Методика выделения спектральных характеристик сигналов электромагнитного излучения, регистрируемых при нагружении образцов горных пород на фоне техногенного магнитного шума

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.

1. Курленя 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.

2. 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/S0869565213230217

3. Опарин 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.

4. 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/FTPRPI20170622

5. Сурков В. В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ. 2000. – 447 с.

6. Соболев Г. А., Пономарев А. В. Физика землетрясений и предвестники / Отв. ред. В.Н. Страхов // М.: Наука, 2003. – 270 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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/s11018-024-02375-1

11. Тягунов 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: 10.31431/1816-5524-2024-3-63-18-28

12. Сокол-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.

13. 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-x

14. Sokol-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/S0020441219040110

15. Матюков В. Е. Практические результаты электромагнитно мониторинга сейсмоактивных зон (обзор) // Вестник КРСУ. – 2011. – Т. 11, № 4. – С. 15–23.