DE2535259A1

DE2535259A1 - Underground strata investigating system - measures changes in permittivity and conductivity to reveal inhomogeneities

Info

Publication number: DE2535259A1
Application number: DE19752535259
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Blum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1977-02-10

Abstract

An underground strata investigation system to reveal faults in the strata, and which may be used for exploration for hydrocarbons, measures changes in the permittivity for hydrocarbons, measures changes in the permittivity and/or conductivity of the strata. These changes are measured by reflect electromagnetic waves preferably in the frequency range between 100 kHz and 3 MHz. Reflections from layers near the surface and in greater depths are measured separately, discriminated by different propagation times. The method uses a transmitter and receiver, spaced apart by a distance according to the wavelengths used. The receiver uses a spaced apart set of aerials.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entdeckung geologischer InhQmogenitäten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entdeckung von geologischen Inhomogenitäten, z.B. zur Feststellung von tief im Erdboden liegenden Bodenschätzen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen und d Salzvorkommen, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens Die bisherigen Verfahren zur Feststellung derartiger Dodenschätze beruhen vorwiegend auf seismischer Grundlageq Es handelt sich dabei um durch kleine Explosionen ausgelöste Schallwellen, deren reflektierte oder refraktierte Signale in am Erboden angebrachten Alilçrophollen empfangen werden, und deren Laufzeit einen Aufschluß iiber die im Erdinneren vorhandenen Schichtgrenzen zwischen verschiedenen Stoffen gibt. Method and device for the discovery of geological inhQogeneities The invention relates to a method for the discovery of geological inhomogeneities, e.g. for the determination of mineral resources lying deep in the ground, in particular of hydrocarbons and salt deposits, as well as devices for implementation of the procedure The previous procedures for the determination of such dode treasures are mainly based on seismic basisq These are due to small Sound waves caused by explosions, their reflected or refracted signals are received in Alilçrophollen attached to the ground, and their running time is one Information about the layer boundaries between different layers in the interior of the earth There are fabrics.

Es ist mit derartigen Verfahren aber nicht, oder doch nur sehr bedingt möglich, einen Aufschluß iiber die Art der im Erdinneren vorhandenen Stoffe zu erhalten. hierzu ist es normalerweise nötig, Versuchsbohrungen zu machen, die einen sehr hohen finanziellen Aufwand erfordern, und von denen nur ein sehr geringer Prozentsatz fündig wird.However, it is not with such procedures, or at least only to a very limited extent possible to obtain information about the nature of the substances present in the earth's interior. for this it is usually necessary to make test bores, the require a very high financial outlay, and only a very small one Percentage will find what they are looking for.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu erfinden, mit dem es möglich ist, unterschiedliche Stoffe, die mit seismischen Methoden nicht differenzierbar sind, zu identifizieren.The object was therefore to invent a method with which it it is possible to identify different substances which cannot be differentiated with seismic methods are to be identified.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe der Feststellung von Inhomogenitäten im Erdinneren dadurch gelöst, daß Änderungen der Dielektrizitätskonstanten und/oder der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit mit Hilfe der Reflexion elektromagnetischer Strahlungen vorzugsweise im Frequenzbereich von 100 KHz bis 3 MHz gemessen werden, wobei die Reflexionen aus oberflächennahen Schichten und aus größerer Tiefe getrennt gemessen werden, und wobei diese Diskriminierung aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten dieser Wellenanteile erfolgt.According to the invention, this object is to determine inhomogeneities solved in the earth's interior that changes in the dielectric constant and / or the specific electrical conductivity with the help of the reflection of electromagnetic Radiations are preferably measured in the frequency range from 100 KHz to 3 MHz, whereby the reflections from near-surface layers and from greater depths are separated be measured, and taking this discrimination based on the different Run times of these wave components takes place.

Die Hektometerwellen dieses Frequenzbereiches haben die vorzügliche Rigenschaft,sich im Erdinneren ohne große Dämpfung auszubreiten und werden nur in der iiußersten Oberflächenschicht, in denen sich das Grundwasser befindet stark absorbiert. Genauere Betrachtungen haben gezeigt, daß eine Systemleistungsfähiceit, d. h. eine System-Performance (Performance = Sendepegel zu Empfangspegel), von etwa 100 bis 120 dB ausreicht, um das Erdinnere bis zu einer Tiefe von mehreren tausend Netern auszuloten.The hectometer waves in this frequency range are excellent Rigidity to expand in the interior of the earth without great attenuation and are only in the outermost surface layer in which the groundwater is strong absorbed. Closer observations have shown that a system performance d. H. a system performance (performance = transmit level to receive level) of about 100 to 120 dB is enough to cover the interior of the earth to a depth of several thousand To sound out Netern.

