岩矿石震源电磁辐射性质实验研究
微波辐射用于处理和开采岩石的研究进展
微波辐射用于处理和开采岩石的研究进展杨兆中;朱静怡;李小刚;刘紫微【摘要】微波辐射具有加热速度快、选择性加热、体积式加热、易于控制、高效、安全等特点.针对目前岩石破碎高成本高能耗、煤层气和油页岩无法高效开发等缺点,详细介绍和评述了微波辐射在处理和开采岩石中的应用.分析表明,微波辐射可以在岩石内部诱导产生热应力,进一步产生和延伸岩石内部的裂缝,从而达到预处理岩石和煤岩的作用;微波对煤岩有脱硫的作用;微波还可以加热煤层气和油页岩,帮助煤层气解析和油页岩的热解,从而对两种非常规油气资源进行原位开采.总结认为,精确描述不同岩石的介电特性、优化微波辐射的功率和时间、建立计算机数值模型并考虑化学反应的影响、研发大规模微波发生器下入井下是今后的发展方向.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)005【总页数】7页(P1-7)【关键词】微波辐射;岩石;煤;煤层气;油页岩【作者】杨兆中;朱静怡;李小刚;刘紫微【作者单位】西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室,成都 610500;西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室,成都 610500;西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室,成都 610500;西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室,成都 610500【正文语种】中文【中图分类】TD265.9;TU45;TE31矿石资源与石化能源在一个国家的GDP中占据着重要的地位，对推动世界经济起着重要的作用。
目前，世界对于矿物和石油能源的需求巨大。
矿物加工和矿石开采的传统方式是机械、爆破破碎岩石[1]，而一些非常规石油天然气资源一般采用降压排采[2]、注蒸汽[3]等开发方式，但这些方法存在精读较低、易磨损刀具、消耗水资源、能量利用率低等问题。
为了更加有效地利用这些资源，需要采用一种可持续发展的、更加高效的开发方式。
微波技术已经在过去的几十年里非常成熟地运用在了工农业(加热、干燥、杀菌)[4]和化学工业(催化、萃取)[5]当中。
煤岩电磁辐射技术及其应用第二讲
一、煤岩动力灾害 ——顶板事故
2011年9月24日15时19分，云南曲靖祠堂坡煤矿发生 一起顶板垮落事故，造成5人死亡。
《盲井》剧照
现实版盲井
煤体内开掘切割眼后应力重新分布
a—切眼宽度；Q—切眼上部岩体重量； H—煤层距地面深度；γ—上覆岩层的容重
工作面围岩应力分布
a—增压区；b—减压区；c—稳压区
基本顶初次周期垮落（来压）示意图
L2--周期垮落步距；h—直接顶厚度；m—煤层厚度
岩层移动推测图
(a)岩层内部破坏推测图 1—冒落带；2—裂隙带；3—弯曲下沉带
（b）沿工作面推进方向的分区(裂隙带)
A-煤壁支承区；B-离层区；C-重新压实区
“其上支板，以防压崩 耳。凡煤炭去空，而后 以土填实其井 。”
力－时间曲线
P/kN
100
150 t/s
200
250
300
电磁辐射与载荷有较好 的对应关系，电磁辐射随 着摩擦力的增大而增大。
脉冲数 能量
原煤摩擦实验电磁辐射图
二、煤岩电磁辐射的研究——实验研究
4、煤岩分级加载及蠕变过程电磁辐射特征规律
7 6 5 4 3 2 1 0 0
应变ε /%
б =5.9MPa
电液伺服压力试验机
二、煤岩电磁辐射的研究—— 实验研究
课题组通过对不同煤矿、上千块煤岩试样的实验测试，主要 研究了以下内容：
不同类型煤岩冲击破坏的电磁辐射特性及与应力、变形之间的相 关性；
不同作用因素（加载方式：单轴压缩、单轴拉伸、磨擦、蠕变、 冲击、三轴等）、加载速率、煤岩类型（不同矿区的煤岩、不同 冲击危险性的煤、岩石、组合煤岩、不同含水量的煤岩）下的电 磁辐射规律； 电磁辐射与声发射的相关性。
