pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2025-16-3-191-201pimi-973Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsМетодика выделения спектральных характеристик сигналов электромагнитного излучения, регистрируемых при нагружении образцов горных пород на фоне техногенного магнитного шумаA Method for Extracting the Spectral Characteristics of Electromagnetic Emission Signals Recorded during the Loading of Rock Samples on the Technogenic Magnetic Noise BackgroundШестаковА. Ф.ShestakovA. F.

ул. Амундсена, 100,г. Екатеринбург 620016

Amundsen str., 100, Ekaterinburg 620016

ТягуновД. С.TyagunovD. S.

Адрес для переписки:Тягунов Д. С. - Институт геофизики Уральского отделения РАН, ул. Амундсена, 100, г. Екатеринбург 620016, Россия

e-mail: tds-07@mail.ru

Address for correspondence:Tyagunov D.S. - Institute of Geophysics, Ural Branch of the RAS,Amundsen str., 100,Ekaterinburg 620016, Russia e-mail: tds-07@mail.ru

tds-07@mail.ruИнститут геофизики имени Ю.П. Булашевича Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Geophysics, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут геофизики Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Geophysics, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202502102025163191201Copyright © Шестаков А.Ф., Тягунов Д.С., 20252025Шестаков А.Ф., Тягунов Д.С.Shestakov A.F., Tyagunov D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/973

В настоящее время активно проводятся исследования по изучению электромагнитного излучения в процессе нагружения образцов горных пород, металлов, композиционных материалов, а также в зонах дезинтеграции массивов горных пород на участках горных выработок. Применяемая для этих целей измерительная аппаратура нацелена на регистрацию сигналов электромагнитного излучения преимущественно радиочастотного диапазона. Целью работы являлось обнаружение информативных ультранизкочастотных сигналов электромагнитного излучения, генерируемых образцом горной породы под воздействием внешней нагрузки в виде одноосного сжатия, создаваемого ручным гидравлическим прессом. Задачей исследования является идентификация выявленных сигналов низкочастотного электромагнитного излучения на фоне техногенного магнитного шума, генерируемых образцом магматической горной породы в процессе его разрушения и установление их характерных спектральных особенностей. Представлены результаты наблюдений за вариациями магнитного поля с использованием магнитомодуляционных преобразователей магнитной индукции, позволяющих осуществить регистрацию и выделение информативных сигналов, генерируемых образцом горной породы под воздействием внешней нагрузки в лабораторном эксперименте. Применяемые магнитомодуляционные преобразователи имеют достаточную чувствительность и разрешающую способность для регистрации сигналов электромагнитного излучения в диапазоне частот 0,01–200 Гц, наблюдаемых при разрушении образцов горных пород в процессе их нагружения на фоне магнитного шума техногенного происхождения. Приведено описание методики измерений, оборудования и магнитометрической аппаратуры, а также этапов программной обработки исходных данных. Рассмотрена методика идентификации информативного ультранизкочастотного сигнала записи компонент магнитной индукции, генерируемого образцом магматической горной породы при его нагружении одноосным сжатием, на фоне магнитного шума техногенного происхождения. При разрушении испытуемого образца в процессе его нагружения установлено, что максимальная амплитуда сигналов электромагнитного излучения проявляется в ультранизкочастотной части спектра в диапазоне 0,3–4,0 Гц. Полученные результаты важны для изучения процессов в геологической среде, порождающих низкочастотное электромагнитное излучение, а также для исследования возможных механизмов его генерации.

