Wenn wir nach dem Geburtstag einer angewandten Wissenschaft oder Technik fragen, ergeben sich gewisse Probleme. Sollten wir uns auf den Zeitpunkt beziehen, an dem die ersten Ideen auftauchten, die dann zu einer neuen Technik führten? Sollten wir die ersten tastenden Versuche gelten lassen, auch wenn sie noch keine wirtschaftlichen Konsequenzen hatten? Oder welche anderen Gesichtspunkte sollten als maßgebend betrachtet werden?

Für die angewandte Seismik gibt es -so glaube ich ein Datum, auf das ihr Geburtstag passenderweise gelegt werden könnte. Ich denke hierbei an die Gründung der SEISMOS GMBH am 4. April 1921 vor etwa 50 Jahren, weil zu dieser Zeit die angewandte Seismik zu einer wirtschaftlich genutzten Methode wurde.

Nun, meine Damen und Herren, wir alle wissen, daß einer Geburt gewisse Dinge vorangehen und dies gilt auch für die angewandte Seismik. Ich will jedoch nicht bei Ideen und Versuchen verweilen, die keine praktischen Folgen hatten, obwohl sie sicherlich sehr interessant gewesen sein mögen wie z. B. die Tätigkeit der Geological Engineering Company mit Hasemann, Karcher, Eckardt und McColium i. J. 1920. Sie konnten tatsächlich seismische Reflexionen bereits im Juni 1921 beobachten, wie z. B. Robinson in seinem Aufsatz "History of Geophysical Exploration" im Time Break, Spring 1971 , berichtete.

Sehr oft ergibt sich die fundamentale Idee für eine neue Technik durch das Zusammenwirken von zwei oder mehreren Zweigen der Wissenschaft. Die Bergbauwissenschaft und die Geophysik waren Mintrop vertraut. Ihre Kombination durch ihn führte zur neuen Technik der Explorationsseismik, die inzwischen so wichtig geworden ist.

Von der Bergbauvermessung kannte Mintrop die Probleme, die eine Lösung erforderten und durch seine Studien bei Wiechert sowie Beobachtungen während des ersten Weltkrieges gelang ihm diese Lösung. Diese Ideen wurden in den Jahren 1917 und 1919 patentiert und durch seine wohlbekannte Vitalität in praktische Tätigkeit umgesetzt.

Wie die meisten von Ihnen sicherlich wissen, wandte Mintrop die refraktionsseismische Methode in vielen Teilen der Welt während der Zwanzigerjahre erfolgreich an. Der Hauptbereich seiner Tätigkeit lag jedoch weder in Deutschland noch im übrigen Europa, sondern in den USA und in Mexiko. Er suchte nach Salzdomen, fand sie und verschiedene Ölfelder, die an diese gebunden waren. Aber auch andere Arten geologischer Strukturen wurden durch ihn erfolgreich untersucht. Der Truppleiter des ersten seismischen Trupps, der beim Aufsuchen eines Ölfeldes an einem Salzdom dem Orchard Dome - Erfolg hatte, sitzt unter uns. Es ist der jetzt neunundsiebzigjährige Dr. Otto Geußenhainer.

Etwa ab 1925 begannen amerikanische Gesellschaften mit refraktionsseismischen Messungen. Besonders erwähnen möchte ich hier die Geophysical Research Corporation und die Namen Everett, De Golyer und I. C. Karcher sowie Marland in Ponca City und seine Geophysical Division, die so berühmte Namen wie z. B. Burton, McColium und Frank Rieber einschloß.

Die Reflexionsseismik und die Entwicklung der Registriertechnik

Heute fragen wir uns: Warum vernachlässigte Mintrop die Reflexionsseismik? Ich glaube, der Grund dafür ist darin zu suchen, daß die Zeit für die Anwendung dieser Explorationsmethode, die heute so wichtig ist, technisch noch nicht reif war. Mintrop und seine Schüler machten nur einige schüchterne Versuche, die, wie wir heute wissen, in einem ungünstigen Gebiet stattfanden. Aber auch die ersten Versuche in den USA führten zu keinerlei praktischen Konsequenzen. Dies ist, beim heutigen Stand unseres Wissens, gut zu verstehen. Das Erkennen von Refraktionseinsätzen - wobei man sich ausschließlich auf Ersteinsätze beschränkte - war nicht sehr schwierig, wenn die Störenergie nicht groß und die Eigenfrequenz der Geophone niedrig genug war. Mintrops Geophone hatten eine Eigenfrequenz von etwa 10 Herz. Für die Refraktionsseismik war deshalb das Nutz- zu- Störverhältnis kein besonderes Problem.

