КОДОИМПУЛЬСНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК
PULSE-CODE SEISMIC VIBRATOR

Изобретение относится к невзрывным кодоимпульсным сейсмоисточникам, применяемым в сейсморазведке на сложных зондирующих сигналах.
Известно применение для сейсморазведки на сложных зондирующих сигналах виброимпульсных (кодоимпульсных) излучателей (примененных в установках ИКИ-10/40, «Скиф», «Енисей/ИКИ»), состоящих из излучающей плиты, установленной на грунт, на которую опирается корпус, внутри которого расположен индукционно-динамический двигатель возвратно-поступательного движения [Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах. - Тверь: Издательство ГЕРС, 2002. - 416 с; с.357]. В пазах на внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода его индуктора, неподвижно соединенного с корпусом, помещены катушки обмотки возбуждения, в которых специальная схема электропитания формирует импульсные токи заданной амплитуды, длительности и периодичности. Внутри индуктора расположен цилиндрический ферромагнитный якорь, в кольцевых пазах которого, выполненных на его наружной цилиндрической поверхности, располагаются электропроводящие, обычно медные кольца. Корпус пригружен весом инерционного груза большой массы. В нижней части корпуса имеется заполненная жидкостью и отделенная от излучающей плиты податливой мембраной полость, в которую погружается якорь при работе двигателя. Эта полость является гидроусилителем, коэффициент усиления которого определяется отношением площади мембраны к площади торца якоря, погружающегося в жидкость.
Недостатками виброимпульсного излучателя являются сложность конструкции и недостаточная надежность, обусловленные использованием гидроусилителя (высокими требованиями к уплотнениям перемещающихся частей, наличием утечек рабочей жидкости и необходимостью их восполнения, сложностью обслуживания).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом [Патент РФ №2171478], содержащий плиту-излучатель сейсмических волн, выполненную в виде саней с полыми полозьями, с жесткими днищами, выполняющими роль плиты-излучателя, и жесткими вертикальными стенками. На днище каждого полоза опирается пригруз с возможностью перемещения по высоте вдоль стенок полоза. С каждым пригрузом жестко соединен индуктор электромагнита, якорь которого оперт на жесткие стенки полоза и отделен от индуктора воздушным зазором. Обмотка возбуждения электромагнита помещена в пазах, выполненных на поверхности индуктора со стороны воздушного зазора, и подключена к схеме электропитания. Между пригрузом и полозьями установлены демпферы одностороннего действия.
Срабатывание сейсмоисточника происходит при подаче от схемы электропитания импульса тока в обмотку индуктора. Электромагнитная сила притягивает якорь к индуктору, якорь через жесткие стенки давит на жесткое днище, в результате чего грунт под днищем деформируется и излучается сейсмическая волна. В то же время индуктор с пригрузом движутся вверх, выбирая воздушный зазор. После полного выбора зазора якорь движется с индуктором и пригрузом как единое целое, поднимаясь над стенками. Последующий возврат якоря и пригруза в исходное положение под действием силы тяжести смягчается односторонними демпферами.
Недостатками прототипа являются высокий уровень шума и сейсмических помех, а также низкая надежность при работе в кодоимпульсном режиме. Это объясняется многочисленными ударами между индуктором и якорем при движении пригруза вверх и между якорем и жесткими стенками при движении вниз. Удары с одной стороны приводят к высокому уровню излучаемых сейсмических помех, а с другой - к ускоренному механическому разрушению якоря и индуктора.
Предложен кодоимпульсный сейсмоисточник, содержащий пригруз, опирающийся на плиту-излучатель сейсмических волн с закрепленными на ней опорами, электромагнит, состоящий из индуктора с обмоткой, закрепленного на пригрузе, и якоря, опирающегося на стойки таким образом, что между индуктором и якорем имеется воздушный зазор, демпферы, установленные между плитой-излучателем и пригрузом. Обмотка возбуждения подключена к импульсной схеме электропитания. Источник отличается тем, что стойки снабжены прижимами, обеспечивающими упругое поджатие якоря к стойкам, а зазор между якорем и индуктором имеет величину, превышающую ход пригруза относительно плиты-излучателя в процессе срабатывания.
