PL240607B1 - Mobilne stanowisko sejsmometryczne - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest mobilne stanowisko sejsmometryczne zawierające obudowę składającą się z podstawy, ścianek bocznych oraz pokrywy, oraz czujnik charakteryzuje się tym, że do podstawy (2) zamocowany jest czujnik (6), który jest przykryty warstwą materiału wygłuszającego szumy zewnętrzne (14), przy czym podstawę (2) obudowy (1) stanowi płyta betonowa lub płyta tarnamidowa a ścianki boczne oraz pokrywa wykonane są z tworzywa sztucznego lub drewna. Wewnątrz obudowy (1) pomiędzy podstawą (2) a pokrywą ochronną (15) zamocowana jest w sposób rozłączalny pierwsza pozioma platforma (8), na której z użyciem podkładki (11) zamocowany jest rejestrator (10), przy czym do dna pokrywy ochronnej (15) zamocowany jest materiał wygłuszający (16) oraz uszczelnienie (21).

Description

PL 240 607 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mobilne stanowisko sejsmometryczne. W wyniku stymulacji i eksploatacji złóż niekonwencjonalnych i geotermalnych, w ośrodku geologicznym indukowane są zjawiska sejsmiczne. Generowany w ten sposób sygnał propaguje w ośrodku geologicznym w sposób tożsamy do impulsów powstałych w wyniku naturalnych zjawisk (ruchów tektonicznych), wstrząsów komunikacyjnych jak również eksplozji silnych ładunków wybuchowych. Informacja zawarta w takim sygnal e umożliwia min. zlokalizowanie jego źródła oraz określenie zmienności parametrów sprężystych ośrodka. Podstawowym narzędziem do rejestracji tego typu sygnałów są różnego typu sejsmografy zamontowane w specjalnych stanowiskach pomiarowych (stacjach sejsmologicznych). Przedmiotem rozwiązania jest konstrukcja mobilnego stanowiska sejsmologicznego, umożliwiającego przeprowadzanie pomiarów w dowolnych warunkach terenowych z jednoczesnym zabezpieczeniem urządzeń rejestrujących przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi oraz ewentualnym zniszczeniem przez czynniki zewnętrzne i kradzieżą.

Powszechnie stosowanym rozwiązaniem jest instalowanie stacji sejsmologicznych w miejscach odizolowanych od szumu antropogenicznego, np. w jaskiniach, sztolniach. Wadą tego rozwiązania jest znaczna trudność w odnalezieniu właściwej lokalizacji odpowiedniej do instalacji stacji. Drugim popularnym rozwiązaniem jest zamontowanie stacji w podpiwniczeniach budynków mieszkalnych, co z kolei powoduje rejestracje silnych zakłóceń związanych z działalnością mieszkańców obiektu. Kolejnym sposobem instalacji czujnika (np. dla pomiarów sejsmiki pasywnej), jest wykorzystanie niewielkich otworów, jednak rozwiązanie to ze względu na brak zabezpieczenia w postaci obudowy wiąże się ze znacznym ryzykiem uszkodzenia urządzeń w przypadku np. złych warunków atmosferycznych oraz kosztem wykonania takiegoż odwiertu.

Dotychczas opatentowane wynalazki, odnoszą się głównie do sposobu rozmieszczania sieci sejsmicznych dla sejsmiki morskiej lub lądowej (np. US‘20110267925 A1, WO 2006024956 A1, US 9027497 B1, CA 2655117 A1).

Najbliższymi odpowiednikami mobilnej stacji sejsmologicznej są sposoby akwizycji zaproponowane przez Alberta Geological Surevey (AGS) (http://ags.aer.ca/earthquake-monitoring) oraz OIINK (http://www.indiana.edu/~oiink/Network.php). Istotną różnicą obu rozwiązań jest rozdzielenie komponentów stacji sejsmologicznej. W przypadku stacji AGS elementy składowe stacji umieszczane są w dwóch obudowach tj., czujnik znajduje się w pierwszej, a aparatura obsługująca czujnik w drugiej obudowie. Konieczność wykorzystania dwóch obudów, znacząco utrudnia transport takiej stacji, a sam proces montażu/demontażu znacząco się wydłuża. Rozwiązanie OIINK zakłada, że sam czujnik umieszczony zostanie w zakopanej obudowie, natomiast reszta niezbędnej aparatury zostanie umieszczona na powierzchni terenu. Rozdzielenie elementów składowych powoduje utrudnienia w transporcie, a umieszczenie części aparatury na powierzchni naraża ją na zniszczenie lub kradzież. Kolejnym zbliżonym rozwiązaniem jest projekt zaproponowany przez Earth Institute Uniwersytetu Kolumbia (http://blogs.ei.columbia.edu/2011/12/02/seismometer-puts-earthquakes-online-at-kent-school/). W przypadku omawianej stacji, czujnik jak i jego oprzyrządowanie umieszczany jest w betonowej obudowie. Wykorzystanie betonowej obudowy, daje dobrą ochronę stacji sejsmologicznej jednak niemal całkowicie wyklucza jej mobilność.

