ПЕРЕДВИЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ В ГРУНТЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН Российский патент 2008 года по МПК G01V1/147 

Изобретение относится к области сейсморазведки, в частности к передвижным средствам возбуждения в грунте сейсмических волн.

Известно устройство для возбуждения сейсмических волн, включающее жесткий излучающий блок (плиту) заданной массы, соединенный с подъемно-сбрасывающим механизмом с заданной высотой подъема (Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная сейсморазведка. - М.: Недра, 1988, - с.71-74).

Рассматриваемое устройство нашло широкое применение в сейсморазведке благодаря исключительной простоте и большой мощности.

Данное устройство эффективно для возбуждения продольных Р-волн, менее эффективно для возбуждения поперечных SV-волн, поляризованных в вертикальной плоскости, и не обладает свойством возбуждения поперечных SH-волн, поляризованных в горизонтальной плоскости и более информативных в сейсморазведке по сравнению с SV-волнами.

Наиболее близким аналогом является передвижное устройство для возбуждения в грунте поперечных сейсмических волн, содержащее ударную массу, закрепленную на конце рычага, подвешенного противоположным концом с возможностью поворота вокруг неподвижной оси на платформе, установленной на транспортном средстве с возможностью поворота вокруг него, и средство приведения в действие, подвижный силовой элемент (шток силового цилиндра) которого связан с рычагом посредством гибкого тягового элемента (цепи), при этом на платформе со стороны, противоположной ударной массе, размещен противовес (Патент СССР №1445564, МПК G01V 1/053, 15.12.1988).

Это устройство является наиболее эффективным для возбуждения поперечных SH-волн, однако оно неэффективно для возбуждения продольных Р-волн, что является его недостатком.

К недостаткам следует также отнести то, что передача сейсмического импульса в грунт происходит через излучающий элемент, прижатый к грунту средством прижима, суммарная масса которых поглощает значительную часть кинетической энергии, накопленной ударной массой в процессе ее свободного падения, вследствие чего уменьшается энергия сейсмического импульса в грунте.

Кроме того, система излучающий элемент - прижим слишком сложна конструктивно, что является причиной снижения производительности работы по возбуждению волн во множестве пунктов поверхности грунта.

Задача изобретения состоит в расширении технических возможностей передвижного устройства для возбуждения сейсмических волн, его упрощении с одновременным повышением его сейсмической эффективности и производительности.

Задача решается тем, в известном передвижном устройстве для возбуждения в грунте сейсмических волн, содержащем ударную массу, закрепленную на конце рычага, подвешенного противоположным концом с возможностью поворота вокруг неподвижной оси на платформе, установленной на транспортном средстве с возможностью поворота вокруг него, средство приведения в действие, подвижный силовой элемент которого связан с рычагом посредством гибкого тягового элемента, и противовес, размещенный на платформе со стороны, противоположной ударной массе, согласно изобретению устройство снабжено мачтой, на которой закреплена неподвижная ось, при этом мачта установлена на платформе с возможностью изменения расстояния до поверхности грунта посредством подъемного устройства, установленного на транспортном средстве, причем расстояние от неподвижной оси до основания ударной массы превышает расстояние от неподвижной оси до поверхности грунта, а ударная масса снабжена ребрами, расположенными под ее основанием, выполнена в виде излучающего элемента и соединена с рычагом посредством фрикционного шарнира.

Сущность изобретения состоит в том, что если расстояние от неподвижной оси до поверхности грунта меньше, чем до основания ударной массы, то в момент соударения ударной массы с грунтом направление вектора силы удара не совпадает с направлением нормали к поверхности грунта, вследствие чего вектор силы удара Р разлагается на нормальную Рн и тангенциальную Рт составляющие, первая из которых (нормальная) обеспечивает возбуждение продольной Р-волны (волны сжатия) с одновременным прижатием излучающего элемента (ударной массы) к грунту и погружение ребер в грунт, а вторая (тангенциальная) обеспечивает возбуждение поперечной SH-волны (волны сдвига), которая передается в грунт через погруженные в него ребра, расположенные под основанием ударной массы.

