG MBH Franz-Fischer-Weg 61

D - 45307 Essen

Kabelloses seismisches Datenerfassungssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung, bei der für eine seismische Exploration zur digitalen Speicherung des zeitlichen Verlaufs von durch künstliche Bodenerschütterung erzeugten, je einem Meßvorgang zugeordneten Schwingungen an dezentral verteilte lokale Datenerfassungeinheiten angeschlossene Geophone vorgesehen sind.

Bei der seismischen Datenerfassung werden künstlich erzeugte Erschütterungen von einer Vielzahl von Sensoren in Form von Geophonen aufgezeichnet. Dabei kann die Anzahl der Sensoren weit mehr als 1000 betragen. Die Geophone sind dabei entlang von Linien (2 D-Seismik) oder auf Flächen (3 D-Seismik) ausgelegt . Dabei können Ausdehnungen von bis zu mehreren Kilometern erreicht werden. Die Geophone werden meßtechnisch zu Gruppen zusammengefaßt, die jeweils einen seismischen Kanal bilden.

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Aus dem Stand der Technik ist dabei bekannt, daß die analogen Meßsignale der Geophone über ein Geophonkabel zu einer Datenerfassungseinheit übertragen werden, wobei das Meßsignal eines seismischen Kanals zusammengefaßt, insbesondere gemittelt wird. Der Übertragung der Meßsignale der Geophone dient für jeden seismischen Kanal ein Adernpaar, so daß wegen der Vielzahl der seismischen Kanäle, die mit den lokalen Datenerfassungseinheiten verbunden sind, lange und vieladrige Kabel zur Verbindung der Geophone untereinander und mit den lokalen Datenerfassungseinheiten notwendig sind. Dabei treten wegen der Länge der Kabel bei der Übertragung der analogen Signale erhebliche Signalverzerrungen durch Einstreuungen und durch Übersprechen auf.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik der DE 32 06 973 C2 eine Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung bekannt, bei der jedem Geophon eine lokale Datenerfassungseinheit zur Digitalisierung der Meßwerte des jeweiligen Geophons zugeordnet ist. Dadurch werden die Signalwege für die analogen Signale auf ein Minimum reduziert. Nachteilig ist jedoch der hohe technische und Kostenaufwand bei einer Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung, die eine Vielzahl von bis zu mehr als 1000 Geophonen in einer Messung integriert. Des weiteren ist bei dieser Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung nachteilig, daß ein aufwendiges Bussystem zur Ansteuerung der lokalen Datenerfassungseinheiten von einer zentralen Datenerfassungseinheit sowie für die Übertragung der digitalen Daten von den einzelnen lokalen Datenerfassungseinheiten auf die zentrale Datenerfassungseinheit notwendig ist. Zudem sind die Verbindungskabel zwischen den Geophonen und den jeweiligen lokalen Datenerfassungseinheiten getrennt von dem Buskabel zur Steuerung und Datenübertragung ausgebildet und schließlich ist für die Spannungsversorgung der lokalen Datenerfassungseinheiten ein separates Versorgungskabel erforderlich. Daher ist der technische Aufwand im Gelände durch die Vielzahl verschiedener verwen-

deter Kabel aufwendig, wobei insbesondere mehradrige Kabel oder Sonderanfertigungen der Buskabel teuer in der Herstellung sind. Zudem ist durch die Vielzahl der erforderlichen Steckverbindungen eine zusätzliche potentielle Fehlerquelle vorhanden.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, die lokalen Datenerfassungseinheiten über Funkübertragung mit der zentralen Datenerfassungseinheit zu verbinden. Dabei kommt dieser Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung zugute, daß der Kabelaufwand verringert wird, jedoch ist die Funkübertragung mit einem erheblichen höheren Technikaufwand verbunden. Zudem muß die Spannungsversorgung der lokalen Datenerfassungseinheiten jeweils separat erfolgen. Auch damit sind mögliche Fehlerquellen verbunden, da eine Versorgung über Batterien ungleich störanfälliger als eine Versorgung über Spannungsleitungen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problera zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung dahingehend zu verbessern, daß der technische Aufwand für die Datenermittlung und Datenübertragung verringert wird.

Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Diese Vorrichtung weist neben einer zentralen Datenerfassungseinheit mindestens eine lokale Datenerfassungseinheit sowie eine Mehrzahl von Geophonen, die an mindestens einem Geophonkabel angeschlossen sind, auf. Die jeweils eine Geophongruppe bilden-• den Geophone sind entlang jeweils eines Geophonkabels verteilt angeordnet und die Geophone sind an den entsprechenden Stellen mit dem Geophonkabel verbunden. Zum Übertragen der Meßsignale der an den Geophonkabeln angeschlossenen Geophone weist das Geophonkabel mindestens zwei Leitungen auf. Die

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lokale Datenerfassungseinheit, an die das Geophonkabel angeschlossen ist, digitalisiert das analoge Meßsignal der an dem Geophonkabel angeschlossenen Geophone. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß dabei über das Geophonkabel auch die digitalisierten Daten von der lokalen Datenerfassungseinheit auf die zentrale Datenerfassungseinheit übertragen werden können.

Dieses ist dadurch möglich, daß das Geophonkabel jeweils gleichzeitig zur Verbindung von lokalen Datenerfassungseinheiten untereinander und mit der zentralen Datenerfassungseinheit verwendet werden kann. Denn die Geophongruppen, die üblicherweise aus 6 bis 18 Geophonen bestehen, werden üblicherweise zur Unterdrückung störender Oberflächenwellen nicht an einem Punkt, sondern entlang einer Linie angeordnet . Dabei entspricht die Länge der Geophongruppe in der Regel dem Abstand zwischen jeweils zwei Geophongruppen für eine Messung. Da somit ein Geophonkabel eine Länge aufweist, die bereits dem Abstand zwischen jeweils zwei Geophongruppen entspricht, kann das Geophonkabel selbst auch zur Datenübertragung zwischen jeweils zwei lokalen Datenerfassungseinheiten dienen. Dadurch wird also das zusätzliche Datenübertragungskabel als eigenständige physikalische Einheit völlig vermieden, ohne daß die Funkübertragung der Daten eingesetzt werden muß. Die Vorteile liegen dabei insbesondere in der weniger aufwendigen Handhabung der Vorrichtung im Gelände, insbesondere durch das verringerte Gewicht der gesamten Anordnung.

In bevorzugter Weise weist das Geophonkabel mindestens zwei zusätzliche separate Leitungen zum Übertragen der digitalisierten Daten auf. Neben den beiden Leitungen für die analoge Meßwertübermittlung sind daher insgesamt lediglich 4 Leitungen im Geophonkabel enthalten, so daß der technische Aufwand gering bleibt. Insbesondere sind die beiden Leitungen zum Übertragen der digitalisierten Daten als twisted-pair-

Kabel ausgebildet, um eine möglichst gute Abschirmung für die Übertragung der digitalen Daten zu gewährleisten.

Bei einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auf die beiden zusätzlichen Leitungen für die digitalen Daten verzichtet und statt dessen das digitale Signal über die analogen Leitungen als Überlagerung auf den analogen Signalen übertragen. Dadurch wird der technische Aufwand für die Herstellung eines Geophonkabels wiederum verringert.

Die Anordnung der lokalen Datenerfassungseinheiten und der jeweils eine Geophongruppe umfassenden Geophonkabel kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Zum einen ist jeweils einer lokalen Datenerfassungseinheit das Geophonkabel einer Geophongruppe zugeordnet. Daher wird in jeder lokalen Datenerfassungseinheit das analoge Meßsignal einer Geophongruppe ausgewertet und digitalisiert. Diese Anordnung kann auch als einkanalige Anordnung bezeichnet werden. Weiterhin sind eine Mehrzahl von Geophongruppen mit den zugeordneten lokalen Datenerfassungseinheiten in Reihe geschaltet miteinander verbunden, wobei die Geophonkabel jeweils mit zwei lokalen Datenerfassungseinheiten verbunden sind. Es wird somit eine abwechselnde Reihe von Geophonkabeln und lokalen Datenerfassungseinheiten gebildet, wobei die von den jeweiligen lokalen Datenerfassungseinheiten erzeugten digitalen Daten über das Geophonkabel und über weitere lokale Datenerfassungseinheiten auf die zentrale Datenerfassungseinheit übertragen werden.