Zgodnie z wynalazkiem mobilne stanowisko sejsmometryczne zawiera obudowę składającą się z podstawy, ścianek bocznych oraz pokrywy, oraz czujnik. Do podstawy zamocowany jest czujnik, który jest przykryty warstwą materiału wygłuszającego szumy zewnętrzne, przy czym podstawę obudowy stanowi płyta betonowa lub płyta tarnamidowa a ścianki boczne oraz pokrywa wykonane są z tworzywa sztucznego lub drewna. Wewnątrz obudowy pomiędzy podstawą a pokrywą ochronną zamocowana jest w sposób rozłączalny pierwsza pozioma platforma, na której z użyciem podkładki zamocowany jest rejestrator. Do dna pokrywy ochronnej zamocowany jest materiał wygłuszający oraz uszczelnienie.

Korzystnie, wewnątrz obudowy pomiędzy pierwszą poziomą platformą a pokrywą ochronną zamocowana jest w sposób rozłączalny druga pozioma platforma, na której zamocowany jest akumulator.

Korzystnie, w obudowie zamocowane jest gniazdo sieciowe.

Korzystnie, w ściankach obudowy zamontowano wodoszczelną tulejkę umożliwiającą wprowadzenie przewodu zasilającego ~230V, wodoszczelną tulejkę umożliwiającą wprowadzenie przewodu od odbiornika GPS, wodoszczelną tulejkę umożliwiającą wprowadzenie przewodu od anteny GSM oraz wodoszczelną tulejkę umożliwiająca wprowadzenie przewodu uziemiającego.

Korzystnie, materiałem wygłuszającym szumy zewnętrzne jest materiał hydrofobowy.

PL 240 607 B1

Korzystnie, materiałem hydrofobowym jest suchy piasek kwarcowy lub sypki sorbent.

Korzystnie, tworzywem sztucznym, z którego wykonane są ścianki boczne i pokrywa jest PC V.

Korzystnie, drewno, z którego wykonane są ścianki boczne i pokrywa jest zaimpregnowane przeciwko wilgoci.

Korzystnie, czujnik jest czujnikiem jednoskładnikowym lub czujnikiem dwuskładnikowym lub czujnikiem trójskładnikowym.

Proponowane rozwiązanie pozwala na montaż stacji sejsmologicznej we wcześniej wytypowanych optymalnych lokalizacjach, nie narażając urządzeń na zniszczenie. Ponadto umieszczenie czujnika w szczelnej obudowie izoluje go od zakłóceń antropogenicznych co poprawia jakość rejestrowanych sygnałów. Kluczową zaletą tego rozwiązania jest możliwość wykonywania długookresowych obserwacji sejsmologicznych/sejsmicznych bez konieczności ciągłej kontroli operatorskiej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schematycznie mobilne stanowisko sejsmometryczne.

Rozwiązanie w postaci mobilnego stanowiska sejsmometrycznego zbudowane jest ze szczelnej obudowy 1 z tworzywa sztucznego PCV. Dno konstrukcji (studzienki) stanowi płyta betonowa 2 o grubości 50 mm, zapewniająca właściwy kontakt czujnika trójskładnikowego 6 z podłożem.

