устройство для возбуждения сейсмических волн

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, содержащее мачту, падающий груз и платформу, отличающееся тем, что мачта снабжена направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении падающий груз, между падающим грузом и платформой установлены соосно с падающим грузом и платформой связанные между собой посредством тросов, перекинутых через систему блоков с возможностью отсоединения, и упругих элементов вертикально подвижная плита и две инертные массы, жестко соединенные между собой тягой, платформа снабжена Г-образными выступами, образующими горизонтальные стаканы, мечта установлена в колодце, блоки установлены на внешних стенках Г-образных выступов и колодца, причем инертные массы установлены в горизонтальных стаканах между упругими элементами с возможностью смещения в горизонтальном направлении, а плита установлена в колодце на упругих элементах с возможностью смещения в вертикальном направлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано в качестве источника сейсмических волн различной поляризации при поиске месторождений полезных ископаемых методами многоволновой сейсморазведки.

Известно устройство для передачи кинетической энергии вертикального удара о грунт, в котором используется жесткая пластина, прилегающая к земле и покрытая слоем эластичного материала [1] Данное устройство возбуждает только монотипные продольные волны и не может быть использовано для генерации поперечных волн, что необходимо для проведения многоволновой сейсморазведки.

Известен источник сейсмических сигналов, содержащий силовую платформу, состоящую из излучающей плиты, с элементами связи с грунтом и вертикальной стенки, возбудителей колебаний с блоком управления, при этом возбудители колебаний выполнены в виде рабочих и исполнительных гидроцилиндров с поршнями и штоками, смонтированных крестообразно, снабженных бойками, причем бойки исполнительных гидроцилиндров снабжены устройством перемещения, связанным с блоком управления [2]

Недостаток источника в его низком коэффициенте направленности горизонтального воздействия вследствие того, что вертикальный удар производится по штоку с рабочим поршнем, опирающимся на несжимаемую и малодеформируемую жидкость. Ударное возмущение распространяется по жидкости с большой скоростью, порядка 2000 м/с, и для получения горизонтального воздействия, направленного в одну сторону, необходимо резко увеличивать длину противоположного плеча рабочего гидроцилиндра, смонтированного крестообразно. Это приводит к таким поперечным габаритам возбудителя колебаний, которые не могут быть размещены на обычных транспортных средствах.

Известно устройство для возбуждения в почве поперечных волн, содержащее падающий груз (массу для нанесения удара), мачту (средство для сообщения массе скорости), платформу (элемент-мишень с поверхностью, контактирующей с почвой, которая снабжена выступающим элементом), а также жесткую опору, имеющую возможность поворачиваться относительно платформы. Мачта снабжена удлиненным жестким элементом, на конце которого жестко закреплена масса и другой конец которого шарнирно соединен с жесткой опорой, и движущим средством для поворачивания жесткого элемента [3]

Недостатками устройства являются сложность конструкции и невозможность предотвращения повторных ударов падающего груза (массы для нанесения удара) по платформе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и предотвращение повторных ударов по платформе.

Предлагаемое устройство для возбуждения сейсмических волн содержит мачту, падающий груз и платформу. Мачта снабжена направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении падающий груз. Между падающим грузом и платформой установлены соосно падающему грузу и платформе связанные между собой посредством тросов, перекинутых через систему блоков с возможностью отсоединения и упругих элементов вертикально подвижная плита и две инертные массы, жестко соединенные между собой тягой. Платформа снабжена Г-образными выступами, образующими горизонтальные стаканы.

Мачта установлена в колодце, блоки установлены на внешних стенках Г-образных выступов и колодца, инертные массы установлены в горизонтальных стаканах между упругими элементами с возможностью смещения в горизонтальном направлении, а плита установлена в колодце на упругих элементах с возможностью смещения в вертикальном направлении.

На фиг. 1 представлено устройство, поперечный разрез; на фиг.2 показана работа частей устройства после удара груза по платформе.

Устройство для возбуждения сейсмических колебаний состоит из мачты 1 с направляющими 2, падающего груза 3, платформы 4 с грунтозацепами 5, дополнительной плиты 6, колодца 7, упругих вертикальных элементов 8, горизонтальных стаканов 9, инертных масс 10, горизонтальных упругих элементов 11, тросов 12, неподвижных блоков 13, тяги 14.