Соединение ударной массы с рычагом посредством фрикционного шарнира обеспечивает прижатие к грунту ударной массы (излучающего элемента) всей поверхностью ее основания независимо от наклона поверхности грунта в месте соударения, а выполнение ударной массы в виде излучающего элемента обеспечивает передачу импульса силы в грунт без промежуточных инерционных масс, чем обеспечивается упрощение устройства, повышение его сейсмической эффективности и производительности работ.

Расширение технических возможностей устройства обеспечивается тем, что оно способно возбуждать как продольные Р-волны, так и поперечные SH-волны, причем изменение соотношения энергии продольных и поперечных волн может производиться путем изменения расстояния от неподвижной оси до поверхности грунта: при увеличении этого расстояния увеличивается угол отклонения вектора силы от нормали к поверхности грунта, вследствие чего уменьшается величина его нормальной составляющей и, соответственно, уменьшается энергия продольных Р-волн и увеличивается величина тангенциальной составляющей и, соответственно, увеличивается энергия поперечных SH-волн.

На чертеже схематически показан общий вид устройства.

Передвижное устройство включает транспортное средство 1, на котором установлено подъемное устройство 2, несущее основание 3 платформы 4. Платформа 4 соединена с основанием 3 посредством вала 5, зубчатого венца 6 и мотора 7. Мотор 7 снабжен зубчатым колесом 8 и жестко закреплен на основании 3. На платформе 4 жестко установлена мачта 9, на которой закреплена неподвижная ось 10, с которой соединен с возможностью поворота конец рычага 11, на противоположном конце которого закреплена ударная масса 12 посредством фрикционного шарнира, состоящего из двух, расположенных накрест, осей 13 и 14 и четырех зажимов 15 и 16. Ударная масса 12 снабжена ребрами 17, расположенными под ее основанием, рычаг 11 посредством гибкого тягового элемента 18, пропущенного через систему блоков 19, закрепленных на мачте 9, соединен с подвижным силовым элементом 20 любого известного средства приведения в действие 21. На платформе 4 со стороны, противоположной ударной массе 12, установлен противовес 22.

На чертеже стрелками показано разложение вектора силы удара Р на нормальную Рн и тангенциальную Рт составляющие.

Работа устройства

Транспортное средство 1 перемещается к очередному пункту возбуждения волн и устанавливается в заданной ориентации относительно известной приемно-регистрирующей системы (не показана). Устройство переводится из транспортного положения, в котором рычаг 11, ударная масса 12 и противовес 22 расположены вдоль продольной оси транспортного средства, в рабочее положение путем приподнятия ударной массы 12 с транспортного средства 1 подвижным силовым элементом 20 средства приведения в действие 21 через гибкий тяговый элемент 18 и рычаг 11, с последующим поворотом на 90 градусов платформы 4 вокруг вала 5 мотором 7 с зубчатым колесом 8 через зубчатый венец 6. С помощью подъемного устройства 2 и основания 3 устанавливается заданная высота платформы 4 над поверхностью грунта, вследствие чего устанавливается заданное расстояние от неподвижной оси 10, закрепленной на мачте 9, до поверхности грунта. После перевода устройства в рабочее положение включается средство приведения в действие 21, которое своим подвижным силовым элементом 20 через гибкий тяговый элемент 18, пропущенный через систему блоков 19, закрепленных на мачте 9, поворачивает рычаг 11, поднимая ударную массу 12 над поверхностью грунта. После подъема ударной массы 12 на высоту, определяемую соотношением конструктивных параметров различных узлов устройства, подвижный силовой элемент 20 любым известным способом освобождается от силового привода (не показан) средства приведения в действие 21 и ударная масса 12, соединенная с концом рычага 11 под действием силы тяжести, описывая круговую траекторию вокруг неподвижной оси 10, свободно падает на грунт.

При первом соударении с грунтом под действием инерционных сил, преодолевая силы трения между осями 13 и 14 и зажимами 15 и 16 фрикционного шарнира, ударная масса 12 поворачивается так, чтобы ее основание полностью прилегало к поверхности грунта, при следующем за соударением подъеме ударной массы 12 ее положение относительно рычага 11 фиксируется силами трения во фрикционном шарнире, поэтому при всех последующих падениях ударной массы соударение ее с грунтом происходит одновременно всеми ребрами 17, при этом если поверхность соударения деформируется неравномерно, ударная масса 12 в процессе каждого соударения поворачивается, отслеживая неравномерность. В результате выполнения двух-трех предварительных ударов ребра 17 погружаются в грунт и сила каждого последующего удара разлагается на нормальную Рн и тангенциальную Рт составляющие, возбуждая одновременно продольные и поперечные сейсмические волны. При безостановочной работе средства приведения в действие 21 производится запись заданного количества сейсмограмм, которые суммируются в регистрирующей системе после совмещения моментов ударов, после чего ударная масса 12 приподнимается, платформа 4 поворачивается на 180 градусов и описанный выше набор операций повторяется.