In der Reflexionsseismik sind die gewünschten Nutzsignale überdeckt von vielen anderen Bodenschwingungen, die vornehmlich durch den Schuß ausgelöst werden. Deshalb erkannte man sehr bald, daß es notwendig sein würde, die Reflexionssignale durch besondere Mittel zu betonen, um sie von den unerwünschten Bodenschwingungen unterscheiden zu können. Dies gelang schließlich durch die Erfindung der Zentralregistrierung von mehreren Spuren, wobei man sich die Fortschritte zunutze machte, die auf den Gebieten der Elektrotechnik und vor allem der Elektronik erzielt worden waren. In diesem Zusammenhang erwähne ich besonders die Entwicklung der elektronischen Röhren und Verstärker während der Zwanzigerjahre. Die Hinzuziehung eines neuen Zweiges der Wissenschaft, der Elektronik, in die angewandte Seismik führte so zu einem entscheidenden Fortschritt.

Heute würden wir sagen, daß die Zentralregistrierung ermöglichte, mit dem menschlichen Auge eine Korrelation von Spur zu Spur durchzuführen. Hierbei sollte ich wiederum die Geophysical Research Corporation erwähnen. Sie bauten -soviel ich weiß -den ersten elektronischen Verstärker etwa um 1925 und eine seismische Apparatur mit vier Spuren um 1928. Nur ganz nebenbei möchte ich darauf hinweisen, daß Instrumente aus dieser frühen Zeit,ebenso wie eine Mintrop-Station und ein elektronischerVerstärker von Petty, im Museum für angewandte Geophysik in Houston zu sehen sind. Obwohl die erste kommerzielle und erfolgreiche reflexionsseismische Messung bereits im Jahre 1927 durch Duncan ausgeführt worden war, fand die Reflexionsseismik erst allgemeine Verbreitung nach 1930, wobei sie die meisten Refraktionstrupps ersetzte. Es war das Jahr, in dem die GSI gegründet wurde und die Society of Exploration Geophysicists entstand mit Oe Golyer und Mintrop als den ersten Ehrenmitgliedern. In Deutschland setzte die Entwicklung reflexionsseismischer Instrumente etwas später ein, vorangetrieben durch Friedrich Trappe, Waldemar Zettel (er sitzt unter uns) und Hubert Lückerath, der den ersten Reflexionstrupp in Deutschland leitete. Die erste kommerzielle Reflexionsuntersuchung wurde, im September 1934 beginnend, für eine Kohlengrube durchgeführt.

Die Zentralregistrierung war wirklich ein wichtiger Fortschritt. Sie war die Vorbedingung für viele weitere Entwicklungsschritte, die noch erwähnt werden sollen. übrigens wurde erst vor kurzem die Zentralregistrierung mit der Anwendung von Gruppenanordnungen in die normale wissenschaftliche Seismik eingeführt.

Während der Dreißigerjahre erkannte man, daß in vielen Gebieten die Zentralregistrierung allein nicht genügte, um Reflexionen aus allen gewünschten Tiefen zu erhalten. Aber der Gebrauch elektronischer Verstärker ermöglichte es, alle Fortschritte in der Elektronik auch in die angewandte Seismik einzuführen. Hier muß an erster Stelle die Regelung erwähnt werden. Die notwendige Anzahl von Schüssen konnte besonders durch die automatische Regelung wesentlich vermindert werden. Durch die Erhöhung der Verstärkerzahl pro Registriereinheit und Fortschritte in der Bohrtechnik wurde es möglich, mit dem "kontinuierlichen Schießen" zu beginnen. Mittels elektrischer Filter konnte die Trennung von Reflexions-und Störwellen im Frequenzbereich durchgeführt werden. Sehr bald jedoch wurde auch der Versuch gemacht, diese verschiedenen Weilen durch den Gebrauch von Geophongruppen und Schußpunktgrupppen im Wellenzahlbereich zu trennen. Aber erst nachdem die Größe und der Preis der Geophone wesentlich reduziert werden konnten und nachdem das Bohren der Schußpunkte sehr viel schneller ging, ließ sich diese Methode wirtschaftlich durchführen. Ich erinnere mich, daß Anfang 1940 mit Erfolg fünf Geophone pro Spur verwendet wurden. Doch wir mußten diese Technik aus Mangel an Geophonen bald wieder einstellen.

