ИСТОЧНИК ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
SEISMIC SHEAR WAVE GENERATOR

Описание изобретения
Изобретение относится к техническим средствам возбуждения сейсмических волн невзрывным способом и может быть использовано при проведении полевых геофизических работ методом многоволновой сейсморазведки.
Известно устройство для возбуждения продольных и поперечных волн (патент РФ №2053525, приор. 21.07.1992, МПК G01V 1/147), содержащее мачту с направляющими, падающий груз и излучающую платформу. Платформа снабжена промежуточной плитой, горизонтально расположенными инертными массами, вертикально расположенными постоянными магнитами, горизонтально и вертикально расположенными индукционными катушками 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 индукционных катушек.
Недостатками описанного устройства являются большие габариты, т.к. для возбуждения сейсмических колебаний используется груз, падающий с определенной высоты, а также то, что в устройстве происходит многократное преобразование энергии из одного вида в другой, что ведет к неоправданным потерям энергии. Для возбуждения поперечных сейсмических волн потенциальная энергия падающего груза преобразуется в электродвижущую силу индукционных катушек и далее в потенциальную энергию пружин. На каждом этапе преобразования происходят потери запасенной энергии.
Известно устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн (патент РФ №2419818, приор. 26.10.2009, МПК G01V 1/02), содержащее раму, жесткую опорную плиту, электрическую схему питания и два электродинамических импульсных излучателя. Жесткая опорная плита выполнена в виде равнобедренной треугольной призмы с углами при основании 45° и грунтозацепами, закрепленными на основании плиты, а электродинамические импульсные излучатели установлены на противоположных гранях жесткой опорной плиты под углом 45° к основанию плиты каждый и запитываются от электрической схемы питания с возможностью работы поочередно. Установка излучателей под углом 45° к основанию опорной плиты и наличие грунтозацепов, закрепленных на основании плиты, позволяют возбуждать в грунте пакеты продольных и поперечных сейсмических волн.
Недостатком описанного устройства является то, что возбуждение разнонаправленных сейсмических волн осуществляется двумя отдельными импульсными излучателями, каждый из которых помимо рабочего элемента имеет свой корпус и свой пригруз. Это обстоятельство неоправданно увеличивает общую массу устройства, увеличивает его стоимость и усложняет конструкцию.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является устройство для возбуждения сейсмических колебаний (авторское свидетельство SU №1539703 А1, приор. 01.10.87, МПК G01V 1/04), 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 силовым гидроцилиндром транспортного средства. На излучающей платформе со стороны прижимной плиты выполнена клиновая выемка, образованная двумя равнонаклоненными к излучающей платформе плоскостями, на стенках которой установлены электродинамические излучатели, сопряженные с демпферами в виде клиньев, на которые оперта промежуточная плита. Демпферы не связаны жестко с опорной плитой. Такая конструкция устройства позволяет возбуждать в грунте пакеты разнонаправленных поперечных сейсмических волн.
Недостатком описанного устройства является низкая эффективность возбуждения поперечных волн, поскольку в работе излучателя эффективно используется только рабочий клиновый демпфер, поднимающий вверх промежуточную плиту, а смежный к рабочему клин (поскольку клиновые демпферы не связаны жестко с промежуточной плитой) передает часть обратного воздействия на излучающую платформу. Это генерирует в грунте сдвиговые напряжения противоположного первоначальному знака и резко снижает направленные свойства излучателя. Кроме того, описанное устройство не может быть использовано без транспортного средства, выполняющего роль пригруза.
Цель изобретения - создание простого по конструкции, удобного в эксплуатации источника сейсмических волн, реализующего возможность получения сейсмограмм парных воздействий в каждой точке возбуждения, эффективно использующего массу всех своих составных частей для излучении поперечных сейсмических волн, в котором минимизирована возможность передачи части обратного воздействия на излучающую платформу. Источник может быть выполнен в малогабаритном переносном варианте и эффективно использоваться как отдельно, так и в группе источников для многоволновой сейсморазведки верхней части геологического разреза.
Цель достигается тем, что в источнике поперечных сейсмических волн, состоящем из излучающей платформы с грунтозацепами, электромагнитного привода со схемой питания, пригруза, прижимной плиты и опоры, электромагнитный привод выполнен в виде двух излучателей, каждый из которых состоит из катушки возбуждения и пластины, изготовленной из металла с высокой удельной электропроводностью, например из меди. В основании электромагнитного привода, жестко закрепленного на излучающей платформе и изготовленного из прочного диэлектрического материала, например капролона, со стороны прижимной плиты выполнена выемка в виде правильной треугольной призмы с углом между плоскостями 90° и углом наклона каждой из плоскостей к излучающей платформе 45°. В пазах плоскостей выемки размещены обмотки возбуждения излучателей, а пластины излучателей размещены напротив обмоток возбуждения на пригрузе, выполненном в виде правильной треугольной призмы с углом между плоскостями 90°. Пригруз жестко связан с прижимной плитой и без зазора свободно входит в паз выемки основания привода. В верхней части прижимной плиты закреплена роликовая линейная направляющая, каретка которой сочленена с нижней частью опоры. Верхняя часть опоры источника может быть скреплена с односторонним демпфером, установленным между прижимной плитой и излучающей платформой (если источник используется как отдельное устройство) или с приподнятым над землей транспортным средством, использующимся в качестве дополнительного пригруза (если источник используется в составе группы источников, перевозимых к месту работы транспортным средством). Односторонний демпфер снижает величину повторного ударного воздействия на груз в момент возвращения пригруза в исходное положение.