电磁辐射法在岩爆监测中的应用
ＩＳ １ｏ Ｓ Ｎ ｏ ５—２ ６ ７３ ＣＮ ４ —１ １ ／ Ｄ ３ ２５Ｔ
矿 业研 究与开发 第 ２ ６卷 第 １ 期
ＭＩ Ｎ ＮＩ Ｇ Ｒ ＆ Ｄ，Ｖ ｌ ２ Ｎｏ １ ｏ ， ６， ．
２０ ０６年 ２月
Ｆｂ ２０ ｅ ，０６
次。 由此 ， 出 了一 种 新 的预 测 岩 爆 等 矿 井 动 力灾 提
关键 词： 岩爆； 电磁 辐射 法； 地压监测 ； 巷道掘进
中图分类号 ：Ｄ ２ Ｔ ３４ 文献标 识码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ５— ７ ３ ２０ ） １— ０ ９— ２ １０ ２ ６ （ ０ ６ ０ ０６ ０
电 磁 辐 射 法 在 岩 爆 监 测 中 的 应 用
刘建辉 ， 李化敏
（ 河南理工大学 资源与材料工程系 ， 河南 焦作市 ４４ ０ ） ５ ０３
摘 要： 简述 了电磁 辐射 法预 测岩爆 的原理 ， 实测给 出了有
岩爆的预测是深部开采工程 中遇到 的最棘手问
题之 一 。到 目前 为 止 ， 国际 上 还 没 有 一 个 国家 的岩
ｔｔ ｇｒｃ ｕｓ． ｏ ｎ ｏ ｋ ｂ ｒｔ ｉ
反映了岩爆等煤岩灾害动力现象 的主要影响因素， 电磁辐射强度主要反 映了煤岩体的受载程度及变形
Ｋｅ ｏ ｄ ：Ｒ ｃ ｂ ｍｔ Ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｍｉｓ ｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｏ ｋ ｕ ， ｌ ｃ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｍｅｈ ｄ， ｒ ｃ ｏ ｔｏ
段， 根据前兆信 息判断岩爆 的危险程度 。根据现场
人员伤亡。随着矿井开采深度的增加 ， 延伸速度 的
加快 ， 深井岩爆逐渐显现， 并成为诱发矿 区地压破坏 灾难 的又一大触发因素 。
岩石的岩电实验
岩石的岩电实验[摘要] 岩电实验作为岩石物理研究的一个重要手段,主要通过测量岩石的孔隙度、电阻率和饱和度等参数来求取阿尔奇公式中的4个关键参数,进而准确地计算地层含油气饱和度。
在岩电实验过程中,由于实验设备和条件以及实验人员等因素常影响着孔隙度、电阻率和饱和度等参数的测量结果,导致难以求准m 、n 参数,因此很有必要制定一套合适的测井岩电实验分析标准与规范。
在介绍岩电实验操作规范流程的基础上,针对实验设备、实验条件以及实验人员等诸多因素对测量结果的影响,综合分析了岩电实验过程中误差产生的原因,并提出了相应的校正方法,使实验测量值更能反映实际地层的岩石物理特征,提高了利用阿尔奇公式解释地层含油气饱和度的精度。
[关键词]：岩电实验 原理 设备 误差一、前言在油气储层测井评价中, 胶结指数m 和饱和度指数n 的精确与否尤为重要。
胶结指数m 值和饱和度指数n 值的误差不仅会影响到油气储量计算精度, 还会影响到油气层的正确识别和对储层的客观评价[1]。
确定m 值和n 值的方法一般是通过岩心测试获得的, 在岩心实验测试过程中, 由于受测量方法、测量设备及测量环境的影响, 岩石孔隙度的测量会存在一定的误差[2-3]。
孔隙度误差大小会直接影响到胶结指数m 和饱和度指数n 的求解精度, 进而也会影响到含水饱和度的计算[4]；同样地, 由于受岩心饱和程度、驱替效果、测量条件等多种因素的影响, 通常会使饱和度指数n 值产生误差, 这些误差不仅会影响参数本身, 还会传递并影响到目标参数。
研究孔隙度误差对m 值的影响程度以及n 值误差对岩石含水饱和度的计算影响, 有助于搞清岩电实验参数误差对其他参数的影响程度, 提高岩电实验参数的应用效果, 也有助于储层地质参数的准确求取。
