UA151511U

UA151511U - A method of generating seismic waves for geophysical research

Info

Publication number: UA151511U
Application number: UAU202201129U
Authority: UA
Inventors: Володимир Олександрович Поляковський; Дмитро Миколайович Гринь
Original assignee: Інститут Геофізики Ім. С.І. Субботіна Національної Академії Наук України
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2022-08-03

Abstract

A method for generating seismic waves for geophysical research, comprising equipping and installing in the ground near a free surface three rigidly connected mechanically balanced gas pulse devices with windows at their lower end, filling them with a mixture of acetylene and oxygen under high pressure and simultaneously initiating the gas mixture. According to the utility model, shock waves resulting from the detonation of the gas mixture in the gas pulse devices, focusing at a point, create a point source of seismic waves that propagate deep into the medium.

Description

Корисна модель належить до області геофізики і може бути використана при сейсмічній розвідці корисних копалини невибуховими джерелами.The useful model belongs to the field of geophysics and can be used in seismic exploration of minerals by non-explosive sources.

Відомі газодинамічні способи генерування сейсмічних хвиль, в яких вибухова газова суміш заповнює циліндр з рухливою нижньою стінкою - поршнем або діафрагмою |, 2). Такий циліндр притискають до поверхні землі автомобілем, на якому змонтовано джерело, після чого газ підпалюють і відбувається його швидкоплинне згорання, при якому об'єм газу різко зростає. Газ різко тисне на поршень або мембрану і, оскільки рух циліндра вгору ускладнений інертною масою автомобіля, то цей тиск передається в грунт, формуючи при цьому сейсмічну хвилю.Gas-dynamic methods of generating seismic waves are known, in which an explosive gas mixture fills a cylinder with a movable lower wall - a piston or a diaphragm |, 2). Such a cylinder is pressed against the surface of the earth by a car on which a source is mounted, after which the gas is ignited and its rapid combustion occurs, during which the volume of gas increases sharply. The gas sharply presses on the piston or membrane and, since the upward movement of the cylinder is complicated by the inert mass of the car, this pressure is transmitted to the ground, thus forming a seismic wave.

Основним недоліком таких сейсмоджерел, що створює обмеженість їх експлуатації, є складність конструкції пристрою, а отже висока собівартість. Крім того, такі джерела мають значні габаритні розміри та масу через наявність так званого "привантажу" і це обмежує їх використання в важкодоступних місцях.The main disadvantage of such seismic sources, which limits their operation, is the complexity of the device design, and therefore the high cost. In addition, such sources have significant overall dimensions and mass due to the presence of the so-called "extra load" and this limits their use in hard-to-reach places.

Також відомі газоїмпульсні способи генерування сейсмічних хвиль, які грунтуються на підриванні суміші газів за допомогою спеціальних пристроїв у водоймі (1, З). При цьому продукти детонації викидаються у воду, збуджуючи в ній пружну хвилю. Недолік таких способів полягає у тому, що вони мають обмежену область використання.Gas-impulse methods of generating seismic waves are also known, which are based on the detonation of a mixture of gases using special devices in the reservoir (1, C). At the same time, detonation products are thrown into the water, exciting an elastic wave in it. The disadvantage of such methods is that they have a limited scope of use.

Як найближчий аналог вибрано спосіб генерування сейсмічних хвиль (|4|, який грунтується на тому, що газоподібні вибухові суміші закачують у ділянку свердловини, обмежену пакером, після чого проводять її підрив за допомогою електродетонатора або високовольтного джерела струму. При цьому формується ударна хвиля, яка є джерелом сейсмічних хвиль. Недоліком такого способу є те, що при поширенні детонаційної хвилі уздовж ділянки свердловини, заповненої газоповітряною сумішшю, в масив гірської породи випромінюються, в основному, поперечні сейсмічні хвилі. При цьому для отримання потужних сейсмічних хвиль необхідно закачувати значні об'єми газів, що неможливо із-за обмеженого об'єму свердловинної труби.As the closest analogue, the method of generating seismic waves (|4|) was chosen, which is based on the fact that gaseous explosive mixtures are injected into the area of the well bounded by the packer, after which it is detonated using an electric detonator or a high-voltage current source. At the same time, a shock wave is formed, which is a source of seismic waves. The disadvantage of this method is that when the detonation wave propagates along the section of the well filled with a gas-air mixture, mainly transverse seismic waves are emitted into the rock mass. At the same time, in order to obtain powerful seismic waves, it is necessary to inject significant volumes gases, which is impossible due to the limited volume of the well pipe.

