Патент ссср 193097

 

l93 097

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсних

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства ¹

Кл. 42с, 42

Заявлено 21.11.1964 (№ 885294/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 02.111.1967. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 5. Ч.1967

МПК 6 Оlс

УДК 550.834 (088.8) Комитет по делам изобретений k открытий при Совете Министров

СССР

ГС . "O;33Û." зт

Автор изобретения

С. Д. Шушаков

3 аявитель

gf;fj 110 ";

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ

ВОЛН В СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ

Известные способы возбуждения продольных и поперечных волн в сейсмической разведке не позволяют создать направленное смещение частиц среды в очаге возбуждения.

Предложенный способ отличается от известното тем, что взрывают одновременно сферические и конические дискретные заряды кумулятивного действия, Этот способ позволяет создать направленное смещение частиц среды в очаге возбуждения.

Для этого предложено специальное группирование взрывов в пространстве и во времени.

Описываемый способ группирования предназначен в основном для создания направленности смещений частиц среды в очаге возбуждения и в связи с этим для повышения коэффициента сейсмического действия взрыва в заданном направлении.

Для создания такой направленности предложено сложение неупругих, преимущественно ударных волн и сильных волн сжатия. Эти волны представляют нелинейные системы и обладают следующими свойствами:

1) неупругие волны, возбужденные разными источниками, зависят друг от друга в процессе распространения; к ним неприменим принцип суперпозиции;

2) величины, определяющие особенности неупругих волн (например, скорости их распространения), зависят от времени деформации и динамических особенностей (например, от интенсивности) этих волн. Такие свойства используются для создания направленности смещений частиц среды в заданном направлении путем сложения или накопления с течением времени неупругих импульсов в этом направлении.

Следовательно, создание направленности смещений частиц среды полезно для возбужтp дення продольных и необходимо для возбуждения поперечных волн. Особенно актуально создание эффективных источников поперечных волн.

15 Предло>кенный способ кумулятивного действия группового взрыва обладает направленностью, необходимой для возбуждения поперечных волн: фазы поперечных воли обращаются на 180 при изменении направления воз20 действия на обратное (основной признак направленности источника). Глубины исследований методом поперечных волн можно считать неограниченными при применении этого способа.

25 При взрывах в скважинах можно избавиться от поверхностных помех соответственно увеличив глубины взрывов. Производительность наблюдений значительно выше, а стоимость работ ниже, чем при возбуждении их

30 ударами. Разнообразие модит1>иканий обеспе193097

3 чивает эффсктивпОе г1рпмепение этОГО спосооа прн разных сейсмогеологическпх условиях.

На фиг. 1 показаны линии равных сдвигов фронтов волн, возбужденных в двух пунктах;

А  — пункты взрывов, а а а,(— ) CIBIB ...  — линии равных сдвигов фронтов волн, возбужденных в пунктах А и В, А, В, С вЂ” результирующие векторы смещений частиц среды; на фиг. 2 — сферический дискретный заряд кумулятивного действия; а, b, с, d — пункты взрывов; 1 — фокус; j, q, g — система координат; на фиг. 3 — расположение проекций пунктов взрывов па горизонтальной плоскости для возбуждения продольных волн: а, bI, cI, dI, с», b>,, с., b>, d3 — пункты взрывов, образующих группу; на фиг. 4 — располо>кение проекций пунктов взрывов на горизонтальной плоскости для возбу>кдения поперечных волн (сферический дискретный заряд); на фиг. 5 — конический дискретный заряд кумулятивного действия: 1 и 2 -- фокусы; на фиг. б — располо>кение проекций пунктов взрывов па горизонтальной плоскости для возбужде1шя поперечных волн (конический дискретный заряд).

Кумулятнвное действие взрыва дискретного заряда выясняется на примере простейшего группового взрыва двух сосредоточенных зарядов, находящихся в однородной изотропной среде. При одновременном взрыве этих зарядов фронты ударных волн встретятся на середине между пунктами А и В. Точки их встречи с течением времени будут двигаться по прямой С, перпендикулярной АВ. По этой >ке прямой будет направлен наибольший результирующий вектор смещения сь представляющий сумму векторов смещений, вызванных в одной точке ударными волнами, распрострапя1ощимися от пунктов А и В.