Nowadays, actively conducted research to study electromagnetic emission in the process of rocks, metals, composite materials’ samples loading as well as such emission in zones of rock massifs’ disintegration in sections of mine works are in progress. Measuring technique used for these purposes is aimed for recording electromagnetic emission signals mainly in the radio frequency range. The paper’s aim is to detect informative ultra-low-frequency electromagnetic radiation signals generated by a rock sample under the influence of an external load in the form of uniaxial compression created by a manual hydraulic press. The task of the study is to identify the detected low-frequency electromagnetic emission signals at the background of technogenic magnetic noise generated by a magmatic rock sample during its destruction and to establish their characteristic spectral features. The article presents results of observations of magnetic field variations using magnetic induction magnetomodulation transducers which allow recording and isolating informative signals generated by a rock sample under the influence of an external load in a laboratory experiment. The applied magnetomodulation transducers have sufficient sensitivity and resolution to record electromagnetic emission signals in the frequency range of 0.01–200 Hz, observed during the destruction of rock samples in process of their loading on the technogenic magnetic noise background. The paper describes the measurement technique, equipment and magnetometric apparatus, as well as the stages of software processing of initial data. The paper considers technique for identifying the informative ultra-low-frequency signal of recording the magnetic induction components generated by a sample of magmatic rock at its loading by uniaxial compression loading on the technogenic magnetic noise background. It was established that in case of destruction of the test sample during its loading the maximum amplitude of electromagnetic emission signals appeared in the ultra-low frequency part of the spectrum in the range of 0.3–4 Hz. Results obtained are important for studying the processes in the geological environment that generate low-frequency electromagnetic emission, as well as for investigating possible mechanisms of their generation.