二、实验原理阿尔奇公式包含地层因素(F)、电阻率增大指数(I) 和含水饱和度(Sw)这样3 个系列公式,即m W O a R R F φ//==、n w O t R b R R I //==、()t n w n wR R b a S ⨯⨯⨯=φ/ 。
砂岩型铀矿地震勘探中可控震源激发参数试验
砂岩型铀矿地震勘探中可控震源激发参数试验吴曲波;潘自强;李子伟【摘要】针对鄂尔多斯盆地东胜地区砂岩型铀矿成矿特点,开展可控震源的震源台数、震动次数、扫描时间、扫描频率、驱动电平、扫描信号斜坡等激发参数试验,确定了较适用于该区的激发参数取值：震动台次2台×6次,扫描时间12 s,扫描频率15~100 Hz,驱动电平60%,扫描信号斜坡0.3 s。
采用这些参数可提高该区砂岩型铀矿地震原始资料的信噪比和分辨率。
%The shooting parameters of vibroseis system were tested to identify the features of sandstone type uranium deposits of Dongsheng area in Ordos basin. The shooting parameters include number of vi-broseis system,shaking time,scanning time,range of scanning frequency,drive energy and the width of the scanning signal slope. The suitable value of the parameters for the research area was obtained as follows:2 vibroseis system and 6 shaking times with 12 seconds scanning time,1 5—100 Hz scanning frequency with 60% drive energy and 0.3s. scanning signal slope width,which increased the noise-signal ratio and resolution ratio of seismic original data.【期刊名称】《铀矿地质》【年(卷),期】2016(032)006【总页数】5页(P371-375)【关键词】可控震源;砂岩型铀矿;激发参数试验;信噪比;分辨率【作者】吴曲波;潘自强;李子伟【作者单位】核工业北京地质研究院，北京 100029;核工业北京地质研究院，北京 100029;核工业北京地质研究院，北京 100029【正文语种】中文【中图分类】P631.4近年来，随着炸药震源的成本、安全以及环保问题日益凸显，地震勘探从业人员逐渐倾向于使用激发频率和振幅可控、施工成本较低、安全环保的可控震源进行野外地震勘探。
地球物理勘探技术的应用研究
地球物理勘探技术的应用研究地球物理勘探技术是一种通过对地球物理现象进行分析和研究来了解地质结构及地下矿藏等信息的技术。
它已经成为了现代科技探矿的重要手段之一。
地球物理勘探技术可以分为重力法、地磁法、电法、电磁法、地震波勘探等多种类型，每一种方法都有其独特的应用场景及优缺点。
首先，重力法是一种用于测量地球重力场的方法，通常用于探测含油气和矿藏的区域。
由于岩石密度的不同会影响周围的地球重力场，因此重力勘探技术可以被用来探查地球下方的物质。
特别是在深度较大的矿藏探测中，重力法具有显著的优势。
其次，地磁法是利用地球磁场对矿区进行勘探的方法。
地球磁场强度和方向会受到地下物体的影响而发生变化，因此通过对地磁场强度和方向的测量可以推断出地下物体产生的磁场异常。
在实际探测过程中，地磁法可用于对矿体的形态和位置进行判断。
但是，地磁法的缺点是受到自然磁场及人工干扰的影响比较大。
再次，电法是通过测量地下电阻率和电导率来探测地下构造的方法。
电法勘探方法因其干扰系数较小，同时还能够直接反映地下岩石的属性及水与矿石的含量等，因此应用范围非常广泛。
