Электромагнитные эффекты при взрывных воздействиях на геофизическую среду

Соловьев, Сергей Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Электромагнитные эффекты при взрывных воздействиях на геофизическую среду
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Электромагнитные эффекты при взрывных воздействиях на геофизическую среду"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ДИНАМИКИ ГЕОСФЕР РАН

На правах рукописи

Соловьев Сергей Петрович

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА ГЕОФИЗИЧЕСКУЮ СРЕДУ

(экспериментальные исследования)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности

25.00.10 геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых

Москва 2006

Работа выполнена в Институте динамики геосфер Российской Академии Наук

Научный консультант академик РАН, д.ф.-м.н., профессор В.В. Адушкин Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор И.В. Немчинов

доктор технических наук, профессор С. А. Гончаров |

доктор технических наук, главный научный сотрудник В.В. Кудряшов

Ведущая организация Институт физики Земли РАН

Защита состоится «11» апреля 2006 г. в 10 часов на заседании специализированного диссертационного совета Д 002.050.01 в Институте динамики геосфер РАН по адресу: г. Москва, Ленинский проспект д. 38, корпус 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института динамики геосфер РАН по тому же адресу

Автореферат разослан «¿¿_» ,„¿^5^2006 г.

Ученый секретарь Специализированного диссертационного совета к.ф.-м.н.

В.А. Рыбаков

Общая характеристика работы.

Астуальность темы. Интерес к проблеме генерации электрических и магнитных полей при импульсных воздействиях на геофизическую среду возник во второй половине двадцатого века. В настоящее время проводятся исследования данного явления в экспериментальном и теоретическом направлениях. Исследование генерации электрических и магнитных полей при импульсных воздействиях представляет интерес как с чисто научной, так и с практической точки зрения. С точки зрения геофизики процессы, происходящие при импульсных воздействиях интересны как важный механизм взаимодействия между геосферами Земли. Сильные импульсные возмущения связаны с выделением большого количества энергии и затрагивают все геофизи-^^юские оболочки и геофизические поля.

^^ Среди импульсных источников, воздействующих на геофизическую среду, можно выделить ряд источников имеющих взрывной характер: выделение газов из литосферы, извержение вулканов, удары космических тел различных размеров. Одним из искусственных источников, создающих импульсное воздействие на среду, является взрыв заряда взрывчатого вещества (ВВ). Процессы, связанные с разрушением и деформацией вещества, а также сопутствующие им электродинамические процессы, характерны как для взрывов зарядов ВВ в горной среде, так и для горных ударов, землетрясений и других менее интенсивных движений горной среды в зоне разломов. Предполагаемое сходство механизмов генерации электромагнитного поля при естественных процессах в земной коре и в процессе деформации и разрушения горной среды при подземных взрывах побудило исследователей использовать их для моделирования электромагнитных эффектов, поскольку взрывы зарядов ВВ могут быть проведены в инструментально контролируемых условиях: известен момент детонации заряда ВВ и известны физико-механические свойства горной среды вблизи заряда ВВ.

Интерес к данной проблеме связан также с необходимостью контроля за проведением ядерных испытаний. Широкое распространение взрывных технологий в гор-^^рдобывающей промышленности и строительстве поставило вопрос о необходимости всестороннего изучения характеристик электрических и магнитных сигналов при химических взрывах в сопоставлении с эффектами подземного ядерного взрыва.

может привести к тому, что многие из проводимых мощных химических взрывов могут рассматриваться как «сомнительные» события, связанные с нарушением Договора. Традиционные методы контроля (сейсмический, инфразвуковой и др.) в таких случаях не всегда оказываются эффективными. Регистрация электрических и магнитных полей непосредственно на месте проведения химических взрывов могла бы прояснить такие сомнительные ситуации. Договор предусматривает возможность включения дополнительных технологий мониторинга, «таких как электромагнитоим-пульсный мониторинг», поэтому целесообразно развивать методы контроля, основанные на регистрации электромагнитных сигналов от подземных взрывов. Выяснение механизмов генерации электрического и магнитного поля, условий формирования источника сигналов электрического и магнитного поля, а также оценка его параметров при проведении химических взрывов в различных средах позволит вплотную приблизиться к разработке критериев, определяющих тип взрывного источника. ™

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование низкочастотного электрического и магнитного поля, генерируемого при воздействии взрыва заряда химического ВВ на различные среды. Исследования направлены на выяснение причин и ведущих механизмов возникновения электромагнитных эффектов, а также на получение оценок параметров источников электромагнитных сигналов при взрывах в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах.

Методы исследований. Исследования выполнены на основе анализа данных натурных экспериментов с учетом геофизических данных о горных породах на экспериментальных площадках, численного моделирования процесса взрыва зарядов химических ВВ в воздухе, на поверхности грунта и под землей.

Научная новизна и значимость работы. Полученные экспериментальные данные определенно доказывают, что при взрывах зарядов химических ВВ происходит генерация электромагнитного поля. Воздействие взрыва на среды, отличающиеся по своей структуре и физико-механическим свойствам, приводят к возникновению электромагнитных эффектов, имеющих различную физическую природу. Вопросы, возникающие при изучении этих электромагнитных эффектов, требуют привлечен!^ физических методов и подходов, относящихся к разным областям физики, и находя^ ся на стыке этих областей. На данном этапе исследований не существует адекватной теории генерации электрических и магнитных полей при воздействии взрыва зарядов ВВ на среду, а основным источником сведений об электромагнитных эффектах являются данные экспериментальных исследований, эмпирические зависимости и модели, построенные на базе этих данных. Работа в этом направлении находится на начальном этапе развития и ее можно квалифицировать как новое научное направление.

В диссертационной работе представлен обширный экспериментальный материал и получены следующие новые результаты:

Впервые получены параметры сигналов электрического и магнитного поля, генерируемых на различных стадиях процесса взрыва, в широком диапазоне масс зарядов ВВ и в средах, отличающихся по своей структуре и физико-механическим свойствам.

Анализ экспериментальных данных, полученных в сериях взрывов зарядов ВВ в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах, позволил выявить отличия и характерные черты присущие сигналам электрического и магнитного поля для трех вышеуказанных случаев размещения зарядов ВВ.

Впервые проведены систематические исследования характера убывания амплитуды электромагнитных сигналов с расстоянием и зависимости от полярного угла при взрывах заряда ВВ в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах.

Показано, что возмущения электрического поля, связанные с распространением воздушной волны взрыва, имеют локальный характер и обусловлены изменениями в ударной волне плотности объемного электрического заряда в приземном слое атмосферы.

Расчеты параметров электромагнитных сигналов показывают, что характер убывания сигналов с расстоянием от заряда ВВ, а также зависимость от полярного угла, могут изменяться в зависимости от условий проведения экспериментов. Определены критические расстояния, на которых эти изменения проявляются.

Впервые экспериментально исследована электрическая поляризация образцов гранита при динамическом нагружении в широком диапазоне давлений от единиц МПа до десятков ГПа.

Разработана модель электрической поляризации горной среды при взрыве в среде с нарушениями сплошности. Показано, что наличие структурных неоднородно-стей в горном массиве оказывает определяющее влияние на генерацию электромагнитного поля при подземном взрыве.

Предложен новый метод оценки концентрации и массы частиц грунта в пыле-газовом облаке взрыва, основанный на регистрации возмущений электрического поля атмосферы в ближней зоне взрыва.

Достоверность основных результатов подтверждается данными экспериментов и сравнением с известными данными, полученными другими исследователями, тестированием и калибровкой использованных датчиков и регистрирующих трактов, учетом критериев применимости использованных математических процедур и методов.

Практическая значимость. Результаты экспериментальных исследований, проведенных в полевых условиях с помощью приборного комплекса разработанного для регистрации электромагнитных сигналов при взрывах зарядов ВВ в различных средах, показывают, что данный комплекс может использоваться для решения более широкого круга геофизических задач, таких как, исследование электромагнитных эффектов, связанных с сейсмической активностью, процессами деформации и разрушения скальных пород в горных выработках.

Практическая ценность работы связана с решением задач, возникающих в результате проведения массовых взрывов на добывающих карьерах и при оценке экологических последствий этих взрывов. Разработанная в работе методика оценки концентрации и массы частиц грунта в пылегазовом облаке взрыва может быть полезной для установления размеров санитарно-защитных зон карьеров по фактору запыленности, а также общего количества выбросов аэрозольных частиц в атмосферу при разработке карьеров открытым способом.

Результаты совместной регистрации электромагнитных и сейсмических сигналов от промышленных взрывов дают возможность более точного, чем по сейсмическим данным, определения момента начала взрыва, при детальном изучении характеристик сейсмовзрывных полей с целью описания пространственных особенностей волновых движений и оценки параметров трасс распространения сейсмических сигналов. Поскольку точное определение времени начала взрыва важно для интерпретации записей сейсмических сигналов при промышленном взрыве, который имеет сложную пространственную конфигурацию зарядов ВВ и систему временных задержек между подрывами групп скважин и блоков. Регистрация сигналов электрического и магнитного поля, проводимая в ближней зоне карьера с помощью разработанного^ комплекса аппаратуры, позволяет определить момент начала взрыва с точностью, превышающей 1 мс.

Основные положения, выносимые на защиту.

физико-механическими свойствами и структурой. В том числе отличается характер убывания амплитуды сигналов с расстоянием от заряда ВВ.

2. Модели распределения электрических зарядов и методы оценки параметров сигналов электрического и магнитного поля при взрывах в различных средах.

3. Модель электрической поляризации горной среды с нарушениями сплошности. Результаты расчетов электромагнитного поля на основе модели электрической поляризации горной среды при взрывах на поверхности грунта и подземных взрывах.

4. Эмпирические зависимости, связываюшие параметры возникающего электрического поля с массой заряда ВВ и глубиной взрыва.

5. Метод оценки концентрации и массы частиц грунта в пылегазовом облаке взрыва по параметрам возникающего электрического поля.

^^к Личный вклад автора состоит в формулировании общего методического под-^^ хода к постановке экспериментов и разработке средств регистрации электромагнитных сигналов при взрывах зарядов ВВ, участии в проведении экспериментов, разработке методов интерпретации и анализа экспериментальных данных, разработке модели электрической поляризации горной среды при взрывах на поверхности грунта и подземных взрывах, решении ряда конкретных задач, связанных с расчетами электрического и магнитного поля при взрывах в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах.

Апробация работы и публикации. Результаты исследования, представленные в работе, неоднократно докладывались на семинарах ИДГ РАН, а ранее на семинарах Спецсектора ИФЗ, докладывались на конференциях и симпозиумах: XXII Lunar and planetary science conference (Houston, USA), X Сипозиум по горению и взрыву (ОИХФ РАН, Черноголовка), Международный аэрозольный симпозиум (НИХФИ, Москва), Физические проблемы экологии (МГУ, Москва), Международная конференция - Освоение недр и экологические проблемы — взгляд в XXI век (ИПКОН РАН, Москва), III International workshop on magnetic, electric and electromagnetic methods in seismology and volcanology (MEEMSV; Moscow: Geoelectromagnetic Research Institute RAS). Пуб-^Ьликовались в отечественных и зарубежных журналах: ДАН СССР, Изв. АН СССР. Физика Земли, Физика горения и взрыва, Геомагнетизм и аэрономия, ФТПРПИ, Вопросы радиационной безопасности, Геоэкология, Геология и геофизика, Journal of geophysical research.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации включает 363 страницы, в том числе 135 иллюстраций. Список литературы содержит 252 наименования.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность В.В. Адушкину за постоянное внимание, поддержку и помощь на протяжении всех этапов исследований и выполнения этой работы. Автор признателен соавторам опубликованных работ A.A. Спиваку, В.В. Шувалову, А.М. Будкову, А.И. Гончарову, В.В. Суркову за помощь в исследованиях и обсуждение полученных результатов. Благодарит Л.М. Перника, Д.Н. Локтева, В.И. Барышева, Л.Л. Ваага, A.C. Полетаева, Б.А. Иванова, В.И. Куликова, В.В. Гарнова, И.С. Свинцова и многих сотрудников ИДГ РАН вместе с которыми автор бывал в экспедициях, проводил экспериментальные исследования и обсуждал результаты.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность изучаемой проблемы, показаны научна^ и практическая значимость работы, сформулировано научное направление диссертационной работы, сделан обзор исследования электромагнитных явлений, возникающих при взрывах зарядов химических взрывчатых веществ, и изложены основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Естественное электрическое и магнитное поле и методы его измерении. В первой главе приведено описание аппаратурного комплекса, который был разработан для измерений электрического и магнитного поля и использован во время проведения полевых экспериментов при взрывах зарядов химических ВВ. Рассмотрены характеристики естественного электрического и магнитного поля на ряде экспериментальных площадок, где проводились исследования при взрывах зарядов ВВ в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах. Исследованы методы выделения полезного сигнала, зарегистрированного на фоне периодической помехи, многократно превышающей его по амплитуде.

Исследование электрического и магнитного поля, генерируемого при взрывах зарядов химических ВВ с массами зарядов более 1 кг, в большинстве случаев проводится в полевых условиях на открытых экспериментальных площадках. Регистрируемые во время экспериментов сигналы электрического и магнитного поля представл)^ ют собой суперпозицию естественных и техногенных полей, характерных для данной экспериментальной площадки, и поля, обусловленного непосредственно взрывом заряда ВВ. В процессе анализа экспериментальных данных возникает необходимость сравнивать результаты, полученные на разных экспериментальных площадках. Для этого требуется или выбирать экспериментальную площадку таким образом, чтобы фоновые составляющие были минимальны и величина отношения сигнал/шум была существенно больше единицы, или использовать специальные методы для исключе-

ния фоновой составляющей поля и выделения полезных сигналов. Поэтому исследование фоновых составляющих электрического и магнитного поля в месте проведения экспериментов является важной составной частью исследования электрического и магнитного поля, генерируемого при взрывах зарядов химических ВВ.

Изучение естественного электрического и магнитного поля в различных регионах РФ, где проводились крупные промышленные взрывы и выбирались площадки для экспериментов с взрывами зарядов ВВ массой от единиц до десятков килограмм, осуществлялось с помощью аппаратурного комплекса, который был разработан для измерений электрического и магнитного поля в полосе частот 0 — 104 Гц. В приборный комплекс включены аппаратурные средства и методики, хорошо зарекомендовавшие себя в процессе проведения экспериментов в течение продолжительного вре-^^исни. Основу комплекса составляют приборы для измерения электрического поля в воздухе и грунте, магнитного поля, система регистрации и хранения сигналов. По мере необходимости регистрации других физических величин в комплекс включаются соответствующие датчики и измерительные каналы. Питание системы регистрации, также как и датчиков электрического и магнитного поля, осуществляется автономно от встроенных аккумуляторов.

В процессе проведения исследований естественного электрического и магнитного поля в различных регионах РФ изучено воздействие природных и техногенных факторов, оказывающих влияние на вариации естественного электрического и магнитно!« поля, в том числе метеорологических условий, изменяющегося радиационного фона, а также различных источников помех промышленной частоты. Рассмотрены спектральные характеристики естественного электрического и магнитного поля на ряде экспериментальных площадок, где проводились эксперименты с взрывами зарядов химических ВВ.

Анализ характеристик электромагнитного фона на различных экспериментальных площадках показал, что выбор площадки с относительно низким электромагнитным фоном, создающим минимум помех при измерениях, является важным обстоя-^^ельством для успешного проведения экспериментальных исследований электромагнитных сигналов, генерируемых при взрывах зарядов ВВ. Однако выбор места для проведения электромагнитных измерений часто бывает ограничен, особенно при проведении массовых промышленных взрывов таких как, взрывы на карьерах Лебединского и Стойленского ГОКов, Кировского рудника и других случаях. В этих условиях приходится проводить измерения на фоне существенных помех и использовать цифровые методы обработки и фильтрации сигналов, позволяющие увеличить отношение сигнал/шум.

Изучение многих реализаций электромагнитного фона во временной и спектральной области показало, что в них достаточно отчетливо наблюдается периодическая компонента, которая представляет собой сумму гармоник промышленной частоты 50 Гц с различными амплитудами и начальными фазами. Параметры этой периодической помехи изменяются как с изменением места установки измерительной аппаратуры, так и с течением времени. Для удаления периодической помехи был разработан метод адаптивной фильтрации, основанный на моделировании периодической помехи на интересующем нас интервале времени и последующем ее вычитании из исходной записи. Использование данного метода фильтрации при обработке записей сигналов электрического и магнитного поля, зарегистрированных при взрывах зарядов ВВ, показало высокую эффективность очистки сигналов от периодической помехи, многократно превышающей полезный сигнал по амплитуде. л

Глава 2. Генерация электрического и магнитного поля при взрыве зарядон химических взрывчатых веществ в воздухе. Во второй главе исследовались электромагнитные эффекты при взрыве зарядов химических ВВ в воздухе. Приведено описание постановки экспериментов и представлены результаты, полученные при проведении серий опытов с зарядами ВВ массой 0,4 — 3 кг. Исследован характер убывания амплитуды сигналов электрического поля с расстоянием и зависимость параметров сигнала от азимутального направления от точки размещения заряда ВВ. Рассмотрены модели распределения электрических зарядов в пространстве. Проведены расчеты сигналов электрического поля по модели и сравнение с экспериментальными данными.

Наиболее ранние упоминания об электрических эффектах при взрыве зарядов ВВ относятся к 1950м годам. При инициировании ВВ с помощью взрывателя, питаемого от батарей, было замечено, что между двумя проводниками, ведущими от электродетонатора, во время детонации заряда ВВ могут возникать чрезмерно высокие напряжения. Это привело к необходимости исследования электрических потенциалов, возникающих вблизи зарядов ВВ во время взрыва и после него. Как было установлено, электрические сигналы фиксируются в течение нескольких миллисекунд и состав ят из положительного импульса, за которым следует отрицательный импульс или нР оборот. Проведение взрывных экспериментов на открытых площадках и использование низкочастотной аппаратуры показало, что возмущения электрического поля наблюдаются вплоть до десятков секунд при взрывах зарядов ВВ массой единицы килограмм. Эти низкочастотные возмущения обусловлены наличием объемных электрических зарядов в облаке продуктов взрыва (ПВ) и их перемещением в приземном слое атмосферы. При размещении заряда ВВ на небольшой высоте над грунтами типа су-

песи, воздушная ударная волна поднимает с поверхности грунта мелкие заряженные частицы пыли, которые впоследствии смешиваются с продуктами взрыва, и значительно усиливают наблюдаемый эффект. С увеличением высоты установки заряда ВВ влияние частиц пыли, поднятой с поверхности, на эти возмущения практически исчезает. Вопросы, связанные с генерацией электрического поля пылегазовым облаком взрыва рассмотрены в 3 и 4 главах.

В данной главе основное внимание уделено исследованию генерации электрического и магнитного поля непосредственно после момента детонации заряда ВВ в воздухе. На рис. 1 представлены типичные записи сигналов электрического и магнитного поля. Возмущения электрического и магнитного поля возникают после момента детонации заряда ВВ, а также с приходом сейсмических и воздушной волн в место .установки датчиков поля. Возмущения электрического и магнитного поля, связанные "с распространением сейсмовзрывных волн следует отнести к отдельной группе электромагнитных явлений — так называемых косейсмических явлений и в данной работе не рассматриваются. Исследованию возмущений, связанных с воздушной волной взрыва, посвящен отдельный раздел первой главы, в котором показано, что распространение воздушной ударной волны в приземном слое атмосферы сопровождается локальными возмущениями атмосферного электрического поля. Эти возмущения

500 300 £ 100 ^ -100 -эоо -800 ГII т 1111 'И • рвмя, в •

0 £ <30 Ш -100 -150 •200 <ГТ| М. 0.1 0.3 ^---- Ц'Кгтгр— • е 6

4 ■ 2 I- ¿5 -а - -4 -

•Тт. ' 0.2 О.Э 0.4 0,9 с •»•ия. в •

Рис. 1. Записи сигналов магнитного и электрического поля при взрыве заряда ВВ массой 2 кг на высоте 2 м. (а) — вертикальная компонента магнитного поля, Д=20 м; (б) — вертикальная компонента электрического поля, Д=20 м; (в) — запись акселерометра, установленного на поверхности грунта, Л=21,5 м. «А» — момент подрыва заряда ВВ. «В» - момент прихода сейсмовзрывных волн. «С» — момент прихода воздушной волны

проявляется в виде пика на записи /) в момент прихода воздушной волны в место установки датчиков поля. Эффект обусловлен наличием в приземном слое атмосферы объемного электрического заряда, связанного с разницей в концентрациях положительно и отрицательно заряженных тяжелых ионов, частиц аэрозоля и пыли. Увеличение плотности воздуха за фронтом ударной волны и последующее ее уменьшение в фазе разряжения приводит к локальному изменению плотности объемного электрического заряда, которое проявляется в возмущениях электрического поля.

