BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Bohrlochsonde mit richtungssensitiver Empfangsantenne

In Zusammenarbeit der BGR mit der Prakla Seismos AG wurde 1989 eine richtungssensitive Bohrlochsonde fertig gestellt und erprobt. Entsprechend den Anforderungen des Erkundungsbergwerkes in Gorleben wurde diese Sonde in explosionsgeschützter Ausführung erstellt. In einer technisch weiterentwickelten und angepassten Variante wurden 1999 zwei weitere Exemplare durch die Deutsche Montan Technologie GmbH (DMT) nachgebaut und an die Deutsche Gesellschaft zum Bau und Betrieb von Endlagern für Abfallstoffe mbH (DBE) zum Einsatz übergeben. Im Jahre 2002 erfolgte ein weiterer Nachbau der Sonde durch die DMT, der für den Einsatz bei hohen Drücken geeignet ist und nun für Messungen in Kavernen genutzt wird.

Messanordnung in einem horizontalen Bohrloch im Salz.Messanordnung in einem horizontalen Bohrloch im Salz. Quelle: BGR

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Das System besteht aus einer Sende- und Empfangsantenne, die in einem konstanten Abstand zueinander im Bohrloch über Gestänge und ein Kabel bedient werden. Über eine Winde wird die Sonde gefahren und die Position registriert. Über eine Steuer- und Datenerfassungseinheit werden die Empfangssignale aufgezeichnet und wird das System kontrolliert.

Richtungssensitive Bohrlochsonde Richtungssensitive Bohrlochsonde Quelle: BGR

Die Empfangsantenne besteht aus zwei orthogonal angeordneten Rahmenantennen, die zu einer Dipolantenne zusammengeschaltet werden können. Aufgezeichnet werden die Empfangssignale der beiden Rahmenantennen und der Dipolantenne. Mit den Amplituden und Phasen der drei Signale kann die Empfangsrichtung einer Reflexion (Reflektor) errechnet werden (siehe Formel unten).

Winkelbezug zum Reflektor aus Sondendrehung und Winkel zur SondeWinkelbezug zum Reflektor aus Sondendrehung und Winkel zur Sonde Quelle: BGR

Die Empfangsrichtung einer Reflexion zu einer Bezugsrichtung Nord (bei horizontalen Bohrungen) oder Vertikal (bei vertikalen Bohrungen) setzt sich aus der errechneten Richtung alpha zwischen den Rahmenantennen und der Sondenverdrehung ß zusammen.

Berechnung der Richtungswinkel für jedes Sample aus den Signalen der Rahmen und des DipolsBerechnung der Richtungswinkel für jedes Sample aus den Signalen der Rahmen und des Dipols Quelle: BGR

Über die Fensterbreite einer Wellenlänge werden die Signale der Rahmen und des Dipols zueinander in Beziehung gesetzt und so gemäß der gezeigten Formel für jeden Zeitpunkt der Messung Richtungswinkel bestimmt. Das Beispiel einer Aufzeichnung der Radarspuren der Rahmen und des Dipols mit resultierender Berechnung des Richtungswinkels für jedes Sample zeigt stabile Richtungswerte, wo die Amplituden groß genug sind und Reflexionen darstellen. Es sind z.B. deutliche Reflexionen aus Richtung 270 Grad (bei ca. 350 ns) und 180 Grad (bei ca. 550 ns) zu erkennen.

Kontakt

    
Dr. Volker Gundelach
Tel.: +49(0)511-643-3844
Fax: +49(0)511-643-3663

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