193097

193 О 97 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советсних Социалистических Республиква М Зависимое от идетел 964 ( 885294/26-25) аявлено с присоединением заявки К 6 01 сК 550.834(088. Комитетизобретенийпри СоветеССС орите дел отирыти нистров убликовано 02,11,196 та опубликования оп ллетень М я 5,Ч.1967 ков обретения.т1 ГХг 1 т 1 ттф", - РБ 110"Заявител СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧН ВОЛН В СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКЕ2 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 ку- мулятивного 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 не- упругих 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 илн накопления с течением времени неупругих импульсов в этом направлении.Следовательно, создание направленностисмещений частиц среды полезно для возбуж дення продольных и необходимо для возбуждения поперечных волн. Особенно актуально создание эффективных источников поперечных волн,Предлокенный способ кумулятивного действия группового взрыва обладает направленностью, необходимой для возбуждения поперечных волн: фазы поперечных воли обращаются на 180 при изменении направления воздействия на обратное (основной признак направленности источника), Глубины исследований методом поперечных волн можно считать неограниченными при применении этого способа,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 ударами. Разнообразие модит 1 иканий обеспе 1930973чивает эффсктивпОе применение этОГО спосооа прц разных сейсмогеологическцх условиях,На фиг. 1 показаны линии равных сдвигов фронтов волн, возбухкдецных в двух пунктах; А,В - пункты взрывов, а аа. ( - ) С,В,В 2 В - линии равных сдвигов фронтов волн, возбужденных в пунктах А и В, А, В, С - результирующие векторы смещений частиц среды; на фиг. 2 - сферический дискретный заряд кумулятивного действия; а, 6, с, д - пункты взрывов; 1 - фокус; , т, 1. - система координат; на фиг. 3 - расположение проекций пунктов взрывов па горизонтальной плоскости для возбуждения продольных волн: а, 61, с, 4, с, Ь, с 6, а, - пункты взрывов, образующих группу;на фиг. 4 - расположение проекций пунктов взрывов на горизонтальной плоскости для возбуждения поперечных волн (сферический дискретный заряд);на фпг. 5 - конический дискретный заряд кумулятивного действия; 1 и 2фокусы;на фиг. б - расположение проекций пунктов взрывов па горизонтальной плоскости для возбужде 1 шя поперечных волн (конический дискретный заряд).Кумулятивное 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 же прямой будет направлен наибольший результирующий вектор смещения сь представляющий сумму векторов смещений, вызванных в одной точке ударными волнами, распрострапя 1 ощимися от пунктов А и В.Если взрывы в пунктах А и В произойдут через промежуток времени Л 1, то точки встречи фронтов ударных волн опишут гиперболу а или Ь,. 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 В, С увеличением до некоторого предела времени запаздывания одного взрыва относительно другого эти гиперболоиды стремятся к прямым а и б, исходящим из пунктов А и В.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 6. В этом случае наибольшее результирующее смещение В будет направлено от пункта В по прямой 6,Таким образом решение поставленной задачи можно получить путем группирования взрывов в пространстве и во времени, при ко 5 10 15 2 о 25 30 35 40 45 50 55 60 тором, складывая неупругие импульсы, получим наибольшее значение интеграла импульса, которое создает неупругая волна в заданном направлении, определив целесообразную коцструкцшо дискретного заряда и параметры группового взрыва, обусловливающие кумулятивное действие последнего.Ннке рассматриваются способы кумулятивного действия одновременных групповых взрывов.Сферический дискретный заряд кумулятивного действия (см, фиг. 2).Отдельные заряды (а, 6, с, а), 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. Расположим заряды на сфере симметрично относительно заданного направления воздейстьия с противоположной стороны от плоскости, проходящей через фокус перпендикулярно этому направлению. В этом случае результиру. ющий вектор смещений примет заданное направление, Воздействие на среду с одной стороны от указанной плоскости, проходящей через фокус дискретного заряда, будет асимметришым воздействием с другой стороны от этой плоскости. Лсимметрия воздействия, приводящая к возбуждению поперечных волн, определяется 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 поверхцость может быть полусферой или частью ее. Для возбуждения поперечных волн требуется наиболее выраженная асимметрия условий возбуждения, и целесообразно заряды размещать на полусфере. Для возбукдения 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 возбуждения должна уси ливаться с увеличением этого числа. Рациональное число зарядов в группе определяется экспериментально, Для возбуждения продоль5ных волн это число равно 4 - 10, 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 способамтт 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 заряд2-,.приходится площадь, равная - " . При а=16ии 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 за. рядов на горизонтальной плоскости для возбуждения продольных волн. В случае взрывов в скважинах это будет соответствовать размещению скважин на поверхности земли, Заряды размещаются па концентрических окрукттостях, через центр которых проходит ось дискретного заряда, направленная вертикально. На каждой окружности должно размещаться не менее трех зарядов через одтлнаковьте промежутки, В случае возбуждения поперечных волн, когда ось дискретного заряда направляется горизонтально, заряды размещаются так, чтобы взрывные скважины не оказались чрезмерно 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 на концентрических окружностях, 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 воз 193097 5 10 15 20 25 30Коттпческий дискретный заряд кумулятивногого действия (см. фиг, 5).