Способ возбуждения сейсмических колебаний Советский патент 1992 года по МПК G01V1/02 

Изобретение относится к области геофизики, в частности, к технике для сейсмологической разведки, на основе использования взрывчатого вещества для возбуждения сейсмических колебаний.

Известны способы, использующие в качестве ВВ топливновоздушные взрывчатые смеси (ТВВС). Способ возбуждения сейсмических колебаний в грунте заключается в подаче в скважину газообразной взрывчатой смеси или жидкого ВВ и последующей его детонации.

Наиболее широкое распространение получило использование ТВВС во взрывной камере, когда сначала формируют внутри взрывной камеры эту смесь, а затем инициируют ее детонацию, в результате чего продукты детонации, расширяясь, толкают поршень и удаляют им по земле, создавая в ней сейсмические колебания.

В частности, известен выбранный в качестве прототипа способ возбуждения сейсмических колебаний. ТВВС формируют после подачи и смешивания в рабочем объеме камеры топлива и воздуха, а инициирование детонации осуществляют с помощью подрыва топливно-кислородной смеси в форкамерах, соединенных отверстиями с рабочим объемом камеры. Между моментом начала подачи в камеру топлива и воздуха и моментом инициирования в готовой смеси детонации выдерживается временной интервал, включающий время приготовления смеси и допустимую технологическую задержку. Сама камера устанавливается на поверхности земли.

Недостаток известного способа заключается в том, что возбуждаемые сейсмические сигналы маломощны, распространяются на небольшие расстояния и не позволяют зондировать большие массивы земных недр по площади и гл/бине.

Объясняется это тем, что применяемые для осуществления данного способа взрывные камеры имеют небольшие рабочие объемы камер, что ограничивает мощность генерируемых сейсмических колебаний. Неограниченно повышать объемы взрывных

СП

С

|

О

о го

CJ

камер нельзя, т. к. они должны быть мобильны и легко перемещаться на транспортных средствах, а увеличение объема приводит к резкому росту массы взрывных камер. Кроме того, взрывные камеры - это сложные конструкции, которые требуют специального изготовления и доставки к месту работы.

Целью изобретения является упрощение способа при возбуждении сильных сигналов, при одновременном снижении затрат на производство и транспортировку средств возбуждения сейсмических колебаний.

Чертеж иллюстрирует процесс реализации предлагаемого способа.

Способ возбуждения сейсмических колебаний осуществляется следующим образом.

Емкость 1 с топливом размещают на высоте h над поверхностью земли, например, на подставке 2. В емкости устанавливают диспергирующий заряд законденсированного взрывчатого вещества (КВВ) и скрепленный с ним капсюль-детонатор. На расстоянии I, равном (1 /2 - 2/3) R, где R - радиус облака ТВВС, и на высоте h устанавливают один или несколько инициирующих зарядов 5 (КВВ). После этого осуществляют подрыв диспергирующего заряда 3. При этом происходит разрушение емкости 1 и диспергирование топлива в воздухе, образуется аэрозольное облако 4 ТВВС. После подрыва диспергирующего заряда с определенной задержкой по времени осуществляют подрыв инициирующих зарядов 5, расположенных вокруг емкости, которые возбуждают детонацию облака 4 (горение облака в детнационном режиме).

Высоту подъема емкости с топливом h выбирают в диапазоне 0,25-0,5 высоты Н формируемого облака. Такая высота подъема емкости над землей обеспечивает достаточно эффективный взрывТВВС. Однако эффективность взрыва зависит от выбора конкретной высоты h. При h/H 0,25, троти- ловый эквивалент (ТЭ) резко уменьшается, т.е. мощность взрыва падает. При h/H 0,5 роста ТЭ не наблюдается, а увеличение высоты установки всегда связано с дополнительными материальными, организационными и др. издержками.

Установка инициирующих зарядов на расстоянии I, равном 1/2 - 2/3 радиуса облака, и на высоте h обеспечивает наибольшие и стабильные параметры взрыва, так как в этой зоне образуется ТВВС, наиболее близкая к стехиометрическому составу и наиболее чувствительная к возбуждению детонации. Это подтверждено многочисленными, проведенными авторами, экспериментами. Кроме того, эти эксперименты показали, что масса диспергирующего заряда должна составлять 4-10% от массы диспергируемого топлива. При меньшей

массе заряда топливо будет диспергироваться на крупные куски и облако ТВВС не будет способно детонировать, при большей - возможно загорание топлива при диспергировании. Можно использовать

0 один или несколько инициирующих зарядов. Увеличение числа зарядов повышает надежность инициирования.