Das bedeutet, daß bei einer Empfangerempfindlichkeit von 10-12 bis 10-14 Watt Sendeleistungen in der Größenordnung von 1 Watt voll ausreichen.This means that with a receiver sensitivity of 10-12 to 10-14 watts of transmitting power in the order of 1 watt are fully sufficient.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der kolnplexe Reflexionsfaktor gemessen und nach Real- und Imaginäranteil zerlegt 1 wodurch die Nussage möglich wird, ob es sich um eine änderung der Leitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstanten im Erdinneren handelt.According to a further concept of the invention, the complex reflection factor measured and broken down into real and imaginary parts 1 which makes the nutshell possible whether it is a change in the conductivity or the dielectric constant acts in the interior of the earth.

Daher wird es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung möglich, organische Stoffe, vorzugsweise holllenwasserstoffe, zu entdecken, da diese eine extrem niedrige elektrische Leitfähigke-it besitzen und sich damit erheblich von den benachbarten mineralischen Stoffen unterscheiden.Therefore, according to a further concept of the invention, it becomes possible to discover organic substances, preferably hydrocarbons, as this is a have extremely low electrical conductivity and thus differ considerably from distinguish the neighboring mineral substances.

Nach einem weiteren Grundgedanlcen der Erfindung werden Sender und Empfänger an zwei verschiedenen Orten aufgestellt, wobei deren -Abstand groß ist im Verhältnis zur benutzten Wellenlänge. Durch diese Maßnahme ivird sicher gestellt, daß nur ein geringer Anteil der Sendeenergie über den freien Raum an den Empfänger gelangt und eine Detektierung der durch die geologischen Schichten gelangenden Strahlen möglich wird.According to a further basic idea of the invention, transmitters and Receiver set up in two different locations, the distance between them being large in relation to the wavelength used. This measure ensures that that only a small proportion of the transmission energy about the free space reaches the recipient and a detection of the geological layers reaching rays is possible.

Werden an den Empfänger mehrere Antennen in definierten Abständen angekoppelt und die Laufzeit der ankommenden Energieanteile phas enricht ig dem Elllpfäl7ger zugeleitet, so kann in an sich bekannter Weise eine wesentliche Verschärfung des Empfangs diagramms erreicht werden.Several antennas are attached to the receiver at defined distances coupled and the running time of the incoming energy components in the correct phase Elllpfäl7ger supplied, a substantial tightening can be made in a manner known per se of the reception diagram can be achieved.

Durch entsprechende Phasenschieber wird auch eine Schwenkung des Diagramms möglich, so daß eine unterirdlische Profilabtastung durchführbar ist. Um die reflektierte Welle zu detektieren oder ihre Laufzeit zu bestimmen, wird erfindun$sgemäß vorgeschlagen, eine Nachrichtentibertragungs strecke zwischen Sender und Empfänger einzurichten, welche die exakte Phasenlage der Sendefrequenz an den Empfänger übermittelt.Appropriate phase shifters also allow the diagram to pivot possible, so that an underground profile scan can be carried out. To the reflected To detect a wave or to determine its transit time, it is proposed according to the invention, to set up a message transmission link between sender and recipient, which transmits the exact phase position of the transmission frequency to the receiver.

Erfindungsgemäß wird eine noch genauere Ortung der im Erdinneren liegenden Inhomogenitäten möglich, wenn mehrere Sender über größere Entfernungen örtlich getrennt angeordnet werden, die im Gleichwellenbetrieb arbeiten, und die iiber geeignete Übertragungsstrecken phasenmäßig synchronisiert sind. Werden diese einzelnen Sender gegeneinander in ihrer Phase gesteuert, so kann durch eine Auswertung des Empfangssignals hinsichtlich des Phas-enmaximums der Reflexion das geologische Profil ermittelt werden.According to the invention, an even more precise localization of those in the interior of the earth is possible Inhomogeneities possible if several transmitters are spatially separated over greater distances which work in single-frequency operation and which have suitable Transmission links are synchronized in phase. Become these individual broadcasters controlled against each other in their phase, so can by an evaluation of Received signal with regard to the phase maximum of the reflection the geological profile be determined.

