ИМПУЛЬСНЫЙ НЕВЗРЫВНОЙ НАЗЕМНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК
PULSE NON-EXPLOSIVE SURFACE SEISMIC SOURCE

Изобретение относится к области невзрывных импульсных сейсмоисточников, применяемых при проведении сейсморазведочных работ, и предназначено для создания сейсмических волн воздействием импульсного усилия на поверхность грунта.
Известен источник сейсмических волн [1], принятый за аналог. Источник содержит расположенное на поверхности грунта жесткое основание-излучатель, пригруз - инертную массу и импульсный электромагнитный преобразователь электродинамического типа со схемой электропитания его обмоток возбуждения. Ферромагнитные якорь и реактор импульсного электромагнитного преобразователя расположены коаксиально и содержат обмотки возбуждения, помещенные в пазах на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях магнитопроводов якоря и реактора.
Недостатком аналога является низкая сейсмическая эффективность, обусловленная низким коэффициентом передачи генерируемой сейсмоисточником механической энергии в энергию механического воздействия на грунт. Это приводит к увеличению веса и стоимости сейсмоисточника, потребляемой им электрической мощности, что ограничивает возможности сейсмоисточника и область его применения.
Известен принятый за прототип импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник [2], содержащий жесткое основание-излучатель, опертый на него пригруз, закрепленный на пригрузе магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения, магнитопровод якоря, отделенный от индуктора воздушным зазором и опирающийся на плиту через две первые стойки-опоры. Пригруз снабжен консолью, конец которой посредством оси соединен со второй опорой с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости в направлении уменьшения воздушного зазора.
Недостатками прототипа являются снижающие долговечность сейсмоисточника жесткие механические удары между магнитопроводами индуктора и якоря при выборе зазора между ними, увеличение массы основания-излучателя за счет массы первых двух и второй стоек-опор на нем, значительная неравномерность распределения механической нагрузки на основание, создаваемая через расположенные по краям плиты стойки, и недостаточная развиваемая электромагнитом сила, удельное значение которой ограничивается индукцией насыщения магнитопроводов. Эти недостатки снижают долговечность сейсмоисточника, его технические и эксплуатационные показатели и область применения.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение долговечности сейсмоисточника и повышение его сейсмической эффективности.
Техническим результатом является уменьшение массы основания, исключение ударных процессов между якорем и индуктором электромагнитного преобразователя и обеспечение повышения максимального значения, создаваемого на основание-излучатель механической силы, определяющей сейсмическую эффективность и возможности применения сейсмоисточника.
Упомянутая задача достигается тем, что в сейсмоисточнике, содержащем жесткое основание, опертый на него пригруз с консолью и электромагнитный привод со схемой питания, основание выполнено из диэлектрического материала с пазами на его обращенной к пригрузу поверхности, в пазах основания помещена обмотка возбуждения упомянутого привода, на обращенной к основанию поверхности пригруза помещена электропроводящая пластина, выполняющая роль якоря электромагнитного привода, конец консоли пригруза соединен с основанием подвижным соединением, обеспечивающим угловое перемещение пригруза в вертикальной плоскости, а между пригрузом и основанием установлен односторонний демпфер.
Обмотка возбуждения может быть выполнена в виде нескольких катушек, каждая из которых помещена в отдельном пазу на поверхности основания.
Получение технического результата достигается за счет уменьшения веса основания-излучателя сейсмоисточника, повышения равномерности распределения создаваемого на плиту усилия по ее площади и возможности увеличения максимального значения этой силы.
Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез сейсмоисточника, на фиг.2 - диаграмма работы сейсмоисточника, на фиг.3 - выполнение обмотки возбуждения в виде нескольких катушек, помещенных в пазах на основании сейсмоисточника, на фиг.4 - конструктивная схема сейсмоисточника с клиновидным основанием для создания поперечных волн.
Сейсмоисточник содержит жесткое основание 1, на которое оперт пригруз 2. В основании выполнен паз, в котором помещена обмотка возбуждения 3. На обращенной к основанию поверхности пригруза над обмоткой возбуждения 3 закреплена пластина 4 из электропроводящего материала, например меди. Пригруз снабжен консолью 5, конец которой посредством оси 6 соединен с опорой 7 на основании 1. Между пригрузом и плитой установлен односторонний демпфер 8. К обмотке возбуждения 3 присоединена схема электрического питания, которая может быть размещена отдельно от сейсмоисточника (на фиг.1, 2, и 4 не показана).