Устройство для возбуждения сейсмических колебаний работает следующим образом.

На заданном пункте возбуждения колебаний продольного сейсмического профиля производят установку платформы 4 таким образом, чтобы горизонтальные стаканы 9 с инертными массами 10 были ориентированы перпендикулярно направлению профиля. Падающий груз 3 устанавливается над платформой с таким расчетом, чтобы при его соударении с дополнительной плитой 6 он занимал центральное положение. По окончании транспортных операций груз 3 плавно опускают на плиту 6 и центрируют, одновременно отсоединяя тросы 12 от инертных масс 10, при этом плита 6 вместе с грузом 3 опускается в колодец 7, сжимая элементы 8. Для производства воздействия груз 3 поднимают на заданную высоту по направляющим 2 мачты 1 и жестко фиксируют в этом положении. Одновременно с этим плита 6 под действием упругих элементов перемещается в колодце 7 в крайнее верхнее положение и свободно "плавает" на упругих элементах 8. Трос 12, например левый, присоединяют к плите 6 в ее верхнем положении через неподвижные блоки 13, для чего, слегка натягивая его, перемещают инертные массы 10 в стаканах 9 также влево, сжимая и растягивая упругие элементы 11.

Для производства воздействия, т.е. возбуждения упругих волн продольных и поперечных одновременно, подается команда на исполнительный орган транспортного средства, который осуществляет сброс груза 3, находящегося на мачте 1. Груз начинает свободно падать, скользя по направляющим 2 мачты, и в нижней точке своей траектории ударяет по плите 6, "плавающей" на упругих элементах 8 в колодце 7. При этом плита 6 начинает движение вглубь колодца 7, сжимая упругие элементы 8 и одновременно натягивая на себя левый трос 12. Под воздействием упругих элементов 8 плита 6 останавливается. В крайней нижней точке плита 6 вытягивает трос 12, который через блоки 13 перемещает инертные массы 10, одновременно растягивая и сжимая горизонтальные упругие элементы 11, находящиеся в стаканах 9 платформы 4. Сжатые упругие элементы 8, распрямляясь, толкают плиту 6 с грузом 3 вверх, а платформу 4 вниз, и посредством воздействия через дно колодца 7 и конструктивные элементы платформы 4 передают вертикальное движение на поверхность грунта. В блоке породы, находящемся под платформой 4, происходит деформирование верхней части грунта, что вызывает появление напряжений, перпендикулярных площади опоры платформы 4 на грунт, и генерацию продольных колебаний почвы.

Продолжая движение вверх, плита 6 освобождает трос 12 и соответственно упругие элементы 11 и массы 10 в стаканах 9. Под воздействием упругих элементов 11 грузы 10 движутся в обратном направлении (вправо). Под действием инерции массы 10 проходят положение равновесия (до удара груза 3) и, двигаясь вправо, сжимают и растягивают упругие элементы 11, которые вновь толкают массы 10 влево. Это движение происходит до тех пор, пока плита 6 вместе с грузом 3 движется вверх, создавая слабину гибких связей или левого троса 12. Передача движения инертных масс 10 по платформе 4 с грунтозацепами 5, а через них и грунту происходит по закону сохранения перемещения центра инерции замкнутой системы [4] При этом при движении инертных масс 10 влево платформа 4 смещается вправо и наоборот. Такие колебания платформы с грунтозацепами 5 вызывают появление в грунте под платформой знакопеременной деформации сдвига, что приводит к возникновению касательных напряжений в горизонтальной плоскости, параллельной поверхности основания платформы 4, и, как следствие, к излучению упругих поперечных волн.

Для изменения поляризации поперечной волны относительно направления профиля необходимо отсоединить левый трос 12 от плиты 6 и левой инертной массы 10, а правый трос 12 присоединить к плите 6 и правой инертной массе 10 через систему неподвижных блоков 13.

Данное техническое решение позволяет значительно упростить конструкцию, при этом расширить ее функциональные возможности посредством обеспечения возбуждения как поперечных, так и продольных сейсмических волн в одной и той же точке профиля. Кроме того, в устройстве используется возможность преобразования повторных колебаний инертных масс в цуг полезных сейсмических волн.