Генератор сейсмических волн

 

Изобретение относится к сейсморазведке и направлено на повышение точности сейсморазведочных работ с невзрывными источниками путем исследования и учета влияния изменений акустических свойств исследуемой среды в зоне, прилегающей к возбудителю волн. Сущность изобретения: генератор сейсмических волн включает возбудитель волн, энергетическую установку, устройство управления генератором и устройство приема электрических сигналов, установленные на транспортном средстве. Генератор содержит сейсмоприемники, соединенные с транспортным средством посредством элеваторов и размещенные на различных расстояниях от возбудителя волн. Элеваторы соединены силовой магистралью с энергетической установкой. Сейсмоприемники соединены с информационными входами устройства приема электрических сигналов, вход управления которого соединен с устройством управления генератором. 1 ил.

Изобретение относится к сейсморазведке, а именно к техническим средствам возбуждения сейсмических волн при выполнении сейсморазведочных работ на суше.

Общеизвестной является наземная сейсморазведка с невзрывными генераторами сейсмических волн, как импульсными, так и вибрационными [1].

Недостатки наземной сейсморазведки с невзрывными генераторами сейсмических волн состоят в том, что возбуждение волн производится, как правило, на поверхности земли, где акустические свойства пород имеют аномально высокую изменчивость [2].

При выполнении сейсморазведочных работ генератор сейсмических волн производит возбуждение волн в различных точках поверхности земли, зачастую имеющих существенно различные акустические свойства в зонах, прилегающих к возбудителю волн.

Общеизвестной для подавляющего большинства территорий является изменчивость поверхностных условий, обусловленная наличием зоны малых скоростей, характеризующейся широким диапазоном изменения акустических свойств [3].

Наибольший диапазон изменения поверхностных условий имеет место в северных районах, характеризующихся распространением на поверхности земли как талых, так и мерзлых пород, т.к. акустические параметры мерзлых пород значительно отличаются от соответствующих параметров талых аналогов [4].

Практика сейсморазведочных работ в северных районах свидетельствует о том, что чередование талых и мерзлых пород по профилю может происходить с минимальными интервалами в 20-30 метров, причем визуальных признаков наличия талых или мерзлых пород чаще всего нет.

Вместе с тем скорость в талой породе зоны малых скоростей может изменяться в пределах 300-500 м/с, в соответствующих аналогах, находящихся в мерзлом состоянии, 900-1200 м/с, а в обводненной мерзлой породе 2200-3500 м/с.

Толщина слоя зоны малых скоростей или мерзлоты может достигать 30 метров, а среднее значение толщины слоя зоны малых скоростей около 12 м.

Слой в 12 метров продольная сейсмическая волна проходит за 0,04 с при скорости 300 м/с и за 0,004 с при скорости 3000 м/с, таким образом, при возбуждении сейсмических волн в различных точках время пробега волн может отличаться на 0,036 с. Эти изменения невозможно полностью учесть при обработке, если размеры аномальных зон неконтролируемы, т.к. эти размеры в плане могут колебаться от нескольких десятков до нескольких тысяч метров.

Наличие неконтролируемых аномалий в верхней части геологического разреза приводит к снижению точности сейсмоструктурных построений.

Известные методы изучения аномалий верхней части разреза, предусматривающие предварительное изучение ВЧР, недостаточно эффективны, т.к. им присущи ошибки совмещения данных, полученных в различное время, кроме того, для их осуществления необходимо содержать дополнительные генераторы сейсмических волн [1, 2].

Наиболее перспективным было бы автоматическое совмещение процессов изучения целевых объектов сейсмической разведки и параметров среды, прилегающей к возбудителю сейсмических волн, используемых в качестве зондирующих сигналов, путем приема и регистрации этих волн на различных малых расстояниях от возбудителя волн.

Наиболее близким к заявляемому объекту является взятый в качестве прототипа генератор сейсмических волн - сейсмический вибратор, включающий возбудитель волн, энергетическую установку и устройство управления генератором, размещенные на транспортном средстве [5].

