 | | СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК |
| (19) SU (11) 1029114 A
3 (51) G 01 V 1/00 |
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ | |
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
|
(21) 2248918/18-25
(22) 25.12.78
(46) 15.07.83. Бюл. N 26
(72) Н.Н.Яненко, В.Г.Дулов, В.Н.Глазнев, В.С.Демин, А.Т.Горбачев, А.В.Солотчин, Ш.Сулейманов и Б.В.Бошенятов
(71) Институт теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР
(53) 550.83 (088.8)
(56) 1. Проблемы вибрационного просвечивания Земли, М., "Наука", 1977,
2. Авторское свидетельство СССР N 576071, кл. G 01 V 1/00, 1971 (прототип). | (54)(57) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, при котором создают пульсации давления газа на грунт, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения интенсивности сейсмических волн, настраивают автоколебания в сверхзвуковой струе, натекающей на вход в шахту-резонатор, путем изменения расстояния между сверхзвуковым соплом и входом в шахту-резонатор и давления в форкамере сопла. |
 |
|
| 1 | 2 |
|
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при исследовании внутреннего строения Земли и поисках полезных ископаемых сейсмическими методами,
В настоящее время известны несколько способов искусственного возбуждения сейсмических волн: использование взрыва, машин ударного действия (молоты), вибрационных машин различного типа.
В вибрационном способе весом машины или с помощью системы цилиндр - поршень создают давление на грунт. С помощью механических узлов создают пульсацию этой силы, что и возбуждает сейсмические волны. Преимущество вибрационного способа состоит в возможности получения непрерывных сейсмических волн заданной частоты, что позволяет применить в геофизических исследованиях идеи радиолокации [1].
Недостаток способа - меньшая в сравнении со взрывом и ударным способами интенсивность возбуждаемой 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 воздушной подушке, где давление воздуха у земли повышается путем нагнетания воздуха под вогнутое днище вибратора с помощью осевого компрессора, а пульсация давления создается изменением сечения воздухопровода посредством механического прерывателя потока (например, вращением диска с прорезями относительно такого же неподвижного диска) [2].
Однако при таком способе для получения сейсмических волн высокой интенсивности необходимое увеличивать площадь опорной поверхности вибратора, что увеличивает его продольные и поперечные размеры и тем самым затрудняет эксплуатацию вибратора. Амплитуда пульсаций давления, которую можно реализовать в газе, обычно по уровню не более половины статического давления в газе. Однако увеличение давления, в газе более чем на одну избыточную атмосферу ведет к технически нецелесообразному утяжелению конструкции. Это ограничивает допустимый уровень пульсации давления в газе, и, следовательно, интенсивность возбуждаемых сейсмических волн. Механический прерыватель в условиях пульсирующей нагрузки | большой интенсивности работает ненадежно, так как подвержен усталостным разрушениям. Это также ограничивает величину пульсаций давления газа и интенсивность сейсмических волн.
Цель изобретения - увеличение интенсивности 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 в шахту-резонатор и давления в форкамере сопла. В устройстве для осуществления способа возбуждения сейсмических волн применено сверхзвуковое сопло, помещенное так, что выхлопная 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 1-100 Гц, размеры резонаторов таковы, что площадь их поверхности существенно выше площади воздействия на грунт при других способах возбуждения сейсмических волн. А так как величина пульсации силы, воздействующей на грунт, определяется произведением силы давления на площадь воздействия, 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 реализации в конструкции, в принципе не требуется движения частей в процессе излучения волн. Это в условиях больших уровней вибрации повышает надежность устройств.
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 над входом 3 шахты-резонатора 4. Сопло может перемещаться относительно входа 3 в шахту на расстояние h, равное 1-10 радиусов сопла. В шахте установлено подвижное днище 5. |
|
| 3 | 4 |
|
Устройство работает следующим образом.
Устанавливают давление газа в форкамере 2 и расстояние h такими, что в устройстве самопроизвольно возникает колебательное течение газа (автоколебания). Стенки шахты-резонатора (грунт) испытывают пульсирующее давление со стороны газа, заполняющего шахту-резонатор. Под действием переменной силы в грунте возникает сейсмическая волна. Частота колебаний задается глубиной шахты-резонатора l, глубину изменяют посредством перемещения днища 5. Амплитуду пульсаций давления в шахте-резонаторе изменяют, варьируя давление в форкамере и расстояние h. На фиг. 2 показан вариант устройства, в котором для увеличения площади излучения резонатор выполнен в виде скважин, имеющих одинаковую длину l и общий выход.
Возможен вариант со скважинами разной длины l. В этом случае скважины работают поочередно. Открывая вход в ту или другую скважину, дискретно изменяют частоту излучающего устройства.
Проводится проверка данного способа на модели. Сверхзвуковое сопло с числом Маха Mа= 2 устанавливается соосно с металлической трубой длиной 2 м, и диаметром 33 мм. Один конец трубы закрыт. Сопло устанавливается у открытого конца трубы на расстоянии 100 мм. При давлении воздуха в форкамере сопла равном 11,7 кг/см2 в трубе возникают колебания давления с амплитудой 3,12 кг/см2 (среднее по длине трубы). Максимальная амплитуда пульсаций давления получается при таких давлениях РОФ и расстояниях h, когда среднее по времени положение колеблющегося отошедшего скачка уплотнения в струе перед входом в трубу совмещается с точкой регулярного отражения косых. | скачков уплотнения в струе. Частота колебаний равняется 30 Гц и близка к частоте (собственная частота полуоткрытой трубы), рассчитываемой по формуле
Fl/q = 0,25,
где q - скорость звука в газе.
Амплитуда суммарной силы, действующей на стенки трубы равна 6,5 т. Специальными опытами было показано, что при изменении масштаба устройства в широких пределах (в 10 и более раз) амплитуда пульсаций давления не изменяется. Следовательно, при реализации устройства в натуре можно ожидать амплитуду силы F действия на грунт для шахты-резонатора размером  = 1 м, и l = 50 м равную F = 4,9·10-3 т. Для сравнения приведены максимальные усилия воздействия на грунт действующих вибраторов: CВ - 50/15 F = 50·103 кг, зарубежные - до 130-103 кг.
Использование данного способа возбуждения сейсмических волн и устройства для его осуществления обеспечивают по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность получения сейсмических волн большой интенсивности, что дает возможность проведения глубинных исследований Земли и поиск полезных ископаемых; возможность увеличивать площадь воздействия на грунт и уменьшать амплитуду пульсации давления при сохранении амплитуды силы воздействия на грунт, что сохраняет структуру грунта и тем самым, обеспечивает стабильность характеристик устройств, возбуждающих сейсмические волны, а также упрощает методы обработки измерений при исследованиях; повышает надежность работы устройств, возбуждающих сейсмические волны. |
 |
|