作为探矿技术的一种主要方法之一，电法已经在探测矿山、工程、水利、地下水等领域得到了广泛的应用。
另外，电磁法同样也是一种地球物理勘探技术。
电磁法可以区别于电法，其基本原理是根据电场和磁场的变化来判断地下矿藏的存在及属性。
电磁法勘探技术的主要优点在于探测深度较大、干扰系数较小，但是电磁勘探方法所需的设备较为复杂，使用起来比较困难。
最后，地震波勘探技术是一种以地震波作为勘探信号来探测地下构造的方法。
地震波勘探技术分为两种类型，一种是地震勘探，另一种为震源激发法。
地震勘探的优点是探测深度较大，且成像效果较好，但是它也有其缺点，如成本昂贵，勘测周期较长等。
综上所述，地球物理勘探技术已经成为了探测地下水、工程工地、地下矿藏等方面的重要手段。
不同的地球物理勘探方法各有优劣，掌握不同的勘探技术有助于在实际运用中找到合适的策略。
矿山地质灾害防治与地质环境保护研究
管理及其他M anagement and other 矿山地质灾害防治与地质环境保护研究康卉君摘要：随着世界经济的持续发展，人们越来越关注矿物资源，而我国拥有广阔的土地，拥有着丰富的矿物资源，这为我国工业化的发展提供了源源不断的资源。
尽管采矿可以促进我国的经济发展，为人们的生产和生活带来方便，但是没有节制的采矿很可能会对矿区的地质环境造成破坏，甚至造成地质灾害。
从现实的角度来说，我国的矿产资源开采具有高强度、大范围、长时间的特征，而且开采人员在开采矿产资源的过程中，常常忽视了对地质灾害的防范，这就极易引起矿井的地质灾害，给人民的生命和财产带来了巨大的损失。
因此，我国政府和相关部门一定要对矿山地区地质灾害的原因进行清晰的认识，同时还要对地质灾害的预防和地质环境的保护工作进行强化，将绿色发展理念完全贯彻到实践当中。
基于此，本文以矿山地质灾害及矿山地质环境为切入点，分析灾害的成因，并阐述其防治措施及地质环境保护的措施。
关键词：矿山；地质灾害；防治措施；地质环境保护1 地质灾害与地质环境1.1 地质灾害地质灾害是一种自然灾害，通常是由于地质动力和环境变化所引起。
泥石流、山体滑坡、地面塌陷以及地震等都是常见的地质灾害，诱发地壳运动的动力因素有：地球本身的内力、外力和人为力。
在这种动态作用下，岩土工程中往往会产生变形、位移和物质移动，进而引发各种地质灾害，造成重大的人身和财产损失。
由此可见，人类的活动对地质灾害的影响也是一个重要的原因,如果人类不注意保护好生态环境，就这样毫无节制地使用和过分开采资源，最终必将遭到大自然的反噬。
为此，要弄清其成因，树立“绿色”发展理念，搞好“生态”治理。
1.2 地质环境地质环境以岩石圈为主，它是自然环境的一个重要组成部分，与水圈、大气圈构成一个整体的环境系统。
在亿万年的历史长河中，这三大生物群在经历了无数次的变化之后，逐渐形成了一个完整而平衡的生态系统。
在这一生态体系中，人类的任意一项行为，都会对其平衡与完整产生冲击，从而对其产生危害，但是，没有了它，人类就无法生存与发展，因此，要强化对其的保护，遵守自然规律，合理开采资源。
湖北、湖南、江西、浙江、安徽省石煤矿区环境天然γ辐射剂量率水平调查
第25卷第4期（总第148期）辐射防护通讯2005年8月! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "工作简报"#湖北、湖南、江西、浙江、安徽省石煤矿区环境天然!辐射剂量率水平调查Investigation of NaturaI EnvironmentaI!Radiation Dose Rate LeveIs inBone-coaI Mine Areas of5Provinces李莹江山1叶际达2张亮3孔玲莉4施锦华4（江西省环境监测中心站，南昌，330029；1.安徽省辐射环境监督站，合肥，230061；2.浙江省辐射环境监测站，杭州，310012；3.湖南省环境监测中心站，长沙，410004；4.