устройство для возбуждения сейсмических волн

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, содержащее мачту с направляющими, падающий груз и излучающую платформу, отличающееся тем, что платформе снабжена промежуточной плитой, горизонтально расположенными инертными массами, вертикально расположенными постоянными магнитами, горизонтально и вертикально расположенных индукционных катушек симметрично относительно вертикальной оси платформы, причем катушки жестко закреплены на платформе и образуют с ее стенками вертикальные и горизонтальные стаканы, постоянные магниты жестко скреплены с промежуточной плитой, опирающейся на платформу через вертикально расположенные упругие элементы, и образуют подковообразную магнитоактивную систему, каждый полюсный наконечник которой входит в соответствующий вертикальный стакан, инертные массы размещены в горизонтальных стаканах между горизонтально расположенными упругими элементами, пары вертикально расположенных индукционных катушек соединены между собой последовательно, а индукционные катушки, составляющие горизонтальные стаканы, соединены между собой попарно последовательно и каждая пара через переключатель включена в цепь вертикально расположенных индукиционных катушек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническим средствам возбуждения сейсмических волн и может быть использовано при поисках месторождений полезных ископаемых методом многоволновой сейсморазведки.

Известно устройство для возбуждения сейсмических колебаний, содержащее электродинамический излучатель, подключенный к источнику тока и установленный на излучающей платформе с грунтозацепами, и устройство прижима излучающей платформы к грунту, включающее промежуточную плиту, шарнирно связанную с силовыми гидроцилиндрами, излучающая платформа со стороны прижимной плиты снабжена клиновой выемкой, образованной двумя равно наклоненными к излучающей платформе плоскостями, на стенках которых установлены электродинамические излучатели, сопряженные с демпферами в виде клиньев, на которые оперта промежуточная плита [1]

Недостатком этого устройства является малая эффективность возбуждения поперечных волн вследствие использования механического демпфирования противо- положно направленного воздействия. При этом в самом исполнительном органе, представляющем собой тяжелые клинья, при воздействии электродинамического излучателя происходит резкая подвижка составляющих частей и передача части обратного воздействия через смежный клин на излучающую платформу. Это генерирует в грунте сдвиговые напряжения противоположного первоначальному знака и, в совокупности, резко снижает направленные свойства излучателя.

Известно устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее платформу с грунтозацепами, на которой установлена несущая мачта с направляющими и падающий груз, снабженный горизонтальным пальцем, закрепленным на нем в стороне от центра тяжести, а платформа снабжена тормозами-зацепами, выполненными с возможностью захвата ими горизонтального пальца [2]

Недостаток этого устройства низкая сейсмическая эффективность горизонтального воздействия из-за невозможности предотвращения и формирования повторного удара груза по платформе после отскока.

Технический результат изобретения состоит в повышении сейсмической эффективности при возбуждении поперечных волн.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее мачту с направляющими, падающий груз, платформу с грунтозацепами, дополнительно снабжено воспринимающей удар плитой, инертными массами, постоянными магнитами и индукционными катушками, причем последние жестко закреплены на платформе с образованием вертикальных и горизонтальных колодцев, расположенных попарно симметрично относительно постоянных магнитов соосно падающему грузу, а постоянные магниты жестко связаны с воспринимающей плитой, через упругие элементы опирающейся на платформу с грунтозацепами, и выполнены подковообразными, при этом каждый из них своим полюсным оконечником входит в соответствующий вертикальный колодец индукционной катушки. При этом каждый горизонтальный колодец, может быть образован парой одинаковых индукционных катушек, токоведущие выводы которых поочередно присоединены к входам индукционных катушек, образующих вертикальные колодцы, при этом инертные массы, размещенные в этих горизонтальных колодцах, посредством упругих элементов связаны с вертикальными стенками платформы с грунтозацепами.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг.2 принципиальная электрическая схема.

