Die Versuche, mit Fallgewichten seismische Energie zu erzeugen, sind so alt wie die Seismik selbst, oder besser gesagt, sie sind noch älter, denn bereits im Jahre 1910 hatte Prof. Mintrop mit einem Fallgewicht Refraktionseinsätze erzeugen wollen, allerdings ohne praktischen Erfolg.

Auf der Suche nach sprengstofflosen Energiequellen für die angewandte Seismik hat das Fallgewicht immer eine gewisse Rolle gespielt. Die mit dem Fallgewicht erzielten seismischen Ergebnisse waren zwar lange Zeit unbefriedigend, sie wurden jedoch besser, als mit der Weiterentwicklung der Stapeltechnik und mit der digitalen Bearbeitung der Messungen bessere Voraussetzungen für diese Methode geschaffen worden waren.

In jahrelanger Praxis haben bereits Dr. Deppermann und Mitarbeiter bewiesen, wie gut sich mit dem Fallgewicht refraktionsseismische Untersuchungen durchführen lassen. Viele Vermessungen für Aufgaben der Ingenieur-Geologie und der Hydrogeologie, die im Rahmen der Tätigkeit der Landesämter ausgeführt wurden, belegten ihren Erfolg und ihre Wirtschaftlichkeit *).

In Gemeinschaftsarbeit von Wissenschaftlern und Technikern des Landesamtes und Bundesamtes für Bodenforschung und von PRAKLA-SEISMOS wurde in letzter Zeit Fallgewichtsseismik durchgeführt, über deren Ergebnisse hier berichtet wird.

Für die Qualität der erzielten Ergebnisse sind vor allem drei Faktoren maßgebend:

1. die Möglichkeit des zeitlich äußerst exakten vertikalen digitalen Stapelns, wodurch das Herausheben selbst sehr kleiner Nutzsignale aus einem großen Störpegel möglich ist,

2. die Technik des horizontalen Stapelns,

3. die hochentwickelten digitalen Bearbeitungsprozesse der Meßdaten.

Digitales vertikales Stapeln wird bereits seit mehreren Jahren in unseren VIBROSEIS-Feldtrupps mit dem FeldStapler ADD-IT durchgeführt. Es lag nahe, diesen Stapler auch in der Fallgewichtsseismik einzusetzen.

Bei den refraktionsseismischen Aufnahmen genügte bereits ein Aufschlag (Drop) der verwendeten 100 kg Kugel um bis zu einer Entfernung von 200 m deutlich lesbare Ersteinsätze zu erhalten. Die hierbei erreichte Eindringtiefe genügte oft für die in der Ingenieurgeologie und Hydrogeologie gestellten Aufgaben. Für größere Beobachtungsentfernungen - bis etwa 1000 m - waren Stapelungen von 4 bis 32 Drops erforderlich, um gute Ersteinsätze zu bekommen.

Bei den reflexionsseismischen Aufnahmen war durchwegs eine größere Multiplizität erforderlich. Abbildung 1 zeigt eine ungefilterte Profilsektion in Einfachüberdeckung. Trotz 32-facher vertikaler Stapelung sind keine Reflexionshorizonte zu erkennen. Eine Analogfilterung in dem hochfrequenten Bereich 6418 bis 10818 ergibt bereits Andeutungen für Reflexionshorizonte (Abbildung 2). Erst bei einer 6-fach Überdeckung desselben Profilabschnittes, der digital gefiltert (5024 bis 9024) und mit automatischen statischen Nachkorrekturen behandelt wurde, zeigen sich gute Reflexionshorizonte bei 200 ms und 350-400 ms (Abbildung 3).

Für die Anregung der Energie wurde auch hier eine 100 kg schwere Kugel verwendet, die aus zwei Meter Höhe auf eine Metallplatte auffiel. 32 Drops (Aufschläge der Metallkugei an ein und demselben Ort) wurden jeweils durchgeführt bei einer Auslage von 230 m und einem Anlauf von 60 m. Die Geophongruppen (Abstand untereinannder 10 m) enthielten jeweils 24 Geophone und eine Aufstellung war mit 24 Geophongruppen besetzt. Die in Abbildung 3 gezeigte Profilsektion läßt also erkennen, daß flache Horizonte mit der uns heute zur Verfügung stehenden Technik in guter Qualität erhalten werden.