武汉市环境保护科学研究院，武汉，430022）Li Ying Jiang Shan1Ye Jida2Zhang Liang3Kong LingIi4Shi Jinhua4（EnvironmentaI Monitoring Center of Jiangxi Province，Nanchang，330029；1.EnvironmentaI Monitoring Center of Anhui Province，Hefei，230061；2.EnvironmentaI Radiation Monitoring Center of Zhejiang Province，Hangzhou，310012；3.EnvironmentaI Monitoring Center of Hunan Province，Changsha，410004；4.EnvironmentaI Protection Science Institute of Wuhan City，Wuhan，430022）摘要湖北、湖南、江西、浙江和安徽省石煤储藏量占全国的90%以上。
《2024年特殊岩性岩心实验分析新方法研究》范文
《特殊岩性岩心实验分析新方法研究》篇一一、引言随着地球科学研究的深入，特殊岩性的研究逐渐成为地质学、地球物理学和工程学等领域的热点。
特殊岩性岩心实验分析是研究地下岩石性质、结构、成分及物理力学性能等关键信息的必要手段。
本文将详细阐述一种新型的特殊岩性岩心实验分析方法，并对其进行深入的研究。
二、特殊岩性的概述特殊岩性指的是在地质条件下形成的，具有特殊物理、化学、力学等性质的岩石。
这些岩石的成分、结构、孔隙性、渗透性等特性对地下资源的开发、地质灾害的预防和治理等方面具有重要意义。
因此，对特殊岩性的研究具有重要的理论和实践价值。
三、传统岩心实验分析方法的局限性传统的特殊岩性岩心实验分析方法主要包括岩石薄片鉴定、X射线衍射分析、扫描电镜观察等。
这些方法虽然能够提供一定的岩石信息，但在分析复杂岩性时，往往存在局限性。
例如，对于某些特殊岩性，其成分复杂、结构特殊，传统的分析方法难以准确获取其物理力学性能等关键信息。
因此，需要开发新的实验分析方法，以提高对特殊岩性的研究水平。
四、新型岩心实验分析方法的提出针对传统方法的局限性，本文提出一种新型的特殊岩性岩心实验分析方法。
该方法主要包括以下几个步骤：1. 岩石样品的采集与制备：采集具有代表性的特殊岩性岩心样品，并进行初步的样品处理和制备。
2. 物理性能测试：利用先进的物理性能测试设备，对岩石样品的密度、硬度、抗拉强度等物理性能进行测试。
3. 化学成分分析：采用先进的化学分析技术，对岩石样品的化学成分进行精确测定。
4. 微观结构观察：利用高分辨率的显微镜和扫描电镜等设备，对岩石样品的微观结构进行观察和分析。
5. 综合分析：根据上述实验结果，综合分析岩石的成分、结构、物理力学性能等关键信息，为特殊岩性的研究提供依据。
五、新型实验分析方法的应用与验证为了验证新型实验分析方法的可行性和有效性，我们选取了某地区的特殊岩性样品进行实验分析。
通过对比传统方法和新型方法的分析结果，我们发现新型方法能够更准确地获取岩石的物理力学性能等关键信息。
地震对地球物理学和地质学的发展
地震对地球物理学和地质学的发展地震是指地球内部因为地壳运动而导致的能量释放，引发地表和地下的震动现象。
这种现象对于地球物理学和地质学领域的研究有着重要的影响。
地震触发的地球物理学和地质学研究范围广泛，从而推动了相关领域的发展和进步。
一、地震在地球物理学发展中的作用地震是地球内部能量释放的结果，因此对地球物理学的研究起到了重要的推动作用。
在地震学研究中，科学家们通过测量地震波的传播速度、频率和振幅等参数，可以深入了解地球的内部结构和物质特性。
地震学的研究手段主要包括地震定位、地震波传播和地震波同震振幅等方面，这些技术手段的发展和应用使得科学家们能够更加准确地了解地球内部的构造和演化历史。
地震学的发展尤其对地球内部的地壳构造和板块运动有着重要的指导作用。
地震定位技术能够帮助科学家们准确地确定地震发生的位置和深度，同时还可以计算地壳中的震源机制。