Крім того, використання високовольтних ініціаторів вибуху на великих глибинах складно реалізувати, а використання детонаторів потребує спеціального дозволу.In addition, the use of high-voltage explosion initiators at great depths is difficult to implement, and the use of detonators requires a special permit.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності джерела сейсмічних хвиль за рахунок підривання системи із трьох жорстко зв'язаних між собою, механічно зрівноважених, направлених подовжених зарядів із суміші ацетилену та кисню, що знаходитьсяThe useful model is based on the task of increasing the efficiency of the source of seismic waves by detonating a system of three rigidly interconnected, mechanically balanced, directed elongated charges from a mixture of acetylene and oxygen, which is

Зо в оболонці під високим тиском і розташовані на одній лінії в грунті поблизу вільної поверхні.Zo in the shell under high pressure and are located on the same line in the soil near the free surface.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі генерування сейсмічних хвиль для проведення геофізичних досліджень, що включає одночасне підривання на одній лінії в грунті поблизу вільної поверхні трьох жорстко зв'язаних між собою подовжених газоімпульсних пристроїв з вікнами, що знаходяться на їх нижньому торці. При цьому середній заряд розташований вертикально до денної поверхні землі, а два бокових нахилені під кутом. Глибина встановлення бокових зарядів та кут їх нахилу вибираються такими, щоб забезпечити концентрацію енергії вибуху зарядів в точці. Крім того, нахил бокових зарядів забезпечує зрівноваженість системи.The task is solved by the method of generating seismic waves for conducting geophysical research, which includes simultaneous detonation on one line in the ground near the free surface of three rigidly interconnected elongated gas-impulse devices with windows located on their lower end. At the same time, the middle charge is located vertically to the daytime surface of the earth, and the two lateral ones are inclined at an angle. The depth of installation of side charges and the angle of their inclination are chosen in such a way as to ensure the concentration of the energy of the explosion of the charges at a point. In addition, the slope of the side charges ensures the balance of the system.

Очікуваним від застосування способу технічним результатом є створення потужного точкового джерела сейсмічних хвиль для проведення геофізичних досліджень за рахунок одночасного підривання механічно зрівноваженої системи із трьох газових зарядів, заповнених ацетиленокисневою сумішшю, що знаходиться в оболонці під високим тиском.The technical result expected from the application of the method is the creation of a powerful point source of seismic waves for conducting geophysical research due to the simultaneous detonation of a mechanically balanced system of three gas charges filled with an acetylene-oxygen mixture located in a high-pressure casing.

На кресленні схематично показаний пристрій генерування сейсмічних хвиль для проведення геофізичних досліджень, який пояснює суть запропонованого способу.The drawing schematically shows a device for generating seismic waves for conducting geophysical research, which explains the essence of the proposed method.

Газоїмпульсний пристрій для генерування сейсмічних хвиль включає в себе три ідентичні циліндричні газові заряди в металевій оболонці - 1, металеве кріплення - 2 для з'єднання зарядів між собою, а також балони з киснем і ацетиленом, забезпечені редукторами та шлангами для заправки газових пристроїв. На нижньому торці кожного з газових зарядів розміщено вікно - 3, на яке встановлюють діафрагму із дюралюмінію, а на верхньому торці - ініціювальний пристрій - 5, та штуцер для заправки газами - 4.The gas-impulse device for generating seismic waves includes three identical cylindrical gas charges in a metal shell - 1, a metal attachment - 2 for connecting the charges to each other, as well as cylinders with oxygen and acetylene, equipped with reducers and hoses for refueling gas devices. On the lower end of each of the gas charges, there is a window - 3, on which a diaphragm made of duralumin is installed, and on the upper end - an initiating device - 5, and a fitting for filling with gases - 4.

Корисна модель здійснюється наступним чином. Попередньо проводиться підготовка площадки. Для цього на поверхні землі на одній лінії за допомогою ручного бура або механічними засобами пробурюють три шпури. Середній шпур пробурюють вертикально до денної поверхні землі, а два бокових - під однаковим кутом с в сторону середнього шпуру.A useful model is implemented as follows. The site is being prepared beforehand. To do this, three holes are drilled on the surface of the earth in one line with the help of a hand drill or mechanical means. The middle hole is drilled vertically to the day surface of the earth, and the two side holes are drilled at the same angle c in the direction of the middle hole.