Hier sehen wir wieder einmal, daß neue Erkenntnisse allein für den Fortschritt nicht entscheidend sind, sondern daß sehr oft technisch-wirtschaftliche Entwicklungen hinzukommen müssen. In diesem Falle wurde für die Reduktion der Geophongröße die Entwicklung neuen magnetischen Materials äußerst wichtig.

Ein weiterer Forschritt für die angewandte Seismik war die Einführung des reproduzierbaren Registrierens. Es wurde ermöglicht durch die Entwicklung des magnetischen Registrierens von Mitte bis Ende der Fünfzigerjahre, obwohl auch optische Methoden erfolgreich angewandt wurden. Hier waren wieder fundamentale Ideen sehr viel älter als ihre technische Entwicklung. In diesem Zusammenhang muß Frank Rieber erwähnt werden, dessen grundsätzliche Veröffentlichungen aus den Jahren 1936 bis 1937 stammen.

Dank der Reproduzierbarkeit der registrierten Daten konnten diese vielen Rechenprozessen unterworfen werden. Es ist hochinteressant zu wissen, daß die Vorschläge für diese Rechenprozesse in der Regel älter waren als die Technik der magnetischen Aufnahme und Wiedergabe; auf alle Fälle waren sie älter als die digitale Bearbeitung von seismischen Daten. Ich erwähne vor allem das Filtern im Zeitbereich und die Optimum-Filterung, die bereits in Geophysics Vol. XX, No. 2 im Jahre 1955 durch Simpson veröffentlicht worden war. Ich erwähne weiter die Dekonvolution, die bereits in einem Aufsatz in Geophysics Vol. XXII, No.4, 1957, von Robinson beschrieben wurde; und schließlich die statischen und dynamischen Korrekturen sowie die Mehrfachüberdeckung, die bereits zu Anfang der Fünfzigerjahre durch Harry Mayne erfunden wurde.

All diese Prozesse dienten dazu, die Erkennbarkeit der gewünschten seismischen Signale zu verbessern, eine genauere zeitliche Bestimmung ihrer Einsätze zu ermöglichen und eine bessere Auflösung bei kurz auf einanderfolgenden Signalen zu gewährleisten; sie beruhen teilweise auf früheren mathematischen Veröffentlichungen oder Büchern. Hier muß besonders Norbert Wiener erwähnt werden. Was jedoch die Mehrfachüberdeckung und die Abschwächung der Multiplen durch diese Methode betrifft, scheint der Ursprung dieser Idee unabhängig von anderen Wissenschaften oder Techniken zu sein.

Soweit möglich, wurden die erwähnten Rechenprozesse um 1960 von Analogrechnern ausgeführt. Verschiedene Apparaturen wurden gebaut, um korrigierte, gefilterte und gestapelte Seismogramme zu liefern. Magnetische Delay-line-filter -von Jones i. J. 1955 beschrieben wurden gebaut, um im Zeitbereich zu filtern. Durch das magnetische AM-Registrieren mit Miniköpfen konnten weitere seismische Daten aufaddiert werden usw.

Nach kommerzieller Verfügbarkeit von Laser-lichtquellen wurde es möglich, sehr schnell Seismogrammprofile zu erhalten, die mit zweidimensionalen Filtern im Frequenz-und Wellenzahlbereich behandelt worden waren.

Der wichtigste Durchbruch in der exakten Routineausführung all dieser erwünschten Rechenprozesse war die Einführung der Digitalrechner in der Mitte der Sechzigerjahre. Dieser Schritt war möglich geworden durch Fortschritte in der Elektronik, besonders durch die Entwicklung der Transistoren und der integrierten Schaltungen. Darüber hinaus wurde die Erfindung gewisser peripherer Einheiten, z. B. des Konvolvers, wichtig für den praktischen Gebrauch von Rechnern in der angewandten Seismik.