Weiterhin ist eine Anordnung von lokalen Datenerfassungseinheiten und Geophonkabeln möglich, bei der jeweils einer lokalen Datenerfassungseinheit zwei Geophonkabel von zwei Geophongruppen zugeordnet sind. In diesem Fall werden die analogen Meßsignale von zwei Geophongruppen über die beiden Geophonkabel auf die lokale Datenerfassungseinheit übertragen und von dieser digitalisiert. Diese Anordnung kann auch

als zweikanalige Anordnung bezeichnet werden. Weiterhin ist eine Mehrzahl von jeweils zwei Geophonkabeln mit den zugeordneten lokalen Datenerfassungseinheiten in Reihe geschaltet miteinander verbunden, wobei die Geophonkabel jeweils an einem Ende mit der zugeordneten Datenerfassungseinheit und am anderen Ende mit einem weiteren Geophonkabel einer weiteren zweikanaligen Anordnung verbunden sind. Somit ergibt sich eine Reihe aus jeweils zwei Geophonkabeln und einer lokalen Datenerfassungseinheit. Auch hier wird das Geophonkabei sowohl zur Übertragung der analogen Meßsignale der einzelnen Geophone auf die jeweils zugeordnete Datenerfassungseinheit als auch zur Übertragung der digitalisierten Daten zwischen den lokalen Datenerfassungseinheiten und letztlich auch auf die zentrale Datenerfassungseinheit verwendet.

In weiter bevorzugter Weise weist das Geophonkabel mindestens zwei weitere Leitungen zum Übertragen der elektrischen Versorgungsspannung auf die lokalen Datenerfassungseinheiten auf. In dieser Weise wird auch die Stromversorgung der lokalen Datenerfassungseinheiten in die Geophonkabel integriert, so daß letztendlich nur ein Kabel zwischen jeweils zwei miteinander verbundenen Datenerfassungseinheiten in Form eines Geophonkabels verwendet wird. Die gesamte Zahl der elektrischen Leitungen kann dabei wiederum dadurch verringert werden, daß die digitalen Leitungen über die Leitungen zum Übertragen der elektrischen Versorgungsspannung als Überlagerung auf dem Versorgungsspannungssignal übertragen werden. In vorteilhafter Weise wird somit der technische Aufwand für die Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung erheblich verringert.

Weiterhin wird das obengenannte technische Problem auch durch ein Geophonkabel mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst. Dieses Geophonkabel ist in der zuvor beschriebenen Weise für eine Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung mit mindestens zwei Leitungen zur analogen Datenübertragung

und mit mindestens zwei Leitungen zur digitalen Datenübertragung ausgestattet. Somit werden mit dem erfindungsgemäßen Geophonkabel die zuvor beschriebenen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahraebedihgungen, so daß die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung und des erfindungsgemäßen Geophonkabels dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung mit einkanaliger Ausbildung der lokalen Datenerfassungseinheiten in einer schematischen Darstellung und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung mit einer zweikanaligen Ausgestaltung der lokalen Datenerfassungseinheiten in einer schematischen Darstellung.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung dargestellt, die eine Mehrzahl von lokalen Datenerfassungseinheiten 2 und eine Mehrzahl von Geophonen 4 aufweist. Jeweils 6 Geophone sind entlang jeweils eines Geophonkabels 6 ver-

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teilt angeordnet und an dem Geophonkabel 6 angeschlossen. Somit sind die Geophone 4 eines Geophonkabels 6 zu einer Geophongruppe 8 zusammengeschlossen. Die Einheit aus einem Geophonkabel 6 mit Geophonen 4 und jeweils einer lokalen Datenerfassungseinheit 2 stellt eine einkanalige Anordnung dar, die mehrfach in Fig. 1 dargestellt ist. Zur Unterscheidung sind dazu in Fig. 1 die Bezugszeichen mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Strichen versehen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die verschiedenen lokalen Datenerfassungseinheiten 2, 2', ... untereinander über die Geophonkabel 8, 8', ... verbunden. Dazu weisen die freien Enden der Geophonkabel 6, 6', ..., die nicht mit den lokalen Datenerfassungseinheiten 2, 2', ... verbunden sind, Stecker 10, 10', ... auf, über die die Geophonkabel 6, 6', ... mit jeweils einer weiteren lokalen Datenerfassungseinheit 2, 2', ... verbunden sind. Es ergibt sich somit eine Reihenanordnung aus abwechselnd lokalen Datenerfassungseinheiten 2, 2', ... und Geophonkabeln 6, 6', ....