Устройство для возбуждения сейсмических колебаний состоит из несущей мачты 1 с направляющими 2, падающего груза 3, платформы 4 с грунтозацепами 5, промежуточной плиты 6, постоянных магнитов 7, индукционных катушек 8, образующих вертикальные стаканы, индукционных катушек 9-12, жестко соединенных между собой и платформой 4, расположенных попарно симметрично относительно индукционных катушек 8 и постоянных магнитов 7, упругих элементов 13, опирающихся на платформу 4, поддерживающих промежуточную плиту 6 и размещенных в вертикальном стакане, инертных масс 14, горизонтальных упругих элементов 15, удерживающих инертные массы 14 в центре горизонтальных индукционных катушек 9-12, опирающихся на вертикальные стенки 16 платформы 4.

Устройство работает следующим образом.

На заданной точке пункте возбуждения сейсмических волн производится установка устройства на поверхность грунта так, чтобы грунтозацепы 5 платформы 4 были полностью погружены в верхний слой почвы, а нижнее основание этой платформы плотно прилегало к поверхности земли.

Одновременно с установкой устройства на поверхность земли производится его ориентация относительно направления профиля с целью обеспечения вполне определенной поляризации поперечных волн, генерируемых предлагаемым агрегатом. Для проведения наблюдений по схеме Y-Y (поперечные волны SH) устройство ориентируется таким образом, чтобы направление перемещения инертных масс 14 внутри горизонтальных стаканов индукционных катушек 9-12 было перпендикулярно направлению профиля.

Для осуществления наблюдений по схеме Х-Х (поперечные волны SV) направление перемещения инертных масс 14 ориентируется вдоль линии профиля.

По завершении этих операций устройство по команде, исходящей от сейсмостанции, приводится в рабочее положение. Для этого производится коммутация индукционных катушек 8, например, с катушками 9 и 12 через переключатель К, для чего начало общего токоведущего вывода вертикальных индукционных катушек 8 соединяется с началом токоведущего вывода горизонтальной индукционной катушки 12, конец которого соединен с началом токоведущего вывода второй горизонтальной индукционной катушки 9. Конец общего токоведущего вывода катушки 8 через второй контакт переключателя К соединен с концом токоведущего вывода горизонтальной индукционной катушки 9. После этого осуществляется подъем груза 3 по мачте 1 вдоль направляющих 2 на заданную высоту.

Промежуточная плита 6 вместе с магнитами 7 освобождается от тяг, фиксирующих стационарное положение магнитов 7 относительно индукционных катушек 8 при транспортных операциях, и свободно "плавает" на упругих элементах 13 в стаканах вертикальных индукционных катушек 8.

По команде сейсмостанции груз 3 освобождается от удерживающих захватов и падает по направляющим 2 мачты 1, набирая скорость до соударения с плитой 6. При этом плита 6 вместе с грузом 3 и магнитами 7 начинает двигаться внутрь стаканов вертикальных индукционных катушек 8, сжимая упругие элементы 13. Силовые линии неоднородного магнитного поля, образованного между полюсами постоянных магнитов 7, пересекают плоскости витков индукционных катушек 8 и, в соответствии с явлением магнитной индукции, наводят в них электродвижущую силу, которая в электрической цепи, замкнутой на горизонтальные индукционные катушки 9 и 12, возбуждает электрический ток амплитудой, обратно пропорциональной суммарному активному сопротивлению катушек 8, 9 и 12.

Промежуточная плита 6 вместе с грузом 3 и магнитами 7 входит внутрь стаканов индукционных катушек 8 до своей остановки под действием силы сопротивления сжимающихся упругих элементов 13, после чего начинает смещаться в противоположном направлении (вверх). В этот момент сила расширяющихся упругих элементов 13 воздействует на платформу 4, стремясь сдвинуть ее в направлении вертикально вниз. Так как платформа 4 плотно прилегает к поверхности грунта, порода препятствует вертикальному перемещению платформы 4, воспринимая ее давление. Грунт под основанием платформы 4 деформируется, порождая возникновение сжимающих напряжений, действующих по нормали к поверхности земли. Это приводит к возбуждению продольных сейсмических волн, распространяющихся по вертикали в глубь среды. Вместе с тем электрический ток, генерируемый движением магнитов 7 внутри стаканов индукционных катушек 8, течет по цепям связи в индукционные катушки 9 и 12, где, в соответствии с тем же явлением электромагнитной индукции, происходит преобразование электрической энергии в энергию магнитного поля катушки с током. В связи с тем, что инертные массы 14 смещены от положения центра индукционных катушек 9 и 12, на них воздействует неоднородное магнитное поле с градиентом, направленным к центру катушек 9 и 12. Взаимодействие этого поля с инертными массами, выполненными из ферромагнитного материала, приводит к тому, что инертные массы втягиваются внутрь горизонтальных стаканов индукционных катушек 9 и 12, сжимая и одновременно растягивая соответствующие упругие элементы 15.