Das inverse Verfahren, nur einen Sender zu benutzen und durch Einsatz von Empfängern an verschiedenen Beobachtungsorten, deren Einpfangsspannungen an einen zentralen Auswerteort übertragen werden, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung selbstverständlich ebenfalls möglich. Auch hier kann durch eine geeignete Phasenschieberschaltung das Phasenmaximum der Reflexion durch das geologische Profil geschoben werden.The inverse process of using only one transmitter and through use of receivers at different observation locations, their reception voltages to be transmitted to a central evaluation location is after a further thought of the invention is of course also possible. Here too, a suitable Phase shifter circuit the phase maximum of the reflection by the geological profile be pushed.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden der Sender und der Empfänger in einem gegenüb-er der Wellenlänge kurzen Abstand angeordnet und durch geeignete Entkopplungsmaßnahmen das direkte Übersprechen der Sendestrahlung praktis-ch verhindert. Eine solche Entkopplungsmaßnahme kann z.B. darin bestehen, die Sende- und Empfangsantennen verschieden zu polarisieren. Damit wird die direkte Welle nicht vom Empfänger aufgenommen; die vom Erdinneren reflektierte Welle wird jedoch praktisch immer in ihrer Polarisationsrichtung gedrebt, und dadurch durch die Empfangsantenne detektierbar. Eine weitere Entkopplungsmaßnahme kann durch eine zusätzliche Ankopplung der Senderstrahlung an den Empfänger vorgenommen werden.According to a further idea of the invention, the transmitter and the Receiver arranged at a short distance from the wavelength and through suitable decoupling measures the direct crosstalk of the transmitted radiation practical prevented. Such a decoupling measure can, for example, consist in the transmission and polarize receiving antennas differently. So the direct wave is not recorded by the recipient; however, the wave reflected from the Earth's interior becomes practical always rotated in their polarization direction, and thereby through the receiving antenna detectable. A further decoupling measure can be achieved by an additional coupling the transmitter radiation to the receiver.

Die Laufzeit der elektromagnischen Welle vom Sender über die Reflexion zum Empfänger stellt ein Naß für die Lage der Inhomogenität im Erdinneren dar. Gemäß der Erfindung kann diese Laufzeit durch die Frequenzänderung ermittelt werden, die nötig ist, um von einem Phasenmaximum zum nächsten zu gelangen.The transit time of the electromagnetic wave from the transmitter via the reflection to the receiver represents a wet for the position of the inhomogeneity in the interior of the earth the invention, this transit time can be determined by the frequency change, the is necessary to get from one phase maximum to the next.

Zur Durchführung des Verfahrens in seinen verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vielzahl unterschiedlich aufgebauter Vorrichtungen Verwendung finden, die alle über einen Sender elektromagnetischer Wellen und einen Empfänger für diese Wellen verfügen, in dem die ausgesandten Wellen nach Phase und/oder Frequenz mit den aus dem Erdinneren reflektierten ellen verglichen werden Als Sende- und Empfangsantennen sind z.B. magnetische Richtantennen zweclmaßig, z.B. Raiuen- oder Ferritantennen. Diese können beweglich iiber dem Erdboden angeordnet werden, in einem Abstand zueinander, der etwa gleich oder groß ist gegenüber der verwendeten Wellenlänge. Dadurch wird ein direktes Übersprechen des Senders auf den Empfänger auf ein Minimum reduziert. Dies gestattet den Einsatz eines extrem hoch verstärkenden Empfängers1 wodurch erst der Empfang der extrem kleinen, aus tiefliegenden Erdschichten reflektierten Schwingungen möglich wird. Diese mit einer Phasenverschiebung zurückkommende Schwingung wird mit der direkten Senderschwingung überlagert bzw. verglichen. Dazu ist allerdings erforderlich, daß dem Empfänger über eine Nachrichtenverbindung die exakte Phasenlage der Senderschwingung übermittelt wird.To carry out the method in its various embodiments a large number of differently constructed devices can be used, all of which have a transmitter of electromagnetic waves and a receiver for them Waves have in which the emitted waves according to phase and / or frequency with the cells reflected from the interior of the earth are compared as transmitting and receiving antennas are e.g. magnetic directional antennas, e.g. Raiuen or ferrite antennas. These can be arranged movably above the ground, at a distance from one another, which is about the same or larger than the wavelength used. This will direct crosstalk from the transmitter to the receiver is reduced to a minimum. This allows the use of an extremely high gain Recipient 1 whereby only the reception of the extremely small, from deep layers of the earth reflected Vibrations becomes possible. This oscillation that comes back with a phase shift is superimposed or compared with the direct transmitter oscillation. In addition, however required that the receiver has the exact phase position via a communication link the transmitter vibration is transmitted.