Die natürliche Folge des Gebrauchs von Digitalrechnern war die Einführung der Digitalregistrierung im Feld, um die Präzision in Aufnahme und Verarbeitung der Daten in Einklang zu bringen. Bei der Lösung dieser und anderer Fragen schuf die seismische Instrumenten-Industrie die Möglichkeit, laufend immer genauere Informationen aus den seismischen Daten herauszuholen.

Die Entwicklung der Energiequellen, Schießtechnik

Bislang ist die Entwicklung des Registrierens und Bearbeitens der seismischen Daten sicherlich der interessanteste und wichtigste Teil der Geschichte der Explorationsseismik. Die Entwicklung der seismischen Energiequellen darf jedoch nicht vergessen werden.

Nach anfänglichen Versuchen mit Fallgewichten im Jahre 1910, entschloß sich Mintrop sehr bald zum Gebrauch von Sprengstoff als seismischer Energiequelle; lange Zeit hindurch wurde er an der Erdoberfläche gezündet. Die von dieser Methode herrührenden starken Oberflächenwellen konnten die Refraktionsseismik nicht beeinträchtigen. Der hohe Verbrauch an Sprengstoff und die unangenehmen Begleiterscheinungen, wie zerbrochene Fensterscheiben usw., erzwangen jedoch das Schießen unter der Erdoberfläche. Und so entstand das Bohren von Schußlöchern. Hier haben die Erfordernisse der angewandten Seismik der Industrie für Flachbohrungen einen starken Anreiz gegeben und dieser Anreiz hatte wiederum einen positiven Einfluß auf die Explorationsseismik.

Sehr bald - etwa um 1927 - war beobachtet worden, daß ein Schießen unter der oberflächennahen Schicht mit langsamer Geschwindigkeit, d. h. unter der Verwitterungszone oder unter dem Grundwasserspiegel, eine beträchtliche Abschwächung der Oberflächenwellen bzw. der "Roller" zur Folge hatte. Neben der Zentral registrierung muß das Bohren von Schußlöchern als der zweitwichtigste Schritt bei der erfolgreichen Einführung der Reflexionsseismik in der Praxis betrachtet werden. Zu einem späteren Datum führten das Spülen, das Schlagbohren und das Bohren mit Luftzirkulation zum multiplen Schießen, besonders zum "Pattern-Schießen", in Gegenden, wo es auf andere Weise schwierig war, brauchbare Reflexionen zu erhalten.

Während 10 bis 15 Jahren hat sich die seismische Industrie um die Entwicklung sprengstoffloser seismischer Energiequellen bemüht. Mit der vielleicht interessantesten sprengstofflosen Energiequelle arbeitet das "Vibroseis"*-system, welches in gewisser Analogie zur "Zirpmethode" des Radar steht. John Crawford, der Erfinder dieser berühmten Methode, befindet sich ebenfalls unter uns.

In der Seeseismik wurde der Bau von sprengstofflosen Energiequellen besonders intensiviert. Die Hauptanstrengung galt der Entwicklung von "bubble-freien " Energiequellen bzw. von Energiequellen, in denen die Nachteile der Bubbles eliminiert wurden. Und hier wurden Methoden geschaffen, die keinerlei Analogie zu anderen Wissenschaftszweigen aufweisen.

* Trade Mark and Service Mark of Continental Oil Company

Fortschritte in der Interpretation

Bis jetzt haben wir nur die seismischen Energiequellen betrachtet und die Registrierung von Bewegungen, die durch diese Quellen hervorgerufen werden und gewisse Techniken, um die gewünschten Nutzsignale zu verstärken und die Störsignale zu unterdrücken. Der menschliche Geist mußte nun die aufgezeichneten Daten in substantielle, physikalisch oder chemisch wohldefinierte Aussagen umsetzen. In dieser Hinsicht hat die menschliche Genialität in den letzten 50 Jahren viele hochentwickelte Methoden hervorgebracht, besonders wasdie genaue Lagebestimmung des Urprungs der beobachteten Signale betrifft.

Progresses in Interpretation

Up to now we have only considered seismic sources and the recording of the movements by the seismic source, including certain techniques to enhance the desired signals relative to the undesired noise. It was left to human brains to convert the recorded data into substantial, physical or chemical well-positioned statements. In this connection human ingenuity has produced many sophisticated methods in the past 50 years, especially as far as the correct positiorling of the origin of the observed signals is concerned.