In den Figuren besteht eine Geophongruppe 8 jeweils aus 6 Geophonen 4, jedoch kann eine Geophongruppe auch aus beispielsweise 16 oder mehr Geophonen 4 bestehen. Die Anzahl der Geophone 4 pro Geophongruppe 8 wird jeweils auf der Basis des zu vermessenden geologischen Untergrundes ausgewählt. In jedem Fall entspricht die Länge eines Geophonkabels 6 im wesentlichen der Länge einer Geophongruppe 8, die wiederum dem Abstand zwischen zwei Geophongruppen 8 entspricht. Daher kann das Geophonkabel 6 jeweils zur Verbindung zwischen zwei lokalen Datenerfassungseinheiten verwendet werden, die somit im wesentlichen im Gruppenabstand zueinander angeordnet sind.

Die Geophone 4 sind jeweils mit dem Geophonkabel 6 über eine Steckverbindung angeschlossen und zur Übertragung der analogen Meßsignale der Geophone werden mindestens zwei Leitungen

innerhalb des Geophonkabels 6 benötigt. Die lokale Datenerfassungseinheit nimmt das analoge Meßsignal auf und digitalisiert dieses Meßsignal für eine Zwischenspeicherung in der lokalen Datenerfassungseinheit. Die Vorrichtung weist zusätzlich eine in der Zeichnung nicht dargestellte zentrale Datenerfassungseinheit auf, auf die die in den lokalen Datenerfassungseinheiten 2 zwischengespeicherten digitalen Daten übertragen werden. Erfindungsgemäß wird für die Übertragung der digitalen Daten ebenfalls das Geophonkabel 6 verwendet, wobei die digitalen Daten jeweils auf die nächste lokale Datenerfassungseinheit 2 übertragen werden, bis die digitalen Daten schließlich zur zentralen Datenerfassungseinheit gelangen. Die gesamte Steuerung der Meßwertaufnahme und der Datenübertragung wird dabei von der zentralen Datenerfassungseinheit ausgeführt, wobei die Steuerungssignale ebenfalls über die Geophonkabel 6 auf die verschiedenen lokalen Datenerfassungseinheiten 2 übertragen werden.

In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung der· vorliegenden Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung mit zweikanaligen lokalen Datenerfassungseinheiten 12, 12', .... dargestellt. Zweikanalig bedeutet dabei, daß jeweils einer lokalen Datenerfassungseinheit 12 zwei Geophonkabel 6a und 6b zugeordnet sind. Weiterhin sind Geophone 4a mit dem Geophonkabel 6a verbunden und bilden eine Geophongruppe 8a, während Geophone 4b mit dem Geophonkabel 6b verbunden sind und eine Geophongruppe 8b bilden. Es sind somit zwei verschiedene Geophongruppen 8a und 8b einer zweikanaligen lokalen Datenerfassungseinheit 12 zugeordnet. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind jeweils zwei lokale Datenerfassungseinheiten 12, 12', ... über jeweils zwei Geophonkabel 8b, 8a'; 8b', 8a''; ... verbunden. Dazu weisen die jeweils freien Enden der Geophonkabel 8a und 8b, 8a' und 8b', ... Stecker 10a und 10b, 10a' und 10b',... auf. Somit ergibt sich eine ähnliche Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, der Unterschied besteht lediglich darin, daß zwischen jeweils zwei lokalen Daten-

erfassungseinheiten 12, 12', ... zwei Geophonkabel 6a und 6b, 6a' und 6b', ... angeordnet sind.

