室内岩石电磁信号观测系统的组建、测试及初步应用
本文关键词：室内岩石电磁信号观测系统的组建、测试及初步应用 出处：《中国地震局地球物理研究所》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：很多大地震之前都发现了电磁异常现象,研究人员将其作为一种地震前兆信息加以研究,希望其可以在地震预测预报方面提供有用线索。然而,迄今为止,震前电磁异常现象的成因尚无明确的解释,需通过物理实验、野外观测和数值建模等方式进一步开展研究。在实验室内开展小尺度岩石样品的应力加载实验,研究变形破裂过程中产生的电磁(EME)信号,可能是理解震前电磁异常现象及其内在机理的有效途径。前人的研究结果发现,小尺度岩石样品在加载过程中产生的电磁信号十分微弱,通常为几毫伏到几十毫伏,因此实验过程中电磁信号的高精度采集显得尤为关键。然而目前尚无针对岩石加载实验研发的电磁信号观测系统。因此,本论文通过组建一套专门用于检测岩石加载过程中电磁信号的观测系统,实现了微弱电磁信号的准确、稳定采集,并将其初步应用于岩石加载实验,同步检测来自于岩石内部的电磁信号和声发射信号,研究电磁信号的特征以及与声发射(AE)信号的关系。论文主要取得的主要进展如下：(1)组建了一套专门用于检测岩石加载实验中电磁信号的观测系统,并使用人工信号对其进行了测试,确定了系统的参数设置,为开展岩石电磁实验奠定了基础。该系统可进行多通道数据的同步采集,能够在岩石加载变形破裂过程中实现多个物理信号的同步采集,为岩石破裂过程的综合研究提供了可靠的硬件保障；(2)所组建的电磁信号观测系统可采集信号频率范围为2.5k-800kHz,信号测量范围为±0.1mV-±10V,每通道最高采样频率为2MHz,最多可实现16个通道的同步数据采集(通道间时间分辨率为10ns)；(3)通过电磁信号观测系统采集到了岩石加载过程中产生的EME信号和AE信号；(4)通过对花岗岩样品进行应力加载实验,其中加载速度存在差异(手动控制),结果发现,样品在加载初期就可以检测到少量幅值较低(1mV)的EME信号；随着应力加载,临近花岗岩主破裂发生,EME信号数量显著增多,幅值增大,最大信号超过80mV,其频率主要集中在2.5k-100kHz的范围内,且EME信号波形为单边脉冲信号,类似于电容放电曲线；(5)岩石加载实验中同步采集EME信号和AE信号,实验结果表明在岩石加载初期就可以检测到EME信号和AE信号,EME信号数量很少,幅值很低(1mV),而AE信号数量很多,幅值远远大于EME信号(5mV),随着临近主破裂的发生,EME信号与AE信号的数量都明显增多,幅值变大。EME信号波形为单边脉冲信号,AE信号为上下振荡信号。实验结果中存在少量EME信号与AE信号对应出现的现象,并且皆为EME信号早于AE信号出现,大约提前40-60μs；(6)岩石加载实验中声发射探头距离电容式传感器过近(约1cm)时会产生电磁干扰信号,使采集到的EME信号失真,影响实验结果,因此在多通道同步数据采集时需要使声发射探头尽量远离电容式传感器(5cm)。
【学位授予单位】：中国地震局地球物理研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.7
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，本文编号：1323785
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