Глибина шпурів та їх нахил вибираються такими, щоб забезпечити концентрацію енергії вибуху зарядів в точці О. Далі проводиться збирання газових пристроїв. Для цього на нижньому торці кожного з них встановлюється діафрагма, а на верхньому - ініціатор вибуху. Далі заряди встановлюють в шпури та жорстко з'єднують між собою за допомогою металевого кріплення, після чого кожен із них через штуцер для заправки газами заповнюють послідовно ацетиленом бо та киснем в необхідній пропорції. Для одночасного підривання зарядів ініціатори вибуху з'єднують паралельно та підключають до пристрою ініціювання. Після підпалювання ацетиленокисневої суміші у кожному заряді виникає детонація, яка, поширюючись вздовж пристроїв, руйнує дюралюмінієві діафрагми та створює потужні ударні хвилі. Концентруючись в точці ОО, вони створюють вибухову хвилю, яка, поширюючись вглиб середовища, перетворюється в сейсмічну. Зрівноваженість системи під час підривання газової суміші забезпечується жорстким металевим кріпленням та нахилом бокових газових зарядів.The depth of the holes and their slope are chosen in such a way as to ensure the concentration of the energy of the explosion of the charges at point O. Next, the gas devices are assembled. For this, a diaphragm is installed on the lower end of each of them, and an explosion initiator is installed on the upper one. Next, the charges are installed in the holes and rigidly connected to each other with the help of a metal fastener, after which each of them is successively filled with acetylene and oxygen in the required proportion through the gas filling fitting. For simultaneous detonation of charges, the initiators of the explosion are connected in parallel and connected to the initiation device. After igniting the acetylene-oxygen mixture in each charge, a detonation occurs, which, spreading along the devices, destroys the duralumin diaphragms and creates powerful shock waves. Concentrating at the OO point, they create an explosive wave that, spreading deep into the environment, turns into a seismic one. The balance of the system during the detonation of the gas mixture is ensured by a rigid metal attachment and the inclination of the side gas charges.

Технічний результат від застосування корисної моделі досягається підриванням зрівноваженої системи із трьох направлених газових зарядів із високою концентрацією ацетиленокисневої суміші, розташованих в грунті поблизу вільної поверхні, та концентрацією енергії їх вибуху в точці.The technical result from the application of a useful model is achieved by detonating a balanced system of three directional gas charges with a high concentration of acetylene-oxygen mixture located in the soil near the free surface, and the concentration of their explosion energy at a point.

Джерела інформації: 1. Хмелевской В.К., Горбачев Ю.ИЙИ., Калинин А.В., Попов М.Г., Селиверстов Н.И., ШевнинSources of information: 1. Khmelevskoi V.K., Gorbachev Yu.IYI., Kalinin A.V., Popov M.G., Selyverstov N.Y., Shevnin

В.А. Геофизические методьій исследований. Под ред. Н.И. Селиверстова. Петропавловск-V.A. Geophysical research methods. Ed. N.Y. Selyverstov. Petropavlovsk-

Камчатский: изд-во КГПУ, 2004. - 232 с. 2. Патент Мо 603929 СРСР Установка газовой детонации (Гранник Б.Ю., Шевелев В.А.,Kamchatsky: KSPU publishing house, 2004. - 232 p. 2. Patent No. 603929 USSR Gas detonation installation (B.Yu. Grannyk, V.A. Shevelev,

Андреев В.К.). Опубл. 25.04.78. 3. Харламов Ю.А. Развитие детонационно-газовьїх технологий. Вісник східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2017. Мо 7 (237). - С. 114-131. 4. Патент Мо 2199660 РФ. Устройство для многократного создания сейсмических волн в массиве горньїх пород (Костюченко В.Н., Кочарян Г.Г., Свинцов И.С.). Опубл. 27.02.2003, Бюл.V.K. Andreev). Publ. 04/25/78. 3. Kharlamov Yu.A. Development of detonation and gas technologies. Bulletin of the Eastern Ukrainian National University named after Volodymyr Dahl. 2017. Mo. 7 (237). - P. 114-131. 4. Patent No. 2199660 of the Russian Federation. Device for multiple generation of seismic waves in a massif of rocks (V.N. Kostyuchenko, H.G. Kocharyan, I.S. Svyntsov). Publ. 27.02.2003, Bull.

Мо 6.Mo 6.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

The method of generating seismic waves for conducting geophysical research, which includes equipping and installing in the ground near the free surface of three rigidly interconnected mechanically balanced gas-impulse devices with windows on their lower end, filling them with a mixture of acetylene and oxygen under high pressure and simultaneously initiating the mixture of gases, which differs in that shock waves as a result of detonation of a mixture of gases in

From the gas pulse devices, focusing at a point, they create a point source of a seismic wave that spreads into the depth of the medium.

7. Soil; w y Shk 3 as y y yy Yasya y