基于地震定位的研究成果，科学家们能够更好地理解地球板块的运动方式和速度，进而推测出未来可能发生的地震区域和强度。
这对于地球物理学领域的研究有着重要的指导意义，使得相关研究能够更加准确地预测地震风险，从而保护人们的生命财产安全。
此外，地震学在研究地球内部岩石和矿床形成等方面也有着重要的作用。
地震波在地球内部的传播路径会受到不同地质体的影响，在传播过程中会发生反射和折射等现象，从而帮助科学家们了解地下岩石的分布、形态和性质。
基于地震学研究的结果，可以探索地下矿床的形成和分布规律，为矿产资源的勘探和开发提供科学依据。
二、地震对地质学发展的影响地质学是研究地球的形成、演化和构造的学科，而地震作为一种地球内部能量释放的现象，对地质学的发展起到了重要的推动作用。
地震和地质学领域的研究相辅相成，相互促进。
首先，地震与地质学的研究相互关联。
地质学通过对矿石、岩石和地层的研究，揭示了地球演化的历史和构造背景。
而地震通过地震波在地球内部的传播，提供了了解地下岩石和地球内部构造的重要方法。
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岩矿石震源电磁辐射性质实验研究刘煜洲 刘 因(合肥工业大学,合肥 230009) 金安忠(山东省地震局,济南 250021)姜 枚 王寅生 (中国地质科学院,北京 100037)傅建民 曹静平 (安徽省地矿局,合肥 230001)摘 要 本文根据大量实验结果,对岩、矿石在受压破裂时产生的电磁辐射性质做了描述与归纳。
含有石英与金属硫化物的矿石,在破裂过程中可以产生主频谱500kHz~1M Hz 的具有独特波型的电磁辐射信号,在更高或更低频段的信号特征则与其它岩石类相似。
因此,震源电磁辐射法用于找矿是有一定物理前提的,亦存在识别非矿引起的干扰信号问题。
关键词 岩矿石,破裂过程,电磁辐射,震源电磁辐射法。
0 引言岩石破裂时产生的电磁辐射,作为一种地震前兆现象早已为国内外学者所注意 1 。
前苏联学者首先发现,当音频范围的弹性波在某些金属矿体中传播而引起破裂时,能伴随产生 无线电波段脉冲电磁辐射效应 ,简称 ! 或PRRER(Pulesd Radio-w ave Range of Elec -tromagnetic Radiation),并利用这种效应开发了一种新的震电类勘探地球物理方法 无线电波段脉冲电磁辐射法,用于寻找金属硫化物矿床 6 4 5 。
为与传统电法勘探中应用天然或人工电磁场源的电磁法相区别,我国称其为 震源电磁辐射法 2 。
震电法具有地震勘探与电法勘探相结合的特点,在传统电法勘探中引入了一个测量与激发震源至被激发体之间距离有关的时间参数,因而有可能较传统电法更准确地探明所勘查对象的位置。
然而,对震源电磁辐射法的物性基础研究却显得不够,已发表的实验仅限于少数岩石样品和个别矿石样品。
系统测定分析各类岩、矿石破裂过程中产生的电磁辐射(简称震源电磁辐射)的性质,对于找矿方法和其它应用领域的研究都是必要的。
1 实验方法1.1 实验样品实验的主要目的是研究岩、矿石震源电磁辐射效应及其在找矿领域应用的可行性。
据此,采集样品时尽量包括各种常见岩石和含金属硫化物的矿石。
样品主要采自安徽铜陵和马鞍山地区。
共采集了16种岩、矿石样品,其中含金属硫化物的10种。
将样品切割成近立方体试样块,使上、下两个受力端面尽可能平行并磨光。
大多数试样的体积为30~100cm 3。
对每种样品都进行了岩矿鉴定,查明矿物组成和结构,确定岩石或矿石种类。
在此基础上,对制备的每第21卷第4期物 探 与 化 探V ol.21,No.41997年8月GEOPHYSICA L &GEOCHEM ICA L EXPL ORAT I ON Aug.,1997国家自然科学基金资助项目。
1996年4月16日收稿。
一块试样,都用目测平均法测定出矿物百分含量,并给出每一块试样的结构、构造均匀性估计。
制备试样137块,部分用于调试仪器设置参数,正式测量99块。
