источник сейсмических волн

Формула изобретения

Источник сейсмических волн, содержащий устройство для возбуждения волн в виде основного жесткого блока, соединенного с подъемно-сбрасывающим механизмом, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными жесткими блоками, расположенными вокруг основного жесткого блока и соединенными с ним посредством жестких балок и фрикционных шарниров с моментом сопротивления, обеспечивающим фиксированное взаимное расположение блоков под действием силы тяжести и возможность их относительного перемещения при инерционных перегрузках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее к механическим источникам сейсмических волн на основе падающего груза.

Известный, принимаемый за прототип механический источник сейсмических волн, включающий устройство для возбуждения волн в виде жесткого блока (плиты) заданной массы и горизонтальных размеров, соединенного с подъемно-сбрасывающим механизмом с заданной высотой подъема, нашел широкое применение в сейсморазведке благодаря конструктивной простоте и большой мощности [1, с. 71-74] .

Одним из главных недостатков известного источника является низкочастотный состав возбуждаемых колебаний, что снижает разрешающую способность сейсморазведки.

Низкочастотный состав сейсмических колебаний обусловлен соотношением между массой устройства для возбуждения волн, скоростью его движения в момент соприкосновения с поверхностью возбуждаемой среды и силой сопротивления среды, что следует из известного второго закона механики, отображающего равенство между количеством движения и импульсом силы

mV = F t (1)

В левой части формулы (1) количество движения, в правой - импульс силы.

Известно, что частотный состав сейсмических колебаний зависит от длительности действия силы, приложенной к поверхности возбуждаемой среды: чем меньше длительность, тем больше высокочастотных колебаний содержится в возбужденном импульсе [1, с. 25-39] .

При постоянном количестве движения (mV= const) для сокращения длительности импульса ( t) необходимо увеличить силу (F), которая прямо пропорциональна площади соприкосновения устройства для возбуждения волн с возбуждаемой средой.

В известном источнике сейсмических волн количество движения определяется массой жесткого блока (m) и высотой его падения, т. к. скорость (V) равна,

(2)

где H - высота падения,

g - ускорение силы тяжести.

Таким образом, для обогащения спектра сейсмических колебаний высокочастотными компонентами при постоянной массе жесткого блока и постоянной высоте его падения необходимо увеличить площадь его контакта с возбуждаемой средой.

Увеличение площади контакта блока с возбуждаемой средой можно достичь увеличением его горизонтальных размеров (длины и ширины, либо радиуса).

Однако, если блок жесткий, то желаемое увеличение площади контакта может быть недостижимо из-за неровной поверхности возбуждаемой среды, особенно, если поверхность представлена мерзлым или каменистым грунтом.

При увеличении горизонтальных размеров жесткого блока площадь его контакта с грунтом будет зависеть лишь от количества и формы выступающих вверх неровностей поверхности грунта.

При этом значительная доля энергии, выделяемой падающим грузом, расходуется не на возбуждение сейсмических волн, а на деформацию (выравнивание) неровностей грунта, вследствие чего длительность импульса будет увеличиваться, а амплитуда уменьшаться, что приведет к сокращению общей энергии волн, а особенно энергии высокочастотных компонент.

Кроме того, установлено, что маломощные источники характеризуются более высокими частотами возбуждаемых колебаний [1, с. 27] .

Задача изобретения состоит в расширении частотного диапазона сейсмических колебаний, возбуждаемых источником сейсмических волн на основе падающего груза путем увеличения площади контакта устройства для возбуждения волн с возбуждаемой средой и рассредоточения массы устройства в группе жестких блоков при сохранении неизменными общей массы устройства для возбуждения волн и высоты его падения.

Задача решается тем, что в известном источнике сейсмических волн, включающем устройство для возбуждения волн в виде основного жесткого блока, соединенного с подъемно-сбрасывающим механизмом, согласно изобретению, источник снабжен дополнительными жесткими блоками, расположенными вокруг основного жесткого блока и соединенными с ним посредством жестких балок и фрикционных шарниров с моментом сопротивления, обеспечивающим фиксированное взаимное расположение блоков под действием силы тяжести и возможность их относительного перемещения при инерционных перегрузках.