При такой конструкции источника отпадает необходимость в его перемещении на местности для получения в каждой точке записи сейсмограмм парных воздействий, которые позволяют при последующей обработке выделить из смешанного сейсмического волнового поля либо продольные, либо поперечные волны. Тем самым существенно повышается эффективность сейсморазведочных работ.
На чертеже показан продольный разрез источника.
Источник поперечных сейсмических волн состоит из излучающей платформы 1 с грунтозацепами 12, электромагнитного привода со схемой питания 2, пригруза 3, прижимной плиты 4 и опоры 5.
Электромагнитный привод состоит из двух излучателей 6, каждый из которых состоит из обмотки возбуждения 7 и пластины, выполненной из материала с высокой удельной электропроводностью 8. Основание привода 9 жестко закреплено на излучающей платформе 1 и выполнено из прочного диэлектрического материала, в котором со стороны прижимной плиты выполнена выемка в виде правильной треугольной призмы с углом между плоскостями 90° и углом наклона каждой из плоскостей к излучающей платформе 45°. В пазах плоскостей выемки размещены обмотки возбуждения 7 излучателей, а пластины излучателей 8 размещены напротив обмоток возбуждения на пригрузе 3, выполненном в виде правильной треугольной призмы с углом между плоскостями 90°. Пригруз жестко связан с прижимной плитой 4 и без зазора свободно входит в паз выемки основания привода. В верхней части прижимной плиты 4 расположена роликовая линейная направляющая 10, каретка которой 11 сочленена с нижней частью опоры 5. Верхняя часть опоры 5 крепится к одностороннему демпферу, нижняя часть которого соединена с излучающей платформой (на чертеже не показан). Если источник эксплуатируется в составе группы источников, установленных на транспортном средстве, верхняя часть опоры может крепиться к приподнятому над землей транспортному средству, которое в этом случае является дополнительным пригрузом.
Работает источник следующим образом.
По сигналу с сейсмостанции от источника питания через одну из обмоток возбуждения электромагнитного привода 7 пропускается токовый импульс заданной величины и длительности. Прохождение импульсного тока через обмотку возбуждения 7 вызывает создание вокруг обмотки возбуждения импульсного магнитного поля, что сопровождается наведением в расположенной над обмоткой проводящей пластине 8 вихревого тока и созданием между обмоткой возбуждения и пластиной электродинамической силы, под действием которой основание привода 9 с излучающей платформой 1 с грунтозацепами 12 начинает ускоренное перемещение относительно грунта в направлении, перпендикулярном плоскости выемки основания привода 9. Так как обмотки возбуждения 7 расположены на плоскостях выемки основания привода 9, импульс силы раскладывается на нормальную и тангенциальную составляющие. Воздействуя на грунт через поверхность излучающей платформы 1 и грунтозацепы 12, эти силы вызывают появление сжимающих и касательных напряжений, которые являются причиной возникновения продольных и поперечных сейсмических волн. Одновременно возникает реактивная сила, которая воздействует на пригруз 3 с пластиной 8, заставляя его двигаться по нормали к поверхности обмотки возбуждения 7. При движении пригруз 3 движется по встречно наклоненной выемке основания 9, совершая одновременно подъем вверх по вертикали, приподнимая прижимную плиту 4, и поскольку в верхней части плиты закреплена роликовая линейная направляющая, а опора 5 прикреплена своей нижней частью к ее каретке, верхняя часть опоры 5, связанная с односторонним демпфером, перемещается вверх строго по вертикали. После достижения прижимной плитой 4 с пригрузом 3 максимальной высоты перемещения вверх, начинается их движение вниз в исходное положение. Движение пригруза 3 вниз замедляется односторонним демпфером с целью снижения скорости возвращения пригруза в исходное положение и уменьшения величины повторного ударного воздействия на грунт в момент возвращения пригруза в исходное положение.
После завершения цикла осуществляется подача такого же импульса тока на вторую встречно-наклоненную обмотку возбуждения 7 электромагнитного привода для возбуждения поперечных сейсмических волн в противоположном направлении. Принцип работы источника в этом случае аналогичен описанному.
При обработке сейсмограмм парных воздействий методами их суммирования и вычитания выделяют из смешанного сейсмического волнового поля записи либо продольных, либо поперечных волн.
Таким образом, применение описанного источника позволяет обеспечить высокую производительность сейсморазведочных работ при проведении многоволновой сейсморазведки, в том числе верхней части геологического разреза малогабаритными переносными источниками.