Um die erheblichen Energieverluste zu vermeiden, die beim uebergang der Senderwelle von Luft in den Erdboden durch Reflexion entstehen, kann z.B.- die Sendeantenne in ein Dielektrikum eingebettet werden, das eine Dielektrizitätskonstante besitzt, die annähernd gleich derjenigen des Erdbodens ist. Der aus Sendeantenne mit umgebenden Dielektrikum bestehende Block wird in ein flaches Bohrloch versenkt,'wobei -das Dielektrikum etwa den Durchmesser des Bohrloches hat und dieses ungefähr ganz ausfüllt. Dadurch erfolgt eine wesentlich verlustfreiere Einstrahlung dersSendeenergie in den Erdboden.In order to avoid the significant energy losses that occur during the transition of the transmitter wave from air into the ground caused by reflection, for example - the Transmitting antenna can be embedded in a dielectric, which has a dielectric constant which is approximately equal to that of the ground. The one from the transmitting antenna existing block with surrounding dielectric is sunk into a shallow borehole, 'whereby -the dielectric has about the diameter of the drill hole and this about the whole fills out. This results in a significantly less loss-free irradiation of the transmission energy in the ground.

In einem andercn Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind der Sender und der Empfänger in einem Abstand zueinander angeordnet, der sehr klein ist gegenüber der verwendeten Wellenlänge.In another embodiment of a device for implementation of the method, the transmitter and the receiver are arranged at a distance from one another, the is very small compared to the wavelength used.

Der Sender/Empfä'nger-Abstand kann so klein sein, daß beide Teile starr miteinander verbunden werden können, so daß eine leicht über das Gelände bewegliche Einheit entsteht.The transmitter / receiver distance can be so small that both parts can be rigidly connected to each other, so that one can easily be moved over the terrain Unity arises.

Um auch hier eine weitestgehende Unterdriickllng des direkten Übersprechens vom Sender auf den Empfänger zu erreichen, werden verschieden polarisierte Antennen verwandt. Zusatzantennen können die Richtcharakteristik der Antennen verschärfen und zu einer weiteren Entlçopplung von Sender und Empfänger beitragen. Verbleibende Störspannungen lassen sich beseitigen durch die Aushlendung einer nach Phase und Amplitude veränderbaren Kompensationsspannung und ihre Übertragung auf den Empfänger . -nei einem anderen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Le der Inhomogenität im Erdinneren durch Nessung der Laufzeit der Welle vom Sender über die reflektierende Schicht in der Tiefe der Erde und weiter zum Empfänger bestimmt.Here too, the greatest possible suppression of direct crosstalk To reach from the transmitter to the receiver, antennas are differently polarized related. Additional antennas can sharpen the directional characteristics of the antennas and contribute to a further decoupling of transmitter and receiver. Remaining Interference voltages can be eliminated by blanking out one after phase and Amplitude variable compensation voltage and its transmission to the receiver . In another embodiment of a device for performing the Method is the Le of the inhomogeneity in the earth's interior by measuring the transit time of the wave from the transmitter over the reflective layer in the depths of the earth and further intended for the recipient.

Diese Vorrichtung werwendet einen definiert frequenz-und phasenmodulierten Sender. Die während der Laufzeit der Welle erfolgte Frequenzänderung des Senders ist dabei ein Maß für die Tiefe der reflektierenden Schicht.This device uses a defined frequency and phase modulated Channel. The during the term frequency change occurred to the wave of the transmitter is a measure of the depth of the reflective layer.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfinddung in einer' ersten Ausführungsform mit Sender und Empfänger über der Erde und dem Verlauf der vom Sender ausgestrahlten Welle, wobei die reflektierende Schicht durch Messung der Phnsenvers cliiebuna zwischen nbgestrahlter und reflektierter Welle detektiert wird, Fig. 2 schematisch eine Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 3 schematisch eine mit einem Dielektrikum umgebene, in die Erde eingebettete Senderantenne, Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei der ebenfalls durch Messung der Phasenverschiebung zwischen abgestrahlter und reflektierter Welle das Vorhandensein einer- reflektierenden Schicht ermittelt wird, Fig. 5 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem dritten Ausfiihrungsbe-ispiel, bei welcher die Tiefe der reflektierenden Schicht durch Frequenzvergleich der abgestrahlten und der empfangenen Welle bestimmt wird, und Fig. 6 ein Neßdiagramm, das mit einer dieser Vorrichtungen in einem Erdölfeld aufgenommen wurde.In the drawing, the invention is shown in several exemplary embodiments shown. The figures show: FIG. 1 schematically a device according to the invention in a 'first embodiment with transmitter and receiver above the ground and the Course of the wave emitted by the transmitter, whereby the reflective layer passes through Measurement of the Phnsenvers cliiebuna between radiated and reflected waves is detected, Fig. 2 schematically an explanation of the functioning of the device according to Fig. 1, Fig. 3 schematically a surrounded with a dielectric, in the ground embedded transmitter antenna, Fig. 4 schematically shows a device according to the invention in a second embodiment, also by measuring the phase shift between emitted and reflected wave the presence of a reflective Layer is determined, Fig. 5 schematically shows a device according to the invention in a third exemplary embodiment, at which the depth of the reflective layer by comparing the frequency of the emitted and received Wave is determined, and Fig. 6 is a measurement diagram obtained with one of these devices was recorded in an oil field.

