Для решения вопросов региональной сейсморазведки и глобальной сейсмологии требуются эффективные импульсные и вибрационные сейсмоисточники.

Как показал большой объём научно-исследовательских работ, проведённых при постановке на серийное производство импульсного сейсмоисточника ИСЗИ-ВА4-600 на заводе Казгеофизприбор, наиболее оптимальным является использование в таком источнике ударного принципа действия [1]. В этом источнике боёк массой в 50 кГ приводился в движение двумя электромагнитными катушками. Использовался принцип двойного действия электромагнитного молота. Энергия единичных ударов составляла 500 – 600 Дж. Одновременно проведены испытания аналогичных источников [2] с массами бойков 200 кГ. При этом получены энергии воздействий до 2000 Дж.

В это же время проводились всесторонние испытания импульсных сейсмоисточников ударного действия с электроприводами на основе линейных асинхронных двигателей [3]. Испытывались сейсмоисточники с массами бойков в 50 и 200 кГ. Получены энергии воздействий соответственно в 1.5 и 10 кДж. Эти источники из-за их принципа действия и , особенно, в режимах частотного управления имеют в 2-3 раза более высокий к.п.д., а для своего изготовления требуют в 5-10 раз меньшее количество обмоточной меди. Ещё более высокими показателями будут обладать такие источники с линейными синхронными и вентильными двигателями.

Основные показатели таких импульсных сейсмоисточников приведены в таблице 1.

Первые три типа импульсных сейсмоисточников устанавливаются в транспортные базы высокой проходимости соответственно УАЗ-469, ЗИЛ-131, КАМАЗ. Последний сейсмоисточник может быть выполнен только в стационарном исполнении, либо в случае его редких перевозок.

Таких силовых показателей невозможно получить любыми другими принципами воздействий. При расчётах принимались следующие основные показатели режимов работы:

- ход ударной массы – не более 1 М;

- скорость соударений - 6÷10 м/с;

- время соударений – (10 ÷20)·10-3 с;

- скорость взвода – 0.1÷0.5 м/с.

Во всех этих сейсмоисточниках разгон бойков после взвода производится компрессионными и вакуумными камерами, либо мощными пружинами. Причём в качестве силового привода может быть использован способ импульсного управляемого режима работы ДВС.

Вибросейсмоисточники отличаются значительно более сложными режимами работы и своими основными показателями. Так для выполнения простейших задач сейсмологии (ГСЗ, ВПЗ) необходимы сейсмоисточники с амплитудами усилий более 100 тс в диапазоне частот 3÷15 Гц [4]. Для решения же задач рудной и нефтяной сейсморазведки необходимы мобильные вибросейсмоисточники с амплитудами усилий до 30 Тс в диапазоне частот 5÷150–250 Гц. Во всех этих сейсмоисточниках возникают большие трудности создания стабилизированных колебаний как на нижней частоте, так и на верхней.

Создание низкочастотных колебаний из-за гиперболической зависимости мощности инертной массы и излучающей платформы [5] приводит к очень большим величинам этих мощностей. Это приводит, соответственно, к очень большим установленным мощностям оборудования для получения максимальных виброчастот. Кроме того, для получения максимальных виброчастот требуется, например в случае дебалансных [4] или эксцентриковых вибросейсмоисточников [6], скорости вращения приводных электродвигателей до 12÷15 тыс. об/мин.

Эти ограничения приводят к необходимости создания и получения высокочастотных и больших усилий на новом принципе [7]. По этому принципу по аналогии с силовой электроникой в механике применяем методы широтно-импульсной модуляции силовых импульсов. Этот метод вытекает из электромеханических аналогий, где напряжение (В) является аналогом усилия (Н), а ток (I) является электромеханическим аналогом скорости (V). Причём, применив так называемое 90о управление на каждом полупериоде создаваемых колебаний, можно избавиться от вредного влияния выхода вибросейсмоисточников на низких частотах в резонанс.

Получение широтно-импульсной модуляции силовых импульсов, также как и в силовой электронике, можно осуществить в режиме выпрямления силовых импульсов (непосредственные преобразователи частоты или выпрямители) или широтно-импульсная модуляция силовых импульсов (ШИМ преобразователей со звеном постоянного тока).

Тот и другой режим достаточно легко осуществляется, имея в первом случае высокодинамичные поршневые системы, а во втором случае высокодинамичные так называемые «механотранзисторы» дискретного действия.

Эти способы дают возможности получать и низкочастотные и высокочастотные колебания с любыми характеристиками и показателями.

Такие сейсмоисточники по сравнению с дебалансными и эксцентриковыми будут обладать максимальным быстродействием. Последнее особенно важно при выполнении полевых работ при региональной сейсморазведке, когда требуется выполнять эти работы при длительностях свипсигналов 5÷15 сек. Эти источники также можно будет выполнять при минимальных массах излучающих платформ и инертных масс. Величины инертных масс можно брать не более 10% от амплитуды возмущающих усилий. В стационарных источниках величины инертных масс и масс дебалансов могут быть приняты равными (20-25)% от амплитуд усилий. В быстродействующих электродинамических вибросейсмоисточниках [5] величины этих масс, являющихся активными магнитопроводами с системой возбуждения естественным образом, достигают величин 45-50% от амплитуд, создаваемых усилий. Поэтому такие источники и применяются исключительно в стационарных условиях.

В таблице 2 приведены основные энергетические показатели стационарного вибромодуля и мобильного вибросейсмоисточника в низкочастотной области. Из таблицы видно, что мобильный вибросейсмоисточник на самой низкой частоте будет потреблять 140 кВт мощности. Но при кратковременных свипсигналах эта мощность с повышением частоты быстро падает. И ,видимо, с повышением частоты вибрации можно несколько увеличивать амплитуду создаваемых усилий, что пропорционально повысит излучаемую мощность. Последнее даст значительное улучшение вида сейсмограмм в высокочастотном диапазоне АЧХ.

В качестве стационарного сейсмоисточника здесь рассматривался управляемый импульсный сейсмоисточник с инертной массой 20 т и с 90о управлением. Выполнение таких источников в дебалансном и эксцентриковом исполнении приводит к крайне высоким установленным мощностям. И дополнительно в их конструктивных схемах необходимо предусматривать меры по компенсации крайне больших реактивных энергий, циркулирующих между валами двигателей , дебалансами и инертными массами.