Невзрывные источники сейсмических колебаний

НЕВЗРЫВНЫЕ ИСТОЧНИКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (а. non- explosive sources of outer space oscillations; н. explosionunabhangige Quellen der seismischen Schwingungen; ф. sources sismiques non-explosives; и. fuentes no explosives de los oscilaciones sismiсоs) — устройства и механизмы, применяемые в сейсморазведке для возбуждения упругих колебаний без использования зарядов взрывчатых веществ. Различают вибрационные и импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний (табл.).

Вибрационные невзрывные источники сейсмических колебаний (вибраторы) делятся на источники непрерывного действия, которые генерируют протяжённые во времени квазигармонические сигналы переменной частоты и амплитуды, и источники дискретного действия, вырабатывающие отдельные импульсы, последовательно следующие друг за другом через 0,03-0,1 с. Наиболее распространены гидравлические вибраторы с фазовой коррекцией возбуждаемых колебаний. Рабочим излучающим элементом гидравлического вибратора является массивный цилиндр, играющий роль инерционной массы, внутри которого помещён поршень, соединённый с опорной плитой источника, прижимаемой к грунту. При подаче масла в верхние и нижние полости гидроцилиндра поршень совершает возвратно-поступательные движения, оказывая давление на грунт и возбуждая упругие колебания (для возбуждения поперечных волн гидроцилиндр с поршнем располагается горизонтально). Управление потоками жидкости в гидроцилиндре осуществляется электрогидравлическим двухкаскадным преобразователем. Ограниченное применение имеют механические эксцентриковые вибраторы, возбуждающие сейсмические волны путём периодического изменения взаимного расположения центров тяжести вращающихся масс. Импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний возбуждают и передают грунту кратковременные нагрузки, продолжительность которых во много раз меньше периода генерирующих волн. В наземной сейсморазведке применяются вибрационные и импульсные, на акваториях — импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний.

По виду используемой энергии различают механические, гидравлические, газодинамические, пневматические, электродинамические и электрогидравлические невзрывные источники.

Наибольшее распространение при проведении работ на суше получили газодинамические (рис.) и пневматические источники, используются также электродинамические и механические невзрывные источники сейсмических колебаний.

Излучающим элементом газодинамического невзрывного источника сейсмических колебаний является рабочая камера, в нижнюю детонациональную полость которой подаётся дозированное количество рабочей смеси, а в верхнюю демпферную нагнетается воздух под сравнительно небольшим давлением, что обеспечивает необходимое начальное сжатие рабочей смеси, поджигаемой электрический искрой. Горение переходит в детонацию, и днище камеры давит на грунт, возбуждая упругие волны. Источник с необходимым дополнительным оборудованием, газовыми баллонами и пультом управления монтируется на автомобиле повышенной грузоподъёмности или тракторе. Излучающим элементом электродинамических источников является якорь машины. Он связан непосредственно или через трансформатор с плитой, воздействующей на грунт, статор — с инерционной массой. При пропускании тока от батареи конденсаторов через катушки статора и ротора возникает сила взаимодействия, которая стремится их раздвинуть. При этом якорь давит на грунт, а статор с инерционной массой движется вверх, тормозится гидравлической системой и плавно опускается в исходное положение. Механические излучатели с падающим грузом представляют собой весьма совершенные системы с высоким уровнем автоматизации и возможностью работы в процессе движения. В верхнем положении груз удерживается электромагнитной муфтой и по сигналу с сейсмостанции падает. На грузе установлен пьезоэлектрический датчик, при ударе генерирующий импульс отметки момента воздействия, который усиливается и передаётся на сейсмостанцию. В ряде систем он запускает сейсмостанцию.

В морской сейсморазведке, кроме широко применяемых пневматических источников, используются также электрогидравлические источники и установки газовой детонации. Основным элементом электрогидравлических искровых невзрывных источников сейсмических колебаний является разрядник, между электродами которого происходит электрический разряд, генерирующий упругие колебания. Расстояние между электродами выбирается таким, чтобы напряжение заряда накопительных ёмкостей не приводило к самопроизвольному разряду. Источник срабатывает по импульсу с сейсмостанции. Установки газовой детонации представляют собой закрытую сверху трубу, в которую подаётся газовая смесь (пропан — кислород или водород — кислород). От электрической искры смесь детонирует, и продукты детонации выбрасываются в воду, возбуждая в ней упругую волну.

Невзрывные источники сейсмических колебаний используются при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, инженерно-геологических и гидроакустических исследованиях. Применение невзрывных источников сейсмических колебаний обеспечивает повышение геолого-экономической эффективности и технико-методического уровня сейсмической разведки, исключение вредного воздействия на окружающую среду, облегчение условий труда и снижение его опасности для обслуживающего персонала.

Первые импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний для проведения работ по методу отражённых волн появились в США в 1954-55 (механические установки "Географ", газодинамические — "Диносейс"). В начале 60-х гг. в США были разработаны вибрационные и невзрывные источники для акваторий, которые вытеснили взрывные способы возбуждения колебаний. В CCCP невзрывные источники сейсмических колебаний начали разрабатываться с 60-х гг.