Изучение сигналов электромагнитного излучения при разрушении образцов известняка в процессе их одноосного нагружения

А.Ф. Шестаков; Д.С. Тягунов

doi:10.46698/VNC.2026.87.99.001

А.Ф. Шестаков Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича УрО РАН, Россия, 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
Д.С. Тягунов Институт геофизики им. Ю.П. Булашевича УрО РАН, Россия, 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 100

DOI: https://doi.org/10.46698/VNC.2026.87.99.001

Ключевые слова: магнитомодуляционный преобразователь, магнитная индукция, разрушение образцов горных пород, электромагнитное излучение, техногенный магнитный шум

Резюме

Актуальность работы. В настоящее время достаточно широко проводятся экспериментальные исследования электромагнитного излучения (ЭМИ), регистрируемого в процессе трещинообразования и разрушения образцов горных пород и различных материалов под воздействием внешней нагрузки. При этом, большинство публикаций по этой теме посвящено изучению сигналов электромагнитного поля высокочастотного диапазона. В лабораторных экспериментах крайне редко применяются методы регистрации ЭМИ, генерируемого в процессе нагружения образцов горных пород в ультранизкочастотном (УНЧ) диапазоне, с целью поиска закономерностей появления информативных сигналов в электро- магнитном поле, которые можно использовать в качестве индикаторов разрушения. Особенно остро эта задача возникает, когда они соизмеримы с уровнем шумов техногенного происхождения. В этой связи, физическое моделирование процессов разрушения на образцах горных пород является актуальным для изучения деструктивных процессов в геологической среде, порождающих низкочастотное ЭМИ, а также для исследования возможных механизмов его генерации. Цель исследований – выявить особенности проявления малоамплитудных УНЧ сигналов ЭМИ на фоне техногенного магнитного шума, регистрируемых магнитомодуляционным преобразователем магнитной индукции в процессе разрушения двух образцов горной породы, отличающихся по своим свойствам и минералогическому составу, а также рассмотреть возможные причины и факторы, влияющие на их характеристики. Методы исследования: лабораторный эксперимент по регистрации сигналов магнитной индукции при воздействии внешней нагрузки на образцы горной породы; программная обработка данных с применением полосового фильтра низких частот на основе дискретного преобразования Фурье; выявление и анализ информативных УНЧ сигналов ЭМИ в диапазоне 0.01–45 Гц и их сопоставление с графиком нагрузки. Результаты. Проведено исследование характерных особенностей сигналов ЭМИ в диапазоне 0.01–45 Гц, генерируемого образцами известняка при одноосном их нагружении, создаваемом ручным гидравлическим прессом в лабораторном эксперименте. Рассмотрена методика выявления УНЧ сигналов ЭМИ, возникающего при воздействии внешней нагрузки для двух различных образцов известняка на фоне магнитного шума техногенного происхождения, а также возможные факторы, влияющие на их характеристики, такие как прочность, состав и микроструктура образцов.

Литература

Беликов В.Т., Шестаков А.Ф. Изучение временных изменений напряженного состояния геосреды в процессе разрушения. // Геология и геофизика. – 2008. – Т. 49. № 5. – С. 461–470.

Вострецов А.Г., Кривецкий А.В., Бизяев А.А., Яковицкая Г.Е. Характеристики электромагнитного излучения горных пород при их разрушении в лабораторных экспериментах. // Доклады АН ВШ РФ. – 2013. – № 2(21). – С. 46–54.

Заалишвили В.Б., Бирюлин С.В., Козлова И.А., Мельков Д.А., Юрков А.К. Закономерности проявления аномалий объёмной активности радона перед землетрясениями в различных сейсмоактивных регионах. // Геология и геофизика Юга России. – 2022. – Т. 12. № 1. – С. 35–50. DOI: 10.46698/VNC.2022.53.28.003.

Заалишвили В.Б., Магкоев Т.Т., Туаев Г.Э. Влияние механического воздействия и криогенных условий на физико-химические характеристики горных пород. // Геология и геофизика Юга России. – 2017. – №1. – С. 17–23. DOI: 10.23671/VNC.2017.1.9475.

Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения. Новосибирск: Изд. СО РАН, 2000. – 231 с.

Лось В.Ф., Лементуева Р.А., Ирисова Е.Л. Решение аппаратурно-методических проблем и изучение электромагнитного излучения в лабораторных экспериментах по разрушению горных пород. // Сейсмические приборы. – 2010. – Т. 46. № 4. – С. 14–24.

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

Мащенко А.В., Пономарев А.Б., Сычкина Е.Н. Специальные разделы механики грунтов и механики скальных пород. Пермь: Изд. Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 176 с.

Свяжина И.А., Пучков В.Н., Иванов К.С., Петров Г.А. Палеомагнетизм ордовика Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 135 с.

Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. – 270 с.

Сокол-Кутыловский О.Л. Магнитомодуляционные датчики на основе аморфных ферромагнитных сплавов для измерения слабых магнитных полей. // Физические основы приборостроения. – 2022. – Т. 11. № 4(46). – С. 45–48. DOI: 10.25210/jfop-2204-MS.

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

Шестаков А.Ф., Тягунов Д.С. Методика выделения спектральных характеристик сигналов электромагнитного излучения, регистрируемых при нагружении образцов горных пород на фоне техногенного магнитного шума. // Приборы и методы измерений. – 2025. – Т. 16. № 3. – С. 191–201. DOI: 10.21122/2220-9506-2025-16-3-191-201.

Флоренский П.В., Милосердова Л.В., Балицкий В.П. Основы литологии: учебное пособие. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 105 с.

Chengwu L., Shuai F., Cheng G., Tianyu W., Beijing X. Characteristics and generation mechanism of ULF magnetic signals during coal deformation under uniaxial compression. // Journal of Geophysics and Engineering. – 2018. – No. 15. – pp. 1137–1145. DOI: 10.1088/1742- 2140/aaac59.

Hadjicontis V., Mavromatou C. Transient electric signals prior to rock failure under uniaxial compression. // Geophysical Research Letters. – 1994. – Vol.21. No 16. – pp. 1687–1690.

Park S.K., Johnston M.J.S., Madden T.R., Morgan F.D., Morrison H.F. Electromagnetic precursors to earthquakes in the ULF band: A review of observations and mechanisms. // Reviews of Geophysics. – 1993. – Vol. 31. No. 2. – pp. 117–132. DOI: 10.1029/93RG00820.

Shrivastava A. Are pre-seismic ULF electromagnetic emissions considered as a reliable diagnostics for earthquake prediction? // Current Science. – 2014. – Vol. 107. No 4. – pp. 596–600.

Tyagunov D.S., Shestakov A.F. Recording of ultra-low frequency electromagnetic emission during loading of a rock sample. // Measurement Techniques. – 2024. – Vol. 67. – pp. 545–552. DOI: 10.1007/s11018-024-02375-1.

Wang E., He X. An experimental study of the electromagnetic emission during the deformation and fracture of coal or rock. // Сhinese Journal of Geophysics. – 2000. – Vol. 43. No. 1. – pp. 131–137. DOI: 10.1002/cjg2.17.

Xiaoyan S., Xuelong L., Zhonghui L., Zhibo Z., Fuqi C., Peng C., Yongjie L. Study on the characteristics of coal rock electromagnetic radiation (EMR) and the main influencing factors. // Journal of Applied Geophysics. – 2018. – Vol. 148. – pp. 216–225. DOI: 10.1016/j. jappgeo.2017.11.018.