In Fig.1 ist mit 1 die Erdoberfläche bezeichnet, auf der ein Sender 2 mit Antenne 2a und ein Empfänger 3 mit Antenne 3a plaziert sind. Innerhalb des Erdreiches ist eine erdölführende Sandschicht 4 eingezeichent. Von der Senderantenne 2a läuft eine elektromagnetische Welle 5 zu dieser erdölführenden Schicht, wird dort reflektiert und läuft als reflektierte Welle 5a zurück zum Empfänger 3.In Fig.1, 1 denotes the surface of the earth on which a transmitter 2 with antenna 2a and a receiver 3 with antenna 3a are placed. Within the A petroleum-bearing sand layer 4 is shown in the ground. From the transmitter antenna 2a, an electromagnetic wave 5 travels to this oil-bearing layer reflected there and travels back to receiver 3 as reflected wave 5a.

Der Abstand "a" von Sender 2 und Empfänger 3 entspricht mindestens der verwendeten Wellenlänge, oder ist groß gegenüber dieser.The distance "a" between transmitter 2 and receiver 3 is at least equal to the wavelength used, or is large compared to this.

Zwischen dem Sender 2 und dem Empfänger 3 besteht eine direkte Nachrichtenverbindung 6, welche die exakte Phasenlage der abgestrahlten Welle vom Sender an den Empfänger übermittelt.There is a direct communication link between the transmitter 2 and the receiver 3 6, which shows the exact phase position of the emitted wave from the transmitter to the receiver transmitted.

Fig.2 veranschaulicht schematisch die Wirkungsweise der Vorrichtung. Es ist auf der Senderseite die abgestrahlte Welle 5 in ihrer Phasenlage dargestellt, mit welcher diese Welle in das Erdreich eindringt. Die gleiche Welle 5 erscheint auch mit konstanter Phasenlage auf der Empfänger seite, wohin sie durch die Nachrichtenverbindung 6 geleitet wird.2 schematically illustrates the mode of operation of the device. The phase position of the emitted wave 5 is shown on the transmitter side, with which this wave penetrates the ground. The same wave 5 appears also with constant phase position on the receiver side, wherever they go through the communication link 6 is directed.

Gegenüber dieser Phasenlage ist die in das Erdreich gedrungene und an der ölführenden Schicht reflektierte Welle 5a in ihrer Phase um einen gewissen Betrag verschoben, da sie einen anderen Weg zurückgelegt hat, bis sie den Empfänger 3 erreicht. In diesem Empfänger 3 ist ein an sich bekannter Phas endiskriminat or enthalten (nicht dargestellt), der diese Phasenverschiebung mißt.Opposite this phase position is that which has penetrated into the ground and wave 5a reflected in its phase by a certain amount on the oil-carrying layer Amount postponed because it has traveled a different route before reaching the recipient 3 reached. In this receiver 3, a phase known per se is end discriminatory or included (not shown) that measures this phase shift.

Da einerseits die verwendete Wellenlnge bekannt ist, und andererseits der Abstand "a" wischen Sender und Empfänger bekannt ist, kann unter Umständen die Tiefe, in welcher im Erdreich die Reflexion stattgefunden hat, relativ genau bestimmt werden1 nämlich dann, wenn diese Tiefe, etwa aus anderen Gründen, in der Größenordnung soweit bekannt ist, daß feststeht, um wievicl ganze Wellenlängen, d.h. um wieviele ganze Vielfache von 2# (=3600) die reflektierte Welle phasenverschoben sein muß.Because on the one hand the used wavelength is known, and on the other hand the distance "a" between sender and receiver is known, may be the The depth at which the reflection took place in the ground is determined relatively precisely will1 namely when this depth, for other reasons, is of the order of magnitude it is known to the extent that it is known by how many whole wavelengths, i.e. by how many whole multiples of 2 # (= 3600) the reflected wave must be out of phase.