0
1
0
1
2
2
Работает сейсмоисточник следующим образом. В момент t (фиг.2) по сигналу с сейсмостанции от подготовленной к работе схемы питания через обмотку 3 пропускается импульс тока необходимой величины и длительности. Прохождение импульсного тока по обмотке возбуждения вызывает создание вокруг обмотки импульсного магнитного поля, что сопровождается наведением в расположенной над обмоткой медной пластине 4 вихревого тока и созданием между обмоткой возбуждения и медной пластиной электродинамической силы 9 (фиг.2), под действием которой основание 1 с обмоткой ускоряется в направлении грунта, что сопровождается деформацией 11 грунта и формированием в нем сейсмической волны, мощность которой пропорциональна скорости деформации грунта и площади прилегания основания к грунту. Одновременно с деформацией грунта основанием 1 под действием силы 9 (фиг.2), действующей на пластину 4, пригруз 2 вместе с пластиной ускоряется вверх, совершая угловое перемещение вокруг оси 6 на опоре 7 основания 1. К моменту t создаваемое усилие 9 уменьшается до нулевого значения в результате перемещения пригруза вверх, а плиты вниз, и уменьшения тока в обмотке возбуждения. При t>t пригруз продолжает движение вверх в поле силы тяжести (кривая 10), и к моменту t достигает максимальной высоты перемещения вверх, а затем начинается его движение вниз, в исходное положение на основании 1. Движение вниз замедляется демпфером 8 с целью снижения скорости возвращения пригруза в исходное положение на основании 1 и величины повторного ударного воздействия на грунт в момент возвращения пригруза в исходное положение. График замедленного перемещения пригруза вниз при t>t показан на фиг.2 пунктирной линией.
Сейсмическая эффективность сейсмоисточника определяется энергией, передаваемой от электромагнитного привода в энергию воздействия на грунт его основанием-антенной.
Применение нескольких обмоток возбуждения в соответствии с данным изобретением позволяет увеличить создаваемую на основание 1 силу 9, обеспечить более равномерное механическое воздействие по площади основания и уменьшить радиальные механические нагрузки на витки обмотки возбуждения. Выполнение обмотки возбуждения в виде нескольких отдельных секций позволяет путем изменения схемы их соединения - параллельное, последовательно-параллельное и последовательное - изменять длительность фронта создаваемой на основание 1 силы Р и обеспечивать эффективное возбуждение сейсмических волн при различных реологических характеристиках грунта как нагрузки для сейсмоисточника: мягкий грунт, жесткий мерзлый грунт и т.д.
Выполнение опоры 7 с осью 6, расположенной в плоскости прилегания пригруза к основанию, обеспечивает уменьшение (в сравнении с прототипом) высоты опоры и, следовательно, массы основания-антенны, на котором она закреплена, что также приводит к увеличению эффективности работы сейсмоисточника.
р
s
p
s
s
На фиг.4 приведен вариант конструктивного выполнения сейсмоисточника для создания поперечных волн. Основание-антенна сейсмоисточника размещено под углом γ к поверхности грунта посредством, например, применения жесткой подставки с зубьями на ее прилегающей к грунту поверхности для фиксации на поверхности грунта. При работе сейсмоисточника создаваемое приводом усилие Р может быть разложено на вертикальную Р и горизонтальную P составляющие: P=P·Cos γ, P=P·Sin γ (фиг.4). Составляющая P создает горизонтальную составляющую деформации грунта, генерирующую поперечные волны.
Предложенное техническое решение может быть применено при создании сейсмоисточников продольных и продольно-поперечных колебаний, в том числе:
4
а - переносных сейсмоисточников (весом до 50 кг) с усилием до (4-5)·10 Н для сейсморазведки зоны малых скоростей,
б - транспортируемых сейсмоисточников большой мощности, размещенных на колесной или тракторной транспортной базе, снабженной спускоподъемным устройством для перемещения сейсмоисточника на грунт,
в - санных сейсмоисточников с размещением сейсмоисточника непосредственно в полозе саней, перемещаемых по снежному покрову транспортным средством.
4
Экспериментальный образец предложенного технического решения сейсмоисточника при весе 250 кг создает усилия до 20·10 Н, что в 3,5 раза превышает усилия сейсмоисточника такого же веса, имеющего конструктивное решение по прототипу.
Использованная литература
1. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. Под редакцией д.т.н. Шнеерсона М.Б. - М: Недра, 1988, с.149-151.
2. Патент РФ №2233000, Б.И. №20, 2004 г.