Способ возбуждения сейсмических волн Советский патент 1983 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при исследовании внутреннего строения Земли и поисках полезных ископаемых сейсмическими методами.

В настоящее время известны несколь ко способоэ исскуственного возбуждения сейсмических волн: использование взрыва, машин ударного действия (молоты),, вибрационных машш различного типа.

В вибрационном способе весом мащины иди с помощью системы цилиндр поршень создают давление на грунт. С помощью механических узлов создают пульсацию этой силы, что и возбуждает сейсмические волны. ЛЕреимущество вибрационного способа- состоит в возможности получения непрерывных сейсмических волн заданной частоты, что позволяет применить в геофизических исследованиях идеи радиолокашга Г13«

Недостаток способа меньшая в сра&нении со;В( и ударным способами инте нсивность возбу сдаа юй сейсмической волны.,

Наиболее близким к предлагаемому является способ возбуждения сейсмических волн, при котором создают пульсации давления газа на грунт. Этот способ- реализован в источнике сейсмических сигналов на воэДушной поауигке, где давление воздуха у земли повышает ся путем нагнетания воадуха под aojHyтое днище вибратора с помоошю осевого компресссфа, а пульсация давления создается изменением сечения воздухопровода посредством механвческогчз пр&рывателя потока {наприм, вращением диска с прорезями относительно такого же неподвижного диска ) 3 .

Однако при таком способе для чения сейсмических волн высокой интенсивности необходимое увеличивать площадь опорной поверхности вибратора, что увеличивает его 1фодольные и поперечные размеры и тем самым затрудняет эксплуатацию вибратора. Амплитуда пульсаций давления, которую можно реализовать в газе, обычно по уровню «в более половины статического давления в газе. Однако увеличение дав;юния . в газе более, чем на одну избыточную атмосферу ведет к технически нецелесообразному утяжелению кожлрукпии. Это ограничивает допустимый уровень пульсадии давления в газе, и следовательно, интенсивность возбуждаемых сжйсмическнх волн. Механический прерыватель в условиях лульс1фуюшей нагруэки большой интенсивности работает ненадежно, так как подвержен усталостным разрушениям. Это также ограничивает величину пульсаций давления газа и интенсивность сейсмических волн.

Цель изобретения - увеличение интенсивн1эсти сейсмических волн.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу возбуждения сейсмических волн, при котором создают пульсации газа на грунт, настраивают автоколебания в сверхзвуковой струе, натекающей на вход в шахту-резонатор, путем изменения расстояния между

сверхзвуковым соплом и входом а шагизг-. резонатор и давления в форкамере сопла В устройстве для осуществления споособа возбуждения сейсмических волн применено сверхзвуковое сопло, помещенное

так, что вь;хлопная струя натекает на вход в шахту-резонатор, расположенную в грунте.

Данный способ возбуждения сейсмической волны позволяет получать более

интенсивные волны, так как статическое давление в газе можно увеличивать до нескольких атмосфер без существенного увеличения веса конструкций. В связи с тем, что в геофизике используются частоты 1-1ОО Гц, размеры резонатс ов таковы, что площадь их поверхности существенно вьдие площади воадеёствия на грунт при способах возбуждения сейсмических волн. А так как велкчина пульсации силы, возавй.угвукпае& на грунт, определяется произведением силы давления на площадь возаействия то в предлагаемом способе достигается большая пульсация силы. Существенно,

что в этом способе увеличение площади воздействия может быть реализовано без утяжеления конструкции.

Существенная особенность данного способа состоит в том, что при его реализашш в конструкции, в принципе ве требуется движения частей в процессе излуче ния волн. Это в условиях больших уровней вифацйи повьшает надежность ус ройстЬ.

г

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления данного способа; на фиг. 2 - вариант устройства.