Mißt man die darüberhinaus eingetretene Phasenverschiebung # so kann man aus ' + n . 3600 die genaue Weglänge berechnen, die die reflektierte Welle zurückgelegt hat.If one measures the phase shift that has also occurred # so can be made from '+ n. 3600 calculate the exact path length of the reflected wave has covered.

Die gemessene Phasenverschiebung hat dabei vergleichs -weise einen Nonius-Effekt. Aus dieser Weglänge läßt sich dann auch die genaue Tiefe der reflektiertenden Schicht errechnen.The measured phase shift has a comparatively one Vernier Effect. The exact depth of the reflected Calculate shift.

Um den Eingangswiederstand der Welle 5 in das Erdreich möglichst gering zu machen, kann die Senderantenne 2a direkt in das Erdreich versenkt sein. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. Es handelt sich dabei um eine Ferritantenne, die VOn einem Dielektrikum E3 umgeben ist, dessen Dielektrizitätskonstante #1 etwa der Dielektrizitätskonstante #2 des umgebenden Erdreiches entspricht. Die Antenne mit Dielektrikum ist in eine -Ausnehmwlg im Erdreich versenlct, wobei darauf zu achten ist, daß das Erdreich das Dielektrikum möglichst eng umgibt ,, d.h. das Dielelctrikum die Erdausnehmung möglichst voll ausfiillt. Unter dieser Voraussetzung wird der Energieverlust der Welle 5 beim Übergang in das Erdreich erheblich reduziert.To the input resistance of the shaft 5 in the ground as low as possible To make, the transmitter antenna 2a can be sunk directly into the ground. this is shown in FIG. It is a ferrite antenna that is of a Dielectric E3 is surrounded, whose dielectric constant # 1 is about the dielectric constant # 2 corresponds to the surrounding soil. The antenna with dielectric is in a -Ausausnehmwlg sunk in the ground, taking care that the ground the dielectric surrounds the dielectric as closely as possible, i.e. the dielectric surrounds the recess in the ground as fully as possible. Under this condition, the energy loss becomes the Wave 5 significantly reduced at the transition into the ground.

Dach dem gleichen Prinzip arbeitet eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens, wie sie in Fig.4 dargestellt ist. Gegenitber der Ausführungsform getnäß Fig. 1 ist hier allerdings der Abstand "a" zwischen Sender und Empfänger sehr klein im Verhältnis zur verwendeten Wellenlänge. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Sender und 7Empfänger zu einer Binheit zus ammenzuhauen, die leicht im Gelände beweglich ist.An embodiment of a device works according to the same principle for carrying out the method as shown in FIG. Opposite the Embodiment according to FIG. 1, however, is the distance "a" between the transmitter and receiver very small in proportion the wavelength used. This makes it possible to combine the sender and receiver into a single unit nurses that are easy to move in the field.

Durch die räumliche Nähe von Sender und Empfänger besteht hier allerdings in besonders hohem Maße die Gefahr des Übersprechens,- d. h. es besteht die Gefahr, -daß die relativ energieschwache reflektierte Welle 5a in der mit vergleichsweise hoher Energie abgestrahlten und vom Empfänger 3 auch direkt aufgenommenen Welle 5 untergeht.Due to the close proximity of the transmitter and receiver, however, there is here to a particularly high degree the risk of crosstalk, - d. H. there is a risk -that the relatively low-energy reflected wave 5a in the with comparatively high energy emitted and also directly picked up by the receiver 3 wave 5 goes down.

Um dies zu verhindern sind die Senderantenne 2a und die Empfängerantenne 3a verschieden - polarisiert, wodurch eine nahezu vollständige Entkopplung von Sender und Empfänger erreicht wird. Außerdem können Zusatzantennen vorgesehen sein (nicht gezeigt), welche die Richtcharakteristik der Antennen verschärfen und die Entkopplung noch weiter treiben.To prevent this, the transmitter antenna 2a and the receiver antenna are used 3a differently - polarized, resulting in an almost complete decoupling of the transmitter and recipient is reached. Additional antennas can also be provided (not shown), which sharpen the directional characteristics of the antennas and the decoupling drift even further.