Размеры облака R и Н определяются перед использованием способа при методи5 ческих подрывах. Емкость с топливом и диспергирующим зарядом устанавливают на высоту, заведомо большую Н/2 (равную 6-7 высотам емкости), подрывается диспергирующий заряд, а процесс формирования обла0 ка снимается кинокамерой. При съемке устанавливается линейный и временной масштабы. Для линейного масштаба может использоваться размещенная в поле зрения съемки мерная веха. Временной масштаб

5 определяется количеством кадров съемки в единицу времени. По данным киносъемки определяются радиус и высота облака. По данным киносъемки можно определить и ориентировочный временной интервал

0 между моментами срабатывания диспергирующего и инициирующего зарядов. Он должен быть не менее времени достижения 0,9 максимальных размеров облака. При меньших временах задержки смесь не подготов5 лена к детонации. При значительном увеличении времени возможно рассеивание облака, особенно при сильном ветре. Величина временной задержки зависит от массы и типа топлива, но для реально при0 меняемых масс топлива составляет доли секунды. Так, например, при диспергировании 140 кг бензина задержка не более 0,5 с. Фактическое (оптимальное) время задержки определяется для каждой конструкции

5 емкости и диспергирующего заряда при методических подрывах.

Предлагаемый способ не более опасен в работе, чем применяемые в сейсморазведке взрывы зарядов КВВ, приподнятые над

0 землей. Опасность перемещения облака при ветре и срабатывание заряда в случайном месте исключается ввиду кратности по времени всего цикла взрыва ТВВС. Даже при ураганном ветре 30 м/с облако переме5 стится не более чем на, м.

Ниже приводится конкретный пример выполнения предлагаемого способа.

В качестве емкости для топлива использовалась стандартная бочка объемом 200 л, изготовленная из стали толщиной 1 мм. Бочка размещалась вертикально над открытой поверхностью земли на деревянной подставке высотой 2 м. Внутри емкости по ее оси укрепляется цилиндрический заряд KB В типа аммонал - 200 массой 6 кг. К заряду крепился капсюль-детонатор ЭД-8. Затем в емкость заливалось топливо (125 кг бензина). На расстоянии 6 м от оси емкости на высоте 2,5 м от земли на шестах крепились 3 заряда KB В типа аммонал - 200 массой по 2 кг, равно удаленные друг от друга. При проведении опыта сначала подрывался диспергирующий заряд в емкости, благодаря чему емкость разрушалась и над поверхностью земли формировалось аэрозольное облако бензиновоздушной взрывчатой смеси. Через 500 мс одновременно подрывались 3 инициирующих заряда, и облако ТВВС сгорало в детонационном режиме (детонировало), возбуждая в земле сейсмические колебания.

В этих опытах радиус и высота облака определены при методических подрывах и равны соответственно 12 и 8 м, т.е. инициирующие заряды устанавливались на расстояниях, равных 0,5 радиуса облака, и на высотах, равных 0,31 высоты облака,

Маса топлива, используемого в описанном примере и сгоревшего в детонационном режиме, более чем в 100 раз превышает максимальную массу топлива, которую можно использовать для детонации в способе- прототипе, так как объем существующих взрывных камер в устройствах для сейсморазведки позволяет использовать для формирования ТВВС не более 1 кг топлива. Таким образом, в предлагаемом способе реализуется более мощный взрыв и более мощные сейсмические колебания.

Для обеспечения предлагаемого способа не требуется сложных конструкций, упро0

щаются условия применения в наличии практически в любой геологоразведочной экспедиции, ведущей буровзрывные работы. Использование же способа-прототипа затруднено сложностями, связанными со специальным изготовлением, поставкой и обслуживанием взрывной камеры.

Кроме того топливо (бензин, керосин) в 2-3 раза дешевле, чем типичные KB В, следует, что использование ТВВС существенно эффективнее и дешевле применения поверхностных подрывов КВВ,

Формула изобретения

5

Способ возбуждения сейсмических колебаний, включающий формирование топ- ливно-воздушной взрывчатой смеси (ТВВС) и ее инициирование через временной ин0 тервал г от начала формирования ТВВС, от- личающийся тем, что, с целью упрощения способа при возбуждении сильных сигналов при одновременном снижении затрат на производство и транспор5 тировку средств возбуждения сейсмических колебаний, для формирования ТВВС над поверхностью земли размещают емкость с топливом и зарядом конденсированного взрывчатого вещества (КВВ), масса которо0 го составляет 4-10% от массы топлива, и выполняют подрыв заряда КВВ, при этом инициирование ТВВС осуществляют посредством подрыва по крайней мере одного заряда КВВ, размещенного на высоте цент5 ра емкости с топливом и на расстоянии I (1/2 - 2/3)R от нее, а высоту установки емкости с топливом h выбирают из соотношения h (1 /4 - 1 /2)Н, где R и Н - соответственно радиус и высота облака, при этом R,

0 Н, а также г устанавливают по априорным данным.

4

////// ///

)

/////У

Использование: в сейсмичекой разведке на основе возбуждения сейсмических колебаний взрывом. Сущность изобретения: для формирования топливно-воздушной взрывчатой смеси над поверхностью земли располагают емкость с топливом и зарядом конденсированного взрывчатого вещества (КВВ). При этом масса топлива КВВ, а также относительные параметры расположения емкости с топливом и инициатора задаются определенными соотношениями, 1 ил.