Als Anwendungsgebiet der hier beschriebenen Fallgewichts-Reflexionsseismik kommen ebenfalls Ingenieurgeologie und Hydrogeologie sowie außerdem Lagerungsprobleme im Bergbau in Betracht. Ihre Anwendung ist wirtschaftlich reizvoll, weil durch eine zweckmäßige Organi-

sation des Feldbetriebes und wegen des gegenüber einem " normalen" seismischen Trupp geringen technischen Aufwandes die Kosten auf ein Drittel gesenkt werden können - eine Tatsache, die den Entschluß für den Einsatz der Fallgewichtsseismik immer dann sinnvoll erscheinen läßt, wenn Lagerungsprobleme in Tiefen bis zu wenigen Hundert Metern gelöst werden sollen.

*) Gerhard Hildebrand; Bundesanstalt für Bodenforschung
Helmut Prinz; Hess. Landesamt für Bodenforschung
Fallgewichtsseismische und ingenieurgeologische Untersuchungen für
Straßenbauten über Zechstein-Sulfat.
Symposium der IAEG " Erdfalle und Bodensenkungen" Hannover 1973

Deppermann. K...nd Hildeb,and. G. in H. Schneider:
Die Wassererschließung - 2. Auflage -Essen 1973.

Weight Dropping Seismies

IAttempts to generate seismic energy by means of dropping weights are as old as seismies itself or, expressed more precisely, they are even older, as al ready in 1910 Professor Mintrop tried to initiate refraction events by dropping weights, though without obtaining any useful results.

Weight dropping has always played a certain role in the search for non-explosive energy sources for applied seismies. The results obtained with dropping weights were for a long time unsatisfactory but improved with the continued development of stacking techniques and when digital processing of the survey results produced rather ameliorated conditions towards the success of this method.

Dr. Deppermann and his colleagues have al ready in years of practical application demonstrated how weil seismic refraction surveys can be carried out by weight dropping. Many surveys in the fields of engineering geology and hydro-geology executed in the course of activities by the local Geological Surveys, verified their success and economics *).

Scientists and technicians of the Landesamt and Bundesamt für Bodenforschung and PRAKLA-SEISMOS recently cooperated in weight dropping seismies whose results will now be reviewed.

Three factors are decisive in obtaining good quality results:

1. the feasibility of temporally accurate, vertical digital stacking by which even very tiny signals are rendered prominent within a high noise level,

2. the horizontal stacking technique,

3. the highly developed processing programs of the survey results.

Digital vertical stacking has already been performed for several years by our Vibroseis-field crews with the field stacker ADD-IT. This stacker suggested itself to be used for weight dropping seismies, too.

For seismic refraction recordings one drop of the 100 kg sphere employed was already sufficient to obtain distinctly readable first arrivals at distances of up to 200 m. The usefully penetrated depth hereby often satisfied the requirements in engineering geology and hydro-geology. For larger distances -up to about 1000 m - stacks of 4 to 32 drops were needed to obtain weil defined first arrivals.

For seismic reflection recordings a greater multiplicity was generally required. Figure 1 shows an unfiltered cross section with single coverage. No reflection horizons can be recognized in spite of 32-fold stacking. The application of an analog filter in the high frequency range of 6418 to 10818 already produces indications for several reflection horizons (figure 2). Good reflection horizons are only seen at 200 ms and 350 to 400 ms (figure 3) in a 6-fold coverage of the same line which was filtered digitally (5024 to 9024) and treated with automatie static supplementary corrections.

A 100 kg sphere was here, too, utilized for generation of the energy; the sphere was dropped from a height of 2 m onto a metal plate. 32 drops of the metal sphere onto the same spot were carried out in each case with a 230 m spread and an offset of 60 m. The geophone groups (spacing 10 m) contained 24 geophones each and a spread consisted of 24 geophone groups.

The cross section shown in figure 3 indicates that with the techniques available today, good quality flat-Iying reflection horizons can be obtained.

The area of application of weight dropping reflection seismies described here may similarly include engineering geology and hydro-geology as weil as problems in mining. Their application is economically attractive as by an appropriate organization of field activities and because of the lesser technical effort required when compared to "conventional" seismic operations -the costs can be reduced to one third - a fact which makes the decision to employ weight dropping seismics always then meaningful when stratification problems to a depth of only several 100 m have to be solved.