Сущность изобретения состоит в том, что основной блок устройства для возбуждения волн снабжен дополнительными блоками, аналогичных либо иных горизонтальных размеров, расположенными вокруг него на одинаковых или различных расстояниях, что регулируется длиной жестких балок, посредством которых дополнительные блоки соединены с основным, при этом фрикционные шарниры обеспечивают фиксированное взаимное расположение основного и дополнительных блоков под действием силы тяжести и возможность их относительного перемещения при инерционных перегрузках, а общая масса устройства для возбуждения волн распределена между всеми блоками в заданной пропорции относительно площади нижней поверхности каждого из них. Такое исполнение устройства для возбуждения волн обеспечивает увеличение площади контакта его общей нижней поверхности за счет подвижности соединений между основным и дополнительными блоками, а также рассредоточения общей массы устройства для возбуждения волн между отдельными жесткими блоками, что обеспечивает сокращение длительности импульса и расширение частотного диапазона сейсмических волн как за счет увеличения общей площади источника, так и за счет уменьшения мощности воздействия от каждого блока, входящего в устройство.

Согласно изобретению, источник сейсмических волн включает устройство для возбуждения волн, состоящее из основного блока 1, снабженного дополнительными блоками 2, размещенными вокруг него и соединенными с ним подвижно, посредством жестких балок 3 заданной длины и фрикционных шарниров 4 с заданным моментом сопротивления, заторможенных любым известным способом так, что они могут фиксировать взаимное расположение блоков, находящихся под действием силы тяжести и быть подвижными при инерционных перегрузках.

Основной блок 1 через жестко соединенную с ним каретку 5 соединен посредством троса 6 с подъемно-сбрасывающим механизмом, включающим штанги 7, пропущенные через втулки 8, закрепленные на мачте 9, установленной вместе с лебедкой 10 на транспортном средстве 11. Штанги 7 снабжены упорами 12, на одном из которых установлен щуп 13. На мачте 9 установлены ролики 14 и щуп 15. Транспортное средство 11 расположено на неровной поверхности возбуждаемой среды 16.

Источник работает следующим образом.

В исходном (транспортном) положении устройство для возбуждения волн, состоящее из блоков 1 и 2, поднято лебедкой 10 через трос 6, проведенный через ролики 14 и каретку 5 настолько, что штанги 7 через упоры 12 подняты кареткой 5 до соприкосновения упоров 12 с втулками 8, о чем сигнализирует известным способом щуп 15, установленный на мачте 9.

При этом транспортное средство 11 может двигаться к пункту возбуждения волн, а блоки 1 и 2 сохраняют некоторое произвольное постоянное взаимное расположение, в котором они удерживаются балками 3 и фрикционными шарнирами 4.

На пункте возбуждения волн включают лебедку 10 и опускают устройство для возбуждения волн до тех пор, пока штанги 7 не упрутся под действием веса в грунт, о чем сигнализирует известным способом щуп 13, установленный на упоре 12 в момент рассоединения каретки 5 с упором 12. По этому сигналу движение каретки прекращают остановкой лебедки.

Известным способом растормаживают лебедку 10 и сбрасывают устройство для возбуждения волн на грунт для копирования неровностей грунта. Первым останавливается тот блок, который находится над самой высокой неровностью рельефа, остальные, двигаясь по инерции, преодолевают сопротивление заторможенных шарниров 4 и входят в соприкосновение с грунтом каждый на своей высоте и таким образом копируют поверхность. Поворотам основного блока 1 в вертикальных плоскостях препятствует каретка 5, зафиксированная от поворота штангами 7, поворотам блоков 2 препятствуют жесткие балки 3.

Включив лебедку 10, поднимают устройство для возбуждения волн до соприкосновения каретки 5 с упорами 12, о чем сигнализирует щуп 13, установленный на одном из упоров, при этом все блоки устройства для возбуждения волн находятся в таком положении, что при сбрасывании все они войдут в соприкосновение с грунтом одновременно, чем и решается задача изобретения.

Проведенные исследования зависимости частотного состава сейсмического импульса от соотношения между массой ударного элемента и площадью поверхности его соударения с грунтом показали, что при постоянной массе и высоте сбрасывания увеличение площади соударения в 11 раз привело к увеличению амплитуд сейсмических волн на частоте 30 Гц в 1,3 раза, на частоте 50 Гц в 1,6 раза, на частоте 70 Гц в 3 раза, на частоте 90 Гц в 4 раза.

При выполнении работ в зимнее время в условиях Западной Сибири рациональным в конструктивном и в технологическом отношении будет устройство для возбуждения волн, включающее до 15 дополнительных блоков общей площадью соударения до 4 ² при общей массе устройства для возбуждения волн 2000 кг и высоте падения 2 м.

Применение изобретения позволит повысить разрешающую способность сейсморазведки с применением невзрывных источников, что является актуальной проблемой настоящего времени в связи с поисками и разведкой малоамплитудных и малоразмерных объектов.

Источники информации:

1. М. Б. Шнеерсон, В. В. Майоров "Наземная невзрывная сейсморазведка", М. Недра, 1988. с. 71-74. ПРОТОТИП.