Анализ экспериментальных данных, полученных при проведении серий взрывов зарядов химических ВВ в воздухе, позволил установить основные параметры и характерные особенности сигналов электрического и магнитного поля. Показано, что возмущения вертикальной компоненты напряженности электрического поля, Ея возникают до прибытия сейсмических и акустической волн взрыва в место установк^ датчиков поля. Амплитуда сигналов Ег(1) достигает сотен В/м на приведенных расстояниях г/Ст = 10-20 м/кг1Я от заряда ВВ. Время нарастания переднего фронта сигнала лежит в пределах 0,3 — 1 мс при взрывах зарядов ВВ массой 2 — 3 кг. Резкое увеличение амплитуды сигнала Ег(1) начинается не сразу после детонации заряда ВВ: существует интервал времени <1 мс, когда амплитуда сигнала мала по сравнению с последующими значениями. В части опытов сигналы имеют знакопеременный вид, характерное время изменения сигнала Е,(/) составляет несколько миллисекунд. Возмущения на записях горизонтальных компонент электрического поля и компонент магнитного поля заметно превышают фоновые значения лишь при взрывах вблизи поверхности грунта и становятся практически неразличимыми при увеличении высоты размещения заряда ВВ.

Форма сигнала Е£1) примерно одинакова в опытах, проведенных в одинаковой постановке (тип ВВ, масса и форма заряда ВВ, точка инициирования, высота подвеса заряда ВВ, расположение датчиков поля). Характерные пики в сигнале проявляется в одно и тоже время после детонации заряда ВВ. Амплитуда этих пиков несколько отличается от опыта к опыту, но отношение амшплуд в разных опытах не превышает 1,5. Изменение условий проведения опытов проявляется в основном на начально!^ участке записей сигнала Ег(0 — изменяется его форма и амплитуда. Так изменение типа ВВ при сохранении прочих условий проведения опытов приводит к наиболее заметному изменению параметров сигнала Ег(1).

Исследовано влияние способа инициирования (электрический и огневой методы) капсюля—детонатора на генерацию сигналов электрического и магнитного поля. Показано, что инициирование заряда ВВ с помощью электродетонатора приводит к возникновению сигналов связанных с импульсами токов в системе подрыва. Момент

возникновения и характерные параметры этих сигналов зависят от конструктивных особенностей, как электродетонаторов, так и подрывных устройств. Инициирование заряда ВВ огневым методом исключает возникновение каких-либо сигналов до момента срабатывания детонатора.

Поскольку все эксперименты проводились на открытых площадках с размерами сто метров и более, то это обстоятельство позволило подробно исследовать характер затухания сигналов с расстоянием и зависимость от азимутального направления от точки размещения заряда ВВ. На записях вертикальной компоненты электрического поля, полученных с помощью электрических антенн расположенных на различных расстояниях, сигналы возникают в один и тот же момент времени после детонации заряда ВВ. Во всех опытах обнаруживается сходство в форме сигналов Ех(1), зарегистрированных на разных расстояниях от заряда ВВ.

Для исследования закона убывания амплитуды вертикальной составляющей электрического поля от расстояния г использовались четыре - семь датчиков электрического поля, которые располагались на прямой, проходящей через эпицентр взрыва. Зависимость модуля амплитуды сигнала Яг(0 от расстояния г может быть аппроксимирована следующим образом: 1 %Еж= —а\%г + Ь, где а и Ь эмпирические константы, Ег измеряется в В/м, а г в метрах. Среднее значение константы а, полученное в сериях экспериментов составляет «3,3. При этом наблюдаются заметные отклонения значений, принимаемых константой а от среднего значения: а изменяется в пределах от 2,8 до 3,8. Для исследования асимметрии системы электрических зарядов, образовавшихся в облаке продуктов при взрыве заряда ВВ в воздухе, были использованы записи сигналов £г(0> полученные с помощью шести электрических антенн расположенных на одинаковом расстоянии от заряда ВВ по направлениям, полярный угол которых отличался на 60°.

Анализ накопленных экспериментальных данных и сопоставление временных особенностей сигналов электрического поля с движением ПВ позволяет считать, что низкочастотное электрическое поле, наблюдаемое после момента детонации заряда ВВ в воздухе, вызвано образованием в ПВ электрических зарядов и последующим разделением этих зарядов в пространстве. Электрические заряды могут находятся на конденсированных частицах, газообразных продуктах и газе, ионизованном ударной волной. Пространственное разделение зарядов обусловлено асимметрией облака ПВ и неравномерностью распределения заряженных частиц разных размеров в облаке ПВ. На ранней стадии взрыва заряда ВВ в воздухе асимметрия распределения электрических зарядов развивается в основном в вертикальном направлении, а угловая асимметрия в большинстве случаев является слабой. Основываясь на этих качественных

представлениях, был рассмотрен ряд моделей распределения электрических зарядов в облаке ПВ и пригодность этих моделей для описания экспериментальных данных.

Расчеты сигналов электрического поля по каждой из моделей и сравнение с экспериментальными данными показали, что для описания сигналов электрического поля на расстояниях, много больших размеров облака ПВ, лучшие результаты дает модель, когда источником поля является произвольно ориентированный электрический диполь, расположенный в воздухе на высоте Л от поверхности грунта. Вектор дипольного момента этого распределения зарядов имеет две компоненты рг и рх. Из анализа выражений для компонент электрического и магнитного поля с учетом реальных значений электропроводности воздуха и грунта следует, что на поверхности грунта будет наблюдаться лишь вертикальная компонента электрического поля, которая описывается выражением

_ р,Ск2-г^+р,ЗгИсоиО

Горизонтальные компоненты электрического поля и компоненты магнитного поля будут малыми величинами. Оценки компонент дипольного момента определяются на основе записей сигналов Е2{(), полученных с помощью четырех и более электрических антенн расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ. На рис. 2 представлены изменения Ег(/), полученные из эксперимента и рассчитанные по выражению (1), а также изменения во времени параметров рх{() и рх(1)созв.

Данная модель позволяет выявить особенности поведения сигналов электрического поля при взрывах зарядов ВВ в воздухе, поскольку компоненты дипольного момента р2(0 и рх(1) оказывают различное влияние на величину при изменении расстояния г и полярного угла О. Измерения электрического поля, проведенные на

ЗА

расстояниях г«г.= —

Р,(/)сО5 0

ЗИр.(1)со50>\ „,, ,

,„ — ' - +2А , будут проявлять зависи-

Р. С) (V 2/>,(/) )

мость от полярного угла в, а амплитуда сигналов электрического поля будет убывать с расстоянием обратно пропорционально г4. В области г»г. основное влияние на поведение Е2(1) оказывает слагаемое в (1), включающее компоненту рг((), здесь Ег убывает с расстоянием обратно пропорционально г3 и отсутствует зависимость от полярного угла в. Расстояние г, зависит от соотношения компонент дипольного момента р,(/) и рх(1) и изменяется во времени в соответствии с изменениями этих компонент.

Глава 3. Генерация электрического и магнитного поля при взрывах на поверхности грунта. Третья глава посвящена исследованию электромагнитных эффектов, возникающих на различных стадиях процесса взрыва зарядов химических ВВ на

поверхности грунта. Представлены результаты экспериментального исследования сигналов электрического и магнитного поля, полученные при проведении серий взрывов малого масштаба с массой заряда ВВ 2 — 50 кг и отдельных крупномасштабных взрывов химических ВВ массой 5-105 кг, 9-Ю5 кг и 106 кг. Рассмотрены эффекты, наблюдаемые на начальной стадии взрыва и эффекты, связанные с развитием пылега-зового облака взрыва в приземном слое атмосфере. Характер процесса взрыва заряда химического ВВ на поверхности грунта существенно отличается от взрывов в воздухе из-за присутствия границы раздела двух сред. Электромагнитные эффекты, наблюдаемые в этом случае, также отличаются от электромагнитных эффектов при взрывах в воздухе.

При взрывах на поверхности грунта регистрируются возмущения вертикальной I компоненты Ех электрического поля в воздухе, горизонтальных компонент Ег и Ев электрического поля в грунте и трех компонент магнитного поля. В то время как при взрывах в воздухе магнитные возмущения и возмущения горизонтальных компонент Ег и Ев электрического поля в грунте заметны лишь в отдельных случаях, а при увеличении высоты размещения заряда ВВ возмущения этих компонент поля практически не выделяются среди фоновых пульсаций магнитного и электрического поля. При

№ ООО |>.059 0.М 0.0« в.07 0.075

0.М 0.069

«X «Я 3 005 0.055 ода 4005 0.07 0.0?!

0.« 0,4 ^ 0.1 Л /"""ч : \

Л» в 0,<* 0,060 ^¡¡я с О.Овв 0.07 0.0к

о,а' а 0.1 < а [У\

с.< ■0,1 • 13 0.05 0.065 0,00 О.ОЮ 0,07 0,07!

ад 41 Ж 1.Ё-05 5 «ь 0.£*0в -1.Е-М 1 * 1- г \ Л ^ .1 \ А.

> 45 О.Ов"*"" {Том " 0,08 """ййв-!^ 0>7 0.075 -1 «и, •

Рис. 2. Сигналы электрического поля при взрыве заряда ВВ в воздухе (опыт А-20). (а, б, в, г, д, е, ж) — Вертикальная компонента электрического поля на расстояниях 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 70 м, соответственно (пунктирной линией обозначены результаты расчета по формуле (2.33); (з) — компоненты диполыюго момента, полученные из расчета. А — момент подрыва

взрывах зарядов ВВ массой 2 — 5 кг на поверхности грунта амплитуды сигналов электрического поля в воздухе достигают десятков В/м на расстояниях 15 — 25 м от заряда ВВ. При этом амплитуды сигналов, регистрируемых на одинаковых расстояниях от заряда ВВ, в случае взрыва на поверхности грунта выше, чем при взрыва такого же заряда ВВ в воздухе. На рис. 3 представлены типичные записи сигналов магнитного и электрического поля, полученные в одном из опытов.

При взрыве на поверхности грунта возмущения всех компонент электрического и магнитного поля возникают практически одновременно, непосредственно после момента детонации заряда ВВ. Амплитуды компонент индукции магнитного поля, за-

Рис. 3. Сигналы магнитного и электрического поля при взрыве заряда ВВ массой 2 кг на поверхности гранита, (а, б, в) - Компоненты магнитного поля на расстоянии 20 м; (г, д) - Вертикальная компонента электрического поля на расстояниях 20 и 30 м, соответственно; (е, ж) - Горизонтальные компоненты электрического поля в грунте на расстоянии 27,2 м; (з) - Вертикальная компонента ускорения грунта на расстоянии 21,5 м. «А» — момент подрыва заряда ВВ. «В» — момент прихода сейс-мовзрывных волн. «С» — момент прихода воздушной волны

регистрированные на расстояниях 15 — 25 м от заряда ВВ, составляют десятки пТл и^ заметно превышают уровень фоновых колебаний магнитного поля.

При проведении взрывов на поверхности грунта, как и в случае взрывов в воздухе, исследовался характер убывания сигналов с расстоянием, зависимость от азимутального направления от точки размещения заряда ВВ. Зависимость амплитуд сигнала £■,(/) от расстояния г описывалась с помощью выражения =— а^г + А. Среднее значение константы о, полученной по результатам серий опытов с зарядами ВВ массой 2 — 50 кг, составляет «4,1. Отклонения значений константы а от среднего

довольно велики: минимальное значение константы а равнялось 3,0, а максимальное -4,6. Для исследования асимметрии системы электрических зарядов, образовавшихся в облаке продуктов при взрыве заряда ВВ на поверхности грунта, были использованы записи сигналов Ег(/), полученные с помощью шести электрических антенн расположенных на одинаковом расстоянии от заряда ВВ по направлениям, полярный угол которых отличался на 60°. Было показано, что в данной постановке опытов асимметрия системы электрических зарядов относительно вертикальной оси проявляется, но является слабой. Наиболее заметно асимметрия проявляется на интервале времени от момента детонации заряда ВВ до / — 5 мс.

Анализ полученных экспериментальных данных проводился в соответствии с этапами развития процесса взрыва на поверхности грунта. Для описания всех стадий развития процесса взрыва заряда химического ВВ была использована комплексная ^модель взрыва, основанная на гидродинамической программе БОУА [Шувалов, 1998, 1999]. Сопоставление временных особенностей сигналов электрического и магнитного поля с движением продуктов взрыва, распространением взрывной волны в грунте, его деформацией и перемещением на стадии выброса позволяет считать, что низкочастотное электромагнитное поле при взрыве заряда ВВ на поверхности грунта вызвано появлением и пространственным разделением электрических зарядов. Эти заряды, могут содержаться в ПВ, в газе, ионизованном ударной волной, они могут быть связаны с частицами разрушенного грунта. Кроме того, в проводящих слоях земли образуются электрические заряды и токи, обусловленные воздействием ПВ на грунт.

Проведен анализ ряда моделей, описывающих распределение электрических зарядов в области, занятой ПВ и разлетающимися частицами грунта, и пригодность этих моделей для описания экспериментальных данных. Расчеты сигналов электрического поля по каждой из моделей и сравнение с экспериментальными данными показали, что для описания сигналов электрического поля на расстояниях, значительно превышающих размеры облака продуктов взрыва, следует использовать выражение, основанное на разложении в ряд по мультиполям. Изменение компоненты Ег{1) с расстоянием г удовлетворительно описывается выражением

4 пейг 4 ке0г 4 яе0г Выражение (2) содержит три неизвестных параметра, которые находятся для каждого момента времени / при наличии записей сигналов электрического поля в четырех и более точках на различных расстояниях г от заряда ВВ. На рис. 4 представлены изменения Ег{1), полученные из эксперимента и рассчитанные по выражению (2). Данная модель позволяет удовлетворительно описывать особенности поведения сиг-

Рис. 4. Изменение вертикальной компоненты электрического поля на различных расстояниях от заряда ВВ, полученные в эксперименте и рассчитанные по модели, (а)- /-=20 м; (б)- г=25 м; (в)- /=30 м; (г)- /=50 м; кривая 1 — эксперимент; кривая 2 - расчет по формуле (2) I

налов электрического поля при взрывах на поверхности грунта: характер убывания амплитуды сигналов с расстоянием и, в отличие от других рассмотренных моделей, характер изменения амплитуды и формы сигналов в зависимости от полярного угла.

Возмущения магнитного поля при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта могут быть обусловлены несколькими причинами: движением заряженных частиц и фрагментов разрушенной породы на стадии расширения ПВ; образованием электрических токов при расширении проводящих ПВ в геомагнитном поле; поляризацией грунта под воздействием ударной волны взрыва. Показано, что возмущения магнитного поля, обусловленные первым и вторым механизмами, приводят к генерации сигналов магнитного поля с существенно отличающимися амплитудами и фазами от тех, что наблюдаются в экспериментах, и не могут быть причиной наблюдаемых возмущений.

Исследованию возмущений электромагнитного поля, связанных с воздействием ударной волны взрыва на грунт под зарядом ВВ, посвящен отдельный раздел третьей главы. Излагается релаксационная модель электрической поляризации горной среды, которая в дальнейшем была использована для численных расчетов сигналов электри-« ческого и магнитного поля при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта и подзем" пых взрывах. Данная модель применима для грунтов с малым содержанием влаги. Деформация грунтов с высоким содержанием влаги при распространении волны напряжений приводит к возникновению электрокинетических эффектов жидкости, заполняющей капилляры и трещины, и в данной работе не рассматривается. В основу модели положен эффект возникновения разности потенциалов в деформируемых образцах из непьезоэлектрических материалов, который был обнаружен при динамиче-

ском нагружении широкого класса веществ: линейные и нелинейные диэлектрики, полупроводники и металлы.

Для расчета напряжений, возникающих в горном массиве при взрыве заряда ВВ, была использована двумерная программа в осесимметричной постановке, разработанная на основе лагранжева численного метода "Тензор". Релаксационное уравне-' дР dS Р

ние — --- [Соловьев и др., 1999] устанавливает связь проекции вектора

ударной поляризации на ось симметрии с проекцией максимальной сжимающей компоненты тензора напряжений Sz (А и /г — эмпирические константы). Для определения констант, входящих в релаксационное уравнение, были проведены эксперименты по ударному нагружению образцов горных пород (гранит) в широком диапазоне давлений от единиц МПа до десятков ГПа. Экспериментально показано, что гранит поляризуется как при высоких, так и при малых давлениях в волне сжатия, в отличие от некоторых диэлектриков, для которых этот эффект имеет пороговый характер - поляризация не наблюдается при малых давлениях.

Расчет компонент электрического и магнитного поля на поверхности грунта проводился по выражениям для поля электрического диполя, имеющего две компоненты рг и р„ и расположенного на глубине h от поверхности грунта с удельным сопротивлением pi:

Е - Р'^1 ~г2)+ р,Ъгксо5в в _ MoP,rsinfl

2xe0R' ' * ~ 4x£0ptR' '

Е _ p,3rh + pxCr2-h*)cose р0р, sin в Г 1___h___й^

2 keüR' ' ' 4я-г0р, U2 Rr1 Я®/

F - Р-S¡n6> П = P°P. cos0f 1 h Л

" 2 KsjT' ° 4тсе0р, {г1 Rr1 /

R = slr1+h1.

Сравнение сигналов, полученных в экспериментах и рассчитанных на основе релаксационной модели электрической поляризации, показывает, что возникновение сигналов на записях компонент электрического и магнитного поля связано с возрастанием дипольного момента ударно сжатой горной среды на начальной стадии взрыва. В последующие моменты времени дипольный момент изменяется за счет роста объема ударно сжатого вещества, уменьшения электрической поляризации вследствие релаксационных процессов и уменьшения амплитуды механических напряжений.

Эти процессы приводят к уменьшению дипольного момента и релаксации сигналов электрического и магнитного поля.

Экспериментальные исследования электрического поля с использованием низкочастотной аппаратуры при проведении крупномасштабных взрывов на поверхности грунта и серий взрывов зарядов ВВ с массой до 100 кг показали, что возмущения электрического поля наблюдаются вплоть до тысяч секунд в зависимости от масштаба взрыва. Возмущения вертикальной составляющей электрического поля на поздней стадии развития взрыва обусловлены процессами разделения электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва. После формирования кратера поднимающееся облако ПВ захватывает крупные и мелкие частицы грунта. При этом происходит макроскопическое разделение электрических зарядов в пространстве, когда положительные и отрицательные электрические заряды связаны с материальными частицами разных размеров. На стадии подъема облака происходит накопление электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва. Релаксация электрического заряда пылегазового облака связана с осаждением заряженных частиц в гравитационном поле и рассеянием облака воздушными атмосферными потоками.

Для описания возмущений электрического поля на поздней стадии взрыва достаточно использовать модель, в которой распределение электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва заменяется двумя эффективными электрическими зарядами, расположенными на разных высотах от поверхности земли. Сигналы Ег{(), рассчитанные по модели на различных расстояниях от заряда ВВ находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными (рис. 5).

На основе обработки записей Ег(>) с использованием этой модели были получены оценки эффективных электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва для

Рис. 5. Изменение напряженности электрического поля при взрыве заряда ВВ массой 5-103 кг (1985) на поверхности фунта на расстоянии 1500 м от заряда ВВ, полученное в эксперименте и рассчитанное по модели

массы зарядов ВВ в диапазоне от 0,023 кг до 106 кг. Для взрыва заряда ВВ массой 5-10® кг оценки электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва дают значения превышающие 1 Кл. Получены эмпирические зависимости абсолютной величины электрического заряда пылегазового облака от массы заряда ВВ и диаметра воронки выброса (рис. 6):

е = Л1-С0 65±0М, (4)

Й = А2-£>2'0±,М, (5)

где в Кл, С в кг, £> в м, = 2,92-Ю-4 к2 = 7,2-Ю"4.