Если взрывы в пунктах А и В произойдут через промежуток времени iAi, то точки встречи фронтов ударных волн опишут гиперболу а или b.. в зависимости от того, в каком из пунктов произойдет первый взрыв. Векторы смещений (Л или В) будут наклонены к прямой С тем больше, чем больше расстояние точек их приложения от вершины гиперболы.

Указанные гиперболы в пространстве опишут гиперболоиды при вращении около оси, проходящей через пункты А и B. С увеличением до некоторого предела времени запаздывания одного взрыва относительно другого эти гиперболоиды стремятся к прямым а и b, исходящим из пунктов А и B.

Следовательно, в том случае, когда взрыв в пункте, например, В произойдет в тот момент, в который в этот пункт прибудет волна, возбужденная в пункте А, то точка встречи фронтов этих волн опишет прямую b. В этом случае наибольшее результирующее смещение В будет направлено от пункта В по прямой b.

Таким образом решение поставленной задачи можно получить путем группирования взрывов в пространстве и во времени, при ко5

60 тором, складывая неупругие импульсы, получим наибольшее значение интеграла импульса, которое создает неупругая волна в заданном направлении, определив целесообразную копструкцшо дискретного заряда и параметры группового взрыва, обусловливающие кумулятивное действие последнего.

Ниже рассматриваются способы кумулятивного действия одновременных групповых взрывов.

Сферический дискретный заряд кумулятивного действия (см. фиг. 2) .

Отдельные заряды (а, b, с, d), составляющие в группе дискретный заряд, располагаются на сферической поверхности, центр которой находится в пункте 1. При одновременном взрыве этих зарядов фронты возмущений одновременно прибудут в центр сферы, в котором произойдет сложение этих волн. В связи с этим пункт 1 будет служить фокусом дискретного заряда.

Располо>ким заряды на сфере симметрично относительно заданного направления воздейстьия с противоположной стороны от плоскости, проходящей через фокус перпендикулярно этому направлению. В этом случае результирующий вектор смещений примет заданное направление, Воздействие на среду с одной стороны от указанной плоскости, проходящей через фокус дискретного заряда, будет асимметри шым воздействием с другой стороны от этой плоскости. Лсимметрия воздействия, приводящая к возбу>кдепию поперечных волн, oIIределяется отношением импульса в заданном направлении к значениям этого импульса в других направлениях. Наибольшее относительное значение импульса обеспечивается правильным определением параметров.

Определяют эти параметры и применяют дискретный заряд следующим образом:

1. Радиус сферической поверхности зависит от величины заряда, свойств окружающей среды и определяется экспериментально. При зарядах порядка 0,2 — 2 кг, взрываемых в песчано-глинистых отложениях, наибольший радиус сферической поверхности равен 2 — 3 м.

2. Центральный угол, в пределах которого группируются взрывы, может быть до 180 .

Сферическая поверхность может быть полусферой или частью ее. Для возбуждения поперечных волн требуется наиболее выраженная асимметрия условий возбуждения, и целесообразно заряды размещать на полусфере. Для возбуждения продольных волн можно ограничиться размещением зарядов на какой-либо части полусферы, применение которой окажется наиболее рациональным. Для начала целесообразно выбирать часть полусферы, ограниченную центральным углом порядка 45 .

3. Число зарядов в группе определяется в основном практическими возможностями.

Асимметрия условий возбу>кдения должна уси ливаться с увеличением этого числа. Рациональное число зарядов в группе определяется экспериментально. Для возбуждения продоль5

193097

65 ных волн это число равно 4 — !О, а для возбуждения поперечных волн — 10 — 31.

4. Вес отдельного заряда, входящего в группу, равняется суммарному весу группируемых зарядов, поделенному па число зарядов в группе Суммарный вес определяется экспериментально обычными способами в зависимости от четкости выделения полезных волн.

5. Расстояние между соседними зарядами должно быть наибольшим из тех, при которых все заряды размещаются на сферической поверхности определенного радиуса. Оно определяется в зависимости от числа зарядов, от площади, на которой распределяются заряды, а также, в случае взрывов в скважинах, от наименьшего расстояния между последними, при котором технически возможно бурить скважины и производить взрывы без обвалов стенок соседних скважин. В случае полусферы, радиус которой равен 1 лт, на один заряд г-.. приходится площадь, равная —" . При а=16 и и при равномерном размещении зарядов расстояние между соседними зарядами должно быть порядка 0,6 — 0,7 м, а при радиусе по.пусферы, равном 2 лт, это расстояние должно быть порядка 1,6 м.