Für beide in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie-Ie gilt, daß die lokalen Datenerfassungseinheiten 2 bzw. 12 jeweils einen Verstärker für das Übertragen der digitalen Daten aufweisen. Ein solcher als Repeater bekannter Verstärker dient dazu, daß die digitalen Daten jeweils neu erzeugt werden und somit ungestört zwischen einer Mehrzahl von lokalen Datenerfassungseinheiten übertragen werden können.

11 Bezugszeichenliste

2 lokale Datenerfassungseinheit

4 Geophon

6 Geophonkabel

8 Geophongruppe

10 Stecker

12 lokale Datenerfassungseinheit

Claims

1. Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung

1. mit einer zentralen Datenerfassungseinheit,

2. mit mindestens einer lokalen Datenerfassungseinheit (2, 12),

3. mit einer Mehrzahl von Geophonen (4; 4a, 4b) und

4. mit mindestens einem Geophonkabel (6; 6a, 6b),

5. wobei eine vorgegebene Anzahl von Geophonen (4; 4a, 4b), die eine Geophongruppe (8; 8a, 8b) bilden, entlang des Geophonkabels (6; 6a, 6b) verteilt angeordnet und an dem Geophonkabel (6; 6a, 6b) angeschlossen sind,

6. wobei das Geophonkabel (6; 6a, 6b) mindestens zwei Leitungen zum analogen Übertragen der Meßsignale der an jedem Geophonkabel (6; 6a, 6b) angeschlossenen Geophone (4; 4a, 4b) aufweist,

7. wobei die lokale Datenerfassungseinheit (2, 12) das analoge Meßsignal der an dem Geophonkabel (6; 6a, 6b) angeschlossenen Geophone (4; 4a, 4b) digitalisiert und

8. wobei das Geophonkabel (6; 6a, 6b) die digitalisierten Daten von der lokalen Datenerfassungseinheit (2, 12) auf die zentrale Datenerfassungseinheit überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geophonkabel (6; 6a, 6b) mindestens zwei separate Leitungen zum Übertragen der digitalisierten Daten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen zum Übertragen der digitalisierten Daten als twisted-pair-Kabel ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geophonkabel (6; 6a, 6b) das digitale Signal über die analogen Leitungen als Überlagerung auf den analogen Signalen überträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer lokalen Datenerfassungeinheit (2) das Geophonkabel (6; 6a, 6b) einer Geophongruppe (8; 8a, 8b) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Geophonkabeln (6; 6a, 6b) mit den zugeordneten lokalen Datenerfassungseinheiten (2) in Reihe geschaltet miteinander verbunden ist, wobei die Geophonkabel (6; 6a, 6b) jeweils mit zwei lokalen Datenerfassungseinheiten (2) verbunden sind.

7. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer lokalen Datenerfassungseinheit (12) zwei Geophonkabel (6; 6a, 6b) von zwei Geophongruppen (8; 8a, 8b) zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von jeweils zwei Geophonkabeln (6; 6a, 6b) mit den zugeordneten lokalen Datenerfassungseinheiten (12) in Reihe geschaltet miteinander verbunden ist, wobei die Geophonkabel (6; 6a, 6b) jeweils an einem Ende mit der zugeordneten Datenerfassungseinheit (12) und am anderen Ende mit einem weiteren Geophonkabel (6; 6a, 6b) zum Übertragen der digitalisierten Daten miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Geophonkabel (6; 6a, 6b) mindestens zwei Leitungen zum Übertragen der elektrischen Versorgungsspannung auf die lokalen Datenerfassungseinheiten (2, 12) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Geophonkabel (6; 6a, 6b) die digitalen Daten über die Leitungen zum Übertragen der elektrischen Versorgungsspannung als Überlagerung auf dem Versorgungsspannungssignal überträgt.

11. Geophonkabel für eine Vorrichtung zur seismischen Datenerfassung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

1. mit mindestens zwei Leitungen zur analogen Datenübertragung und

2. mit mindestens zwei Leitungen zur digitalen Datenübertragung,

3. wobei Steckverbindungen für den Anschlug von Geophonen an die analogen Leitungen vorgesehen sind.

12. Geophonkabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dag mindestens zwei Leitungen für eine Spannungsversorgung vorgesehen sind.