СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SEISMIC WAVES EXCITATION AND DEVICE FOR METHOD'S IMPLEMENTATION

Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может применяться при проведении сейсморазведочных работ на суше, в море и в условиях транзитных зон.
Известен импульсный источник сейсмических сигналов (патент РФ №2028646, С1 приоритет 29.05.1991, МПК G01V 1/02), содержащий излучающую плиту, пригруз с магнитной системой, выполненной в виде магнитопровода с обмоткой возбуждения постоянного тока с кольцевым зазором между его полюсами, и импульсную обмотку. Импульсная обмотка закреплена на полюсах магнитопровода со стороны немагнитного зазора. В зазоре между полюсами помещена с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль зазора гильза из электропроводящего материала с низким значением удельного электрического сопротивления, нижний торец которой прикреплен к излучающей плите. Импульсная обмотка размещена в пазах на поверхности полюсов, выполненных из пластин электротехнической стали, шихтованных в радиальном направлении. Центральная часть гильзы выполнена из прочного магнитного материала. Верхний торец гильзы выступает за пределы полюсов.
Недостатком этого источника является сложность конструкции, нетехнологичность в изготовлении, большая масса, возможность использования источника только на суше.
Наиболее близким аналогом является способ возбуждения сейсмических волн и устройство для его осуществления (патент РФ №2302016 С1, приоритет 21.10.2005, МПК G01V 1/02),
Способ основан на передаче силового воздействия в грунт в точке контакта излучающего устройства с исследуемой средой в виде импульсов давления, создаваемых с помощью электродинамического преобразователя энергии, представляющего собой N пар соленоидов, жестко установленных на двух плоских основаниях, импульсы электродинамического взаимодействия которых передаются в форме импульса давления в грунт одним из оснований, жестко соединенного с корпусом, являющимся излучающим устройством.
Устройство для возбуждения сейсмических волн содержит излучающее тело с электродинамической системой преобразования электрической энергии в механическую, включающей N пар соленоидов, жестко установленных на подвижном и неподвижном плоских основаниях, разделенных зазором.
Возбуждение сейсмических волн происходит за счет электродинамического преобразования электрической энергии в виде мощных импульсов тока, подаваемых на соленоиды, в механическую энергию, реализуемую в виде импульсов силы.
Перемещение основания, жестко связанного с корпусом под действием электродинамических сил взаимодействия соленоидов обеспечивают тем, что создают сопротивление перемещению другому основанию установкой между основаниями силовых демпферных распорных элементов.
Эти способ и устройство для его осуществления энергетически не экономичны, так как для работы устройства необходим зазор между электродинамическими элементами, вызывающий потери энергии при взаимодействии соленоидов в момент поступления импульса тока от накопителя.
Демпфирующие пружины также вызывают дополнительные потери энергии силового импульса на возбуждение паразитных колебаний в пружинах.
Удары подвижного основания об опоры пружин в процессе гашения его паразитных колебаний искажают сейсмограмму и затрудняют расшифровку сейсмических материалов.
Сущность предлагаемого способа возбуждения сейсмических волн заключается в использовании для возбуждения колебаний в грунте сил отталкивания, возникающих в электродинамическом преобразователе энергии, состоящем из двух электродинамических элементов, представляющих из себя два встречно включенных соленоида, имеющих магнитную связь и жестко закрепленных на двух плоских параллельных плитах, причем одна из плит жестко связана с основанием излучателя, являющимся опорной плитой, а другая имеет возможность свободного перемещения в вертикальном направлении относительно первой.
Энергия от накопителя в виде мощного импульса тока подается на соленоиды и в электродинамическом преобразователе происходит ее преобразование в импульс силы отталкивания. Импульс силы воздействует на грунт через основание излучателя, жестко связанное с одним из соленоидов, возбуждая в нем упругие колебания.
Рабочим органом заявляемого устройства является установленный в корпусе излучателя электродинамический преобразователь энергии, состоящий из двух электродинамических элементов, представляющих из себя включенные встречно плоские соленоиды, генерирующие противоположно направленные магнитные поля, причем один из электродинамических элементов жестко закреплен на основании излучателя, являющемся опорной плитой, а другой установлен с возможностью свободного перемещения в вертикальном направлении относительно первого на направляющих стойках.
В результате сил отталкивания, возникших в электродинамическом преобразователе энергии под действием импульса тока, верхний электродинамический элемент перемещается вверх по направляющим стойкам, а реакция нижнего электродинамического элемента преобразуется в импульс силы, который через основание излучателя, являющееся опорной плитой, воздействует на грунт, возбуждая в нем упругие колебания.
При прекращении действия электрического импульса тока магнитные и электрические поля исчезают, а подвижный электродинамический элемент под действием сил гравитации возвращается в исходное положение.
На чертеже представлена конструкция устройства.
Устройство содержит электродинамический излучатель энергии, соединительный кабель 1, накопитель энергии 2 и устройство управления 3.
Электродинамический излучатель энергии содержит герметичный цилиндрический корпус 4, закрепленный на основании излучателя (опорной плите) 5, в котором размещены электродинамический преобразователь энергии и направляющие стойки 6.
Электродинамический преобразователь энергии представляет из себя включенные встречно плоские соленоиды 7 и 8, один из которых 7 закреплен в пазу стальной плиты 9, жестко связанной с основанием 5. Плита 9 выполнена в виде концентратора магнитного поля. Другой соленоид 8 закреплен в пазу стальной плиты 10, установленной с возможностью ее свободного перемещения в вертикальном направлении на направляющих стойках 6. Направляющие стойки 6 и корпус 4 жестко крепятся к основанию 5.
Возбуждение сейсмических волн происходит следующим образом: энергия, запасенная в накопителе, в виде мощного импульса тока подается на соленоиды электродинамического преобразователя энергии, в которых создается магнитное поле, действующее по оси излучателя, вызывающее отталкивание электродинамических элементов друг от друга. При этом реакция нижнего соленоида передается в грунт через основание излучателя, являющееся опорной плитой в виде импульса силы, возбуждая в грунте упругие колебания. Этот процесс протекает в течение короткого времени действия электрического импульса, что позволяет получить большое усилие импульсного давления (толчок).
Плита с верхним соленоидом под действием вектора сил электромагнитного отталкивания, направленного вверх, поднимается вверх по стойкам, закрепленным на основании, до момента, пока кинетическая энергия, полученная ею в результате импульса силы, не уравновесится потенциальной энергией поднятой над поверхностью земли плиты с соленоидом, после чего плита под действием собственного веса начинает падать вниз.
Технический результат выражается в существенном увеличении импульсного давления на грунт по сравнению с электродинамическими излучателями аналогичного веса, упрощении конструкции излучателя и повышении его надежности.
Описанное выше устройство позволяет создать простой по конструкции, удобный при транспортировании и эффективный в работе излучатель и использовать его для проведения сейсморазведочных работ на суше, на море и в условиях транзитных зон.
Источники информации
1. Патент РФ патент РФ №2028646 С1, приоритет 29.05.1991, МПК G01V 1/02.
2. Патент РФ №2302016 С1, приоритет 21.10.2005, МПК G01V 1/02.