Для выделения продольных волн и подавления поперечных получают сумму двух описанных выше суммарных сейсмограмм, а для выделения поперечных и подавления продольных получают разность тех же суммарных сейсмограмм.

По завершении работы на пункте возбуждения, устройство переводится в транспортное положение и передвигается на следующий пункт возбуждения.

Пример

В устройстве ударная масса выполнена в виде излучающей плиты весом до 150 кг, снабженной ребрами под основанием. В качестве транспортного средства используется четырехколесная тележка грузоподъемностью не менее 400 кг. Конструкция мачты и подъемного устройства обеспечивает размещение неподвижной оси на расстоянии 1,5-1,8 м от поверхности грунта, конструкция рычага обеспечивает расстояние от неподвижной оси до основания ударной массы 2,1 м. При таких параметрах устройства угол между направлением нормали к поверхности грунта и направлением вектора силы удара может изменяться в пределах от 45 до 60 градусов.

Конструкция устройства обеспечивает поворот рычага от нижнего до верхнего положения ударной массы на 90 градусов, что соответствует подъему ударной массы на высоту от 2,85 до 3,00 м.

Экспериментально установлено, что при свободном падении с такой высоты в момент соударения с поверхностью грунта ударная масса испытывает отрицательное ускорение величиной в 100 g и при весе ударной массы 150 кг величина вектора силы удара составляет 15000 кг, а величина нормальной и тангенциальной составляющих при ударе под углом 45 градусов составит 10714 кг, что достаточно, например, для малоглубинной сейсморазведки.

Применение предлагаемого устройства позволит реализовать многоволновую сейсморазведку в едином производственном процессе.

Изобретение относится к области сейсморазведки, в частности к передвижным средствам возбуждения в грунте сейсмических волн. Устройство содержит ударную массу, закрепленную на конце рычага, подвешенного противоположным концом с возможностью поворота вокруг неподвижной оси на платформе, установленной на транспортном средстве с возможностью поворота вокруг него, средство приведения в действие, подвижный силовой элемент которого связан с рычагом посредством гибкого тягового элемента, и противовес, размещенный на платформе со стороны, противоположной ударной массе. Также устройство снабжено мачтой, на которой закреплена неподвижная ось, а мачта установлена на платформе с возможностью изменения расстояния до поверхности грунта посредством подъемного устройства, установленного на транспортном средстве. При этом расстояние от неподвижной оси до основания ударной массы превышает расстояние от неподвижной оси до поверхности грунта, а ударная масса снабжена ребрами, расположенными под ее основанием, выполнена в виде излучающего элемента и соединена с рычагом посредством фрикционного шарнира. Технический результат - расширение технических возможностей устройства, его упрощение с одновременным повышением сейсмической эффективности и производительности. 1 ил.

Передвижное устройство для возбуждения в грунте сейсмических волн, содержащее ударную массу, закрепленную на конце рычага, подвешенного противоположным концом с возможностью поворота вокруг неподвижной оси на платформе, установленной на транспортном средстве с возможностью поворота вокруг него, средство приведения в действие, подвижный силовой элемент которого связан с рычагом посредством гибкого тягового элемента, и противовес, размещенный на платформе со стороны, противоположной ударной массе, отличающееся тем, что устройство снабжено мачтой, на которой закреплена неподвижная ось, при этом мачта установлена на платформе с возможностью изменения расстояния до поверхности грунта посредством подъемного устройства, установленного на транспортном средстве, причем расстояние от неподвижной оси до основания ударной массы превышает расстояние от неподвижной оси до поверхности грунта, а ударная масса снабжена ребрами, расположенными под ее основанием, выполнена в виде излучающего элемента и соединена с рычагом посредством фрикционного шарнира.