магнитомодуляционный преобразовательразрушение образцов горных породэлектромагнитное излучениемагнитная индукциятехногенный магнитный шумmagnetomodulating transducerdestruction of rock sampleselectromagnetic emissionmagnetic inductiontechnogenic magnetic noiseReferencesКурленя М. В., Вострецов А. Г., Кулаков Г. И., Яковицкая Г. Е. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2000. – 231 c.Kurlenya M. V., Vostretsov A. G., Kulakov G. I., Yakovitskaya G. E. Registration and processing of electromagnetic radiation signals. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS. 2000;231 p.Соболев Г. А., Майбук З.-Ю. Я. Вызванное электромагнитное излучение горных пород, содержащих минералы-полупроводники / Г. А. Соболев, З.-Ю.Я. Майбук // Доклады АН. – 2013. – Т. 453, № 1. – С. 92–94. DOI: 10.7868/S0869565213230217Sobolev G. A., Maybuk Z. Yu. Induced electromagnetic radiation of rocks containing semiconductor minerals. Reports of the Academy of Sciences. 2013;453(1): 92–94. DOI: 10.7868/S0869565213230217Опарин В. Н. Модернизированная система АСИ-2 для контроля электромагнитной эмиссии образцов горных пород при их одноосном нагружении / В. Н. Опарин [и др.] // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2010. – № 4. – С. 104–115.Oparin V. N., Vostretsov A. G., Krivetsky A. V., Bizyaev A. A., Yakovitskaya G. E. The upgraded ASI-2 system for monitoring the electromagnetic emission of rock samples during their uniaxial loading. Physico-technical problems of mining. 2010;(4):104–115.Вострецов А. Г. Измерительная система синхронной регистрации сигналов ЭМИ и механических параметров деформирования образцов горных пород в лабораторных экспериментах / А. Г. Вострецов [и др.] // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. – № 6. – С. 204–210. DOI: 10.15372/FTPRPI20170622Vostretsov A. G., Kulakov G. I., Bizyaev A. A., Yakovitskaya G. E. Measuring system for synchronous recording of EMR signals and mechanical parameters of deformation of rock samples in laboratory experiments. Physicotechnical problems of Mining. 2017;(6):204–210. DOI: 10.15372/FTPRPI20170622Сурков В. В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ. 2000. – 447 с.Surkov V. V. Electromagnetic effects in earthquakes and explosions. Moscow: MEPhI, 2000;447 p.Соболев Г. А., Пономарев А. В. Физика землетрясений и предвестники / Отв. ред. В.Н. Страхов // М.: Наука, 2003. – 270 с.Sobolev G. A., Ponomarev A. V. Physics of Earthquakes and Precursors. Moscow: Nauka. 2003;270 p.Лось В. Ф., Лементуева Р. А., Ирисова Е. Л. Решение аппаратурно-методических проблем и изучение электромагнитного излучения в лабораторных экспериментах по разрушению горных пород / В. Ф. Лось, Р. А. Лементуева, Е. Л. Ирисова // Сейсмические приборы. – 2010. – Т. 46, № 4. – С. 14–24.Los V. F., Lementueva R. A., Irisova E. L. Solving hardware and methodological problems and studying electromagnetic radiation in laboratory experiments on rock destruction. Seismic instruments. 2010;46(4):14–24.Вострецов А. Г. Характеристики электромагнитного излучения горных пород при их разрушении в лабораторных экспериментах / А. Г. Вострецов [и др.] // Доклады АН ВШ РФ. – 2013. – № 2(21). – С. 46–54.Vostretsov A. G., Krivetsky A. V., Bizyaev A. A., Yakovitskaya G. E. Characteristics of electromagnetic emissions of rocks during their destruction in laboratory experiments. Reports of the Academy of Sciences of the Russian Federation. 2013;2(21):46–54.Мешков А. А. Совершенствование способа регистрации электромагнитного излучения при нарушении сплошности горных пород / А. А. Мешков [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 6. – С. 135–148.Meshkov A. A., Ledyaev N. V., Khamutsky A. A., Savchenko A. V., Bizyaev A. A. Improvement of the method of registration of electromagnetic radiation in violation of the continuity of rocks. Mining information and analytical bulletin. 2022;6(2):135–148.Tyagunov D. S., Shestakov A. F. Recording of ultra-low frequency electromagnetic emission during loading of a rock sample / D. S. Tyagunov, A. F. Shestakov // Measurement Techniques. – 2024. – Vol. 67, no 1. – Рр. 545–552. DOI: 10.1007/s11018-024-02375-1Tyagunov D. S., Shestakov A. F. Recording of ultra-low frequency electromagnetic emission during loading of a rock sample. Measurement Techniques. 2024;67(1):545–552. DOI: 10.1007/s11018-024-02375-1Тягунов Д. С., Шестаков А. Ф. Регистрация магнитомодуляционным датчиком низкочастотного электромагнитного излучения в лабораторных экспериментах по разрушению образцов горных пород / Д. С. Тягунов, А. Ф. Шестаков // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. – 2024. – № 3. – С. 18–28. DOI: 10.31431/1816-5524-2024-3-63-18-28Tyagunov D. S., Shestakov A. F. Registration of low-frequency electromagnetic radiation by a magnetomodulatory sensor in laboratory experiments on the destruction of rock. Bulletin of KRAUNTS. Series: Earth Sciences. 2024;3(63):18–28. DOI: 10.31431/1816-5524-2024-3-63-18-28Сокол-Кутыловский О. Л., Тягунов Д. С. Аппаратура для регистрации магнитного поля низких частот / О. Л. Сокол-Кутыловский, Д. С. Тягунов // Уральский геофизический вестник. – 2007. – № 4. – С. 69–73.Sokol-Kutylovsky O. L., Tyagunov D. S. Equipment for registration of the magnetic field of low frequencies. Ural Geophysical Bulletin. 2007; 4(13): 69–73.Sokol-Kutylovskii O. L. Magnetomodulation sensors based on amorphous ferromagnetic alloys / O. L. Sokol-Kutylovskii // Measurement Techniques. – 2016. – Vol. 59, no 2. – Pp. 170–175. DOI: 10.1007/s11018-016-0937-xSokol-Kutylovskii O. L. Magnetomodulation sensors based on amorphous ferromagnetic alloys. Measurement Techniques. 2016;59(2):170–175. DOI: 10.1007/s11018-016-0937-xSokol-Kutylovskii O. L. A magneto-modulating meter of a weak variable magnetic field / O. L. Sokol-Kutylovskii // Instruments and Experimental Techniques. – 2019. – Vol. 62, no 4. – Pp. 554-557. DOI: 10.1134/S0020441219040110Sokol-Kutylovskii O. L. A magneto-modulating meter of a weak variable magnetic field. Instruments and Experimental Techniques. 2019;62(4):554–557. DOI: 10.1134/S0020441219040110Матюков В. Е. Практические результаты электромагнитно мониторинга сейсмоактивных зон (обзор) // Вестник КРСУ. – 2011. – Т. 11, № 4. – С. 15–23.Matyukov V. E. Practical results of electromagnetic monitoring of seismoactive zones (review). Bulletin of KRSU. 2011;11(4):15–23.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.