Рис. 6. (а) — Зависимость величины электрического заряда пылегазового облака от массы заряда ВВ. Сплошная линия — зависимость (4). (б) - Зависимость величины электрического заряда пылегазового облака от диаметра воронки выброса. Сплошная линия — зависимость (5)

Регистрация напряженности электрического поля вблизи облаков, содержащих электрически заряженные частицы, является одним из эффективных методов получения информации о процессах, происходящих внутри облака. Имея в распоряжении записи изменений Ег{1) на различных расстояниях от облака взрыва, можно судить об изменении распределения электрических зарядов в пылегазовом облаке. Используя данные регистрации возмущений электрического поля атмосферы совместно с другими экспериментальными материалами наблюдений при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта и подземных взрывах, в работе разработан новый метод оценки концентрации и массы пылеватых частиц в пылегазовом облаке взрыва. Этот метод дает интегральную оценку концентрации частиц и позволяет наблюдать динамику изменения концентрации в процессе развития пылегазового облака взрыва.

С помощью разработанного метода были получены оценки концентрации и массы пылеватых частиц в пылегазовом облаке для взрывов зарядов ВВ массой 5-105 кг. Эти оценки близки к оценкам, полученным с использованием комплексной модели взрыва, основанной на гидродинамической программе БОУД. Использование данного

метода оценки концентрации и массы пылеватых частиц при проведении массовых взрывов на открытых карьерах может быть полезным для установления размеров са-нитарно-защитных зон карьеров по фактору запыленности, а также для оценки общего количества выбросов аэрозольных частиц в атмосферу при разработке карьеров.

Рассмотрены возмущения электрического поле в атмосфере на больших высотах (на высоте £>-слоя ионосферы), которые генерируются пылегазовым облаком при крупномасштабном взрыве заряда ВВ на поверхности грунта. Зависимость электрического поля от времени на больших расстояниях описывается в рамках простой модели точечных и линейных зарядов. Расчеты, проведенные с учетом изменения проводимости атмосферы с высотой, показали, что на высоте около 70 км возмущение электрического поля составляет приблизительно 1 мВ/м и более, если масса заряда ВВ превышает 5-105 кг - 106 кг. Фоновые значения флуктуации напряженности электрического поля (в диапазоне частот/<1 Гц) на таких высотах составляют 1-10 мВ/м. Поэтому в некоторых случаях сигнал от облака продуктов взрыва может превзойти фоновые возмущения.

Оценки электрических зарядов, сосредоточенных в пылегазовом облаке взрыва, дают основание предполагать, особенно в случае крупномастабных взрывов, что электрические поля внутри облака достигают значения пробоя и приводят к электрическим разрядам внутри облака, а в некоторых случаях между облаком и поверхностью земли. Действительно, на записях возмущений электрического поля, полученных во время проведения взрыва заряда ВВ массой 106 кг, присутствуют отдельные пики, которые можно интерпретировать как результат молниевых разрядов внутри облака взрыва. Анализ экспериментальных данных и оценок электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва позволяют считать, что электрические разряды наиболее вероятны в области примыкания нижних кромок тороидального облака и пылевой колонки, где наиболее высока неоднородность распределения электрического заряда. Подобные типы разрядов наблюдаются в пепловых тучах, образующихся при извержениях вулканов. Характерная особенность таких разрядов — малая протяжённость: от 8-10 м до 1-2 км. По оценкам при одном разряде в пепловой туче нейтрализуется дипольный момент до 100 Кл-м, что приблизительно в 103 меньше, чем во время разряда в грозовом облаке. Опираясь на параметры электрического разряда в пылегазовом облаке, показано, что амплитуда возмущений электрического и магнитного поля на высотах О-слоя составляют £»0,1-100 мВ/м, £»0,001-1 нТл и достаточны для того, чтобы эти возмущения могли быть обнаружены.

Глава 4. Генерация электрического и магннтиого поля при подземных взрывах. В четвертой главе рассмотрены электромагнитные эффекты, возникающие

при разрушении и интенсивной деформации горной среды при подземных взрывах. Представлены результаты экспериментального исследования сигналов электрического и магнитного поля, полученные при проведении серий взрывов малого масштаба с массой зарядов ВВ 0,2 — 200 кг и отдельных крупномасштабных взрывов химических ВВ с массой 104 кг,- 106 кг. В начале главы исследовались электрические и магнитные поля, возникающие непосредственно после момента детонации заряда ВВ и регистрируемые датчиками поля до прихода сейсмических волн в место установки датчиков. Во второй части четвертой главы анализируются электрические явления, связанные с подъемом купола выброса и образованием пылегазового облака взрыва в приземном слое атмосферы. Установлены физические механизмы, приводящие к генерации электрического и магнитного поля, как на начальной стадии взрыва, так и ответ-

•ственные за разделение электрических зарядов между фрагментами горной среды и продуктами взрыва на стадии выброса грунта.

Электромагнитные эффекты при подземных взрывах, также как и механическое действие взрыва в горной среде, существенно отличаются от случая взрыва в воздухе и на поверхности грунта. При подземных взрывах зарядов химических ВВ электромагнитные сигналы возникают непосредственно после детонации заряда ВВ и имеют низкочастотный характер. Сигналы регистрируются на записях трех компонент электрического поля и трех компонент магнитного поля. На рис. 7 приведены характерные записи электромагнитных сигналов при подземных взрывах заряда ВВ в супеси и граните. На записях датчиков, расположенных на различных расстояниях от скважины, сигналы электрического и магнитного поля появляются одновременно, что говорит об их принадлежности единому источнику поля. Характерное время изменения сигналов при взрывах зарядов ВВ массой 2 — 200 кг лежит в области миллисекундных колебаний, при этом изменения амплитуды сигналов со временем не является периодическим. Время нарастания переднего фронта сигналов электрического и магнитного поля, зарегистрированных в большей части проведенных опытов, лежит в пределах 0,2 - 0,5 мс.

• Сигналы электрического и магнитного поля, регистрируемые после детонации аряда ВВ в гранитном массиве, многократно превосходят по амплитуде средние значения фоновых пульсаций для исследованного диапазона расстояний от заряда ВВ (г/С1/3 = 4 — 25 м/кг"3). Отношение сигнал/шум >10 для записей, полученных в ближних к заряду ВВ точках, и уменьшается по мере увеличения расстояния г от заряда ВВ. При подземных взрывах в супеси сигналы электрического и магнитного поля характеризуются малыми значениями отношения сигнал/шум для большей части проведенных опытов. При этом наиболее заметные возмущения наблюдаются в радиальной

компоненте электрического поля в грунте, которые характеризуются относительно бблыпими значениями отношения сигнал/шум на записях компонент электрического и магнитного поля. Из сравнения записей сигналов, полученных при проведении серий подземных взрывов в супеси и граните, следует, что амплитуды сигналов электрического и магнитного поля, зарегистрированные на одинаковых расстояниях, при взрыве в гранитном массиве заметно выше, несмотря на то, что в супеси были взорваны заряды ВВ массой до 200 кг, а в граните — до 10 кг.

Результаты анализа экспериментальных данных позволяют считать, что низкочастотное электромагнитное поле при подземном взрыве вызвано воздействием вол-

Рис. 7. Сигналы электрического и магнитного поля при поземных взрывах.

I - масса заряда ВВ 200 кг; грунт — супесь, (а, б)- компоненты В0 B¡¡ на расстоянии г=5; (в, г)- Ег на расстоянии г=5 м и 7,5 м, соответственно; (д)- Е, на расстоянии г=20 м; (е)- вертикальная составляющая ускорения грунта на расстоянии г=20 м.

II - масса заряда ВВ 2 кг; грунт - гранит, (а, б)- компоненты Вп Вв на расстоянии г= 5; (в, г)- Ег на расстоянии г= 5 м и 7,5 м, соответственно; (д)- Ех на расстоянии г=15 м; (е)- вертикальная составляющая ускорения грунта на расстоянии г=10 м

ны сжатия на грунт и появлением в окружающем заряд ВВ грунте электрических зарядов и токов. На начальной стадии развития подземного взрыва модель электрического диполя, имеющего две компоненты р, и рх, и расположенного на глубине А от поверхности грунта с удельным сопротивлением рх, может быть использована для описания изменения компонент электрического и магнитного поля, наблюдаемых в экспериментах. На поверхности грунта, где при проведении экспериментов устанавливаются датчики электрического и магнитного поля, выражения для компонент поля описываются выражениями (3).

Оценки компонент дипольного момента определяются на основе записей сигналов полученных с помощью четырех и более электрических антенн, располо-

Рис. 8. Сигналы электрического и магнитного поля при взрыве заряда ВВ массой 2 кг в гранитном массиве, (а, б, в, г)- вертикальная составляющая напряженности электрического поля на расстоянии г=5 м; 7,5 м; 10 м и 12,5 м, соответственно. А — момент подрыва детонатора, (д, е)- радиальная и тангенциальная компоненты индукции магнитного поля на расстоянии г=5 м, соответственно, (ж)- компоненты электрического диполя, расположенного в грунте на глубине Л: 1 - компонентарг; 2 — компонента рх. Пунктирная линия — результаты расчета по формулам (3)

женных на различных расстояниях от заряда ВВ. На рис. 8 представлены сигналы электрического и магнитного поля, полученные из эксперимента и рассчитанные по выражениям (3), для одного из опытов в граните (рис. 7-И).

Сигналы электрического и магнитного поля, рассчитанные по модели в зависимости от расстояния г и полярного угла в, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными. Оценки компонент электрического диполя, ко-

торые были получены для опытов, проведенных в гранитном массиве, заметно превосходят оценки для опытов в супеси: оценки компонент р2 и рх, полученные для взрыва 2 кг ТНТ в граните, более чем на порядок превосходят оценки для взрыва 200 кг в супеси. Анализ экспериментальных данных и сравнение оценок параметров источника поля для взрывов в различных грунтах, показывает, что условия проведения эксперимента и, в частности, физико-механические свойства грунта, оказывают существенное влияние на характер электромагнитных сигналов, генерируемых при подземных взрывах.

Разработанная модель электрической поляризации горной среды позволяет провести численное моделирование сигналов электрического и магнитного поля при подземных взрывах в той постановке, которая соответствует экспериментам в гранитном массиве. Поле напряжений вблизи заряда ВВ рассчитывалось применительно к реальной структуре участка массива, в котором проводились эксперименты. Показано, что наличие в массиве нарушений сплошности приводит к сложной структуре зон разрушения скальной породы, асимметрии поля напряжений и как следствие, к возникновению электрического дипольного момента ударно сжатой горной среды.

Расчет компонент электрического и магнитного поля на поверхности грунта проводился по выражениям (3). На рис. 9 представлены сигналы электрического и магнитного поля, рассчитанные на основе модели электрической поляризации, и сигналы, полученные в одном из опытов в гранитном массиве. Величины дипольных моментов, полученные из модели и полученные на основе обработки записей сигналов, зарегистрированных при проведении опытов в граните, находятся в пределах одного порядка, а в некоторых случаях имеют близкие значения. Расчетные значения амплитуд сигналов электрического и магнитного поля находятся в удовлетворительном согласии с экспериментом. Результаты расчетов дипольного момента электрически поляризованной горной среды и сигналов электрического и магнитного поля показывают, что наличие структурных неоднородностей в горном массиве оказывает существенное влияние на генерацию низкочастотного электромагнитного поля при подземном взрыве. .

На поздней стадии подземного взрыва в приземном слое атмосферы наблюдаются возмущения электрического поля, связанные с выходом продуктов взрыва в атмосферу. Время существования возмущений электрического поля, которые заметно превышают среднее значение естественного поля в атмосфере, изменяется от десятков секунд до десятков минут в зависимости от масштаба взрыва. Наиболее интенсивные возмущения электрического поля наблюдаются при взрывах на выброс. Характерной особенностью этих взрывов является разрушение поверхности горной сре-

основе модели электрической поляризации и зарегистрированных в одном из опытов, при взрыве заряда ВВ массой 2 кг в гранитном массиве.

(а, б, в)- вертикальная составляющая напряженности электрического поля на расстоянии г=5 м; 7,5 м; и 10 м, соответственно; (г)- вертикальная составляющая индукции магнитного поля на расстоянии г=5 м; 1 — фрагменты записей сигналов, полученных в эксперименте; 2 — расчет по модели; (время отсчитывается от момента подрыва заряда ВВ).

(д, е, ж, з)- записи сигналов, полученных в эксперименте, соответственно (время отсчитывается от начала записи сигналов)

ды с образованием грунтового купола выброса и последующим прорывом купола расширяющимися продуктами взрыва, что приводит к возникновению в приземном слое атмосферы мощного пылегазового облака. Возмущения электрического поля, наблюдаемые в этом случае, обусловлены движением электрически заряженных купола выброса и пылегазового облака.

• Сигналы электрического поля, Наблюдаемые при взрывах на выброс, имеют,

как правило, знакопеременный вид. Начальная фаза сигнала характеризуется относительно малым временем нарастания. Продолжительность второй фазы сигнала многократно превосходит продолжительность первой фазы. При неизменной массе заряда ВВ амплитуды положительной и отрицательной фаз сигнала зависят от глубины взрыва. По мере заглубления заряда ВВ амплитуда как отрицательной, так и положительной фаз сигнала /Гг(0 увеличивается, проходит через максимум и затем уменьшается, стремясь к нулю. Максимальная величина амплитуды сигнала Е,{{) в опытах со-

ставляла 3000 — 4000 В/м и наблюдалась при взрывах на приведенной глубине 1У/СШ - 0,2 — 0,3 м/кг1/3 на ближайших к эпицентру точках регистрации, находившихся на приведенных расстояниях г/Сш = 10-20 м/кгш. На рис. 10 представлены записи характерных изменений Ег{*), полученные при взрывах зарядов ВВ с различными глубиной заложения IV и массой С. Анализ экспериментальных данных показал, что помимо параметров заложения заряда ВВ на форму сигналов электрического поля оказывает влияние физико-механические свойства грунта, в частности от его влажность и содержание пыпеватых частиц. Характер изменения сигналов электрического поля на фазе подъема пылегазового облака взрыва в атмосфере имеет много общего с сигналами при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта.

Для описания распределения электрических зарядов в пылегазовом облаке подземного взрыва может быть использована модель, подобная модели для взрыва на поверхности грунта. В этой модели распределение электрических зарядов в пылегазо-

Рис. 10. Характерный вид возмущений электрического поля в атмосфере при подземных взрывах, (а) взрывы в песке, С=0,023 кг, г= 5 м, кривая 1 — IV =0, кривая 2 — 1,5 см, кривая 3 — IV-10,5 см; (б) - взрыв в суглинке, С=2,6106 кг, /=2000 м, 1У= 24 м

вом облаке взрыва заменяется двумя эффективными электрическими зарядами, расположенными на разных высотах от поверхности земли. Сигналы ,Ег(/), рассчитанные по модели на различных расстояниях от заряда ВВ, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными. На основе обработки записей с использованием этой модели были получены оценки эффективных электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва для массы зарядов ВВ в диапазоне от 0,023 кг до 106 кг. Получена эмпирическая зависимость абсолютной величины электрического заряда Q пылегазового облака от массы С заряда ВВ при фиксированной приведенной глубине взрыва (рис. 11): (¿-к-Сммда, где С в кг, £? в Кл, к = 2-10"4.

1.Е-04

1.Е-01

1.Е-02

1.Е-03

1.Е-05

1.Е-02 1,Е*00 1.Е+02 1.Е+04 1,Е-К)в VE+OÍ С, кг

Рис. 11. Зависимость максимального электрического заряда Q от массы заряда ВВ С. Сплошной линией показана зависимость Q = k■ С°"00'

Заключение. Основные результаты диссертационной работы могут быть изложены в следующем кратком виде:

1. Экспериментальные исследования, проведенные при взрывах зарядов химических ВВ в широком диапазоне масс зарядов ВВ и в средах, отличающихся по своей структуре и физико-механическим свойствам, позволили получить параметры сигналов электрического и магнитного поля, которые генерируются на различных стадиях процесса взрыва.

Проанализированы экспериментальные данные, полученные при взрывах зарядов ВВ в воздухе, на поверхности фунта и подземных взрывах, и выявлены отличия и характерные черты присущие сигналам электрического и магнитного поля в каждом из трех случаев размещения заряда ВВ.

2. Получены зависимости убывания амплитуды электромагнитных сигналов с расстоянием и зависимость от полярного угла при взрывах в воздухе, на поверхности фунта и подземных взрывах.

3. Показано, что возмущения электрического поля, связанные с распространением воздушной волны взрыва, имеют локальный характер и обусловлены изменениями в ударной волне плотности объемного электрического заряда в приземном слое атмосферы.

4. Предложены модели распределения электрических зарядов в пространстве, с помощью которых были описаны сигналы электромагнитного поля при взрывах в различных средах. Предложены методы оценки параметров этих моделей на основе обработки записей электромагнитных сигналов, полученных в экспериментах.

Расчеты параметров электромагнитных сигналов показывают, что характер убывания сигналов с расстоянием от заряда ВВ, а также зависимость от полярного угла, изменяются в зависимости от условий проведения экспериментов. Определены критические расстояния, на которых эти изменения проявляются.

5. Получены эмпирические зависимости параметров электрической поляризации образцов гранита при динамическом нагружении в широком диапазоне давлений от единиц МПа до десятков ГПа.

6. Разработана модель электрической поляризации горной среды при взрыве в среде с нарушениями сплошности. Показано, что наличие структурных неоднородно-стей в горном массиве оказывает определяющее влияние на генерацию электромагнитного поля при подземном взрыве.

7. Показано, что возмущения электрического поля на поздней стадии развития взрыва на поверхности грунта и при взрывах на выброс обусловлены процессами разделения электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва. На стадии формирования и подъема облака взрыва происходит накопление электрических зарядов. Релаксация электрического заряда пылегазового облака связана с осаждением заряженных^ частиц в гравитационном поле и рассеянием облака воздушными атмосферными потоками. Получены эмпирические зависимости величины электрического заряда пылегазового облака от массы заряда ВВ и диаметра воронки выброса. Эти зависимости могут быть использованы для экстраполяции на более крупный масштаб взрыва.

8. Предложен новый метод оценки концентрации и массы частиц грунта в пылегазовом облаке взрыва, основанный на регистрации возмущений электрического поля атмосферы в ближней зоне взрыва.

9. Исследована возможность проникновения электрического поля, генерируемого при взрыве крупномасштабного заряда ВВ на поверхности грунта, в верхние слои атмосферы Земли. Показано, что сигналы, генерируемые облаком взрыва, могут превзойти фоновые пульсации поля в нижней ионосфере, если масса заряда ВВ превышает 10б кг.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1, Красногорская Н.В., Мельников В.А., Рыбин В.В., Соловьев С.П. Методы измерения электрических полей в атмосфере // Электромагнитные поля в биосфере,- М.: Наука, 1984. Т. 1. С. 246-257. |

2. Красногорская Н.В., Соловьев С.П. Электрическое поле атмосферы Земли ИНЧ диапазона // Электромагнитные поля в биосфере.- М.: Наука, 1984. Т.1. С. 66 - 71.

^З^Адушкин В.В., Соловьев С.П. Низкочастотные электрические поля в приземном слое атмосферы при подземных взрывах // ДАН СССР. 1988. Т. 299. №4. С. 840-844.

жней зоне подземного взрыва//Изв. АН СССР. Физика Земли. 1989. №3. С. 51-59.

.душкин В.В., Соловьёв С.П. Возмущения электрического поля атмосферы в

5. Адушкин В.В., Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрическое поле, возникающее при взрыве на выброс // ФГВ. 1990. Т. 26. №4. С. 117-121. -/"БТЧГпивак А.А., Адушкин А.В., Овчинников В.М., Соловьев С.П., Ферапонтова E.II. Геофизические поля в условиях мегаполиса // Докл. РАН. 1993. Т. 332. №5. С. 641643.

7. Адушкин В.В., Соловьёв С.П. О методе расчета пылевого загрязнения атмосферы по измерениям напряженности электрического поля // ФТПРПИ. 1994. №4. С. 80-88.

8. Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрические возмущения в приземном слое атмосферы, обусловленные воздушной ударной волной // ФГВ. 1994. Т. 30. № I. С. 117121.

9. Адушкин В.В., Спивак А.А., Овчинников В.М., Соловьев С.П. Возмущение геофи-^^ической среды мегаполисом П В сб.: Динамические процессы в геосферах: геофизика

сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1994. С. 178-191. ^/ТО^Адушкин В.В., Соловьев С.П., Будников В.А. Литосферные источники аэрозольного загрязнения атмосферы // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. №8. С. 103-110.

11. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Будников В.А. Пылевое загрязнение атмосферы от открытых горных работ // В сб.: Динамические процессы во внутренних и внешних оболочках Земли: геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1995. С. 266-271.

12. Адушкин В.В., Спивак А.А., Овчинников В.М., Соловьев С.П., Спунгин В.Г. Геоэкологический контроль за геофизическими полями мегаполиса // Геоэкология. 1995. №2. С. 44-56.

13. Adushkin V.V., Soloviev S.P. Génération of low-frequency electric fïelds by explosion crater formation // J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. No. B9. P. 20165-20173.

14. Кожухов C.A., Соловьев С.П. Определение коэффициента турбулентной диффузии продуктов взрыва и пыли перед фронтальной границей всплывающего термика // В сб.: Физические процессы в геосферах при сильных возмущениях: геофизика силь-

возмущений. М.: ИДГРАН. 1996. С. 314-320. \15. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Спивак А.А. Электрические и радиационные ха-^Иактеристики приземного слоя атмосферы на территории ПО "Маяк" // Вопросы радиационной безопасности. 1998. №3. С. 3-9.

16. Соловьев С.П. Оценка электрического поля в верхних слоях атмосферы при взрыве накладного заряда ВВ // В сб.: Динамические процессы в геосферах под действием внешних и внутренних потоков энергии и вещества: геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1998. С. 279-285.

17. Соловьев С.П., Шувалов B.B. Динамические процессы при сильных тротиловых взрывах // В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 369-377.

18. Абдрахимов А.Э., Гончаров А.И., Соловьев С.П. Экспериментальное исследование электрической поляризации горных пород при ударном нагружении // В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 146-151.

19. Соловьев С.П., Спивак A.A., Сурков В.В. Электромагнитное поле, генерируемое в результате поляризации горных пород при химическом взрыве // В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 152158.

оловьев С.П., Сурков В.В. Электростатическое поле и молнии, возникающие

пылегазовом облаке продуктов взрыва // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т. 41. №1. С. 68-76.

21. Адушкин В.В., Спивак A.A., Соловьев С.П., Л.М.Перник, С.Б.Кишкина. Геоэкологические эффекты массовых химических взрывов на карьерах // Геоэкология. 2000. №6. С. 554-563.

22. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Шувалов В.В. Расчет пылевой нагрузки от массового взрыва на Лебединском ГОКе // В сб.: Освоение недр и экологические проблемы — взгляд в XXI век. М.: Академия Горных Наук. 2001. С. 317-324.

23. Soloviev S.P., Surkov V.V., Sweeney J.J. Quadru polar electromagnetic field from detonation of high explosive charges on the ground surface // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107. No. B6. 10.1029/2001JB000296.

24. Соловьёв С.П., Барышев В.И., Вааг Л.Л., Гонтарь М.М., Локтев Д.Н., Полетаев A.C. Аппаратурный комплекс для регистрации низкочастотных электрических и магнитных полей // В сб.: Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2002. С. 609-621.

25. Соловьёв С.П. Электрическое и магнитное поле, возникающее при взрывах зарядов ВВ в воздухе и на поверхности грунта// В сб.: Нестационарные процессы в вер:^ них и нижних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2002. С. 231-253.

26. Гончаров А.И., Соловьев С.П. Ударная электрическая поляризация материалов // В сб.: Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2002. С. 164-170.

27. Соловьев С.П., Харламов В.А. Выделение полезного сигнала, зарегистрированного на фоне периодической помехи // В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2003. Т. 2. С. 338-345.

28. Соловьев С.П. Генерация электрического и магнитного поля при взрывах в скважинах. // В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2003. Т. 2. С. 249-267.

29. Колганов Е.В., Гончаров А.И., Соловьев С.П., Смирнов A.C., Карачев А.Г. Особенности электрической поляризации горной породы при воздействии слабыми ударными волнами И В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2003. Т. 2. С. 211-218.

30. Адушкин В.В., Соловьев С.П. Генерация электрического и магнитного поля при воздушных, наземных и подземных взрывах // ФГВ. 2004. Т. 40. №6. С. 42-51.

31. Гончаров А.И., Соловьев СЛ. Ударная электрическая поляризация материалов И ФГВ. 2004. Т. 40. №6. С. 52-57.

32. Спивак A.A., Кишкина С.Б., Локтев Д.Н., Лукишов Б.Г., Соловьев С.П., Харламов В.А., Эльтеков Д.А. Результаты комплексных инструментальных наблюдений на геофизическом полигоне ИДГ РАН «Михнево» II В сб.: Динамика взаимодействующих геосфер. М.: ИДГ РАН. 2004. С. 13-25.

33. Адушкин В.В., Перник Л.М., Попель С.И., Соловьев С.П., Шишаева A.C., Черняев Г.А., Огородников Б.И. Изучение нано- и микрочастиц при наземном химическом взрыве // В сб.: Динамика взаимодействующих геосфер. М.: ИДГ РАН. 2004. С. 235244.

34 Будков А.М., Соловьев С.П. Электрическое и магнитное поле, обусловленное электрической поляризацией горной среды при подземном взрыве // В сб.: Динамика взаимодействующих геосфер. М.: ИДГ РАН. 2004. С. 112-119.

35. Soloviev S.P., Sweeney J.J. Generation of electric and magnetic field during detonation of high explosive charges in boreholes // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. B01312. 10.1029/2004JB003223.

36. Соловьев С.П. Генерация электромагнитных волн при кратерообразовапии // Тез. докл. 12-ой Советско-Американской рабочей встречи по планетологии. М: ГЕОХИ АН СССР, 1990. С. 75-76.

37. Adushkin V.V., Soloviev S.P. The generation of electric fields due to crater formation // Abstracts. XXII Lunar and planetary science conference. Houston. 1991. P. 3.

38. Адушкин B.B., Соловьев С.П. Запыление атмосферы и местности при крупномасштабных промышленных взрывах // Тез. докл. X Симпозиум по горению и взрыву. Детонация. Черноголовка: ОИХФ РАН. 1992. С. 50-52.

39. Адушкин В.В., Соловьев С.П. О методе расчета пылевого загрязнения атмосферы по измерениям напряженности электрического поля // Тез. докл. Международный аэ-

розольный симпозиум. Аэрозоли в сельском хозяйстве, биологии, медицине. Радиоактивные аэрозоли. Теория аэрозолей. М.:НИХФИ. 1994. С. 118-122.

40. Соловьев С.П., Сурков В.В. Оценка концентрации аэрозоля по возмущениям электрического поля в приземном слое атмосферы, обусловленных воздушной ударной волной // Тез. докл. Международный аэрозольный симпозиум. Аэрозоли в сельском хозяйстве, биологии, медицине. Радиоактивные аэрозоли. Теория аэрозолей. М.:НИХФИ. 1994. С. 114-122.

41. Адушкин В.В., Кожухов С.А., Соловьев С.П. Исследование трансформации электрофизических характеристик атмосферы при выбросах химических загрязнителей и разработка методики их обнаружения // Тез. докл. Физические проблемы экологии (Физическая экология). М.: МГУ. 1999. С. 7.

42. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Шувалов В.В. Расчет пылевой нагрузки от массового взрыва на ЛГОКе // Тез. докл. Международная конференция. Освоение недр и экологические проблемы — взгляд в XXI век. М.: РАН. 2000. С. 299-300.

43. Адушкин В.В., Соловьев С.П. Электризация пылегазовых облаков массовых взрывов // Тез. докл. Международная конференция. Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в XXI век. М.: РАН. 2000. С. 300.

44. Adushkin V.V., Soloviev S.P. Investigation of electric and magnetic field signals from chemical explosions in the air and on the ground surface // III International workshop on magnetic, electric and electromagnetic methods in seismology and volcanology (MEEMSV-2002). Moscow: Geoelectromagnetic Research institute RAS. P. 144-147. 2002.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Соловьев, Сергей Петрович

Введение

Глава 1. Естественное электрическое и магнитное поле и методы его измерения

1.1. Аппаратурный комплекс для регистрации низкочастотных электрических и магнитных полей

1.2. Вариации и возмущения электромагнитного поля, генерируемые источниками естественного и техногенного происхождения

1.3. Выделение полезного сигнала, зарегистрированного на фоне периодической помехи

1.4. Выводы

Глава 2. Генерация электрического и магнитного поля при взрыве зарядов химических взрывчатых веществ в воздухе

2.1. Динамика процесса разлета продуктов взрыва в воздухе

2.2. Постановка экспериментов

2.3. Сигналы электрического и магнитного поля, генерируемые при взрыве в воздухе

2.4. Изменение амплитуды сигналов электрического поля с расстоянием от заряда ВВ

2.5. Модели распределения электрических зарядов в облаке продуктов взрыва

2.6. Генерация электрического поля воздушной ударной волной

2.7. Выводы

Глава 3. Генерация электрического и магнитного поля при взрывах на поверхности грунта

3.1. Динамика процесса развития взрыва заряда ВВ на поверхности грунта

3.2. Постановка экспериментов и описание экспериментальных площадок

3.3. Сигналы электрического и магнитного поля, регистрируемые на начальной стадии взрыва на поверхности грунта

3.4. Изменение амплитуды сигналов электрического поля с расстоянием от заряда ВВ на начальной стадии взрыва

3.5. Модели источников электрического и магнитного поля

3.6. Генерация электрического и магнитного поля в результате электрической поляризации горных пород

3.7. Электрическое поле пылегазового облака взрыва

3.8. Зависимость амплитуды сигналов электрического поля от расстояния до эпицентра взрыва и влияние масштаба взрыва на возмущения электрического поля атмосферы

3.9. Оценка концентрации пылеватых частиц в пылегазовом облаке взрыва 237 ЗЛО. Электрические разряды в пылегазовом облаке взрыва и оценка электрического поля на больших высотах в атмосфере 241 3.11. Выводы

Глава 4. Генерация электрического и магнитного поля при подземных взрывах

4.1. Постановка экспериментов и описание экспериментальных площадок

4.2. Сигналы электрического и магнитного поля, регистрируемые на начальной стадии подземного взрыва

4.3. Модели источников электрического и магнитного поля

4.4. Электромагнитное поле, обусловленное электрической поляризацией горной породы при подземном взрыве

4.5. Возмущения электрического поля атмосферы при взрыве на выброс

4.6. Влияние свойств грунта на возмущения электрического поля

4.7. Зависимость амплитуды сигналов электрического поля от расстояния до эпицентра взрыва и от массы заряда ВВ

4.8. Выводы 326 Заключение 331 Литература

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Электромагнитные эффекты при взрывных воздействиях на геофизическую среду"

Актуальность темы. Интерес к проблеме генерации электрических и магнитных полей при импульсных воздействиях на геофизическую среду возник во второй половине двадцатого века. В настоящее время проводятся исследования данного явления в экспериментальном и теоретическом направлениях. Исследование генерации электрических и магнитных полей при импульсных воздействиях представляет интерес как с чисто научной, так и с практической точки зрения. С точки зрения геофизики процессы, происходящие при импульсных воздействиях интересны как важный механизм взаимодействия между геосферами Земли. Сильные импульсные возмущения связаны с выделением большого количества энергии и затрагивают все геофизические оболочки и геофизические поля.

Среди импульсных источников, воздействующих на геофизическую среду, можно выделить ряд источников, имеющих взрывной характер: выделение газов из литосферы, извержение вулканов, удары космических тел различных размеров. Одним из искусственных источников, создающих импульсное воздействие на среду, является взрыв заряда взрывчатого вещества (ВВ). Процессы, связанные с разрушением и деформацией вещества, а также сопутствующие им электродинамические процессы, характерны как для взрывов зарядов ВВ в массиве горной породы, так и для горных ударов, землетрясений и других менее интенсивных движений горной породы в зоне разломов. Предполагаемое сходство механизмов генерации электромагнитного поля при естественных процессах в земной коре и в процессе деформации и разрушения горной породы при подземных взрывах побудило исследователей использовать их для моделирования электромагнитных эффектов, поскольку взрывы зарядов ВВ могут быть проведены в инструментально контролируемых условиях: известен момент детонации заряда ВВ и известны физико-механические свойства среды вблизи заряда ВВ.

Интерес к данной проблеме связан также с необходимостью контроля за проведением ядерных испытаний. Широкое распространение взрывных технологий в горнодобывающей промышленности и строительстве поставило вопрос о необходимости всестороннего изучения характеристик электрических и магнитных сигналов при химических взрывах в сопоставлении с эффектами подземного ядерного взрыва.

В настоящее время продолжается работа по подготовке системы контроля за соблюдением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ). В ходе этой работы были получены данные, которые подтверждают высказывавшиеся еще при подготовке Договора аргументы о том, что взрывы химических ВВ могут быть использованы для сокрытия испытаний ядерного оружия. Это обстоятельство может привести к тому, что многие из проводимых мощных химических взрывов могут рассматриваться как «сомнительные» события, связанные с нарушением Договора. Традиционные методы контроля (сейсмический, инфразвуковой и др.) в таких случаях не всегда оказываются эффективными. Регистрация электрических и магнитных полей непосредственно на месте проведения химических взрывов могла бы прояснить такие сомнительные ситуации. Договор предусматривает возможность включения дополнительных технологий мониторинга, таких как «элек-тромагнитоимпульсный мониторинг», поэтому целесообразно развивать методы контроля, основанные на регистрации электромагнитных сигналов от подземных взрывов. Выяснение механизмов генерации электрического и магнитного поля, условий формирования источника сигналов электрического и магнитного поля, а также оценка его параметров при проведении химических взрывов в различных средах позволит вплотную приблизиться к разработке критериев, определяющих тип взрывного источника.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование низкочастотного электрического и магнитного поля, генерируемого при воздействии взрыва заряда химического ВВ на различные среды. Исследования направлены на выяснение причин и ведущих механизмов возникновения электромагнитных эффектов, а также на получение оценок параметров источников электромагнитных сигналов при взрывах в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Анализ существующих методов и средств измерения электрического и магнитного поля, создание аппаратурного комплекса для регистрации электромагнитных сигналов при воздействии взрыва на среду, окружающую заряд ВВ.

2. Экспериментальное определение характеристик электромагнитных сигналов, генерируемых на различных стадиях процесса взрыва, в широком диапазоне масс зарядов ВВ и в средах, отличающихся по своей структуре и физико-механическим свойствам.

3. Анализ процесса генерации электрического и магнитного поля в сопоставлении с этапами развития взрыва и создание моделей распределения электрических зарядов для описания электромагнитных сигналов, наблюдаемых в экспериментах. Получение оценок параметров источника электромагнитного поля на основе обработки экспериментальных данных.

4. Поиск эмпирических зависимостей, связывающих параметры возникающего электрического и магнитного поля с массой заряда ВВ и другими характеристиками взрыва. Поиск методов оценки параметров пылегазового облака взрыва по наблюдениям за возмущениями электрического поля при взрывах заряда ВВ на поверхности грунта и взрывах на выброс.

5. Анализ механизмов возникновения электромагнитных эффектов и оценка их вклада в генерацию электрического и магнитного поля при взрывах химических ВВ в различных средах.

6. Экспериментальное определение характеристик электрической поляризации образцов горных пород при динамическом нагружении в широком диапазоне давлений.

7. Разработка модели электрической поляризации горной породы при взрыве в среде с нарушениями сплошности для численного моделирования электромагнитных сигналов при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта и подземных взрывах.

Научная новизна и значимость работы. Полученные экспериментальные данные определенно доказывают, что при взрывах зарядов химических ВВ происходит генерация электромагнитного поля. Взрывы в средах, отличающихся по своим свойствам, приводят к возникновению электромагнитных эффектов, имеющих различную физическую природу. Вопросы, возникающие при изучении этих электромагнитных эффектов, требуют привлечения физических методов и подходов, относящихся к разным областям физики, и находятся на стыке этих областей. На данном этапе исследований не существует адекватной теории генерации электрических и магнитных полей • при воздействии взрыва зарядов ВВ на среду, а основным источником сведений об электромагнитных эффектах являются данные экспериментальных } исследований, эмпирические зависимости и модели, построенные на базе этих данных. Решение задач, поставленных в работе, позволило получить но- , вые знания об электромагнитных эффектах и механизмах генерации электромагнитных сигналов при воздействии взрыва на различные среды.

Анализ экспериментальных данных, полученных в сериях взрывов зарядов ВВ в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах, позволил выявить отличия и характерные черты, присущие сигналам электрического и магнитного поля для трех вышеуказанных случаев размещения зарядов ВВ.

Впервые проведены систематические исследования характера убывания амплитуды электромагнитных сигналов с расстоянием и зависимости от полярного угла при взрывах в воздухе, на поверхности грунта и подземных взрывах.

Предложены модели распределения электрических зарядов в пространстве, с помощью которых были описаны сигналы электромагнитного поля при взрывах в различных средах. Предложены методы оценки параметров этих моделей на основе обработки записей электромагнитных сигналов, полученных в экспериментах. Расчеты параметров электромагнитных сигналов • показывают, что характер убывания сигналов с расстоянием от заряда ВВ, а также зависимость от полярного угла, могут изменяться в зависимости от ус- ) ловий проведения экспериментов. Определены критические расстояния, на которых эти изменения проявляются. ,

Разработана модель электрической поляризации горной породы при взрыве в среде с нарушениями сплошности. Показано, что наличие структурных неоднородностей в горном массиве оказывает определяющее влияние на генерацию электромагнитного поля при подземном взрыве.

Предложен новый метод оценки концентрации и массы частиц грунта в пылегазовом облаке взрыва, основанный на регистрации возмущений электрического поля атмосферы в ближней зоне взрыва.

Получены эмпирические зависимости величины электрического заряда пылегазового облака от массы заряда ВВ, диаметра воронки выброса и глубины заложения для взрывов на поверхности грунта и взрывов на выброс.

Практическая значимость работы. Результаты экспериментальных исследований, проведенных в полевых условиях с помощью приборного комплекса разработанного для регистрации электромагнитных сигналов при взрывах зарядов ВВ в различных средах, показывают, что данный комплекс может использоваться для решения более широкого круга геофизических задач, таких как, исследование электромагнитных эффектов, связанных с сейсмической активностью, процессами деформации и разрушения скальных пород в горных выработках.

Практическая ценность работы связана с решением ряда задач, возникающих при проведении массовых взрывов на добывающих карьерах и оценке экологических последствий этих взрывов. Разработанная в работе методика оценки концентрации и массы частиц грунта в пылегазовом облаке взрыва может быть полезной для установления размеров санитарно-защитных зон карьеров по фактору запыленности, а также общего количества выбросов аэрозольных частиц в атмосферу при разработке карьеров открытым способом.

Результаты совместной регистрации электромагнитных и сейсмических сигналов от промышленных взрывов дают возможность более точного, чем по сейсмическим данным, определения момента начала взрыва при детальном изучении характеристик сейсмовзрывных полей с целью описания пространственных особенностей волновых движений и оценки параметров трасс распространения сейсмических сигналов. Точное определение времени начала взрыва важно для интерпретации записей сейсмических сигналов при промышленном взрыве, который имеет сложную пространственную конфигурацию зарядов ВВ и систему временных задержек между подрывами групп скважин и блоков. Регистрация сигналов электрического и магнитного поля, проводимая в ближней зоне карьера с помощью разработанного комплекса аппаратуры, позволяет определить момент начала взрыва с точностью, превышающей 1 мс.

Обзор литературы. Рассмотрим состояние и основные направления исследований, связанных с генерацией электрических и магнитных полей при воздействии взрыва на различные среды. Рассмотрение начнем с методов и средств регистрации электромагнитных сигналов при взрывах зарядов ВВ, поскольку выбор измерительных средств во многом определяет качество экспериментальных результатов.

Методы измерения электрического и магнитного поля. При проведении измерений напряженности электрического поля в слабо проводящих средах используется целый ряд методов [1-19], которые можно разделить на три обширные группы. К первой из них относятся методы, в которых напряженность электрического поля оценивается по величине электрического заряда, индуцируемого измеряемым полем на поверхности проводника. Ко второй группе - по разности потенциалов между электродами, находящимися в исследуемом поле. К третьей группе - по влиянию поля на массовое движение электронов или ионов естественной или искусственной природы. Третья группа методов весьма широка - она включает в себя, по утверждению работы [17], более 15 методов, используемых для измерения электрического поля на разных высотах в атмосфере.