Сверхзвуковое сопло 1 (фиг. 1 и 2) с форкамерой 2 установлено пад входом 3 П1а стьг резонатора4. Сопло может пере мешаться OTHOcffrelibHO входа 3 в шахту на расстояние 1п , равное 1-10Г радиусов оопла. В шахте установлено подвижное днище 5. Устройство работает следующим образом. Устанавливают давление гааа в форкамере 2 и paccTosmneii такими, что в устройстве самопроизвольно возникает колебательное течение газа (автоколе бания). Стеиоки шахяъь-резонатора (грунт испытывают пульсирующее давление со стороны газа, заполняющего шахту-резонатор. Под действием переменной силы в tipywpe возникает сейсмическая волна« Частота задается глубиной шахтьь-резонатора 6 j гяубину изменяют посредством п емешения днища 5, Амплитуду пульсаций да1вления в шахтерезонаторе изменяют, варьируя давление в форкамере и расстояние 1i , На фиг. 2 показан варйарт устройства в котором для увеличения площади излртения резонатор вьшолнен в виде скважин, имзюошх одинаковую длину ё и общий выход. 1воэможен вариант со СЕважинамн разной длины . В этом случав С1 важины рабо тают порчередно. Отё|н шая вход в ту или другую с«важину, дискретно измен tor частоту излучающего устройства. Проводится проверка данного способа на мюдени. Сверхзвуковое сопло с числом Маха MQ 2 устанавливается соосно с металлической трубой длиной 2 и диаметром 33 мм. конец трубы закрыт. Сет1ло устанавливается у открытого конца трубил на расстоянии 1ОО мм давлении воапуха в форкамере равном 11,7 кг/см в трубе возника ют колебаввя давления с амплитудой 3,12 кг/см- (среднее по длине трубы). Максимальная aiwdinffryaa пульсаций давления получается при таких давленияк РОФ и расстоянвях li, когда по времени положение колеблющегося отошедшего скачка уплотнения в струе перед входом в тру совмеяцается с точкой регулярного отражения косых. скачков уплотнения в струе. Частота колебаний равняется ЗО Гц и близка к частоте (собственная частота попуоткрь той трубы), рассчтъюаемой по формуле .--. . ,, € fa 0,25, где а- скорость звука в газе. Амплитуда суммарной силы, действующей на стешси трубы равна 6,5 т. Специальными сшдтами было показано, что при изменений масштаба устройства в широких пределах (в 1Q и более раз) а1ишл1пуда лульсаций давления не изменяется. Следовательно, . реализации устройства в натуре можно ожидать . амплитуду силы f действая на грунт дйя шахгы-рвэонэтсфа размерам ф « 1 Kf и & 50 м («вную F 4, . Для сра вщщия пр)1В8дены максимальные усюшя возде Зствия на грунт действующих виби раторот: СЬ -SO/15 f 5О lO кг, зарубежные - до кг. (жа1ше данного способа во дения сейсмячбсквх волв я устройства для его осуществления обеспечивают по сравнению с существующими способами следующие щюимущества: BOSMOiiqiocTb получения сейсмических волн 6 М1Ы11Ы1 интенсивности, vfo дает возможность щюведенвя глубш1ных исследований Земли и поиск полезных ископаемых; возмошюсть увеличивать ялошадь воздействия на грунт и уменьшать амплитуду пульсации давления при сохранении ампло хуоы силы воздействия на грунт, что сохраняет струзвтуру грунта и тем сеалым, обеспечивает стабильность ха{1актеристик устройств, возбуждающих сеЗсмические волны, а также упрощает обработки измерений при исследовавия шжыша т надежность работы устройств, возбуждающих сейсмические вопяы..

СПОСХ)Б ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, при котором : соацают пульсации давления газа на грунт, о т л н ч а ю щ и и е rf тем, что, с пелЕ увеличения Ш1те1юивности Сейсмических волн, наслсраивают агтоколебания в сверхзвуковой струе, нвг&какпцей на вход в вшхг -фезонатор, пу. тем изменения расстояния между свер:&авуж вым сошюм и входом в шахту-резонатор и давления ь форюамере сопла. 4