1.2 测量装置测量装置由高速数据采集与分析仪、放大器、传感器、应变仪、压力机等组成。
高速数据采集与分析仪,DAS -820M 型,四通道数字式波形存储和分析系统。
采样频率200Hz~20MHz,16档。
接收信号量程100mV ~20V,8档。
每通道存储量128kB 。
信号捕捉可有内触发与外触发两种方式,触发次数可设置一次或多次,还可设置正延时或负延时。
信号放大器由一个高频放大、一个中频放大、两个低频放大组成。
高放频宽1MHz~8MH z,中放频宽100kHz~1MH z,低放频宽100H z~100kH z 。
放大倍数10~10000,五档可调。
传感器由两根正交磁芯天线分别接收高、中频电磁信号,天线中心距试样中心4.5cm;一个环形线圈接收低频信号,其外径10cm,内径8.5cm,待测试样置线圈中心;一个声传感器(CRZ2-9型内藏式驻极体电容传声器)接收声信号,距试样中心10cm 。
传感器和待定测试样置于用一层镀锌铁板(厚0.5mm)与一层铜板(厚0.2mm )制成的屏蔽盒中。
1.3 测量方法第一、二通道分别接收中频和高频电磁信号,采样频率10MHz,采样长度100kB,采样间隔0.1 s,总采样时间10.24ms,记录长度400页,每页256个采样点数据。
第三、四通道分别接收低频电磁信号和声信号,采样频率100kH z,采样长度70kB,采样间隔10 s,总采样时间716.8ms,记录长度280页,每页256个采样点数据。
为保留正常噪声背景与弱信号的记录,大部分样品的测量采用单次触发并设置负延时(即保留触发前记录)10kB 或1kB 。
触发方式都用内触发(即用待测信号本身触发)。
触发电平设置为现场测试时噪声水平的三倍以上。
对每类样品先选一、二块试测,根据其结果设置量程与放大倍数。
由于信号强弱受多种因素影响,因此仍难免有部分试样的量程与放大倍数的设置不尽合理。
在对样品进行单轴向匀速加压至破裂过程中,同时记录应变曲线。
2 实验结果根据对测量数据的分析,确定从原始记录中识别出震源电磁辐射信号的判别准则是:(1) 信号具有某种可识别的波形和频谱特征,其强度大于噪声背景三倍以上;(2) 具有相同特征的信号在同一块试样或同一类试样上有一定的重复性与再现性;(3) 电磁信号出现的同时,有声信号与之相对应;(4) 在两个或三个频段上同时出现信号,互相印证;(5) 信号强度虽不足噪声背景的三倍,但其波形或频谱特征与背景显然不同,而且在其它频段上有明显的信号对应出现。
满足上述一条或一条以上判别准则的信号,被认为是震源电磁辐射信号。
依据信号判别准则对全部原始记录进行了分析整理,对识别出的信号,按照测量通道频率,分为高频信号(>1MHz)、中频信号(100kHz~1MH z)、低频信号(100Hz~100kHz)三类。
实验结果(表1)表明,并非所有岩、矿石都能产生震源电磁辐射信号。
在一块试样中,高频、中频和低频信号也不一定都出现。
能否出现信号及出现信号特征受多种因素制约,主要与试样的矿物组成、结构构造以及力学性质有关。
其机理亦是多种与复杂的。
限于篇幅,影响岩、矿石震源电磁辐射信号的因素及机理将另文讨论。
270 物 探 与 化 探21卷表1 实验结果统计表岩、矿石名称测量块数出现信号试样块数高频中频低频岩、矿石名称测量块数出现信号试样块数高频中频低频花岗岩22141511黄铁矿化蚀变花岗岩1000石英闪长岩3111方铅矿化蚀变石英闪长岩3000石英岩7313含铜长石石英岩5113石英砂岩4313黄铁矿化石英砂岩8100大理岩5000含铜菱铁矿矿石3101夕卡岩4000夕卡岩型黄铜矿矿石10487含铜夕卡岩4002夕卡岩型含铜磁铁矿矿石4221方铅矿矿石2000含铜石英脉(金、铜矿石)149973 震源电磁辐射信号的特征3.1 信号的时域特征岩、矿石破裂时的电磁辐射在时间上的分布是不均匀、分段、多次、随机性出现的。
一个信号段可以是具有相同或不同特征的、连续出现或短暂间隔或相互重叠的信号的组合。