Недостатком прототипа является отсутствие возможности контроля параметров среды, прилегающей к возбудителю волн.

Задача изобретения состоит в обеспечении автоматической регистрации сейсмических волн в зоне, прилегающей к возбудителю волн.

Задача решается тем, что генератор сейсмических волн, включающий возбудитель волн, энергетическую установку и устройство управления генератором волн, размещенные на транспортном средстве, согласно изобретению снабжен сейсмоприемниками, размещенными на различных расстояниях от возбудителя волн и соединенными с транспортным средством посредством элеваторов, соединенных силовой магистралью с энергетической установкой, а также устройством приема электрических сигналов, информационные входы которого соединены с сейсмоприемниками, а вход управления соединен с устройством управления генератором.

Сущность изобретения состоит в том, что известный генератор сейсмических волн, включающий возбудитель волн (например, вибропреобразователь, или пневмоимпульсный излучатель, или электроимпульсный излучатель и т.д.), энергетическую установку (например, дизельный агрегат, приводящий в действие гидронасосы, электрогенераторы, пневмонасосы и т.д.) и устройство управления генератором, которое задает различные режимы возбудителю, включает и выключает его, размещенные на транспортном средстве, содержит сейсмоприемники, соединенные с транспортным средством посредством элеваторов, соединенных силовой магистралью с энергетической установкой, что позволяет автоматически устанавливать сейсмоприемники на грунт одновременно с возбудителем и по времени прохождения волн между приемниками определять скорость распространения волн в прилегающей к возбудителю зоне, а по соотношению амплитуд определять затухание волн в той же зоне.

Соединение сейсмоприемников с транспортным средством посредством элеваторов обеспечивает возможность передвижения по сложному профилю и установление контакта сейсмоприемников с грунтом в заданном режиме под транспортным средством; генератор снабжен также устройством приема электрических сигналов, информационные входы которого соединены с сейсмоприемниками, что позволяет принять электрические аналоги волн, а вход управления соединен с устройством управления генератором, что позволяет автоматически совмещать установку на грунт и подъем с грунта возбудителя волн и сейсмоприемников, а также разделить и задокументировать потоки информации, поступающие от сейсмоприемников. Далее эти потоки информации известными средствами могут быть зарегистрированы непосредственно в устройстве приема либо переданы по кабелям или через эфир в другие места, например на сейсмостанцию.

Введенные в известный генератор сейсмических волн дополнительные средства обеспечивают автоматический сбор информации об акустических свойствах среды в зоне, прилегающей к возбудителю сейсмических волн.

Изобретение поясняется чертежом, где схематически показан генератор сейсмических волн в разрезе.

Генератор сейсмических волн включает возбудитель волн 1, соединенный силовой магистралью 2 с энергетической установкой 3, управляемой по каналу 4 передачи команд от устройства управления 5 генератором, которое приводится в действие командами, передаваемыми по каналу 6 от пульта управления 7, приводимого в действие оператором генератора либо внешними командами, принимаемыми через антенну 8.

Все агрегаты генератора сейсмических волн размещены на платформе 9 транспортного средства, соединенной известными средствами с его ходовой частью 10. Возбудитель волн 1 соединен с платформой 9 транспортного средства посредством элеваторов 11, соединенных силовой магистралью 12 с энергетической установкой 3. Сейсмоприемники 13 подвижно соединены с платформой 9 транспортного средства посредством элеваторов 14, соединенных с энергетической установкой 3 силовой магистралью 15. Кабель 16 соединяет сейсмоприемники 13 с информационными входами 17 приемного устройства 18 электрических сигналов, управляемого устройством управления 5 генератором по каналу 19 через вход управления 20. Канал 21 служит для передачи принятых сигналов на устройства регистрации. Генератор сейсмических волн показан расположенным на пункте возбуждения. Исследуемая среда содержит зону малых скоростей 22, мерзлые породы 23, среду 24, подстилающую зону малых скоростей и исследуемую целевую границу 25.