Прекращение движения промежуточной плиты 6 с магнитами 7 в нижней точке траектории приводит к падению электродвижущей силы в индукционных катушках 8 до нуля и, следовательно, силы тока, протекающего по обмоткам катушек 9 и 12. Вместе с уменьшением силы тока в обмотках катушек 9 и 12 исчезает и магнитное поле в горизонтальных стаканах, удерживающие инертные массы 14 в крайнем левом положении. Упругие элементы 13, сжатые в вертикальном стакане индукционных катушек 8, выталкивают промежуточную плиту 6 вместе с магнитами 7 и грузом 3 вверх. В катушках 8 вновь генерируется электродвижущая сила, которая индуцирует магнитное поле в катушках 9 и 12. Взаимодействуя с инертными массами 14, это магнитное поле препятствует резкому обратному ходу масс, одновременно подавляя колебательный процесс в системе упругий элемент 13 промежуточная плита 6 с грузом 3.

Подберем жесткость упругих элементов 13 и 15 таким образом, чтобы время движения промежуточной плиты 6 вместе с грузом 3 и магнитами 7 было одинаковым со временем движения инертных масс 14, тогда, коммутируя выводы индукционных катушек 8 с входом катушек 10 и 11, вследствие явления электромагнитной индукции на инертные массы 14 начнет действовать сила противоположного направления, вытягивающая в стакан катушки 10 и 11. При этом упругие элементы 15 инертных масс 14 также выталкивают их из конечного положения. Таким образом возникает колебательный процесс поочередного перемещения инертных масс 14 в горизонтальных стаканах индукционных катушек 9, 10 и 11, 12. Такое движение инертных масс 14 будет продолжаться некоторое время с затухающей амплитудой, пока не остановится плита 6 с грузом 3 и магнитами 7. При этом под воздействием упругих элементов 15 инертные массы займут свое начальное положение внутри стаканов индукционных катушек 9, 10 и 11, 12.

Вместе с тем перемещение инертных масс 14 в одну сторону (в нашем случае влево) вызовет перераспределение положения масс в замкнутой системе платформы 4 и, как следствие, движение платформы 4 в противоположную сторону. Движение инертных масс 14 одновременно вызывает и соответствующее смещение платформы 4, которое в этом случае совпадает с направлением сил, действующих вследствие расширения и сжатия упругих элементов 15, опирающихся своими концами на вертикальные стенки платформы 4. Это приводит к раскачке платформы 4 в горизонтальном направлении. При этом платформа 4 своими грунтозацепами 5 производит поочередное сжатие слоя грунта под нижним основанием, что деформирует грунт вдоль линии перемещения. Эти деформации генерируют поперечные волны SH поляризации, которые излучаются по вертикали вниз полупространства, на котором размещается устройство.

Поскольку излучение продольных и поперечных волн происходит одновременно, то для их разделения необходимо использовать признак фазовой инверсии поперечных колебаний при перемене направления действия силы в источнике на противоположное. Это достигается при помощи соединения индукционных катушек 8 с 10 и 12 ключом К (фиг.2). При этом все операции повторяются, а направление первого смещения инертных масс 14, а вместе с ними платформы 4 с грунтозацепами 5, изменяется на противоположное. Это дает перемену первых фаз колебаний поперечных волн и возможность использования операций суммирования и вычитания двух разнополярных сейсмограмм для выделения продольных и поперечных волн.

Таким образом, устройство позволяет совместить в одном агрегате возможность возбуждения продольных и поперечных волн одного и того же воздействия. Использование явления электромагнитной индукции для преобразования вертикального движения в горизонтальное резко повышает эффективность такого преобразования.

Другим преимуществом устройства является его легкая сопрягаемость с любыми источниками вертикально-направленного движения, включая и вибрационные.