Предлагаемый сейсмоисточник позволяет повысить качество сейсмического сигнала, имеет более высокую надежность и долговечность, пониженный уровень шума.
Выполнение величины воздушного зазора большей, чем ход пригруза, устраняет удары между якорем и индуктором электромагнита, что повышает его надежность и долговечность, снижает уровень шума и сейсмических помех. Прижимы, выполненные на стойках, исключают дребезг якоря и тем самым также снижают уровень помех в излучаемом сейсмическом сигнале. В то же время они обеспечивают поглощение энергии удара в экстренных случаях, если соударение индуктора и якоря все же произойдет.
Для пояснения приведены следующие чертежи: фиг.1 - конструктивная схема заявляемого кодоимпульсного сейсмоисточника, общий вид; фиг.2 - то же, вид сверху.
Жесткая плита-излучатель 1 с вертикальными опорами 2 устанавливается на поверхность грунта. Между опорами на плите располагается массивный пригруз 3. Опоры ограничивают смещение пригруза в горизонтальной плоскости, но не препятствуют его перемещению вверх-вниз. На пригрузе жестко закреплен индуктор 4 электромагнита. В пазах индуктора располагается обмотка возбуждения 10, подключенная к схеме импульсного электропитания (на фиг.1 и 2 не показана). Якорь 7 электромагнита опирается на опоры 2 и удерживается прижимами. Прижимы выполнены в виде болтов 6 с упругими элементами 5 (пружинами). Болты вворачиваются в опоры и посредством пружин обеспечивают упругое поджатие якоря к опорам. Упругие элементы могут выполняться из материалов с повышенными диссипативными потерями. В исходном положении между якорем и индуктором имеется воздушный зазор 8. Величина зазора устанавливается не меньше, чем величина вертикального рабочего хода пригруза относительно плиты-излучателя. Регулировка зазора может осуществляться прокладками, помещаемыми между опорами и якорем (на фиг. не показаны). Между пригрузом 3 и плитой 1 установлен один или несколько (для равномерного распределения усилий) демпферов 9. Демпфер имеет несимметричную характеристику: демпфирование происходит только при его сжатии, расширение происходит свободно.
Работа кодоимпульсного сейсмоисточника заключается в генерации серии силовых импульсов в заданной кодовой последовательности. Каждый силовой импульс генерируется при формировании схемой импульсного электропитания короткого импульса тока в обмотке возбуждения 10 электромагнита. При этом якорь 7 притягивается электромагнитной силой к индуктору 4. Под действием электромагнитной силы якорь движется вниз, воздействует посредством опор 2 и плиты 1 на грунт, формируя в нем сейсмическую волну, а индуктор 4 с пригрузом 3 движутся вверх. Одновременно происходят упругие деформации элементов конструкции сейсмоисточника. Наиболее заметен упругий прогиб якоря, опирающегося краями на относительно жесткие опоры. После окончания импульса тока электромагнитная сила исчезает, пригруз с индуктором продолжают движение в поле силы тяжести, а якорь, распрямляясь, стремится отскочить от опор. Якорь может оторваться от опор в том случае, если сила отрыва превысит силу упругого поджатия прижимов. В нормальном режиме работы воздушный зазор 8 до конца не выбирается, а сила упругого поджатия прижимов обеспечивает постоянный контакт якоря с опорами, исключая его дребезг. В то же время, несколько первых импульсов сейсмоисточника могут сопровождаться повышенными деформациями грунта в результате его уплотнения, что может вызвать увеличенный ход плиты и полный выбор воздушного зазора 8. В этом случае упругие элементы 5 обеспечат отрыв якоря от опор с поглощением энергии удара, предотвратят разрушение конструкции. Несимметричный демпфер 9 никак не влияет на формирование сейсмической волны при движении плиты вниз, но гасит упругие колебания плиты-излучателя на упругом грунте, ограничивая скорость его разгрузки. Он же способствует плавному возврату элементов конструкции в исходное положение.
Таким образом, предлагаемый кодоимпульсный сейсмоисточник позволяет повысить надежность и снизить уровень шума благодаря безударному взаимодействию якоря и индуктора, имеет меньший уровень сейсмических помех за счет отсутствия дребезга и ударов в местах контакта якоря с опорами.