Заметим, что исследование электрического и магнитного поля, генерируемого при взрывах зарядов химических ВВ с массой 1 кг и более, в большинстве случаев проводится на открытом воздухе в полевых условиях. Поэтому ниже основное внимание будет уделено тем методикам и приборам, которые позволяют проводить измерения в приземном слое атмосферы Земли и поверхностном слое грунта при размещении аппаратуры на ее поверхности. Широкое распространение на геофизических станциях получили электростатические флюксметры, основанные на использовании соотношения между величиной электрического заряда, индуцируемого на поверхности проводника, и измеряемым полем. Традиционно электростатические флюкс-метры с механической модуляцией используются для измерения напряженности электрического поля (чаще всего вертикальной компоненты) в приземном слое атмосферы в диапазоне частот 0 - 10 Гц [1-7,11,12].

В ИДГ РАН производилась детальная проработка методики измерения электрического поля электростатическим флюксметром с целью повышения быстродействия данного прибора [6, 9, 14]. В результате разработан и выпущен в мелкой серии прибор ИНЭП-М (измеритель напряженности электрического поля) для частотного диапазона 0 - 200 Гц (против 0 - 10 Гц в его прототипе - приборе ИНЭП).

Для измерения электрического поля в более высокочастотном диапазоне (от единиц Гц до сотен кГц и выше) предпочтение отдается антенным методам, обладающим высоким быстродействием, высокой чувствительностью и надежностью. Сущность антенной методики заключается в том, что приемный электрод в виде проводника той или иной формы погружается в измеряемое поле и принимает потенциал определенной точки пространства. Методика расчета антенного метода разработана Огава [8]. Методика принципиально проста, однако технические трудности возникают при согласовании чрезвычайно высокого импеданса антенны с входом электронного тракта.

Основным недостатком измерительных систем, построенных на использовании модели Огавы, является достижение корректной работы только при постоянной величине электропроводности окружающей среды. При изменении атмосферных условий изменяется электропроводность, изменяется коэффициент передачи измерителя и на низких частотах возникает фазовая погрешность при измерении вариаций поля. В [13], к примеру, описан аэростатный измеритель напряженности электрических полей на высотах 20-40 км. Не случайно, что в паспорте прибора коэффициент передачи электрометра указан для определенной проводимости среды (антенный метод широко применяется и при ракетно-космических измерениях [10, 15-17]).

В случае применения антенного метода измерений напряженности электрического поля существенное значение имеет геометрия приемного электрода - антенны, а именно его площадь и расстояние до поверхности нулевого потенциала. Именно геометрия приемных электродов определяет долю емкостных и ионных токов в процессе измерения: для площади пластин 280 см2 и подъеме приемного электрода на 5 см над поверхностью земли нижняя граничная частота составляет 0,01 Гц только при расчете на емкостные токи антенны [9]. Ниже этой частоты работают ионные токи, а вклад емкостных токов незначителен. Для корректных измерений в этом случае следует применять методику симметричных полей [9]. Методика подобна компенсационным методам в электротехнике, только в случае её применения компенсируются не токи, напряжения или сопротивления, а поля в пространстве. Для измерений в области частот 1 Гц и выше можно применять электрометры, рассчитанные по модели Огавы [8].

Механические деформации в поверхностных слоях земной коры порождают изменение картины электрического поля, которое можно зарегистрировать с помощью приёмных металлических электродов. При изучении мед-ленноменяющихся электрических полей в грунте используют неполяризую-щиеся электроды [18,19].

Выбор средств для магнитных измерений, так же как и для измерений электрического поля, в каждом случае определяется конкретными задачами. Приборы, предназначенные для измерения модуля вектора магнитной индукции или его составляющих, носят название магнитометров и их можно подразделить по принципу действия, назначению, амплитудному и частотному диапазону или условиям эксплуатации. Измерители механического типа являются простыми и достаточно надёжными приборами и могут применяться для измерения постоянных и медленно меняющихся полей. Измеритель с вращающейся рамкой является по существу генератором и ЭДС, наводимая в нем, пропорциональна индукции измеряемого поля [20]. Магнитометр с постоянным магнитом, подвешенным на кварцевой нити (магнитометр Боброва) достаточно прост, однако подвержен механическим воздействиям и, так же как и предыдущий тип обладает низким быстродействием [21].

Магнитометры без движущихся частей являются, как правило, более надёжными и во многих случаях обладают более высокими параметрами. Из них следует выделить квантовые магнитометры, принцип действия которых основан на квантовых эффектах, возникающих при взаимодействии микрочастиц с магнитным полем: ядерном магнитном резонансе (ЯМР), электронном парамагнитном резонансе, эффекте Джозефсона.

ЯМР-магнитометры являются абсолютными приборами, т.к. измеряемый в них параметр-частота свободной прецессии ядер водорода жёстко связан с индукцией измеряемого магнитного поля через гиромагнитную постоянную [22]. Чувствительность ЯМР-магнитометров достаточно высока (доли нТл), ' но быстродействие невелико - одно измерение занимает несколько секунд. Высокую чувствительность имеют квантовые магнитометры, в которых ори- I ентация магнитных моментов рабочего вещества производится с помощью оптической накачки [23]. Эти магнитометры используются для измерений > индукции магнитного поля от 10"14 Тл до единиц Тл при решении задач магнитной разведки полезных ископаемых, в космических исследованиях и т.д.

По параметрам чувствительности (до 10"16 Тл) не имеют себе равных сверхпроводящие магнитометры, основанные на эффекте Джозефсона [24]. Основной недостаток таких приборов - необходимость применения криогенных устройств для охлаждения чувствительного элемента. Редко находят применение магнитооптические магнитометры, использующие эффект вращения поляризации света в магнитном поле [20]. Однако, линейная зависимость угла поворота плоскости поляризации света от магнитной индукции и практическая безинерционность магнитооптического эффекта обуславливают перспективность применения этого метода для измерения импульсных магнитных полей.

Гораздо более широко распространены магнитометры на принципе электромагнитной индукции. Это приборы пассивного типа, способные реагировать только на изменение магнитного поля, и активные индукционные магнитометры, основными из которых являются феррозондовые магнитометры (или просто "феррозонды"). В феррозондах используется принцип модуляции измеряемого поля частотой накачки, которая производится за счёт периодического изменения проницаемости fi магнитопровода, на котором расположена измерительная катушка [25]. Феррозондовые магнитометры обладают достаточно высокой чувствительностью (десятки пТл) и способны измерять поле начиная с нулевой частоты. Недостатком феррозондов является относительно невысокая верхняя граничная частота, лимитированная частотой накачки.

Широкое распространение в практике измерений получили пассивные ■" индукционные магнитометры, регистрирующую производную от вариаций магнитного поля. Магнитометры просты, надёжны и в диапазоне частот от долей герц до десятков килогерц превосходят по чувствительности феррозондовые магнитометры. Необходимость интегрирования выходных сигна-' лов пассивных индукционных магнитометров сравнительно легко преодолевается применением электронных интеграторов, не ухудшающих соотношение сигнал/шум [26]. При прочих равных условиях чувствительность пассивного индукционного магнитометра как измерителя производной от магнитной индукции поля возрастает с ростом частоты. Это обстоятельство с успехом может быть использовано в тех случаях, когда амплитуда магнитной вариации падает с ростом частоты. Отсутствие шумов Баркгаузена в пассивных индукционных магнитометрах также выгодно отличают их от феррозондов.

Широкое применение при измерении магнитных полей нашли магнитометры, использующие гальваномагнитные эффекты-магнитометры с магни-торезисторами, магнитодиодами, магнитотранзисторами и датчиками Холла [27-28]. Многие из них имеют низкую чувствительность, однако, этот недостаток может быть прёодолён методическими приёмами [29]. Магнитометры на гальваномагнитном эффекте используются часто для измерения сильных магнитных полей высокой интенсивности в технике и удобны для осуществления локальных измерений, т.к. обладают малыми габаритами. Магнитометры, использующие эффект Холла, способны работать с неизменным коэффициентом передачи в очень широком диапазоне частот от нулевой частоты до десятков мегагерц. С помощью магнитометров Холла могут быть осуществлены компонентные измерения.

Естественное электрическое и магнитное поле Земли. Регистрируемые во время проведения взрывов зарядов химических ВВ сигналы электрического и магнитного поля представляют собой суперпозицию естественного поля в данной точке земной поверхности и поля, генерируемого непосредственно взрывом заряда ВВ [30-32,14]. Изучение фоновых составляющих электрического и магнитного поля на экспериментальной площадке является важным элементом исследования электромагнитных эффектов при взрывах химических ВВ.

Данные многолетних измерений электрических характеристик атмосферы вблизи поверхности Земли указывают на существование электриче

А л ского поля порядка 10 В/м и электрического тока порядка 10" А/и [33]. Эти параметры определяются в так называемых условиях хорошей погоды, т.е. при отсутствии в районе наблюдений низкой облачности, грозы, сильного ветра, тумана, мороси, метели. Согласно современным представлениям [25, 33-35] основным источником атмосферного электрического поля являются грозовые облака, которые действуют как токовые генераторы. Возможно, что они являются не единственными генераторами электрического поля. Не до конца выяснена роль генераторов, действующих в верхних слоях атмосферы (ионосферы и магнитосферы), облаков слоистых форм, конвективного токового генератора, действующего в пограничном слое атмосферы.

Электрическое поле в атмосфере, как и всякое электрическое поле, можно охарактеризовать в любой его точке значением потенциала, обусловленного всеми электрическими зарядами, которые имеются как на поверхности Земли, так и в атмосфере. Зная распределение потенциала в атмосфере, можно найти для любой точки напряжённость электрического поля. В общем случае для описания электродинамических процессов в атмосфере привлекаются уравнения Максвелла [36]. Однако, во многих случаях бывает достаточно рассмотреть только такие электрические поля, которые принадлежат низкочастотному диапазону и являются квазистатическими, за исключением может быть полей, генерируемых некоторыми быстропротекающими процессами во время молниевых разрядов. Более того, для описания многих процессов в нижних слоях атмосферы считают, что можно ограничиться решением одномерных задач [33].

В естественных условиях в атмосфере потенциал электрического поля, вообще, растет с высотой, а так как за положительное направление нормали мы обычно принимаем направление от земной поверхности, то градиент потенциала будет положительным. Для того, чтобы не иметь дела с отрицательными значениями напряженности естественного электрического поля, вместо последней часто пользуются градиентом потенциала. Возможен и другой подход: в задачах атмосферного электричества за положительное направление вектора напряжённости электрического поля принимается направление сверху вниз.

Распределение электрического поля атмосферы в различных ее частях неодинаково. Применение подъемных средств и летательных аппаратов позволило изучить структуру электрического поля в нижнем слое атмосферы [37-39]. Среднее значение вертикальной компоненты напряжённости электрического поля Ez вблизи поверхности земли приблизительно равно 130 В/м и зависит от широты точки наблюдения и орографии местности. Наибольшие значения Ez наблюдаются в широтах авроральной зоны, к полюсам и экватоpy Ez убывает [34]. С удалением от поверхности Земли величина Ez уменьшается и уже на высотах 5-10 км не превышает единиц В/м. В работах [37, 40] анализировались вертикальные профили электрического поля и концентрации ядер конденсации. Выяснилось, что изменение с высотой напряженности электрического поля и концентрации ядер конденсации часто бывает подобным.

Вблизи поверхности Земли существует слой атмосферы, описание электрических процессов в котором отличается от описания этих процессов в свободной атмосфере. В приземном слое атмосферы существенное влияние на распределение электрических характеристик оказывают турбулентные процессы обмена, свойства подстилающей поверхности, наличие аэрозольных частиц и поверхностных источников радиоактивных веществ. С приземным слоем атмосферы связан электродный эффект, который обусловлен изменениями в механизме электрического тока вблизи поверхности проводника [2-5, 34]. Толщина электродного слоя составляет от единиц до сотен метров [34]. Наиболее изученными являются два случая: классический и турбулентный электродные эффекты [41,42].

Присутствие аэрозоля в атмосфере существенным образом сказывается на электрических характеристиках атмосферы, таких как электропроводность, напряженность электрического поля, плотность электрического тока [43,44]. Наличие аэрозольных частиц приводит и к изменению концентрации легких ионов обоих знаков. В работе [41] рассмотрено влияние аэрозольных частиц на структуру электродного слоя. Существенное влияние на электрические характеристики атмосферы оказывает и запыленность воздуха, которая, снижая проводимость, весьма резко увеличивает поле, что проявляется в характере изменения электрического поля в течение суток [34]. Особенно ярко влияние запыленности воздуха и присутствия в нем разнообразных по химическому составу аэрозолей проявляется в крупных городах [34,44 - 48].

Влияние повышенного радиационного фона грунта на изменение напряженности электрического поля экспериментально изучалось в [49]. Измерения Ег, проводившиеся вблизи испытательного полигона в штате Невада показали, что в условиях хорошей погоды (измерения проводились летом 1962 года) значение Ег на поверхности грунта приблизительно составляет 30 В/м. Величина напряженности электрического поля увеличивалась по мере увеличения высоты над поверхностью и достигала значения 100 В/м на высоте порядка 1 км. При этом уровень радиационного фона превышал примерно в десять раз уровень нормального значения фона. Влияние некоторых источников ионизации воздуха и повышенного радиационного фона на изменение напряженности электрического поля в приземном слое атмосферы рассмотрено в работах [44, 50].

Все элементы атмосферного электричества испытывают временные вариации различных масштабов. Наиболее характерными из них являются суточные вариации напряженности электрического поля. В работе [4] эти вариации разделены на три основных типа в зависимости от места наблюдений и сезона. Наряду с суточными вариациями существуют и короткопериодные вариации элементов атмосферного электричества, отражающие турбулентные процессы в приземном слое атмосферы. Так, исследования пульсаций вертикальной компоненты напряженности электрического поля в диапазоне частот 0,001 - 1 Гц показали, что спектральная плотность этих пульсаций изменяется с частотой по степенному закону [51-53]. Одновременно флуктуации элементов атмосферного электричества могут быть вызваны процессами выпадения дождя, грозами и многими другими метеорологическими процессами.

Изменения во времени магнитного поля, обусловленные существованием как внутренних, так и внешних по отношению к поверхности Земли источников магнитного поля, имеют очень широкий частотный диапазон. Магнитные вариации с характерными временами ~ тысяч лет (вековые вариации) обусловлены процессами в жидком ядре Земли и тесно связаны с механизмом генерации магнитного поля Земли. Магнитные вариации с характерными временами от секунды и ниже обусловлены электрическими токами в ионосфере и магнитосфере Земли [54, 55]. Интенсивность и форма этих вариаций зависят от широты местности, времени суток и года. Обычно их делят на спокойные (солнечно-суточные), возмущенные вариации и короткопериод-ные колебания. Несмотря на то, что вклад внешних источников в общее магнитное поле очень мал (единицы процентов в наиболее активные периоды), он будет существенным для наблюдений за геомагнитным полем в течение времени порядка секунд, минут или часов, благодаря его динамическим свойствам.

Короткопериодные колебания (КПК) представляют собой микропульсации магнитного поля Земли с периодами от 0,2 до 500 с и амплитудами от 0,1 до 50 нТл. Они существуют как в спокойные, так и в возмущенные периоды. КПК разделяются на правильные периодические колебания (.Рс) и иррегулярные (Р,), и далее на подгруппы в зависимости от величины периода колебаний [56]. Некоторые типы КПК сопровождают магнитные возмущения и наблюдаются преимущественно в высоких широтах, другие генерируются исключительно при спокойном магнитном поле. В отдельных случаях КПК с почти одинаковой амплитудой наблюдаются многие часы, а другие типы КПК носят характер цугов, разделенных спокойными интервалами. КПК есть следствие различных типов ультранизкочастотных электромагнитных волн, которые генерируются в магнитосфере и ионосфере [56]. Статистические свойства КПК магнитного поля изучались в работе [57]. Рассматривая переменное геомагнитное поле как нестационарный процесс, состоящий из детерминированной, главным образом периодической, и случайной компонент в работе использованы статистические методы обработки сигналов.

КПК магнитного поля индуцируют в верхних проводящих слоях земной коры электрические токи, которые регистрируются с помощью электродов, установленных в поверхностном слое грунта. Периоды и все морфологические особенности токов подобны КПК магнитного поля. Поэтому в исследованиях используются данные как по магнитной, так и по электрической составляющим КПК.

К одним из наиболее мощных источников возмущений естественного электрического и магнитного поля Земли относятся электрические разряды, которые наблюдаются во время гроз [34, 58-64], пылевых бурь [65, 66], извержения вулканов [67, 68], а также во время проведения ядерных взрывов [69-72] и крупных химических взрывов [73]. Наиболее изученными являются разряды в грозовых облаках. Грозовой разряд начинается, когда напряженность электрического поля достигает напряженности пробоя - около 106 В/м во влажном воздухе с каплями воды [63]. Разряд обычно состоит из двух частей. Главная часть, во время которой происходит основное выделение энергии, - возвратный разряд. Характерные параметры однократного разряда таковы [58-64]: пиковый ток лежит в пределах от 10 до 20 кА и достигается через 5-10 мкс после начала возвратного разряда. Время спада тока до половины его максимального значения - от 20 до 50 мкс. Электрический заряд, который переносится во время разряда, составляет ~ 10-30 Кл. В работах [64, 74, 75,] используется целый ряд моделей усредненных возвратных разрядов, которые позволяют получить форму импульсов тока, напряженности электрического поля, а также рассчитать изменение амплитуды импульсов электрического поля с расстоянием. При этом показано, что основной вклад на расстояниях г < 20 км дает электростатическое поле, а на расстояниях г > 100 км - радиационное поле [61, 64, 76]. Энергетический спектр сигналов электрического поля, генерируемых электрическими разрядами, довольно широк и охватывает диапазон частот от единиц Гц до единиц МГц, но максимум энергетического спектра приходится на область частот 10-100 кГц [64].

Генерация электрического и магнитного поля при взрывах. Исследование явлений, сопровождающих взрыв заряда химического взрывчатого вещества, проводилось в связи с изучением газодинамических процессов, механического действия взрыва, геофизических проблем, а также при решении многих прикладных задач. Изучению электромагнитных эффектов при взрывах зарядов химических ВВ уделялось гораздо меньше внимания.

При взрыве заряда ВВ происходит не только формирование газодинамического поля, но и генерация электромагнитного поля в довольно широком диапазоне частот: от квазистатических полей до полей мегагерцового диапазона и оптического излучения (инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое [77-80]). Электромагнитные эффекты, сопровождающие взрывы в средах, отличающихся по своей структуре и физико-механическим свойствам, имеют различную физическую природу. На начальной стадии взрыва можно выделить, по крайней мере, три процесса, связанных с генерацией электрического и магнитного поля: детонация ВВ, движение продуктов взрыва и распространение ударной волны в окружающей заряд ВВ среде. Каждый из этих процессов сопровождается электромагнитными эффектами, которые вносят свой вклад в генерацию сигналов электрического и магнитного поля, наблюдаемых при взрывах. Следующая фаза электромагнитных явлений связана с распространением сейсмовзрывных волн. При этом в проводящем грунте возникают электрические заряды и токи, которые вызывают возмущения электрического и магнитного поля (сейсмоэлектрические и сейсмомагнитные явления) [81-89]. Особенно заметные эффекты наблюдаются при прохождении сейсмовзрывных волн через границы раздела и те участки среды, где изменяются физико-механические, электрические и магнитные характеристики горной породы [89, 90-92]. Распространение в атмосфере воздушной ударной волны взрыва также сопровождается электромагнитными эффектами. В фазе сжатия воздушной ударной волны происходит изменение концентрации ионов и заряженных частиц аэрозолей, что приводит к возмущениям электрического поля в приземном слое атмосферы Земли [93]. Акустическая волна, возникающая при проведении крупных взрывов, может достигать нижней границы ионосферы и приводить к возбуждению ионосферной плазмы и сопровождающим эти возмущения электромагнитным эффектам [94-98].

Генерацию электромагнитных полей при ядерных взрывах следует выделить в отдельную группу, поскольку в этом случае возникает ряд электромагнитных эффектов, связанных со спецификой протекающих ядерных реакций. В одной из первых работ [99], посвященных этому вопросу, и последовавшей за ней целой серии работ [100-109] показано, что взаимодействие импульса ионизирующего излучения взрыва и окружающего воздуха приводит к возбуждению электромагнитного поля. В процессе формирования электромагнитного излучения участвуют все составляющие излучения ядерного взрыва: мгновенное гамма-излучение, рентгеновское излучение, запаздывающее гамма-излучение радионуклидов, а также гамма-кванты и заряженные частицы, возникающие при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах химических элементов воздуха. При взаимодействии гамма-квантов с молекулами воздуха появляются электроны, движущиеся вдоль распространения гамма-квантов, что приводит к поляризации среды и возникновению электрического поля. Основной вклад в систему образовавшихся электрических токов создается комптоновскими электронами.

