способ невзрывного воздействия на грунт при сейсмической разведке
Классы МПК: | G01V1/02 генерирование сейсмической энергии |
Автор(ы): | Детков Владимир Алексеевич (RU), Ивашин Владимир Васильевич (RU), Федотов Иван Гаврилович (RU), Шайдуров Георгий Яковлевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) (RU), ОАО "Енисейгеофизика" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-06-02 публикация патента:
10.11.2009 |
Изобретение относится к области сейсморазведки в геофизике, в частности к способам воздействия на грунт. Способ заключается в том, что начальное направление силы удара перемещающегося по вертикали массивного груза выбирают противоположным относительно грунта, затем направление его движения 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 = p g, где - плотность грунта; p - скорость распространения сейсмической волны в грунте, g - скорость его деформации. Технический результат - повышение эффективности невзрывного воздействия на грунт при одновременном снижении разрушающего воздействия на него. 2 ил.
Формула изобретения
Способ невзрывного воздействия на грунт при сейсмической разведке, заключающийся в воздействии на поверхность грунта ударного импульса с помощью перемещающегося по вертикали массивного груза, отличающийся тем, что 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
= p g,
где - плотность грунта,
p - скорость распространения сейсмической волны в грунте,
g - скорость деформации грунта.
Описание изобретения к патенту
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, где
- плотность грунта;
p - скорость распространения сейсмической волны в грунте,
g - скорость деформации грунта.
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 п, Ри - соответственно изменение силы удара в прототипе и заявленном изобретении; I - импульс тока в индукторе; - изменение пластической деформации; [0-t1] - интервал действия импульса силы в прототипе; [t1 -t2] - время нарастания сейсмической волны; и - длительность импульса тока в индукторе; г - время нарастания деформации в грунте; - время нарастания давления на грунт.
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 0, 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.
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 ( - Г) от фронта нарастания силового воздействия индуктора и связь силы давления на грунт с его деформацией подчиняется закону
=Е , где
Е - модуль Юнга,
- деформация грунта.
Если зазор между якорем и индуктором равен 0, то время прохождения индуктором этого зазора равно
, где
я - скорость движения индуктора.
Время распространения механического воздействия якоря по стойкам 2 до грунта 10 равно:
, где
х1 - длина плеча рамы якоря 7;
х2 - высота стоек 2.
Суммарное время действия импульса на грунт:
= я+ м.
Постоянная времени смещения грунта
, где
Г - скорость смещения грунта.
Условие пластической деформации грунта при действии силового импульса:
> Г.
Если скорость деформации грунта Г=1 м/с, а зазор электромагнита 0=5 мм, то
Пусть время пролета якорем зазора 0 равно длительности импульса тока, поступающего на индуктор от генератора:
я=5 мс; 0=5·10-3 м,
тогда скорость движения якоря:
Время запаздывания акустической волны в плечах рамы 7 якоря 6 и стойках 2, например, для случая х 1+х2=2 м, равно:
м=4000 м/с;
Общее время запаздывания действия импульса силы на грунт с учетом запаздывания в раме якоря я+ р, демпфирования пригруза и стоек д: = я+ р+ д+0,5=5,5 мс + д.
Таким образом, в описываемой конструкции за счет введения демпферов всегда можно соблюсти условие:
Г,
что и является основным отличительным признаком по отношению к прототипу, для которого < Г, ибо при ударе падающего или толкаемого груза на грунт, скорость удара всегда выше скорости смещения грунта.
Кроме того, величину силы удара и площадь опорной плиты выбирают из условия обеспечения удельного давления на грунт, не превышающего предела его прочности из соотношения = р g, где - плотность грунта; p - скорость распространения сейсмической волны в грунте, g - 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.
Класс G01V1/02 генерирование сейсмической энергии