Die in Fig.5 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Gegensatz zu den vorherbeschriebenen Vorrichtungen, die auf dem Prinzip der Phasendiskriminierung beruhen, eine Vorrichtung, die auf einer reinen Laufzeitmessung der reflektierten Welle beruht. Die Lage der Inhomogenität im Erdinneren wird durch Messung der Laufzeit der Welle vom Sender über die reflektierende Schicht in der Tiefe zum Empfänger bestininit. Es wird dabei ein definiert frequenz- und phasen-modulierter Sender verwendet. Die während der Laufzeit der Welle erfolgte Frequenzänderung ist dabei ein Naß für die Tiefe der reflektierenden Schicht.The device shown in Figure 5 for performing the method is in contrast to the devices previously described, which are based on the principle of Phase discrimination based, a device that is based on a pure transit time measurement the reflected wave is based. The location the inhomogeneity in the interior of the earth is made by measuring the transit time of the wave from the transmitter over the reflective layer bestininit in depth to the recipient. There is a defined frequency and phase-modulated transmitter used. Which took place during the runtime of the wave Frequency change is a factor in the depth of the reflective layer.

In der Fig.5 geht zur Zeit t1 vom Sender 20 eine Welle der Frequenz Xt 1 aus und gelangt zu einer späteren Zeit t2 über die Reflexionsfläche zum Empfänger 30.In FIG. 5, at time t1, a wave of the frequency goes from the transmitter 20 Xt 1 and arrives at a later time t2 via the reflective surface to the receiver 30th

der frequenzmodulierte Sender 20 hat zur Zeit t2 aber die Frequenz #t2. Diese wird dem Empfänger 30 über eine Nachrichtenverbindung 60 direkt zugeführt und der reflektierten Frequenz Mt überlagert. Die Differenzfrequenz X t - st wird verstärkt und angezeigt.however, the frequency-modulated transmitter 20 has the frequency at time t2 # t2. This is fed directly to the receiver 30 via a communication link 60 and the reflected frequency Mt superimposed. The difference frequency X t - st becomes amplified and indicated.

Eine solche Vorrichtung eignet sich auch zur automatischen Aufzeichnung kompletter Reflexionsprofile.Such a device is also suitable for automatic recording complete reflection profiles.

Die Verwendung eines digitalen Frequenzgenerators ist dabei von Vorteil.The use of a digital frequency generator is an advantage here.

In Fig.6 sind Neßdiagramme gezeigt, die mit einer der vorbeschriebenen Vorrichtung in einem Frdölfeld Norddeutschlands aufgenommen wurden. Die obere Kurve 71 zeigt Reflexionen, die durch Leitfvihiglçeitsu1ltersclliede in den oberen Bodenschichten verursacht werden. Da dieser reflektierte Wellenanteil nur einen relativ kurzen Weg zurückgelegt hat, ist er nur geringfügig in seiner Phase verschoben. Dies wird ausgenutzt, um ihn von den gesuchten Reflexionen aus großer Tiefe zu unterscheiden.In Fig. 6 Neßdiagrams are shown with one of the above-described Device were recorded in a oil field in Northern Germany. The upper curve 71 shows reflections caused by Leitfvihiglçeitsu1ltersclliede in the upper soil layers. Because this reflected wave component has only traveled a relatively short distance, he is only marginally in his Phase postponed. This is taken advantage of in order to distinguish him from the reflections he is looking for great depth to distinguish.

Die Kurve 71 wird bei der Suche nach tiefliegenden 01-und Gasvorkommen im allgemeinen nicht ausgewertet und dient nur zu Kontrollzwecken. Sie zeigt an, ob die darunter gezeigte zweite Kurve 72 (=das Tiefenprofil) frei von unerwünschten Störeinflüssen aus ob erflächennahen Bodenschichten ist.The curve 71 is used in the search for deep oil and gas deposits generally not evaluated and is only used for control purposes. It indicates whether the second curve 72 shown below (= the depth profile) is free of undesirable Interfering influences from whether there is soil layers close to the surface.

