УСТРОЙСТВО ИЗЛУЧЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
APPARATUS FOR EMITTING SEISMIC SHEAR WAVES

Предлагаемое техническое решение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке, в частности, при поиске нефти и газа.
7
Известено устройство «Способ возбуждения сейсмических волн и устройство для его осуществления» (Пат. РФ №2302016. Опубл. 27.06.2007. МПК G01V 1/02, аналог). Устройство для возбуждения сейсмических волн содержит герметичный цилиндрический корпус с основанием в виде опорной плиты, в котором размещены отделенные зазором N пар соленоидов, жестко закрепленных на двух плоских основаниях, подвижном и неподвижном дисках, причем неподвижный диск жестко связан с корпусом, а подвижный диск установлен между внутренними силовыми демпферными распорными элементами и наружными не силовыми демпферными распорными элементами с возможностью перемещения в сторону неподвижного диска.
Реализация прототипа позволяет излучать преимущественно продольные волны, что не соответствует требованиям многоволновой сейсморазведки поперечными волнами.
5
Известно также техническое решение ««Способ и устройство для повышения эффективности возбуждения сейсмических поперечных волн»» Пат. США №4980874, МКИ H04R 23/00. Опубл. 25.12.1990, прототип). В данном устройстве сейсмический генератор располагают под углом к линии, перпендикулярной поверхности почвы. Величина угла зависит от условий почвы и определяется путем установки акселерометра на опорную плиту генератора и наблюдения за показаниями степени горизонтального ускорения на акселерометре. Если степень ускорения превышает заданную величину, угол положения генератора изменяют автоматически или вручную до тех пор, пока степень ускорения не перестанет превышать заданную величину.
Данное устройство реализуется сложной системой привода, позволяет измерять лишь непрерывные колебания, используемые в способе невзрывной сейсморазведки. Поскольку эффективность возбуждения сейсмической волны имеет сильную зависимость от параметров грунта под опорной плитой генератора, то применение данного способа возбуждения сейсмических волн имеет существенные ограничения.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно реализация излучения преимущественно поперечных сейсмических волн независимо от состояния грунта в месте зондирования.
Поставленная задача решается тем, что в устройство излучения поперечных сейсмических волн, содержащее: излучающее тело с электродинамической системой преобразования электрической энергии в механическую, группы импульсных невзрывных управляемых источников, включающих индукторы и якоря электромагнитов, опорную плиту, в качестве излучающего тела использован корпус устройства, жестко соединенный с неподвижным основанием, а подвижное основание установлено с возможностью перемещения в направлении неподвижного основания, дополнительно включены качающаяся поворотная рама, опорные наклонные стойки, шарниры. Опорная плита выполнена в виде двухполозных саней, соединяемых в одну конструкцию рамой, на которой установлено помещение с электрооборудованием, обеспечивающее работу силового привода источника. В полости полозьев с отклонением от вертикали установлены силовые приводы, выполненные на базе тяговых электромагнитов. Якоря электромагнитов опираются своей конструкцией на опорные наклонные стойки, закрепленные на полозьях саней, через которые усилие, развиваемое электромагнитом, передается на полозья, которые выполняют функцию опорной плиты источника, оказывающей непосредственное силовое воздействие на грунт, а индукторы соединены шарнирно с полозом через качающуюся поворотную раму.
Существенное отличие заявляемого технического решения от прототипа состоит в том, что в устройство дополнительно включена качающаяся поворотная рама, опорные наклонные стойки, шарниры. Опорная плита выполнена в виде двухполозных саней, соединяемых в одну конструкцию рамой, на которой установлено помещение с электрооборудованием, обеспечивающее работу силового привода источника. В полости полозьев с отклонением от вертикали установлены силовые приводы, выполненные на базе тяговых электромагнитов.
Данное техническое решение обеспечивает мобильность устройства и автономную его работу, обеспечивая более высокий КПД передачи энергии поперечной сейсмической волне. Установленный угол наклона силовых приводов от вертикали позволяет создавать необходимое касательное усилие воздействия на грунт.
Вторым существенным отличием заявляемого технического решения от прототипа является то, что якоря электромагнитов опираются своей конструкцией на опорные наклонные стойки, закрепленные на полозьях саней, через которые усилие, развиваемое электромагнитом, передается на полозья, которые выполняют функцию опорной плиты источника, оказывающей непосредственное силовое воздействие на грунт, а индукторы соединены шарнирно с полозом через качающуюся поворотную раму.
Двухшарнирное соединение поворотной рамы с инертной массой и полозом обеспечивает необходимое направление движения индуктора, при котором поворотная рама поворачивается в шарнирах относительно полоза и индуктора.
Данное техническое решение обеспечивает необходимые степени свободы конструкции силового привода относительно полоза как в рабочем цикле электромагнита, так и при транспортировке источника по сейсмическому профилю, что существенно отличает эту конструкцию от аналогов.
На фиг.1 изображен чертеж конструкции устройства возбуждения поперечных сейсмических волн, где введены следующие обозначения: двухполозные сани - 1, соединенные в одну конструкцию рамой, помещение с электрооборудованием - 2, якорь электромагнита - 3, опорные наклонные стойки - 4, индуктор - 5, качающаяся поворотная рама 6.
На фиг.2 изображен чертеж, поясняющий движение подвижных частей силового привода.
Устройство излучения поперечных сейсмических волн работает следующим образом (Фиг.1 и 2). Энергия в виде мощного импульса тока подается на индуктор (5), выполненный в виде силовых электрических катушек, установленных на качающейся поворотной раме - (6), индуктор (5), притягиваясь к якорю (3), приходит в движение, сокращая магнитный зазор электромагнита. При этом происходит преобразование электромагнитной энергии в импульс силы. Импульс силы передается через неподвижный якорь (3), жестко закрепленный с помощью опорных наклонных стоек (4) с полозьями саней (1), в виде импульса давления в плоскость контакта излучающего устройства с исследуемой средой, возбуждая в ней упругие колебания. Электродинамический процесс преобразования энергии протекает не непрерывно, а дискретно, в течение коротких промежутков времени длительностью не более пяти - десяти миллисекунд. Такой режим работы позволяет получать мощные импульсы поперечных сейсмических волн.
2
В настоящее время, описанного технического решения, изготовлен опытный образец устройства излучения поперечных сейсмических волн, у которого максимальная амплитуда импульса силового воздействия составила не менее 500 кН при массе источника менее 200 кг, при этом площадь поверхности контакта излучающего устройства со средой - 0,4 м. Данный источник может быть использован при проведении сейсморазведочных работ на суше.
При современном уровне техники приведенное устройство может быть реализовано промышленным способом.