Czujnik jednoskładnikowy - mierzy tylko składową pionową pola falowego, dwuskładnikowy mierzy składową pionową oraz jedną składową poziomą pola falowego, trójskładnikowy oznacza możliwość pomiaru jednej składowej pionowej i dwóch prostopadłych do siebie składowych poziomych. Płyta ta jest zbrojona za pomocą dwóch prętów 3 przytwierdzonych do obudowy 1, do których w centralnej części zamontowana jest gwintowana tulejka 4 umożliwiająca wkręcenie śruby 5 służącej do mocowania czujnika trójskładnikowego 6. Dodatkowo poziomowany jest on za pomocą śrub poziomujących 7. Na platformie pierwszej 8 wspartej na wspornikach 9 zamontowany jest rejestrator (w tym rozwiązaniu GMSplus, GeoSIG) 10. Rejestrator zamocowany jest pośrednio do platformy z użyciem podkładki 11. Opcjonalnie na platformie drugiej 12, zamocowanej w sposób analogiczny jak w przypadku platformy pierwszej 8, zamontowano standardowy akumulator (12V, 44 Ah) 13. W celu ograniczenia szumu pochodzącego od czynników zewnętrznych, czujnik trójskładnikowy 6 obsypany jest suchym piaskiem kwarcowym 14, ponadto do dna pokrywy 15 zamocowany został materiał wygłuszający 16. W celu umożliwienia wyprowadzenia i wprowadzenia przewodów do stacji, w korpusie 1 wstawione zostały specjalne wodoszczelne tulejki 17, 18, 19 i 20. Dla pełnej izolacji od wilgoci pomiędzy pokrywą 15 a korpusem 1 zamontowane zostało uszczelnienie 21. W przypadku zasilania stacji z sieci energetycznej ~230 V, w górnej części konstrukcji zamontowane jest klasyczne gniazdo sieciowe 22. Przed niepożądanym otwarciem pokrywy 15, zabezpiecza klamra 23.

Dzięki wykorzystaniu lekkich materiałów PCV, możliwe było zoptymalizowanie wagi konstrukcji co skutkowało poprawą mobilności urządzenia. Dwojakość typu zasilania umożliwia wykorzystanie tego rozwiązania w dowolnych warunkach terenowych.

Pełny montaż wraz z uruchomieniem stanowiska sejsmometrycznego dla osoby doświadczonej nie zajmuje dłużej niż 2 godziny. Całość prac związanych z umieszczeniem stanowiska pomiarowego polega w głównej mierze na wykonaniu płytkiego wykopu o szerokości ok. 0,5 m, na głębokość ok. 0,6 m. Spód wykopu powinien zostać wypełniony mieszaniną piasku i cementu, co ułatwia wypoziomowanie czujnika i poprawia kontakt pomiędzy czujnikiem, a glebą. Tak przygotowany wykop jest gotowy na umiejscowienie w nim uprzednio przygotowanego stanowiska sejsmometrycznego. Demontaż stanowiska polega na wykonaniu wykopu wokół stanowiska o szerokości ok 15-30 cm od jego ścianki, a następnie jego wyciągnięciu bez konieczności użycia ciężkiego sprzętu.

Mobilne stanowisko pomiarowe przetestowane zostało w ramach prac związanych z realizacją projektu GASŁUPMIKROS podczas eksperymentalnych pomiarów na koncesji PGNIG Stara Kiszewa podczas szczelinowania hydraulicznego odbywającego się w otworze Wysin-2H/2Hbis. Podstawowym celem wykonanych obserwacji i testów było wykazanie, że sposób i miejsce posadowienia stanowisk pomiarowych ma znaczący wpływ na jakość rejestrowanych sygnałów. Monitoring przeprowadzony został w formie długookresowego nasłuchu (1 rok). Założony cel badań wymagał, aby stanowiska sejsmometryczne były często przemieszczane. Część z wytypowanych lokalizacji odpowiednich do prowadzenia pomiarów charakteryzowała się trudnymi warunkami terenowymi co wykluczało zastosowanie standardowych sposobów instalacji stacji. Długi czas obserwacji oraz częstotliwość zmian lokalizacji stacji pomiarowych pozwolił na ostateczne wypracowanie konstrukcji stanowiska sejsmologicznego i potwierdził jego przydatność w prowadzeniu tego typu prac.

Claims (9)

1. PL 240 607 B1

   Zasadność stosowania mobilnego stanowiska sejsmometrycznego została potwierdzona przez szereg testów polegających na umieszczeniu sejsmometrów w różnych lokalizacjach, m.in. podpiwniczenia i garaż domów jednorodzinnych, a następnie zbadaniu poziomu zakłóceń rejestrowanych przez urządzenia. Przeprowadzone analizy potwierdziły, że umiejscowienie stanowisk sejsmometrycznych w bliskiej odległości działalności ludzkiej powoduje, że rejestrowany sygnał jest mocno zakłócony drganiami pochodzącymi z działalności antropogenicznej. Umiejscowienie stanowiska sejsmometrycznego w miejscach odizolowanych od szumów antropogenicznych z wykorzystaniem prezentowanego stanowiska znacznie zmniejsza średni rejestrowany poziom zakłóceń. Umiejscowienie odbiorników w płytkich niezabezpieczonych otworach, powoduje rejestracje znacznie większej niż w przypadku mobilnego stanowiska sejsmometrycznego ilości niepożądanych drgań wynikających m.in. z aktywności zwierząt, osypywania się ścianek wykopu, padających kropli deszczu itp. Potwierdzeniem skuteczności proponowanego rozwiązania było wykonanie długookresowego nasłuchu przed, w trakcie i po szczelinowaniu hydraulicznym pokładów węgla w okolicach otworu Gilowice2H, gdzie również konieczne było częste przemieszczanie stacji pomiarowych.