Отдельные заряды (а, бь ст, А, 6, с 4), состаглятощпе в группе дискпетньш заряд, располагаются па поверхности конуса, основание которого направлено в сторону возлействия. Угол при вершине конуса межлу его образующими и осью равен 45. При одновременном взрыве зарядов, равномерно размещенныхх на поверхности такого конуса, должно произойти повышенное воздействие группового взрыва на среду вдоль оси конуса в сторону, в которую направлено его основание. Центральный заряд а поместим в вершину конса и часть группируемых зарядов (Ьт, с 4) равномерно разместим на окружности. центр которой находится от центрального заряда на расстоятттттт, равном радиусу этой окружности. Прп одновременном взрыве этих зарядов ударные волны одновременно прибудут в центр 1 указанттотт окружности и в результате сложения этих волн произойдет наибольшее смещение частиц среды вдоль оси конуса к его основанию. Центр 1 окружности будет фокусом этой группы взрывов, Суммарное возмущение,чостигнет центра 2 другой окружности в тот момент, когда этого центра достигнут ударные волны, возбужденные взрывами зарядов, размещенных на второй окружности (в связи с тем, что при угле между образующими конуса и его осью, равном 45, радиус второн окружности равен радиусу первой 35 40 45 50 55 60 65 буждеттия продольных волн эта ось направляется в сторону распространения последних, а лля возбуждения поперечных волн - перпендикулярно к направлепшо их распространения. В случае возбужленпя волн вращения применяются четыре дискретных заряда, которые размещаются по сторонам квадрата, находящегося в горизонтальной плоскости, лля образования двух пар сил. Осп зарялов, находящихся на противополокных сторонах квадрата, направляются в противоположные стороны, но так, чтобы обе пары сил возбужлали поворот в олном направленитл. При возбужденшт как пролольных, так и поперечных волн необхолпмо учитывать угол, который составляет наттравление распростраттения возбуклаемой волны с вертикалью, если этот угол не слишком мал. В таких случаях ось дискретного заряда необходимо направлять для возбуклення про,чольных волн не вертикально, а по срелттему направлению их распространения; для возбуждения поперечных во;тн эту ось пеобхолпмо направить в плоскости, перпендикулярной срелнему направлению распростпаттеттия этих волн.9, Все заряды, составляющие группу, должны взрываться олновременно. Допустимая погрешность не должна превышать 0,002 - 0,003 сек. Указанная точность обеспечивается ппимепеттттем электродетонаторов типа э.д.с. и ЭД 8 56 (пптт послеловательном соечинении) и взрывной машинки типа СВМ,окружности плюс расстояние между центрами этих окружностей),Следовательно, в центре второй окружности произойдет наложение на суммарный импульс импульсов волн, возбужденных взрывами на этой окружности; в центре третьей окружности произойдет наложение на суммарный импульс, усиленпый в центре предыдущей окружности, импульсов волн, возбужденных взрывами на 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 возбуждения, достаточная для возбуждения поперечных волн при правильном определении параметров группового взрыва.Определяют эти параметры и применяют конический дискретный заряд следующим образом.1. Радиус основания конуса должен быть не больше радиуса зоны, в пределах которой существуют неупругие волны, а именно не больше 10 Ъ2. 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 160 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 г 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 расстояниюмежду взрывными скважинами, при которомтехнически возможно бурить эти скважиныбез значительной потери производительноститруда и при котором при взрыве в одной скважине заряда установленной величины не обваливаются стенки в соседней скважине, Такимобразом нижний предел этих расстояний выбирается обычно порядка 1 м.10 6. Заряды распределяются на поверхностиконуса равномерно, Один заряд помещается ввершине конуса. На расстоянии 1 м от негонамечается центр окружности радиуса 1 м, накоторой равномерно размещается не менее15 3 зарядов (Ь сд,). Далее через 1 м намечается центр второй окружности радиуса 2 м,на которой так же размещается не менее3 зарядов (Ь с, 4), но так, чтобы в проекции на плоскость, перпендикулярной оси ко 20 нуса, эти заряды попадали на середину между зарядами предыдущей окружности (см,фиг. 3), На второй окружности число зарядовможет быть вдвое увеличено. Таким образомраспределяются заряды до основания конуса25 ограниченного радиуса.7. Глубины зарядов выбираются обычнымэкспериментальным способом, но так, чтобызаряды расположились на поверхности конуса.З 0 8, Направление оси дискретного заряда относительно среднего направления распространения полезной волны выбирается так, какэто указано для сферического дискретного заряда,З 5 9, Сюда относятся те замечания об одновременности взрыва, которые приведены в предыдущем разделе,Применение одновременных взрывов простои эффективно для выделения продольных и40 поперечных волн при несложных сейсмогеологических условиях, Применение коническихзарядов может быть эффективным при болеесложных сейсмогеологических условиях, чемсферических,45Предмет изобретенияСпособ возбуждения продольных и попе речных волн в сейсмической разведке путемкумулятивного действия группового взрыва, от,гачагощийся тем, что, с целью создания направленности смещений частиц среды в очаге возбуждения, взрывают одновременно сфе рические и конические дискретные заряды кумулятивного действия.193097 4 Ьй. Б Составитель Ю. Б. ТитовДжарагетти Техред А. А. Камышникова Кор торы: М. П. Ромашова н Н. Н. Самыгнна 1 праж 53 эделам изобретений и открытий при Сове Москва, Центр, пр. Серова, д. 4 Заказ 959/17ЦНИИПИ Комитета Типография, пр, Сапунова,Подписное министров СССР