每段信号的持续时间可有很大差异,信号段之间的时间间隔亦有长有短。
低频信号总的持续时间及其中单个信号段的持续时间都明显长于高、中频信号,图1、图2和图3显示出上述特征。
图3显示一花岗岩试样的低频信号,在主破裂前常有弱的、多段的、较短的信号出现。
在主破裂发生时出现强信号,且持续时间远较主破裂前长,但也是多段的、时强时弱的并最终逐渐减弱至图1 三块样品的高频信号时域曲线横坐标 采样顺序号(下同)上 花岗岩;中 矽卡岩型黄铜矿;下 石英脉型金铜矿图2 三块样品的中频信号时域曲线上 花岗岩;中 夕卡岩型黄铜矿;下 石英脉型金铜矿消失。
其它岩、矿石或其它频段的电磁信号也具有类似特征。
这说明试样受压解体过程是微2714期刘煜洲等:岩矿石震源电磁辐射性质实验研究裂隙发生、增多、扩展、最终导致完全破裂的过程。
破裂过程长短与加载速率和试样的力学性质等因素有关,主破裂产生的信号总持续时间一般不超过采样时间(<1s)。
图3 一块花岗岩样品的低频信号时域曲线3.2 信号的频谱特征震源电磁辐射具有广谱性质。
从本次实验的结果来看,信号频率范围至少从100H z~5MHz(图4、5、6)。
由于本次实验高频通道的采样频率为10MHz,大于5MHz 的信号已不能分辨。
此上限频率明显高于前人实验结果 1 及理论计算的估计值(1~ 1.5MH z) 3 。
低频信号常具有随时间增加频率降低的特征。
3.3 信号的波形特征和强度震源电磁辐射信号的波形特征,主要表现为各种不规则的脉冲簇、锯齿波、类正弦不规则衰减振荡(图1、2、3)。
不同的岩、矿石破裂时电磁辐射的强度可有很大差异。
低频信号强度一般大于高、中频信号。
3.4 信号的对应性低频电磁信号与声信号的采样频率相同,二者常对应出现。
而且声信号总是略晚于电磁信号(图7)。
初至时差是由于电磁波传播速度远大于声波速度所致。
声传感器与试样中心的距离为10cm,根据30块试样对应信号初至时差计算的信号源与声传感器之间的距离都在10cm 左右,这说明信号源确实在试样内部,同时说明低频电磁信号与声信号来自同一信号源,而且是同时产生的,都是由岩石破裂引起。
高频与中频电磁信号的采样频率相同,二者的对应关系随样品的不同而不同。
可以只有高频或中频信号,也可以二者同时出现(图8)。
高、中频电磁信号与低频电磁信号、声信号的采样频率相差100倍,因此难以确定它们之间的对应关系。
4 不同岩、矿石信号特征的比较各类岩、矿石的高频信号的波形与频谱特征基本相同。
波形特征为断续出现的振荡脉冲簇,在整个采样过程中脉冲簇出现的次数、持续时间的长短、上升与下降沿的陡缓、以及脉冲的强度可以不同。
功率谱的优势频率均在2~4MH z 左右。
石英砂岩的波形特征有所不同,有时呈单个正脉冲出现。
黄铜矿石的高频信号强度常大于其它岩、矿石,磁铁矿石的高频信号强度和出现次数明显小于其它岩、矿石。
岩石与矿石的中频信号特征明显不同。
岩石类试样的中频信号主要呈较弱的尖脉冲形式出现,并常伴有高频信号相对应。
含金属硫化物的矿石试样(含铜菱铁矿石除外)的中频信号内容丰富波形特殊,按其特征的不同可分为下述四类。
272 物 探 与 化 探21卷图4 花岗岩高频信号(上)及其功率谱(下)图5 石英脉型金铜矿石中频信号(上)及其功率谱(下)273 4期刘煜洲等:岩矿石震源电磁辐射性质实验研究图6 夕卡岩型黄铜矿石低频信号(上)及其功率谱(下)图7 低频电磁信号(上)与声信号(下)初至时差对比曲线信号源至声传感器距离计算结果d =9.6cm,样品 石英砂岩;No 样品号与通道号;x ,val 标尺处采样顺序号与信号值(1)上升沿陡、下降沿缓的单个或多个持续时间短的锯齿形脉冲簇(图9上),频谱广,无明显优势频率。
274 物 探 与 化 探21卷图8 石英脉型金铜矿石中频信号(上)及其相对应的高频信号(下)图9 石英脉型金铜矿石中频信号时域曲线(2)上升沿缓、下降沿陡较规则且持续时间长的锯齿形脉冲簇(图5),频谱500~800kH z 左右有较明显优势频率。