СПОСОБ НЕВЗРЫВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГРУНТ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ
METHOD OF UNEXPLOSIVE ACTION ON GROUND AT TIME OF SEISMIC EXPLORATION

Изобретение относится к области сейсморазведки, в частности к технологиям импульсного невзрывного управляемого воздействия на грунт и может быть использовано при создании невзрывных источников сейсморазведки.
Известен способ воздействия на грунт при сейсмической разведке, заключающийся в импульсном силовом воздействии путем взрыва (Сейсморазведка. Справочник геофизика. Ред. И.И.Гурвич, В.П.Намоконов. М.: Недра, 1981).
В силу неуправляемости энергии взрыва и несоответствия получаемой силы удара пределам пластичности грунта, последний разрушается в момент удара, и большая часть энергии взрыва уходит на разрушение грунта, а не на создание полезной сейсмической волны.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ импульсного воздействия на грунт, реализованный с использованием электромеханических, электродинамических, газодинамических источников, основанный, например, на непосредственном ударе груза на опорную плиту, лежащую на грунте [М.Б.Шнеерсон, В.В.Майоров. Наземная невзрывная сейсморазведка. М.: Недра, 1988. 237 с.].
Указанный способ обладает тем большим недостатком, что сила удара на грунт направлена непосредственно на границу раздела воздух-грунт. При этом за счет ударного воздействия на грунт, когда сила удара определяется ускорением в момент соприкосновения груза с грунтом, материал границ раздела уходит за предел пластичности, определяемый законом Гука, и поверхность грунта разрушается. В этом случае основная энергия удара также уходит на разрушение грунта и лишь небольшая часть энергии удара уходит вглубь земли в виде сейсмической волны.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности невзрывного воздействия на грунт при сейсмической разведке с одновременным снижением разрушающего воздействия на грунт.
Поставленная задача решается тем, что в способе невзрывного воздействия на грунт при сейсмической разведке, заключающемся в воздействии на поверхность грунта ударного импульса с помощью перемещающегося по вертикали массивного груза, согласно изобретению начальное направление силы удара выбирают противоположным относительно направления на грунт, затем направление движения груза изменяют на обратное, с запаздыванием по времени относительно времени пластической деформации грунта, определяемой законом Гука, а величину силы удара и площадь опорной плиты источника излучения выбирают из условия обеспечения удельного давления на грунт, не превышающего предела его прочности, из соотношения
р
g
σ=ρυυ, где
ρ - плотность грунта;
p
υ - скорость распространения сейсмической волны в грунте,
g
υ - скорость деформации грунта.
п
и
1
1
2
и
г
На фиг.1а показан невзрывной импульсный источник (НИИ), с помощью которого может быть реализован заявленный способ, на фиг.1б - схема взаимодействия конструктивных элементов невзрывного импульсного источника с поверхностью грунта, на фиг.2 представлены временные зависимости действующих в источнике сил, где изображено: Р, Р - соответственно изменение силы удара в прототипе и заявленном изобретении; I - импульс тока в индукторе; ε - изменение пластической деформации; [0-t] - интервал действия импульса силы в прототипе; [t-t] - время нарастания сейсмической волны; τ - длительность импульса тока в индукторе; τ - время нарастания деформации в грунте; τ - время нарастания давления на грунт.
0
Невзрывной импульсный источник фиг.1а содержит: опорную плиту 1, стойки 2, на которые опирается пригруз 3, а на опорной плите расположен индуктор 4 с обмотками возбуждения 5. Якорь 6 электромагнита закреплен на раме 7 якоря с зазором 8, равным δ, через демпферы 9 относительно индуктора. Стойки 2 установлены на опорной плите. На схеме фиг.1а, б изображены также: поверхность грунта 10, на которую опирается опорная плита 1. Направление магнитного потока 11 индуктора 4 и направление силы притяжения 12 якоря 6 противоположно направлению сил удара 13 через стойки 2 на грунт 10.
Невзрывное воздействие на грунт формируется следующим образом. В исходном положении, до подачи импульса тока на индуктор 4 поверхность грунта 10 придавлена опорной плитой 1, стойками 2 и пригрузом 3. При подаче импульса тока на обмотку индуктора 4, последний начинает движение вверх по координате z, освобождая опорную плиту 1 от веса пригруза 3.
Г
Сила притяжения индуктора через якорь 6, раму 7 якоря, стойки 2 и демпферы 9 передается на края опорной плиты 1. В результате поверхность грунта под опорной плитой принимает волновую форму 14, а приложенный к индуктору импульс силы сглаживается демпферами 9. В этом случае деформация грунта всегда отстает по времени на величину (τ-τ) от фронта нарастания силового воздействия индуктора и связь силы давления на грунт с его деформацией подчиняется закону
σ=Еε, где
Е - модуль Юнга,
ε - деформация грунта.
0
Если зазор между якорем и индуктором равен δ, то время прохождения индуктором этого зазора равно
, где
я
υ - скорость движения индуктора.
Время распространения механического воздействия якоря по стойкам 2 до грунта 10 равно:
, где
1
х - длина плеча рамы якоря 7;
2
х - высота стоек 2.
Суммарное время действия импульса на грунт:
я
м
τ=τ+τ.
Постоянная времени смещения грунта
, где
Г
υ - скорость смещения грунта.
Условие пластической деформации грунта при действии силового импульса:
Г
τ>τ.
Г
0
Если скорость деформации грунта υ=1 м/с, а зазор электромагнита δ=5 мм, то
0
Пусть время пролета якорем зазора δ равно длительности импульса тока, поступающего на индуктор от генератора:
я
0
-3
τ=5 мс; δ=5·10 м,
тогда скорость движения якоря:
1
2
Время запаздывания акустической волны в плечах рамы 7 якоря 6 и стойках 2, например, для случая х+х=2 м, равно:
м
υ=4000 м/с;
я
р
д
я
р
д
д
Общее время запаздывания действия импульса силы на грунт с учетом запаздывания в раме якоря τ+τ, демпфирования пригруза и стоек τ: τ=τ+τ+τ+0,5=5,5 мс + τ.
Таким образом, в описываемой конструкции за счет введения демпферов всегда можно соблюсти условие:
Г
τ≥τ,
Г
что и является основным отличительным признаком по отношению к прототипу, для которого τ<τ, ибо при ударе падающего или толкаемого груза на грунт, скорость удара всегда выше скорости смещения грунта.
р
g
p
g
Кроме того, величину силы удара и площадь опорной плиты выбирают из условия обеспечения удельного давления на грунт, не превышающего предела его прочности из соотношения σ=ρυυ, где ρ - плотность грунта; υ - скорость распространения сейсмической волны в грунте, υ - скорость его деформации.
Таким образом, заявленный способ невзрывного воздействия на грунт принципиально отличается от прототипа обратным направлением движения груза по отношению к грунту и временем запаздывания удара относительно постоянного времени пластической деформации.
Подобное сочетание новых признаков дает качественно новые результаты: существенное увеличение КПД источника с сохранением структуры поверхности грунта при работе источника.