Die zweite Kurve 72 stellt die Reflexion der ausgesandten elektromagnetischen Welle in größerer Tiefe dar, z.B.The second curve 72 represents the reflection of the emitted electromagnetic Wave at greater depth, e.g.

zwischen 1000 und 2000 m Tiefe, in der viele Ölvorkommen Deutschlands liegen. Sobald das Neßprofil an der Erdoberfläche in eine Zone eintritt, in der in der Tiefe mit Öl imprägnierte Sandschichten vorhanden sind, tritt eine deutliche Erholung der Reflexion der eingestrahlten Welle auf, wie das in der zweiten Kurve 72 durch erhöhten Meßwerksausschlag zu erkennen ist.between 1000 and 2000 m depth, in which many oil deposits in Germany lie. As soon as the Neßprofil occurs on the surface of the earth in a zone in which If there are layers of sand impregnated with oil in the depth, there is a noticeable difference Recovery of the reflection of the incident wave, as in the second curve 72 can be recognized by the increased movement of the movement.

Hierdurch sind die Grenzen des Ölvorkommens leicht auffindbar. Die Punkte 73 bedeuten jeweils den Beginn und das )<nde der ölführenden Schicht.This makes it easy to find the limits of the oil reserves. the Points 73 each mean the beginning and the end of the oil-bearing layer.

Claims

Expectations

Method for the discovery of inhomogeneities in the earth's interior, thereby characterized in that changes in the dielectric constant and / or the specific electrical conductivity with the help of the reflection of electromagnetic radiation are preferably measured in the frequency range from 100 KHz to 3 MHz, the Reflections from layers close to the surface and from greater depths measured separately be, and with this discrimination due to the different maturities this wave portion takes place.

2.) The method according to claim 1, characterized in that a discrimination between geological dielectric and conductance inhomogeneities through evaluation of the complex reflection functor.

3.) Process according to claims 1 and 2, characterized in that that the process for the discovery of organic substances, preferably hydrocarbons is used.

ii.) Verfa, firen according to claims 1 to 3, characterized in that that the sender and the receiver are in two different places in one in relation for the wavelength used must be set up at a large distance from one another.

5.) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the receiver over a number of equidistant distances on the ground installed antennas is operated, with a suitable phase shifter Tightening of the antenna pattern is achieved.

6.) Method according to one or more of the preceding tests characterized in that there is a communication link between the transmitter and receiver is made, which the exact phase position of the transmitter frequency to the receiver transmitted.

7.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that several transmitters are used, which are spatially separated are arranged and work in single-frequency mode, and over suitable transmission links are synchronized in phase.

8.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the individual transmitters are controlled in relation to one another in their phase and that the phase maximum of the reflection of a suitable phase shift circuit is pushed through the geological profile.

9.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that several receivers are used using only one transmitter are used at different observation locations, their receiving voltages increase a central evaluation location, where the signals are compared for their phase position will.

10.) Process according to claims 1 to 3 and 6, characterized in that that the transmitter and the receiver are arranged at a distance from one another, the is short compared to the wavelength used (e.g. between 1 and 1 of the wavelength), and that through 100 2000 suitable decoupling measures, direct crosstalk the transmission radiation on the receiver is practically avoided.

11.) The method according to claim 10 @ characterized gelcellnzeich that the The transmitting and receiving antennas are polarized differently.

12.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the operating wavelength is small during the measurement Amounts are changed, and thus an evaluation with regard to the runtime the wave to the reflection point and back is made possible.

13.) Device for performing the method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the transmitting antenna (2a) and Receiving antenna (ga) a magnetic directional antenna, for example a loop antenna or a ferrite antenna is used.

14.) Apparatus according to claim 13, characterized in that one Additional antenna provided. is, - which is a greater shift in the antenna pattern causes in the ground.

1.5.) Device for performing the method according to one or Several of claims 1 to 12, characterized in that it lies on any a phase transfer is made between the transmitter and receiver.

16.) Device for performing the method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the transmitting antenna (2a) and the Receiving antenna (3a) are magnetic directional antennas, for example loop antennas, which are sunk into the ground, e.g. buried.

17.) Apparatus according to claim 16, characterized in that the Directional antenna is surrounded by a dielectric (8) whose dielectric constant (e) is approximately equal to that of the surrounding soil.

18.) Device according to claims 16 and 17, characterized in that that the dielectric (8) has approximately the diameter of the surrounding borehole.

19.) Device for performing the method according to claim 12, characterized in that means are provided which allow the vdm Emitter (2) emitted electromagnetic radiation defined frequency and phase modulation, tmd that a corresponding evaluation circuit is available, which the reflection profiles records directly.

20.) Device according to claim 19, characterized in that as A digital frequency generator is used to control the transmission frequency will.

21.) Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that that means are provided to the masking out unwanted interference voltages Feed the receiver a compensation voltage of variable phase and amplitude.