Генератор сейсмических волн движется по профилю и останавливается на пункте возбуждения. Оператор через пульт управления 7 подает команду по каналу 6 на устройство управления 5 генератором, которое вырабатывает управляющие команды, передаваемые по каналу 4 энергетической установке 3. Энергетическая установка 3 приводит в действие через силовую магистраль 12 элеваторы 11 и через силовую магистраль 15 элеваторы 14, вследствие чего возбудитель волн 1 и сейсмоприемники 13 прижимаются к поверхности исследуемой среды. Оператор генератора докладывает оператору сейсмостанции о готовности генератора к работе. От сейсмостанции через антенну 8 на пульт управления 7 поступает команда на возбуждение сейсмических волн. Команда по каналу 6 передается на устройство управления 5, которое вырабатывает управляющие сигналы на возбуждение и на прием сейсмических волн. Управляющий сигнал на возбуждение волн по каналу 4 передается на энергетическую установку 3, которая по силовой магистрали 2 приводит в действие возбудитель волн 1.

Управляющий сигнал на прием по каналу 19 проходит на вход управления 20 и приводит в действие приемное устройство 18 электрических сигналов.

Сейсмические волны от возбудителя волн 1 проходят по верхней части возбуждаемой среды 22 и 23 к сейсмоприемникам 13 и преобразованные в электрические сигналы проходят по кабелю 16 к информационным входам 17 приемного устройства 18. При этом сигналы могут быть либо записаны в самом приемном устройстве, либо переданы на другие устройства по каналу 21.

После завершения возбуждения волн и приема сейсмических сигналов оператор генератора сейсмических волн через пульт управления 7 подает команду на подъем возбудителя волн 1 и сейсмоприемников 13.

Команда от пульта управления 7 по каналу 6 передается на устройство управления 5, которое вырабатывает сигнал на подъем возбудителя волн 1 и сейсмоприемников 13.

Выработанный сигнал по каналу 4 проходит на энергетическую установку 3, которая по силовым магистралям 12 и 15 приводит в действие на подъем элеваторы 11 и 14, вследствие чего возбудитель волн 1 и сейсмоприемники 13 поднимаются с грунта в транспортное положение.

После завершения подъема возбудителя волн и сейсмоприемников генератор перемещается на следующий пункт возбуждения.

Выполненные полевые экспериментальные работы показали возможность определения скорости продольных волн в зоне, прилегающей к возбудителю, с погрешностью, не превышающей 10% при изменении этого акустического параметра в пределах от 400 до 3500 м/с, т.е. в диапазоне до 800% от минимального значения и до 80% от максимального.

На основании проведенных экспериментов и теоретических расчетов установлено, что применение изобретения позволяет обеспечить более чем двукратное снижение погрешности сейсмоструктурных построений и тем самым обеспечить надежное картирование объектов амплитудой до 10-15 метров.

Источники информации: 1. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки /Под редакцией М.Б.Шнеерсона. - М., ОАО Издательство "Недра", 1998. С.260-272.

2. М.Б.Шнеерсон, В.В.Майоров. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний. - М.: Недра, 1980. С.29-97.

3. Сейсморазведка: Справочник геофизика. В двух книгах. /Под ред. В.П. Номоконова. Книга первая. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1990. С. 122-128.

4. Фролов А. Д., Зыков Ю.Д. Особенности распространения упругих волн в мерзлых породах. Статья 1. Изд. высших уч. зав. Теология и разведка, 11. М.: Наука, 1971. С.80-87.

5. Авторское свидетельство СССР 1056103, МПК G 01 V 1/09, 1983г. Прототип.

Формула изобретения

Генератор сейсмических волн, включающий возбудитель волн, энергетическую установку и устройство управления генератором волн, размещенные на транспортном средстве, отличающийся тем, что он снабжен сейсмоприемниками, размещенными на различных расстояниях от возбудителя волн и соединенными с транспортным средством посредством элеваторов, соединенных силовой магистралью с энергетической установкой, а также устройством приема электрических сигналов, информационные входы которого соединены с сейсмоприемниками, а вход управления соединен с устройством управления генератором.

РИСУНКИ

Рисунок 1