В случае изотропного источника и однородной среды электромагнитное поле наблюдается лишь в зоне токов, однако, реально существующая асимметрия источника и неоднородности среды приводят к излучению электромагнитных волн. Частотный диапазон излучаемых волн довольно широк и захватывает мегагерцовый и килогерцовый диапазоны, а наиболее долгожи-вущие компоненты электромагнитного поля имеют длительность до десятков миллисекунд [109].

Другой механизм генерации электромагнитных сигналов был предложен в работе [110] и связан с процессом расширения сильно нагретой плазмы взрыва в геомагнитном поле Земли. Возникающие электрические токи приводят к вытеснению геомагнитного поля из ионизованной области. Возникновение и последующая релаксация электрических токов создают геомагнитные возмущения и низкочастотное электромагнитное излучение [111-115, 108,109].

Особенности генерации электромагнитного поля при ядерных взрывах на больших высотах в ионосфере, а также вблизи поверхности земли и под землей рассмотрены в работах [108,109, 88,116-122].

Взрывы зарядов химических взрывчатых веществ в воздухе. Одно из первых упоминаний об электрических эффектах при взрыве зарядов ВВ относится к 1952 г [123, 124]. При инициировании ВВ с помощью взрывателя, питаемого от батарей, было замечено, что между двумя проводниками, ведущими от электродетонатора, во время детонации заряда ВВ могут возникать чрезмерно высокие напряжения. Это привело к необходимости исследования электрических потенциалов, возникающих вблизи зарядов ВВ во время взрыва и после него. Как было установлено, электрические сигналы фиксируются в течение нескольких миллисекунд и состоят из положительного импульса, за которым следует отрицательный импульс или наоборот. Амплитуда сигналов достигала значений ~2*103 В [123,124].

В работе [125] исследовался процесс распространения ударных волн в твердых телах с использованием взрывов небольших количеств ВВ. В процессе проведения опытов были зарегистрированы электрические помехи, для изучения которых были поставлены дополнительные эксперименты по изучению электромагнитных возмущений взрыва. Для регистрации электрической составляющей возмущений использовались штыревые антенны длиной 10 см. Заряды из азида свинца и других взрывчатых веществ подрывались на металлических и диэлектрических плитах. Во всех опытах наблюдался электрический импульс длительностью несколько миллисекунд. Максимум сигнала наблюдался приблизительно через 50 мкс после взрыва заряда взрывчатого вещества. Автор считает, что наиболее вероятное объяснение эффекта состоит в следующем. При взрыве образуется ионизированный слой воздуха за фронтом ударной волны, в котором из-за различной подвижности электронов и ионов разделяются заряды, что приводит к образованию некоторого эффективного электрического диполя. При увеличении радиуса фронта ударной волны и последующей рекомбинации зарядов изменяется электрический момент диполя и появляется электрическое поле во внешней области взрыва.

Генерация сигналов электрического поля в мегагерцовом диапазоне частот исследовалась в лабораторных экспериментах [126-129] и в большинстве случаев продолжительность записей составляла ~100 мкс. Амплитуда сигналов, зарегистрированных на расстояниях 1 - 5 м, чаще всего выражалась в единицах напряжения, а не в единицах напряженности электрического поля, что затрудняет сравнение данных. Так, в [126] обнаружено коротковолновое радиоизлучение, которое регистрировалось на частотах 3300, 190, 90, 14, 6 МГц и на частотах <1 МГц. Измерения на всех частотах (кроме 3300 МГц) проводились антеннами с /=50-160 см. На частоте 3300 МГц применялась рупорная антенна. Антенны располагались на расстоянии 10-200 см от взрыва. В опытах был использован азид свинца с массой от ОД до 0,4 г, который размещали на деревянном основании на высоте 30 см от бетонного пола. Максимальное значение амплитуды радиоизлучения на расстоянии 40 см от взрыва не превышало 100 мкВ. На частотах выше 90 МГц радиоизлучение не наблюдалось.

В работе [127] изучалась зависимость электрического импульса и коротковолнового радиоизлучения взрыва от количества и способа внесения инертных примесей (гипса, двууглекислого натрия) в заряды взрывчатого вещества. Отмечается, что амплитуда электрических импульсов прямо пропорциональна массе инертных примесей. Наблюдалось коротковолновое радиоизлучение взрыва в интервале частот /=400-500 МГц в виде последовательности кратковременных хаотических всплесков. Увеличение массы взрывчатого вещества приводило к росту числа всплесков, при этом их амплитуда оставалась неизменной. Следует отметить, что в работе недостаточно полно описаны условия проведения опытов, а также метод регистрации сигналов.

В работе [128] было отмечено, что при взрывах зарядов ВВ наряду с высокочастотными сигналами наблюдаются относительно низкочастотные сигналы с длительностью импульса ~1 мс. Для наблюдаемых сигналов характерно уменьшение интенсивности с повышением частоты.

Результаты экспериментального исследования, в которых изучалось влияние способа инициирования заряда ВВ, массы и формы заряда ВВ на характеристики регистрируемого электромагнитного сигнала, представлены в работе [130]. Для регистрации электрического поля использовались двухметровые вертикальные штыревые антенны, работающие в апериодическом режиме. Полоса регистрируемых частот находилась в пределах от 30 Гц до 20 МГц. Взрывы литых зарядов ВВ массой от 1 до 5 кг (ТГ-50/50) проводились на открытой площадке, при этом антенны располагались на расстояниях от 5 до 30 м. Авторы этой работы считают, что определяющим фактором в формировании электромагнитных возмущений является асимметрия взрыва. В случае инициирования заряда электродетонатором асимметрия определяется подводящими проводами, которые могут вносить ее в распределение электрических зарядов. При инициировании огневым способом асимметрия определяется геометрией заряда ВВ. Причиной появления электрических зарядов, создающих электромагнитные возмущения, является электризация разлетающихся продуктов взрыва.

Экспериментальные данные, характеризующие зависимость электрического поля, генерируемого взрывом в воздухе, от параметров взрыва представлены в работах [131-135]. Измерения электрического поля сопровождались регистрацией движения фронта ударной волны и продуктов взрыва с помощью скоростной фотокамеры и системы пьезодатчиков. Напряженность электрического поля измерялась с помощью антенн в частотном диапазоне от

А /

10 Гц до 10 Гц. Эти исследования проводились при взрывах зарядов ВВ с массой 54 г и 660 г [132-134]. Антенны располагались на расстояниях 2,5 м и 3,5 м, при этом максимальная величина регистрируемого электрического поля находилась в пределах от 50 до 300 В/м. В работе [135] показано, что взрывы зарядов ВВ в облолочках приводят к значительному усилению электрического сигнала. В результате обработки экспериментальных данных была получена эмпирическая зависимость напряженности электрического поля от параметров взрыва [134].

Из сопоставления зависимостей изменения во времени импульса электрического поля и радиуса граничной поверхности продуктов взрыва установлено, что осцилляции импульса электрического поля практически повторяют осцилляции границы продуктов взрыва. На основе дальнейшего анализа экспериментальных данных авторы делают вывод о дипольном характере регистрируемого электрического поля.

Следует заметить, что в работах [130-135] измерения электрического поля проводилось, как правило, в одной или двух точках, расположенных на одном из радиальных направлений от заряда ВВ. Систематические исследования убывания электрического поля с расстоянием от заряда ВВ проведены в работе [136]. В экспериментах были использованы четыре - семь электрических антенн [14], расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ. При взрывах зарядов ВВ массой 2 кг регистрация вертикальной компоненты напряженности электрического поля проводилась на расстояниях от 15 м до 80 м. Заряды ВВ в большинстве опытов располагались на высоте 2 м от поверхности грунта. На начальной стадии взрыва заряда ВВ массой 2 - 5 кг в воздухе вертикальная составляющая электрического поля Ег в диапазоне расстояний 15 - 80 м убывает с расстоянием приблизительно пропорционально г~п, где среднее значение п составляет « 3,3 [136, 137]. Наряду с измерениями компоненты Ег электрического поля проводились измерения горизонтальных компонент электрического поля в грунте и трех компонент индукции магнитного поля. Установлено, что при взрывах в воздухе магнитные возмущения и возмущения горизонтальных компонент Ег и Ео электрического поля в грунте заметны лишь в отдельных случаях, а при увеличении высоты размещения заряда ВВ возмущения этих компонент поля практически не выделяются среди фоновых пульсаций магнитного и электрического поля [136,137].

Физическую модель процесса генерации электромагнитного излучения при взрыве зарядов ВВ принципиально возможно создать, по мнению авторов [78, 80], на основе уравнений электромагнитной газодинамики с учетом излучения для общего случая вязкого теплопроводного газа. Однако эта система уравнений слишком сложна для нахождения общего решения задачи, а создание общей физической модели, включающей весь комплекс явлений, приводящих к генерации электрического и магнитного поля, в настоящее время является непреодолимой задачей. Приходится рассматривать лишь набор физических механизмов, которые могут привести к генерации электрического и магнитного поля, и на их основе делать оценки возможных электромагнитных эффектов. Исследователи часто переходят к поэтапному анализу процесса с использованием упрощающих предположений, и основные усилия направляются на выяснение того, какой из возможных механизмов является ведущим в конкретных условиях проведения взрыва [80]. Поэтому на сегодняшний день основным источником сведений об электромагнитных эффектах при взрыве заряда ВВ являются данные экспериментальных исследований, эмпирические зависимости и модели, построенные на базе этих данных.

Обзор физических механизмов генерации электрического поля при взрывах зарядов ВВ в воздухе приведен в работах [80, 138-140]. В этих работах перечислен ряд механизмов генерации электрического поля, связанных с этапами развития процесса взрыва во времени. В настоящий момент механизм генерации электрического поля, носящий качественный характер и учитывающий особенности сигналов, регистрируемых в экспериментах, связан с образованием и разделением в пространстве электрических зарядов, сосредоточенных на продуктах взрыва и твердых частицах [135, 138]. Несимметричный разлет продуктов взрыва и твердых частиц приводит к образованию эффективного дипольного момента облака продуктов взрыва. В работе [141] на основе этой модели проведено численное моделирование генерации электрического поля при взрыве зарядов ВВ массой 3 кг. Дипольный момент вычислялся в приближении осевой симметрии по формулам для однородной среды (без учета зарядов, индуцированных в проводящем грунте) и был направлен вдоль вертикальной оси. Показано, что напряженность электрического поля зависит от двух параметров: радиуса пылинок и общего количества пылинок. При выборе радиуса пылинок 9,5 мкм и их числе, составляющем 11,7% от массы заряда ВВ, можно удовлетворительно описать пространственно-временную зависимость электрического сигнала. Следует заметить, что учет лишь вертикального компонента электрического диполя приводит к убыванию электрического поля с расстоянием пропорционально г3, тогда как в экспериментах электрическое поле, в указанном диапазоне расстояний, убывает несколько быстрее [136,137].

Проведение взрывных экспериментов на открытых площадках и использование низкочастотной аппаратуры показало, что возмущения электрического поля наблюдаются вплоть до десятков секунд при взрывах зарядов ВВ массой единицы килограмм [136, 137]. Эти низкочастотные возмущения обусловлены наличием объемных электрических зарядов в облаке продуктов взрыва.

Взрывы зарядов химических взрывчатых веществ на поверхности грунта. Генерация электрического и магнитного поля при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта рассмотрена в работах [31, 73, 112, 142 - 146]. Во время проведения экспериментов регистрировалась вертикальная составляющая напряженности электрического поля в атмосфере, горизонтальные компоненты электрического поля в грунте и три компоненты индукции магнитного поля. В отличие от взрывов зарядов ВВ в воздухе, при взрывах на поверхности грунта регистрируются заметные возмущения вертикальной компоненты электрического поля в воздухе, горизонтальных компонент электрического поля в грунте и трех компонент магнитного поля. При взрывах зарядов ВВ массой 2 - 5 кг амплитуда сигналов электрического поля, регистрируемых на поверхности грунта на расстояниях 15 - 80 м от заряда, достигает десятков В/м, а амплитуда сигналов электрического поля в грунте составляет десятки мВ/м. Характерный период колебаний полей составляет несколько миллисекунд. Амплитуда компонент магнитного поля достигает десятков-сотен пТл.

При проведении взрывов на поверхности грунта, как и в случае взрывов в воздухе, исследовался закон убывания амплитуды вертикальной составляющей электрического поля от расстояния. Было установлено, что вертикальная составляющая электрического поля в диапазоне расстояний 15 -80 м убывает с расстоянием приблизительно пропорционально г'п, где среднее значение п составляет « 4,1 [136, 137, 146]. Отклонения значений константы п от среднего довольно велики: минимальное значение константы равнялось 3,0, а максимальное - 4,6. На расстояниях от заряда ВВ, значительно превышающих размеры облака продуктов взрыва, характер изменения вертикальной компоненты электрического поля с расстоянием удовлетворительно описывается на основе разложения в ряд по мультиполям [136, 146]. Параметры разложения находятся в результате обработки записей сигналов электрического поля, полученных в эксперименте, на различных расстояниях от заряда ВВ. На близких расстояниях член, содержащий квадрупольный момент, во многих случаях оказывается преобладающим, но с увеличением расстояния поведение электрического поля определяется дипольным моментом системы электрических зарядов, находящихся в облаке продуктов взрыва. Подход, изложенный в работах [136, 146], позволяет моделировать сигналы электрического поля на начальной стадии взрыва заряда ВВ как в случае взрыва на поверхности грунта, так и в случае взрыва воздухе.

Сигналы электрического поля, возникающие при взрыве на поверхности грунта на поздней стадии расширения облака продуктов взрыва и в процессе подъема облака в атмосфере, рассмотрены в работах [31, 73, 142]. При проведении серий взрывов на поверхности грунта было обнаружено, что возмущения электрического поля в атмосфере наблюдаются вплоть до тысяч секунд в зависимости от масштаба взрыва. В [144] на основе комплексной модели взрыва химического ВВ описана картина развития пылегазового облака при взрыве заряда ВВ массой 500 тонн в широком временном интервале: от стадии расширения продуктов детонации до подъема облака на высоту нескольких километров. Частицы раздробленного грунта, которые увлекаются облаком продуктов взрыва, несут на себе электрический заряд, приобретаемый ими в процессе интенсивной деформации и разрушения грунта, в процессе электризации при разрыве контактов твердых тел, а также при контакте с высокотемпературными ПВ. Макроразделение электрических зарядов в атмосфере происходит под влиянием силы тяжести и газодинамических потоков, когда положительные и отрицательные электрические заряды связаны с материальными частицами разных размеров. Макроскопическое разделение электрических зарядов и будет определять возмущения электрического поля в приземном слое атмосферы [31, 73, 137, 142]. В результате величина напряженности электрического поля, обусловленная электрическими зарядами пылегазового облака взрыва массой 100 тонн и более, может превышать 1000 В/м на расстояниях 1 -2 км. Оценки электрических зарядов, находящихся в пылегазовом облаке взрыва, дают значения превышающие 1 Кл [31, 73, 137, 142]. В этих случаях внутри пылегазового облака могут возникать локальные электрические поля, превышающие пробивные значения, и наблюдаться электрические разряды [73].

Процессы разделения электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва имеют общие черты с процессами, происходящими в пылевых бурях и в пепловых тучах при извержении вулканов. Лабораторные эксперименты по раздуванию частиц пепла и пыли, собранных во время пылевых бурь и извержений вулканов, показали, что частицы приобретают электрические заряды [147, 148]. При этом в одних случаях (исследуемые образцы имели различный гранолометрический и химических составы), объемный заряд облака частиц не изменялся в течение всего времени оседания частиц, а в других -наблюдалось изменение знака заряда с течением времени. Исследование распределения электрических зарядов, распыляемых частиц, показывает, что частицы могут нести как положительные электрические заряды, так и отрицательные или быть нейтральными [65,147,149].

Величины объемных электрических зарядов, накапливающихся в пеп-ловых тучах, довольно велики, поскольку при извержениях вулканов нередко наблюдаются молниевые разряды [58, 67, 68, 150-156]. Эффективный ди-польный момент при электрическом разряде в пепловой туче по оценкам работ [153, 154] составляет приблизительно 100 Кл-м, а характерная протяженность разряда составляет 8 - 10 м.

Электрические разряды неоднократно наблюдались при проведении ядерных взрывов [69-72, 157-159]. На начальной стадии взрыва (при проведении взрыва "IVY-MIKE" в первые 10 мс после подрыва возникла молния [159]) физический механизм этого явления связан с образованием и разделением в пространстве больших электрических зарядов в результате взаимодействия гамма-квантов с молекулами воздуха [157-159].

Подземные взрывы зарядов ВВ. Электромагнитные эффекты как и механическое действие взрыва в массиве горной породы существенно отличаются от случая взрыва в воздухе и на поверхности грунта. Электромагнитные эффекты сопровождают процесс развития взрыва и зависят от условий проведения взрыва и характеристик среды, окружающей заряд ВВ. Исследования в полевых и лабораторных условиях [30, 31, 89, 137, 142, 160-186] показывают, что разрушение горной породы сопровождается целым рядом электромагнитных эффектов, характерных именно для подземных взрывов.

При промышленном взрыве на строительстве гидромелиоративного канала в Хорезмской области проводились наблюдения за возмущениями компонент электрического и магнитного поля [160]. Аппаратура для регистрации горизонтальных компонент электрического поля в грунте располагалась в трех пунктах на расстояниях 2,5 км, 3,5 км и 5,5 км от зарядов ВВ. Регистрация проводилась в диапазоне частот 0,001 - 3,5 Гц. Во время наблюдений получены записи возмущений компонент электрического поля общей длительностью 7-11 с, момент возникновения которых совпадает с прохождением сейсмических волн в каждом из пунктов наблюдения. Амплитуда возмущений напряженности электрического поля находилась в пределах от 1 мкВ/м до 10 мкВ/м. Каких-либо возмущений, соответствующих моменту подрыва зарядов ВВ, на записях сигналов выделить не удалось.

Исследования генерации электромагнитного поля при взрывном на-гружении горной породы проводилось также в Средней Азии в пустыне Кы-зылкум на промышленном взрыве мощностью 380 тонн и серии экспериментальных взрывов с массой ВВ до 80 кг [161]. Измерения индукции магнитного поля проводились магнитными рамочными антеннами, установленными в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Регистрация осуществлялась в двух полосах частот: в широкой (3 - 40 кГц) и узкой (10+5-10" кГц). Контроль момента взрыва и характеристик проходящих упругих волн осуществлялся с помощью сейсмоприемников. Развитие внешней картины взрыва фиксировалось кинокамерой.

На промышленном взрыве измерительная аппаратура устанавливалась на расстояниях 4 км и 25 км от зарядов ВВ. Возмущения магнитного поля, сопровождающие промышленный взрыв, зарегистрированы только на ближнем пункте. На дальнем пункте возмущения магнитного поля выделить из фоновых пульсаций не удалось. Сопоставление записей сигналов магнитного поля с киносъемкой и записями сейсмоприемников показали, что возникновение возмущений магнитного поля происходит в период разрушения поверхностного слоя грунта продуктами взрыва и при прохождении сейсмовзрывных волн [161]. Амплитуда сигнала в пункте наблюдения достигала 40 пТл. При проведении серии экспериментальных взрывов на выброс основное внимание было уделено изучению условий возбуждения источников электромагнитных сигналов при прохождении упругих волн. Для этих взрывов в процессе подъема и разрушения грунтового купола возмущения магнитного поля выделить из фоновых пульсаций не удалось (измерительная аппаратура была установлена на расстоянии 200 м от зарядов ВВ).

Авторы работы [161] пришли к заключению, что на начальной стадии взрыва на выброс в грунтах с малым содержанием влаги (в месте проведения взрывов уровень грунтовых вод не был вскрыт до глубины 50 м) природа возбуждения источников электромагнитных сигналов связана с процессами трещинообразования и трения между элементами разрушающейся среды. При распространении упругих волн источники электромагнитных сигналов находятся в локальной зоне, непосредственно примыкающей к пункту наблюдений (с радиусом 10 - 15 м), и обусловлены электризацией частиц грунта при сдвиговой деформации.