6. Распределение зарядов на сферической поверхности должно быть равномерным. На фиг. 3 показано распределение проекций зарядов на горизонтальной плоскости для возбуждения продольных волн. В случае взрывов в скважинах это будет соответствовать размещению скважин на поверхности земли, Заряды размещаются па концентрических окру>к,о стях, через центр которых проходит ось дискретного заряда, направленная вертикально.

На каждой окружности должно размещаться не менее трех зарядов через одинаковые промежутки. В случае возбуждения поперечных волн, когда ось дискретного заряда направляется горизонтально, заряды размещаются так, чтобы взрывные скважины не оказались черезмерно близко одна от другой и в одну скважину не пришлось бы опускать два заряда.

На фиг. 4 показано распределение проекций зарядов на горизонтальной плоскости для возбуждения поперечных волн, когда ось дискретного заряда направлена горизонтально.

В этом случае заряды также равномерно размещаются HB концентрических окру>кностях, не менее чем по три заряда на каждой окружности.

7. Глубины зарядов выбираются обычным путем, но так, чтобы заряды расположились на сферической поверхности. Для возбуждения поперечных волн наиболее благоприятны условия на глубинах 6 — 8 лт нередко в зоне малых скоростей, а для возбуждения продольных волн — ниже зоны малых скоростей на глубинах порядка 20 — 30 лт.

8. Направление оси дискретного заряда относительно среднего направления распространения полезной волны выбирается в зависимости от типа возбуждаемой волны. Для возбуждеттия продольных голи эта ось направляется в сторону распространения последних, а ,чля возбу>кдения поперечных волн — перпендикулярно к направлепшо их распространенил.

В случае возбуждения волн вращения применяются четыре дискретных заряда, которые размещаются по сторонам квадрата, находящегося в горизонтальной плоскости. для образованил двух пар сил. Осп зарядов, находящихся тта противополо>кных сторонах квадрата, направляются в противоположные стороны, но так, чтобы обе пары сил возбуждали поворот в î It!oì направлении. При возбужденшт как продольных, TBK I> поперечных волн необходимо учитывать угол, который составляет наттравление распростраттения возбу>кдаемой волны с вертикалью, если этот угол не слишком мал. В таких случаях ось дискретного заряда необходимо направлять для возбу>кдення про.чольных волн не вертикально, а по сречттетт1 направлению их распространения; для возбуж;тенил поперечных волн эту

ocb необходимо направить в плоскости, перпеттдтттлллрнотт среднему направлению распростпаттеттия этих волн.

9. Все заряды, составляющие группу, дол>кпы взрываться одновременно. Допустимая погрешность не должна превышать 0,002—

0,003 сек. Указапнал точность обеспечпваетсл ппимепеттттем электродетонаторов типа э.д.с. и

ЭД8 56 (пптт последовательном соечинении) и взрывной машинки типа CBM-1.

Конический дискретный заряд кумулятивного действия (см. фиг. 5) .

Отдельные заряды (а, бт, ст, di, b,, с,, Б), состагллющпе в группе дискпетньш заряд, располагаютсл па поверхности конуса. основание которого направлено в сторону воздействия. Угол при вершине конуса между его образующими и осью равен 45 . При одновременном взрыве зарядов, равномерно размещенных на поверхности такого конуса, должно пропзойтн повышенное воздействие группового взрыва тта среду вдоль оси конуса в сторону, в которую направлено его основание.

Центральный заряд а поместим в вершину конуса и часть группируемых зарядов (b, с,, d,) равномерно разместим на окружности. центр которой находится от центрального заряда на расстоянии, равном радиусу этой окружности.

Пртт одновременном взрыве этих зарядов ударные волны одновременно прибудут в центр 1 указанной окружности и в результате сложения этих волн произойдет наибольшее смещение частиц среды вдоль оси конуса к его основанию. Центр l окружности будет фокусом этой группы взрывов. Суммарное возмущение достигнет центра 2 другой окружности в тот момент, когда этого центра достигнут учарные волны, возбужденные взрывами зарядов, размещенных на второй окружности (в связи с тем, что при угле между образующими конуса и его осью, равном 45, радиус второй окпужности равен радиусу первой

193097 окружности плюс расстояние между центрами этих окружностей) .