   Opisywana konstrukcja znajduje zastosowanie w monitoringu mikrosejsmicznym oraz w innych dziedzinach badań, gdzie wymagana jest rejestracja sygnałów sejsmicznych z wysoką czułością.

   Wykaz oznaczeń odsyłających

   1 - korpus obudowy stanowiska pomiarowego

   2 - podstawa, zbrojona płyta betonowa

   3 - pręty zbrojeniowe

   4 - gwintowana tulejka

   5 - śruba mocująca czujnik trójskładnikowy

   6 - czujnik trójskładnikowy

   7 - śruba poziomująca

   8 - platforma pierwsza

   9 - wspornik stalowy - kątownik

   10 - rejestrator GMSplus (GeoSIG)

   11 - podkładka do rejestratora GMSplus (GeoSIG)

   12 - platforma druga

   13 - akumulator (12 V, 44 Ah)

   14 - piasek kwarcowy

   15 - pokrywa ochronna

   16 - materiał wygłuszający

   17 - tulejka umożliwiająca wprowadzenie przewodu zasilającego -230 V

   18 - tulejka umożliwiająca wprowadzenie przewodu od odbiornika GPS

   19 - tulejka umożliwiająca wprowadzenie przewodu od anteny GSM

   20 - tulejka umożliwiająca wprowadzenie przewodu uziemiającego

   21 - uszczelnienie

   22 - gniazdo zasilające -230 V

   23 - klamra zabezpieczająca

   24 - grunt

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Mobilne stanowisko sejsmometryczne zawierające obudowę składającą się z podstawy, ścianek bocznych oraz pokrywy, oraz czujnik znamienne tym, że do podstawy (2) zamocowany jest czujnik (6), który jest przykryty warstwą materiału wygłuszającego (16) szumy zewnętrzne, przy czym podstawę (2) obudowy (1) stanowi płyta betonowa lub płyta tarnamidowa a ścianki boczne oraz pokrywa wykonane są z tworzywa sztucznego lub drewna, oraz wewnątrz obudowy (1) pomiędzy podstawą (2) a pokrywą ochronną (15) zamocowana jest w sposób rozłączalny pierwsza pozioma platforma (8), na której z użyciem podkładki (11) zamocowany jest rejestrator (10), przy czym do dna pokrywy ochronnej (15) zamocowany jest materiał wygłuszający (16) oraz uszczelnienie (21).

   PL 240 607 B1
2. 2. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1 znamienne tym, że wewnątrz obudowy (1) pomiędzy pierwszą poziomą platformą (8) a pokrywą ochronną (15) zamocowana jest w sposób rozłączalny druga pozioma platforma (12), na której zamocowany jest akumulator (13).
3. 3. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1-2 znamienne tym, że w obudowie (1) zamocowane jest gniazdo sieciowe (22).
4. 4. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1-3 znamienne tym, że w ściankach obudowy (1) zamontowano wodoszczelną tulejkę (17) umożliwiającą wprowadzenie przewodu zasilającego ~230 V, wodoszczelną tulejkę (18) umożliwiającą wprowadzenie przewodu od odbiornika GPS, wodoszczelną tulejkę (19) tulejkę umożliwiającą wprowadzenie przewodu od anteny GSM oraz wodoszczelną tulejkę (20) umożliwiająca wprowadzenie przewodu uziemiającego.
5. 5. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1-4 znamienne tym, że materiałem wygłuszającym (16) szumy zewnętrzne jest materiał hydrofobowy.
6. 6. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 5 znamienne tym, że materiałem hydrofobowym jest suchy piasek kwarcowy (14) lub sypki sorbent.
7. 7. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1 znamienne tym, że tworzywem sztucznym, z którego wykonane są ścianki boczne (1) i pokrywa ochronna (15) jest PCV.
8. 8. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1 znamienne tym, że drewno, z którego wykonane są ścianki boczne (1) i pokrywa ochronna (15) jest zaimpregnowane przeciwko wilgoci.
9. 9. Mobilne stanowisko sejsmometryczne według zastrz. 1 znamienne tym, że czujnik (6) jest czujnikiem jednoskładnikowym lub czujnikiem dwuskładnikowym lub czujnikiem trójskładnikowym.