В работе [186] представлены результаты регистрации радиальной компоненты электрического поля в грунте при проведении трех подземных химических взрывов. В этих экспериментах заряды ВВ с массой 400 - 500 кг размещались в скважинах, имеющих длину 35 - 45 м [184, 185]. Регистрация сигналов электрического поля проводилась в диапазоне частот от 1 Гц до 5 кГц. Авторы [186] отмечают, что форма полученных сигналов была отлична в каждом из опытов, но записи сигналов электрического поля имеют следующие общие характеристики: 1) сигналы возникают практически сразу после детонации ВВ и их длительность не превышает 10 мс; 2) характерный период изменений сигналов составляет приблизительно 1 мс; 3) процесс генерации сигналов может моделироваться с помощью вертикального электрического диполя. Однако, в [186] не приводятся сигналы, рассчитанные по модели, и нет оценки величины момента электрического диполя.

Систематические исследования генерации электрического и магнитного поля при подземных взрывах представлены в работах [168, 170]. Взрывы зарядов ВВ с массой 0,2 - 200 кг проводились в грунтах отличающихся по физико-механическим свойствам: песке, супеси и граните. Показано, что на начальной стадии подземного взрыва наблюдаются возмущения трех компонент электрического поля (вертикальной компоненты в атмосфере и горизонтальных компонент в грунте) и трех компонент индукции магнитного поля. На записях датчиков, расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ, сигналы электрического и магнитного поля появляются одновременно и до прихода сейсмовзрывных волн в место установки датчиков. Для описания изменения компонент электрического и магнитного поля, регистрируемых непосредственно после детонации ВВ, в качестве источника поля был использован электрический диполь, дипольный момент которого имеет два компонента - вертикальный и горизонтальный [168, 170]. Оценки компонент дипольного момента находятся на основе обработки записей сигналов, зарегистрированных на различных расстояниях от заряда ВВ. Расчеты по модели, выполненные для взрывов в супеси и граните, показывают, что оценки компонент дипольного момента, полученные для взрыва 2 кг ТНТ в граните, более чем на порядок превосходят оценки для взрыва 200 кг в супеси. Из анализа записей сигналов электрического и магнитного поля, полученных в сериях экспериментов при взрывах в различных грунтах, следует, что условия проведения эксперимента и, в частности, физико-механические свойства грунта оказывают существенное влияние на параметры электромагнитных сигналов, генерируемых при подземных взрывах.

Анализ возможных механизмов генерации электромагнитных сигналов при подземных взрывах проводился в ряде работ [117,118, 121, 122,145,167, 169, 186], в которых наряду с химическими взрывами рассматривались и ядерные взрывы. Одной из причин такого рассмотрения является проблема распознавания подземных ядерных взрывов и крупномасштабных взрывов химических ВВ, возникающая при контроле за ядерными испытаниями в рамках международного договора. Поскольку сейсмические методы международной системы мониторинга не позволяют с достаточной надежностью отличить ядерный взрыв от мощного химического взрыва, то остается актуальным поиск альтернативных методов контроля, одним из которых является регистрация электромагнитных сигналов от взрыва [187,188].

На ранней стадии взрыва, когда проявляются эффекты, связанные с существенным различием начальных концентраций энергии при ядерном и химическом взрывах, различие в параметрах электромагнитных сигналов может быть связано с эффектом искажения геомагнитного поля расширяющейся плазмой взрыва. Именно этот эффект часто рассматривается в качестве одной из основных причин генерации электромагнитных сигналов при подземных ядерных взрывах [117, 121, 122, 187, 189, 190]. В работе [187] на основе результатов численного моделирования образования магнитного диполя плазмы, которая расширяется в камуфлетной полости взрыва, показано, что амплитуда магнитного сигнала при ядерном взрыве примерно на два порядка выше, чем при взрыве химического ВВ той же мощности.

Источником электромагнитного поля является также формирующаяся в окружающей среде волна напряжений высокой амплитуды, которая приводит к интенсивной деформации и разрушению горной породы за фронтом волны. При этом возникает целый комплекс электромагнитных эффектов. В работе [186] проведен качественный анализ возможных механизмов (рассмотрено шесть механизмов) генерации сигналов электрического поля при подземных химических взрывах. Во влагонасыщенных породах заметный вклад в генерацию электромагнитных сигналов может дать электрокинетический эффект [191, 192, 180], однако авторы [186] приходят к заключению, что наиболее вероятным является механизм, связанный с процессом разрушения горной породы.

При проведении экспериментальных исследований по ударному на-гружению различных материалов было обнаружено, что на фронте ударной волны возникает скачок потенциала. Обзор исследований по ударной поляризации, приведенный в работе [193], показывает, что этот эффект возникает практически во всех материалах: диэлектриках, металлах, полупроводниках. В магнитных материалах возникают эффекты ударного намагничивания и размагничивания веществ. В некоторых материалах эффект ударной поляризации имеет пороговый характер и наблюдается лишь при высоких давлениях, например, в плексигласе ударная поляризация не наблюдается при давлениях менее 2,7 ГПа [194]. В горных породах поляризация среды наблюдается и при низких давлениях [195, 196]. В работе [122] высказано предположение о том, что при распространении волны напряжений в неоднородной среде, к которым относятся большинство горных пород, поляризация среды может возникать на различных структурных уровнях, включающих широкий диапазон размеров: от отдельных монокристаллов и зерен, малых включений и пустот до крупных трещин и блоков. Так в работах [195, 197, 198] отмечено, что некоторые особенности сигнала ударной поляризации, обусловлены прохождением ударной волны через границы зерен. Однако экспериментальному исследованию поляризации горных пород посвящено малое число работ, и параметры сигналов электрической поляризации для этих случаев еще недостаточно изучены.

Расчеты электромагнитных сигналов, обусловленных поляризацией горной породы при подземном камуфлетном взрыве, проведены в работах [122, 199]. При этом полагалось, что ударная волна имеет форму, близкую к сферической, и распространяется в слабо проводящем грунте, а поляризация среды обладает слабой асимметрией, которая может быть связана с крупномасштабной неоднородностью среды, неравномерным развитием трещиноватоста, асимметрией фронта ударной волны и другими причинами. Введение параметра асимметрии в этих расчетах необходимо потому, что в симметричном случае дипольный момент ударно сжатого вещества будет равен нулю. Расчеты, проведенные в [122, 189, 199] показывают, что при подземном ядерном взрыве вклады эффектов искажения геомагнитного поля расширяющейся плазмой взрыва и поляризации горной породы сопоставимы по величине. Различие в параметрах электромагнитных сигналов, обусловленных этими эффектами, связано, в основном, с поляризацией сигналов, то есть соотношением между отдельными компонентами электромагнитного поля.

Учесть влияние структуры скального массива на поле напряжений в ближней зоне подземного взрыва и затем на параметры поляризации среды удалось в работе [169]. В этой работе рассмотрена релаксационная модель поляризации горной породы, в которой поле напряжений вблизи заряда ВВ рассчитывалось применительно к реальной структуре массива с нарушениями сплошности, в котором проводились эксперименты [168, 170]. Расчеты электромагнитных сигналов, проведенные на основе модели, показали, что сигналы на записях компонент электрического и магнитного поля могут быть обусловлены возрастанием и последующей релаксацией дипольного момента ударно сжатой горной породы на начальной стадии подземного взрыва. Величины дипольных моментов, полученные из модели и полученные на основе обработки экспериментальных записей сигналов, находятся в пределах одного порядка, а в некоторых случаях имеют близкие значения. Расчетные значения амплитуд сигналов электрического и магнитного поля находятся в удовлетворительном согласии с экспериментом. Результаты расчетов дипольного момента электрически поляризованной горной породы и сигналов электрического и магнитного поля показывают, что наличие структурных не-однородностей в горном массиве оказывает существенное влияние на генерацию низкочастотного электромагнитного поля при подземном взрыве.

На поздней стадии подземного взрыва в приземном слое атмосферы наблюдаются низкочастотные возмущения электрического поля, связанные с выходом продуктов взрыва в атмосферу [30, 31,137, 142,166,167]. Наиболее интенсивные возмущения электрического поля наблюдаются при взрывах на выброс. Характерной особенностью этих взрывов является разрушение поверхности горной породы с образованием грунтового купола выброса и последующим прорывом купола расширяющимися продуктами взрыва, что приводит к возникновению в приземном слое атмосферы мощного пылегазо-вого облака. Возмущения электрического поля, наблюдаемые в этом случае, обусловлены движением электрически заряженных купола выброса и пыле-газового облака, и имеют много общего с возмущениями при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта, но есть и существенные отличия в параметрах сигналов электрического поля. В работах [30, 31, 166] отмечено, что форма сигналов электрического поля в сильной степени зависит от параметров заложения заряда ВВ, а также от физико-механических свойств грунта, в частности от его влажности, содержания пылеватых частиц.

При взрывах зарядов ВВ в грунте сигналы электрического поля имеют, как правило, знакопеременный вид. Начальная фаза сигнала характеризуется относительно малым временем нарастания. Продолжительность второй фазы сигнала многократно превосходит продолжительность первой фазы и изменяется приблизительно от 30 с до 800 с при изменении массы заряда ВВ от 0,1 кг до 105 кг. Амплитуды положительной и отрицательной фаз сигнала зависят от глубины взрыва и массы заряда ВВ. Для взрыва на поверхности грунта амплитуда начальной фазы сигнала в несколько раз меньше амплитуды второй фазы сигнала. По мере заглубления заряда ВВ амплитуда как отрицательной, так и положительной фаз сигнала электрического поля увеличивается, проходит через максимум и затем уменьшается, стремясь к нулю.

Модель распределения электрических зарядов в пылегазовом облаке подземного взрыва рассмотрена в работах [30, 31, 137]. Анализ результатов расчетов по этой модели позволил установить зависимости эффективных электрических зарядов пылегазового облака взрыва от основных параметров взрыва (массы заряда ВВ и глубины его заложения). Некоторые механизмы генерации электрического поля в атмосфере при взрыве на выброс были рассмотрены в работе [167]. В частности, был рассмотрен механизм, связанный с разделением электрических зарядов между ионизированными продуктами взрыва и частицами грунта при фильтрации продуктов взрыва в разрушенную среду.

Данные регистрации возмущений электрического поля атмосферы совместно с другими экспериментальными материалами наблюдений при подземных взрывах позволяют получить оценку концентрации и массы пылева-тых частиц в пылегазовом облаке взрыва [142]. Этот метод дает интегральную оценку концентрации частиц и позволяет наблюдать динамику изменения концентрации в процессе развития пылегазового облака взрыва. Использование данного метода оценки концентрации и массы пылеватых частиц при проведении массовых взрывов на открытых карьерах может быть полезным для установления размеров санитарно-защитных зон карьеров по фактору запыленности [200-202], а также для оценки общего количества выбросов аэрозольных частиц в атмосферу при разработке карьеров [202-205].

Вопросы, рассмотренные выше, послужили основой для диссертационных исследований автора. Результаты, полученные автором, опубликованы в работах [6,14,30-32,46-48, 50,52,73,93,136,137,142-146,166-170,195-198, 200-205].

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Экспериментальные результаты, показывающие, что параметры сигналов электрического и магнитного поля, генерируемые на различных стадиях взрыва зарядов химических ВВ, существенно отличаются при взрывах в средах с различными физико-механическими свойствами и структурой. В том числе отличается характер убывания амплитуды сигналов с расстоянием от заряда ВВ.

3. Модель электрической поляризации горной породы с нарушениями сплошности. Результаты расчетов электромагнитного поля на основе модели электрической поляризации горной породы при взрывах на поверхности грунта и подземных взрывах.

4. Эмпирические зависимости, связывающие параметры возникающего электрического поля с массой заряда ВВ и глубиной взрыва.

Содержание и структура работы.

В первой главе приведено описание аппаратурного комплекса, который был разработан для измерений электрического и магнитного поля в полосе частот 0 - 104 Гц и использован во время проведения полевых экспериментов с взрывами зарядов химических ВВ. Рассмотрены характеристики естественного электрического и магнитного поля на ряде экспериментальных площадок, где проводились взрывные эксперименты. Исследованы методы выделения полезного сигнала, зарегистрированного на фоне периодической помехи, многократно превышающей его по амплитуде.

Во второй главе исследовалась генерация электрического и магнитного поля непосредственно после момента детонации зарядов химических ВВ в воздухе. Все эксперименты проводились на открытых площадках, что позволило подробно исследовать характер затухания сигналов с расстоянием и зависимость от азимутального направления от точки размещения заряда ВВ. Рассмотрены модели распределения электрических зарядов в пространстве.

Проведены расчеты сигналов электрического поля по модели и проведено сравнение с экспериментальными данными.

Глава 3 посвящена изучению электромагнитных эффектов при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта. Рассмотрены эффекты, наблюдаемые на начальной стадии взрыва и эффекты, связанные с развитием пылегазового облака в атмосфере на заключительной стадии взрыва. Так же как для взрывов зарядов ВВ в воздухе исследовался характер затухания сигналов с расстоянием, зависимость от азимутального направления от точки размещения заряда ВВ и модели распределения электрических зарядов в пространстве. Наряду с этим проведено исследование возмущений электромагнитного поля, связанных с воздействием ударной волны взрыва на грунт под зарядом ВВ, и расчеты электромагнитных сигналов, обусловленных этим эффектом. Исследована возможность проникновения электрического поля, генерируемого при взрыве крупномасштабного заряда ВВ на поверхности грунта, в верхние слои атмосферы Земли.

В четвертой главе рассмотрены электромагнитные эффекты, возникающие при разрушении и интенсивной деформации горной породы при подземных взрывах. Исследованы электрические и магнитные поля, возникающие непосредственно после момента детонации заряда ВВ и регистрируемые датчиками поля до прихода сейсмических волн в место установки датчиков. Анализируются электрические явления, связанные с подъемом купола выброса и образованием пылегазового облака взрыва в приземном слое атмосферы. Приводятся эмпирические зависимости величины электрических зарядов, содержащихся в пылегазовом облаке, от параметров взрыва. Исследуются физические механизмы, приводящие к генерации электрического и магнитного поля на начальной стадии взрыва, а также ответственные за разделение электрических зарядов между фрагментами горной породы и продуктами взрыва на стадии выброса грунта.

Апробация работы. Результаты исследования, представленные в работе, неоднократно докладывались на семинарах ИДГ РАН, а ранее на семинарах Спецсектора ИФЗ, докладывались на конференциях и симпозиумах: XXII Lunar and planetary science conference (Houston, USA), X Сипозиум по горению и взрыву (ОИХФ РАН, Черноголовка), Международный аэрозольный симпозиум (НИХФИ, Москва), Физические проблемы экологии (МГУ, Москва), Международная конференция - Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в XXI век (ИПКОН РАН, Москва), III International workshop on magnetic, electric and electromagnetic methods in seismology and volcanology (MEEMSV; Moscow: Geoelectromagnetic Research Institute RAS). Публиковались в отечественных и зарубежных журналах: ДАН СССР, Изв. АН СССР. Физика Земли, Физика горения и взрыва, Геомагнетизм и аэрономия, ФТПРПИ, Вопросы радиационной безопасности, Геоэкология, Геология и геофизика, Journal of geophysical research.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Соловьев, Сергей Петрович

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Исследования, проведенные в полевых и лабораторных условиях, позволили сформировать приборный комплекс для регистрации электрических и магнитных полей при динамических воздействиях на различные среды. В приборный комплекс включены аппаратурные средства и методики, хорошо зарекомендовавшие себя в процессе проведения экспериментов с химическими взрывами в течение продолжительного времени.

Экспериментальные результаты, полученные с помощью приборного комплекса, показали, что данный комплекс может использоваться для решения более широкого круга геофизических задач, таких как исследование электромагнитных эффектов, связанных с сейсмической активностью, процессами деформации и разрушения скальных пород в горных выработках.

2. Сигналы электрического и магнитного поля, регистрируемые во время экспериментов, представляют собой суперпозицию естественных и техногенных полей, характерных для данной экспериментальной площадки, и поля, генерируемого при взрыве заряда ВВ. Исследование характеристик фоновых составляющих электрического и магнитного поля в месте проведения экспериментов является важной составной частью анализа сигналов, генерируемых при взрывах зарядов химических ВВ.

3. Разработаны новые методы очистки сигналов электрического и магнитного поля от помех промышленной частоты. Проведенные расчеты показали, что предложенная методика позволяет надежно выделять сигнал из смеси с периодической помехой, многократно превышающей его по амплитуде, а так же достоверно оценивать амплитуду выделенного сигнала независимо от расположения выборочных точек на сигнале.

4. Взрыв в воздухе сопровождается генерацией электрического и магнитного поля. Возмущения вертикальной компоненты напряженности электрического поля, Ez, возникают до прибытия сейсмических и акустической волн взрыва в место установки датчиков поля и наблюдаются вплоть до десятков секунд при массах зарядов ВВ от 0,1 кг до 3 кг. Амплитуда сигналов Ez(t) достигает сотен В/м на приведенных расстояниях г/Ст = 10-20 м/кгш от заряда ВВ. Возмущения на записях горизонтальных компонент электрического поля и компонент магнитного поля заметно превышают фоновые значения лишь при взрывах вблизи поверхности грунта и становятся практически неразличимыми при увеличении высоты размещения заряда ВВ.

5. Сигналы на записях вертикальной компоненты электрического поля не являются периодическими. Форма сигнала Ez(t) подобна в опытах, проведенных в одинаковой постановке (тип ВВ, масса и форма заряда ВВ, точка инициирования, высота подвеса заряда ВВ). Время нарастания переднего фронта сигнала лежит в пределах 0,3 - 1 мс при взрывах зарядов ВВ массой 2 - 3 кг. Резкое увеличение амплитуды сигнала Ez(t) начинается не сразу после детонации заряда ВВ: существует интервал времени <1 мс, когда амплитуда сигнала мала по сравнению с последующими значениями. В части опытов сигналы имеют знакопеременный вид, характерное время изменения сигнала Ez(t) составляет несколько миллисекунд.

На записях вертикальной компоненты электрического поля, полученных на различных расстояниях, сигналы возникают в один и тот же момент времени после детонации заряда ВВ. Во всех опытах обнаруживается сходство в форме сигналов Ez(t), зарегистрированных на разных расстояниях от заряда ВВ. На различных направлениях от заряда ВВ сигналы имеют одинаковую полярность и подобную форму. При этом отличия в значениях амплитуд сигналов, зарегистрированных на разных направлениях, может достигать «2.

6. Исследование характера убывания электрического поля с расстоянием, проведенное в сериях опытов на различных экспериментальных площадках, показало, что электрическое поле убывает с расстоянием обратно пропорционально f, где среднее значение константы а составляет «3,3.

7. Электрический диполь, имеющий вертикальный и горизонтальный компоненты, может быть использован в качестве модели распределения электрических зарядов в облаке продуктов взрыва заряда ВВ в воздухе. Оценки компонент дипольного момента определяются на основе записей сигналов Ez(t), полученных в четырех и более точках, расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ. Сигналы, рассчитанные по модели в зависимости от расстояния и полярного угла, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными. Данная модель позволяет выявить особенности поведения сигналов Ez(t) при взрывах зарядов ВВ в воздухе, поскольку компоненты дипольного момента pz(t) и px(t) оказывают различное влияние на величину Ez(t) при изменении расстояния и полярного угла.

8. Распространение воздушной ударной волны в приземном слое атмосферы сопровождается локальными возмущениями атмосферного электрического поля. Эффект обусловлен наличием в приземном слое атмосферы объемного электрического заряда, связанного с разницей в концентрациях положительно и отрицательно заряженных тяжелых ионов, частиц аэрозоля и пыли. Увеличение плотности воздуха за фронтом ударной волны и последующее ее уменьшение в фазе разряжения приводит к локальному изменению плотности объемного электрического заряда, которое проявляется в возмущениях электрического поля.

9. При взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта генерируется электрическое и магнитное поле. Сигналы на записях трех компонент электрического поля и трех компонент магнитного поля регистрируются непосредственно после детонации заряда ВВ и до прибытия сейсмических волн и акустической волны взрыва в место установки электромагнитных датчиков. Характерный период колебаний полей составляет несколько миллисекунд.

