川渝地区可控震源道路激振效果分析

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.082

工程设计学报

2022, Vol. 29

Issue (6): 766-775 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.082

建模、仿真、分析与决策

川渝地区可控震源道路激振效果分析

李琴¹(

),蒲伟¹,黄志强¹,席御僖²,李刚¹,王若豪¹

^1.西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500
^2.中国石油集团东方地球物理公司勘探有限责任公司西南物探分公司，四川成都 610213

Analysis of road excitation effect of vibroseis in Sichuan and Chongqing area

Qin LI¹(

),Wei PU¹,Zhi-qiang HUANG¹,Yu-xi XI²,Gang LI¹,Ruo-hao WANG¹

^1.School of Mechatronics Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China
^2.Southwest Geophysical Exploration Branch, Bureau of Geophysical Prospecting Inc. , China National Petroleum Corporation, Chengdu 610000, China

全文: PDF(5106 KB) HTML

摘要：

川渝地区地形地貌复杂，可控震源在其乡村道路激振时存在激发信号畸变较大及激发能量耗散较大等问题。为了解决该问题，建立了可控震源道路激振模型，构建了可控震源道路激振效果评价体系，开展了川渝地区可控震源乡村道路激振效果研究，分析了可控震源道路激振能量耗散。结果表明：构建的激振效果评价体系能够较为全面地对川渝地区可控震源道路激振效果进行评价；相比碎石土路，可控震源在无缺陷水泥道路激振时传地能量减弱48.31%，地表接触中心点振幅下降77.44%，互作用力振幅下降18.18%，信号畸变增大34.69%，激振效果较差；道路缺陷对激振效果具有明显的减弱影响，圆形孔洞道路缺陷对激振效果的影响尤为突出，其中传地能量减弱54.94%，地表接触中心点振幅下降5.57%，互作用力振幅下降21.16%，信号畸变增大36.17%；川渝地区可控震源道路激振时，平板的结构能量耗散较大，约占系统总耗散能量的90%。研究结果可以为川渝地区可控震源乡村道路激振效果的改善提供理论指导。

关键词： 可控震源; 道路激振; 道路缺陷; 振动平板; 能量耗散

Abstract:

Due to the complex terrain and landform in Sichuan and Chongqing area, there are some problems such as larger distortion of excitation signal and larger dissipation of excitation energy when vibroseis vibrates on rural roads. In order to solve this problem, a road excitation model of vibroseis was established, an evaluation system of road excitation effect of vibroseis was established, a study on the road excitation effect of vibroseis in Sichuan and Chongqing area was carried out, and the energy dissipation of road excitation of vibroseis was analyzed. The results showed that the proposed evaluation system could comprehensively evaluate the road excitation effect of vibroseis in Sichuan and Chongqing area; compared with gravel soil road, the ground transmission energy was 48.31% lower, the amplitude of surface contact center point was 77.44% lower, the amplitude of interaction force was 77.44% lower, the signal distortion was 34.69% higher, when vibroseis vibrated on non-defective cement road and the excitation effect was poor; the road defects had obvious weakening effect on the excitation effect, especially the round hole road defects, in which the ground transmission energy decreased by 54.94%, the amplitude of the surface contact center point decreased by 5.57%, the amplitude of the interaction force decreased by 21.16%, and the signal distortion increased by 36.17%; when vibroseis vibrated on roads in Sichuan and Chongqing area, the structural energy dissipation of the flat plate was relatively large, accounting for about 90% of the total energy dissipation of the system. The research results can provide theoretical guidance for the improvement of rural road excitation effect of vibroseis in Sichuan and Chongqing area.

Key words: vibroseis road excitation road defect vibrating plate energy dissipation

收稿日期: 2022-03-07 出版日期: 2023-01-06

CLC:

TH 123

基金资助: 国家自然科学基金资助项目(41902326);四川省科技计划项目(22GJHZ0284);南充市-西南石油大学市校科技战略合作专项(SXHZ048);西南石油大学校企横向合作项目(JSTKY-22-002)

作者简介: 李琴（1970—），女，四川乐山人，副教授，硕士，从事石油装备自动化研究，E-mail: 905973416@qq.com，https://orcid.org/0000-0003-2894-9026

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引用本文:

李琴,蒲伟,黄志强,席御僖,李刚,王若豪. 川渝地区可控震源道路激振效果分析[J]. 工程设计学报, 2022, 29(6): 766-775.

Qin LI,Wei PU,Zhi-qiang HUANG,Yu-xi XI,Gang LI,Ruo-hao WANG. Analysis of road excitation effect of vibroseis in Sichuan and Chongqing area[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(6): 766-775.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.082 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I6/766

图1 BV500型可控震源水泥道路激振现场

图2 川渝地区可控震源道路激振效果评价体系

图3 脱耦量测点的设置

图4 可控震源道路激振有限元模型

图5 可控震源在不同道路激振的有限元模型

图6 可控震源缺陷水泥道路有限元模型

表1 水泥道路缺陷的尺寸设置 (mm)

部件	材料	密度/ (kg/m3)	弹性模量/ Pa	泊松比
振动器	45钢	7 850	$2.12 × 1011$	0.31
平板	铝合金	2 770	$7.10 × 1010$	0.33
道路	混凝土	2 600	$3.00 × 1010$	0.26
大地	硬质土	1 800	$2.00 × 108$	0.32
大地	砂岩	2 370	$1.93 × 1010$	0.38

表2 可控震源道路激振模型的材料参数

图7 可控震源道路激振模型网格划分

图8 可控震源道路激振模型载荷加载位置与加载形式

图9 A5、A6点在铅垂方向的位移曲线

图10 不同大地弹性模量下纵波波速仿真值与计算值的对比

图11 可控震源道路激振时互作用力仿真值与实测值的对比

图12 可控震源在缺陷水泥道路激振时平板与道路的脱耦量

图13 可控震源在缺陷水泥道路激振时道路与大地的脱耦量

道路类型	传地能量/J	地表接触中心点振幅/mm	互作用力振幅/10⁵N
碎石土路	3 604.968	2.230	$2.31$
沥青道路	2 052.352	0.963	$1.98$
无缺陷水泥道路	1 863.333	0.503	$1.89$

表3 可控震源在乡村道路激振时的激振强度

缺陷类型	传地能量/J	地表接触中心点振幅/mm	互作用力振幅/10⁵N
方形孔洞	1 451.596	0.433	$1.69$
圆形孔洞	839.537	0.475	$1.49$
轴向裂缝	1 591.996	0.429	$1.54$
铅垂裂缝	1 709.897	0.447	$1.71$

表4 可控震源在缺陷水泥道路激振时的激振强度

图14 可控震源在乡村道路激振时的互作用力失真度

图15 可控震源在缺陷水泥道路激振时的互作用力失真度

图16 可控震源道路激振能量耗散分类

图17 可控震源在无缺陷水泥道路和碎石土路激振时各接触面的互作用力-法向位移曲线

表5 1个激振周期内不同耗散位置的耗散能量

图18 振动器平板下方固连10 mm厚的橡胶垫

平板类型	传地能量/J	地表接触中心点振幅/mm	互作用力振幅/10⁵N
未加橡胶垫	1 863.333	0.503	$1.89$
施加橡胶垫	1 832.619	0.497	$1.80$

表6 施加橡胶垫前后可控震源在无缺陷水泥道路激振时的激振强度

图19 施加橡胶垫前后可控震源在无缺陷水泥道路激振时的互作用力失真度

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