Следовательно, в центре второй окружности произойдет наложение на суммарный импульс импульсов волн, возбу>кденчых взрывами на этой окружности; в центре третьей окружности произойдет наложение на суммарный импульс, усиленный в центре предыдущей окружности, импульсов волн, возбужденных взрывами па третьей окружности, и т. д. В результате вдоль оси конуса по направлению от вершины к его основанию и далее образуется наиболее повышенное воздействие группового взрыва на среду. Таким образом создается асимметрия условий возбу>кдения, достаточная для возбу>кдения поперечных волн при правильном определении параметров группового взрыва.

Определяют эти параметры и применяют конический дискретный заряд следующим образомм.

1. Радиус основания конуса должен быть не больше радиуса зоны, в пределах которой существуют неупругие волны, а именно не больше 10 ro, 2. Как уже указано, угол при вершине конуса между его осью и образующими должен быть 45 .

3. Число зарядов в группе определяется экспериментально в зависимости от сейсмогеологических условий. Критерием для правильного выбора числа зарядов является обращение фазы на 180 при изменении направления конического заряда на обратное.

Число зарядов целесообразно увеличивать в основном путем увеличения длины корпуса до тех пор, пока радиус основания последнего не достигнет величины 10 ro. Дальнейшее увеличение этого числа происходит за счет увеличения плотности зарядов на поверхности конуса. Обычно это число колеблется от 4 до

10 для возбуждения продольных волн и от 10 до 31 для возбуждения поперечных волн.

4. Вес отдельного заряда, входящего в группу, равняется суммарному весу. группируемых зарядов, поделенному на их число. Суммарный вес определяется экспериментально обычными способами в зависимости от четкости выделения записей полезных волн.

5. Расстояние между соседними зарядами и центрами окружностей, на которых размещены заряды, должны быть наибольшими из тех, при которых все заряды размещаются на поверхности конуса. Обычно расстояния между центрами окружностей равны расстояниям между зарядами. Нижний предел этих расстояний равен тому наименьшему расстоянию между взрывными скважинами, при котором технически возможно бурить эти скважины без значительной потери производительности труда и при котором при взрыве в одной скважине заряда установленной величины не обваливаются стенки в соседней скважине. Таким образом нижний предел этих расстояний выбирается обычно порядка 1 м.

6. Заряды распределяются на поверхности конуса равномерно, Один заряд помещается в вершине конуса. На расстоянии 1 м от него намечается центр окружности радиуса 1 м, на которой равномерно размещается не менее

3 зарядов (бь с„с4). Далее через 1 м намечается центр второй окружности радиуса 2 м, на которой так же размещается не менее

3 зарядов (b>, c, 4), но так, чтобы в проекции на плоскость, перпендикулярной оси ко20 нуса, эти заряды попадали на середину между зарядами предыдущей окружности (см. фиг. 3). На второй окружности число зарядов может быть вдвое увеличено. Таким образом распределяются заряды до основания конуса ограниченного радиуса.

7. Глубины зарядов выбираются обычным экспериментальным способом, но так, чтобы заряды расположились на поверхности конуса.

З0 8. Направление оси дискретного заряда относительно среднего направления распространения полезной волны выбирается так, как это указано для сферического дискретного заряда.

З5 9. Сюда относятся те замечания об одновременности взрыва, которые приведены в предыдущем р азделе.

Применение одновременных взрывов просто и эффективно для выделения продольных и

40 поперечных волн при несложных сейсмогеологических условиях. Применение конических зарядов может быть эффективным при более сложных сейсмогеологических условиях, чем сферических.

Предмет изобретения

Способ возбуждения продольных и попе50 речных волн в сейсмической разведке путем кумулятивного действия группового взрыва, от,гачагощийгся тем, что, с целью создания направленности смещений частиц среды в очаге возбуждения, взрывают одновременно сфе55 рические и конические дискретные заряды кумулятивного действия.

193097

Фиг.5

Составитель Ю. Б. Титов

Редактор Н. Джарагетти Техред А. А. Камышникова Корректоры: М. П. Ромашова н Н. Н. Самыгнна

Заказ 959/17 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2