На записях вертикальной компоненты электрического поля, полученных на различных расстояниях, сигналы возникают в один и тот же момент времени после детонации заряда ВВ. В опытах обнаруживается сходство в форме сигналов Ez(t), зарегистрированных на разных расстояниях от заряда ВВ. Амплитуда сигналов Ez(t) достигает сотен В/м на приведенных расстояниях гЮт = 10-20 м/кг1/3 от заряда ВВ. На различных направлениях от заряда ВВ, в большей части проведенных опытов, сигналы имели одинаковую полярность и приблизительно подобную форму. Отличия в значениях амплитуд сигналов в один и тот же момент времени может достигать «2. В отдельных случаях все же наблюдались отличия в полярности сигналов по одному из выделенных направлений.

10. На основе обработки записей сигналов Ez(t), полученных на различных расстояниях от заряда ВВ, установлено, что электрическое поле убывает с расстоянием обратно пропорционально f, где среднее значение константы а составляет «4,1.

На начальной стадии взрыва для описания сигналов электрического поля на расстояниях много больших размеров облака ПВ следует использовать такую модель распределения электрических зарядов в облаке взрыва, в которой выражение для электрического поля содержит как дипольные, так и квадрупольные члены. Оценки компонент дипольного и квадрупольного моментов определяются на основе записей сигналов Ez(t), полученных в четырех и более точках, расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ. Сигналы Ez(t), рассчитанные по модели в зависимости от расстояния и полярного угла, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными.

11. Анализ результатов экспериментов с взрывами зарядов ВВ на поверхности грунта позволяет считать, что электрические заряды, содержащиеся в ПВ, в газе, ионизованном ударной волной, и находящиеся на частицах разрушенного грунта, являются источником возмущений электрического поля в атмосфере и не приводят к заметным возмущениям магнитного поля. Наблюдающиеся в экспериментах возмущения магнитного поля и электрического поля в грунте обусловлены источниками, находящимися в грунте и связаны с воздействием УВ на грунт под зарядом ВВ.

12. Низкочастотные возмущения вертикальной составляющей электрического поля, наблюдающиеся на поздней стадии взрыва на поверхности грунта, обусловлены процессами разделения электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва. После формирования кратера поднимающееся облако ПВ захватывает крупные и мелкие частицы грунта. При этом происходит макроскопическое разделение электрических зарядов в пространстве, когда положительные и отрицательные электрические заряды связаны с материальными частицами разных размеров. На стадии подъема облака происходит накопление электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва. Релаксация электрического заряда пылегазового облака связана с осаждением заряженных частиц в гравитационном поле и рассеянием облака воздушными атмосферными потоками. При проведении наблюдений при взрывах на поверхности грунта, возмущения электрического поля в атмосфере регистрировались в течение периодов времени от десятков секунд до тысяч секунд в зависимости от масштаба взрыва.

13. Для описания возмущений электрического поля на поздней стадии взрыва достаточно использовать модель, в которой распределение электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва заменяется двумя эффективными электрическими зарядами, расположенными на разных высотах от поверхности земли. Сигналы Ez(t), рассчитанные по модели на различных расстояниях от заряда ВВ, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными. На основе обработки записей Ez(t) с использованием этой модели были получены оценки эффективных электрических зарядов в пыле-газовом облаке взрыва для массы зарядов ВВ в диапазоне от 0,023 кг до 106 кг. Для взрыва заряда ВВ массой 5-106 кг оценки электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва дают значения порядка 1 Кл. Получены эмпирические зависимости абсолютной величины Q электрического заряда пылегазового облака от массы С заряда ВВ (Q ~ С0 65 ) и диаметра D воронки выброса (Q -D1'0).

14. Разработан новый метод оценки концентрации и массы пылеватых частиц в пылегазовом облаке взрыва, основанный на регистрации возмущений электрического поля атмосферы в ближней зоне взрыва. Оценка концентрации частиц зависит от используемой модели распределения электрического заряда в пылегазовом облаке, а также от распределения частиц по размерам. Этот метод дает интегральную оценку концентрации частиц и позволяет наблюдать динамику изменения концентрации в процессе развития пылегазового облака взрыва.

15. Исследована возможность проникновения электрического поля, генерируемого при взрыве крупномасштабного заряда ВВ на поверхности грунта, в ионосферу с учетом проводимости атмосферы. Полученные оценки показывают, что сигнал от облака взрыва может превзойти фоновые пульсации поля в нижней ионосфере, если масса заряда ВВ превышает 106 кг.

16. При подземных взрывах зарядов химических ВВ сигналы электрического и магнитного поля возникают непосредственно после детонации заряда ВВ и до прихода сейсмических и акустических волн в место установки датчиков поля. Характерное время изменения сигналов электрического и магнитного поля при взрывах зарядов ВВ массой 2 - 200 кг лежит в области миллисекундных колебаний, изменения амплитуды сигналов со временем не является периодическим. Время нарастания переднего фронта сигналов, зарегистрированных в большей части проведенных опытов, лежит в пределах 0,2 - 0,5 мс.

17. Анализ записей сигналов, полученных в сериях экспериментов при взрывах в различных грунтах, показывает, что условия проведения эксперимента и, в частности, физико-механические свойства грунта, оказывают существенное влияние на параметры электромагнитных сигналов, генерируемых при подземных взрывах. Сигналы электрического и магнитного поля, регистрируемые после детонации заряда ВВ в гранитном массиве, многократно (отношение сигнал/шум >10) превосходят по амплитуде средние значения фоновых пульсаций для исследованного диапазона расстояний от заряда ВВ (г/Ст = 4-25 м/кг1/3). При подземных взрывах в супеси сигналы электрического и магнитного поля характеризуются малыми значениями отношения сигнал/шум для большей части проведенных опытов. Абсолютные значения амплитуд сигналов в супеси также заметно меньше, чем в граните. Однако, для исследованного диапазона расстояний характер изменения компоненты Ег с расстоянием от скважины является общим при взрывах в супеси и в граните: в обоих случаях с увеличением расстояния от скважины меняется полярность сигнала.

18. Не конкретизируя механизм генерации электрических зарядов, показано, что на начальной стадии развития подземного взрыва модель электрического диполя, имеющего две компоненты pz и рх, может быть использована для описания изменения компонент электрического и магнитного поля, наблюдаемых в экспериментах. Оценки компонент дипольного момента определяются на основе обработки записей сигналов Ez(t), полученных с помощью четырех и более электрических антенн, расположенных на различных расстояниях от заряда ВВ. Сигналы электрического и магнитного поля, рассчитанные по модели в зависимости от расстояния г и полярного угла в, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными.

Сравнение оценок компонент электрического диполя также показывает, что параметры источника электромагнитных сигналов при взрывах в различных грунтах существенно отличаются: оценки компонент pz и рх, полученные для взрыва 2 кг ТНТ в граните, более чем на порядок превосходят оценки для взрыва 200 кг в супеси.

19. Установлено, что одним из основных механизмов генерации электрического и магнитного поля при взрывном разрушении и интенсивной деформации горной породы являются поляризационные эффекты. Разработана релаксационная модель электрической поляризации горной породы, которая в дальнейшем была использована для численного моделирования сигналов электрического и магнитного поля при взрывах зарядов ВВ на поверхности грунта и подземных взрывах. В основу модели положен эффект возникновения разности потенциалов в деформируемых образцах из непьезоэлектрических материалов, который был обнаружен при динамическом нагружении широкого класса веществ.

20. Константы, входящие в модель электрической поляризации были определены из экспериментов по ударному нагружению образцов горных пород. Исследование электрической поляризации образцов гранита были проведены в широком диапазоне давлений от единиц МПа до десятков ГПа. Экспериментально показано, что гранит поляризуется как при высоких, так и при малых давлениях в волне сжатия, в отличие от некоторых диэлектриков, для которых этот эффект имеет пороговый характер - поляризация не наблюдается при малых давлениях.

21. В рамках модели электрической поляризации горной породы поле напряжений вблизи заряда ВВ рассчитывалось применительно к реальной структуре массива, в котором проводились эксперименты. Показано, что наличие в массиве нарушений сплошности приводит к сложной структуре зон разрушения скальной породы, асимметрии поля напряжений и, как следствие, к возникновению электрического дипольного момента ударно сжатой среды. Величины дипольных моментов, полученные из модели и полученные на основе обработки экспериментальных записей сигналов, находятся в пределах одного порядка, а в некоторых случаях имеют близкие значения. Расчетные значения амплитуд сигналов электрического и магнитного поля находятся в удовлетворительном согласии с экспериментом. Результаты расчетов дипольного момента электрически поляризованной горной породы и сигналов электрического и магнитного поля показывают, что наличие структурных неоднородностей в горном массиве оказывает существенное влияние на генерацию низкочастотного электромагнитного поля при подземном взрыве.

22. На поздней стадии подземного взрыва в приземном слое атмосферы наблюдаются низкочастотные возмущения электрического поля, связанные с выходом продуктов взрыва в атмосферу. Наиболее интенсивные возмущения электрического поля наблюдаются при взрывах на выброс. Установлено, что форма сигналов электрического поля в сильной степени зависит от параметров заложения заряда ВВ, а также от физико-механических свойств грунта, в частности от его влажности, содержания пылеватых частиц. Возмущения электрического поля обусловлены движением электрически заряженных купола выброса и пылегазового облака и имеют много общего с возмущениями при взрывах на поверхности грунта, но есть и существенные отличия в параметрах сигналов электрического поля.

Сигналы электрического поля имеют, как правило, знакопеременный вид. Начальная фаза сигнала характеризуется относительно малым временем нарастания. Продолжительность второй фазы сигнала многократно превосходит продолжительность первой фазы. При неизменной массе заряда ВВ амплитуды положительной и отрицательной фаз сигнала зависят от глубины взрыва. По мере заглубления заряда ВВ амплитуда как отрицательной, так и положительной фаз сигнала Ez(t) увеличивается, проходит через максимум и затем уменьшается, стремясь к нулю.

23. Для описания распределения электрических зарядов в пылегазовом облаке подземного взрыва может быть использована модель подобная модели для взрыва на поверхности грунта. В этой модели распределение электрических зарядов в пылегазовом облаке взрыва заменяется двумя эффективными электрическими зарядами, расположенными на разных высотах от поверхности земли. Сигналы Ez(t), рассчитанные по модели на различных расстояниях от заряда ВВ, находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными.

На основе обработки записей Ez(t) с использованием этой модели были получены оценки эффективных электрических зарядов в пылегазовом облаке

1 fi взрыва для массы зарядов ВВ в диапазоне от 10" кг до 10 кг. Получены эмпирические зависимости абсолютной величины Q электрического заряда пылегазового облака от массы С заряда ВВ при фиксированной приведенной глубине взрыва: Q ~ С0,5.

24. Исследования, представленные в диссертационной работе, показывают принципиальную возможность определения параметров источника электрического и магнитного поля при проведении подземных взрывов. Результаты исследований могут быть использованы при разработке критериев, определяющих тип взрывного источника, послужить базой для развития электромагнитного метода контроля и его аппаратурного обеспечения.

В заключение выражаю свою глубокую благодарность В.В. Адушкину за постоянное внимание, поддержку и помощь на протяжении всех этапов исследований и выполнения этой работы. Выражаю признательность соавторам опубликованных работ А.А. Спиваку, В.В. Шувалову, A.M. Будкову, А.И. Гончарову, В.В. Суркову за помощь в исследованиях и обсуждении полученных результатов.

Благодарю JI.M. Перника, Д.Н. Локтева, В.И. Барышева, Л.Л. Ваага, А.С. Полетаева, Б.А. Иванова, В.И. Куликова, В.В. Гарнова, И.С. Свинцова и многих сотрудников ИДГ РАН с кем вместе автор бывал в экспедициях, проводил экспериментальные исследования и обсуждал результаты.

Заключение

В диссертационной работе проведено комплексное исследование электромагнитных явлений, возникающих при воздействии взрыва зарядов химических ВВ на среды, отличающиеся по своей структуре и физико-механическим свойствам. Обширный экспериментальный материал, представленный в работе, позволил установить ряд закономерностей, лежащих в основе рассматриваемых явлений, проанализировать взаимосвязь различных эффектов. Ряд положений и выводов находит практическое применение.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Соловьев, Сергей Петрович, Москва

1. Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы. - М.: Гостехиздат, 1957. - 483 с.

2. Chalmers J.A. Atmospheric Electricity, 2d ed. N.Y.: Pergamon, Tarry town, 1967.-516 p.

3. Чалмерс Дж.А. Атмосферное электричество. Jl.: Гидрометеоиздат, 1973. -384 с.

4. Israel Н. Atmospheric Electricity. Jerusalem: Israel Program for Sci. Transl. 1970. Vol. 1.317 p.

5. Красногорская H.B. Электричество нижних слоев атмосферы и методы его измерения. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 322 с.

6. Красногорская Н.В., Мельников В.А., Рыбин В.В., Соловьев С.П. Методы измерения электрических полей в атмосфере // Электромагнитные поля в биосфере.- М.: Наука, 1984. Т.1. С. 246-257.

7. Афиногенов Л.П. и др. Аппаратура для исследования приземного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 319 с.

8. Ogawa Т. Analysis of measurement techniques of electric fields and currents in atmosphere // Contr. Geophys. Inst. Kyoto Univ. 1973. No.13. P. 111-137.

9. Барышев В.И. Методика симметричных полей для регистрации градиента потенциала в слабопроводящих средах // Динамические процессы во внутренних и внешних оболочках земли. М.:ИДГ РАН, 1995. С. 167-174.

10. Таммет X. Ф., Сеппер Э. Ф. К теории электростатического флюксметра // Труды ГГО. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. Вып. 97. С. 97-100.

11. Хрущинский А. А. К измерению электрического поля на баллонах // Энергичные частицы в авроральной магнитосфере. Апатиты: 1977. С. 24-29.

12. Соловьёв С.П., Барышев В.И., Вааг J1.J1. и др. Аппаратурный комплекс для регистрации низкочастотных электрических и магнитных полей // В сб.: Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. С. 609-621. М.: ИДГ РАН. 2002.

13. Неррпег J.P., Е.А. Btelecki, T.L. Aggson and N.G. Maynard. Instruments for DC and low frequency electric field measurements on ISEE-A // IEEE. Trans. Geoci. Electron. 1978. ge-16. P. 253-259.

14. Maynorrd N. C., Croskey C. L., Mitchell J. D., Hall L. C. Measurtments of volt/meter vertical electric fields in the middle atmosphere // Geophys. Res. Lett. 1981. No.8. P. 923-926.

15. Moser F. S. Analyses of techniques for measuring DC and AC electric fields in the magnetosphere // Space Sci. Rev.1973. No.14. P. 272-313.

16. Краев А. П. Основы геоэлектрики. JI.: Недра, 1965. - 588 с.

17. Якубовский Ю.В., Ляхов Л.Л. Электроразведка. М.: Госгеолтехиздат, 1956. - 360 с.

18. Сергеев В. Г., Шихин А. Я. Магнитоизмерительные приборы и установки. -М.: Наука, 1982. -324с.

19. Бородин П. М. Ядерный магнитный резонанс в земном магнитном поле. -Л.: Из-во ЛГУ, 1967.- 184 с.

20. Bloom A. L. The operated optical pumping magnetometer// Applied Optics, vl,№l, 1962, p. 61-68.

21. Cohen D., et al. Report of the Low-Field Group; The Magnetocardiogram, Francis Bitter National Magnet Laboratory, M. I. Т., December 1975. 73 p.

22. Gordon D. I., et al. Flux-gate sensor of High Stability for Low Field Magne-tometry // IEEE, Trans. Magn., 1968, Mag-4, p.397.

23. Мизюк JI. Я. Входные преобразователи для измерения напряжённости низкочастотных магнитных полей. Киев.: Наукова думка, 1964. - 127 с.

24. Хомерики О. К. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.28.0wstan С. N. A Hall-Effect magnetometer for small magnetic Field // J. Scient. Instrum. 1967. Vol. 44. No. 9. P. 804-817.

25. Барышев В. И. Магнитометр. А. С. №1568010.

26. Адушкин В.В., Соловьёв С.П. Возмущения электрического поля атмосферы в ближней зоне подземного взрыва // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1989. №3. С. 51-59.

27. Adushkin V.V., Soloviev S.P. Generation of low-frequency electric fields by explosion crater formation // J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. No. B9. P. 20165-20173.

28. Соловьев С.П., Харламов B.A. Выделение полезного сигнала, зарегистрированного на фоне периодической помехи // В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2003. Т. 2. С. 338345.

29. Атмосфера. Справочник. JI.: Гидрометеоиздат, 1991. - 510 с.

30. Тверской П. Н. Атмосферное электричество. JL: Гидрометеоиздат, 1949. - 252 с.

31. Морозов В. Н. Модели глобальной атмосферо-электрической цепи. ВНИИМГИ-МЦД. Обзорная информация, вып. 8. Обнинск. 1981.

32. Морозов В.Н. О физико-математическом моделировании процессов в нижних слоях атмосферы Земли. Труды ГГО, 1984, вып. 484, с. 84-91.

33. Имянитов И. М., Чубарина Е. В. Электричество свободной атмосферы. -JL: Гидрометеоиздат, 1965. 239 с.

34. Материалы наблюдений напряженности электрического поля атмосферы на различных высотах по данным зондирования 1964 г. JL: Гидрометео-издат, 1965. - 68 с.

35. Материалы наблюдений напряженности электрического поля атмосферы на различных высотах по данным зондирования 1966 1970 гг. - J1.: Гид-рометеоиздат, 1973. - 49 с.

36. Чубарина Е. В. Связь электрического поля атмосферы с ядрами конденсации. Труды ГГО. 1964. Вып. 157, С. 20 - 24.

37. Hoppel W.A. Theory of electrode effect // J. Atm. Terrest. Phys. 1967. Vol. 29. No. 4. P. 709-721.

38. Willet J.C. An analysis of the electrode effect in the limit of strong turbulent mixing//J. Geophys. Res. 1978. Vol. 83. No. CI. P.402-408.

39. Брикар Дж. Влияние радиоактивности и загрязнений на элементы атмосферного электричества. Труды III международной конференции по электричеству атмосферы и космического пространства. JL: Гидрометеоиздат, 1969. С. 68- 104.

40. Смирнов В.В. Ионизация в тропосфере. Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат, 1992. - 383 с.

41. Петров А.И., Петрова Г.Г., Панчишкина И.Н. Влияние индустриального загрязнения воздушного бассейна на электропроводность атмосферы в Ростове-на-Дону. Труды ГГО. 1990. Вып. 527, С. 41-43.

42. Спивак А.А., Адушкин А.В., Овчинников В.М., Соловьев С.П., Ферапонтова Е.Н. Геофизические поля в условиях мегаполиса// Докл. РАН. 1993. Т. 332. №5. С. 641-643.

43. Адушкин В.В., Спивак А.А., Овчинников В.М., Соловьев С.П. Возмущение геофизической среды мегаполисом // В сб.: Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений. С. 178-191. М.: ИДГ РАН. 1994.

44. Адушкин В.В., Спивак А.А., Овчинников В.М., Соловьев С.П., Спунгин В.Г. Геоэкологический контроль за геофизическими полями мегаполиса // Геоэкология. 1995. №2. С. 44-56.

45. Price Е.Т., Whitson A.I. The variation of potential gradient with altitude above ground of high radioactivity//J. Geophys. Res. 1964. Vol. 69. No.14, P. 28952898.

46. Адушкин B.B., Соловьев С.П., Спивак A.A. Электрические и радиационные характеристики приземного слоя атмосферы на территории ПО "Маяк"//Вопросы радиационной безопасности. 1998. №3. С. 3-9.

47. Yerg D. G., Johinson К. R. Short-period fluctuation in fair-whether electric field // J. Geophys. Res. 1974. Vol. 79. No.15. P.2177 2184.

48. Красногорская H.B., Соловьев С.П. Электрическое поле атмосферы Земли ИНЧ диапазона. // Электромагнитные поля в биосфере.- М.: Наука, 1984. Т.1.С. 66-71.

49. Анисимов С. В., Мареев Е.А. Спектры пульсаций электрического поля приземной атмосферы // ДАН. 2001. Т. 381. №1. С. 107 112.

50. Акасофу С.П., Чепмен С. Солнечно-земная физика. М.: Мир, 1974. Т.1. -384 с.

51. Акасофу С.П., Чепмен С. Солнечно-земная физика. М.: Мир, 1975. Т.2 -512 с.

52. Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. - 205 с.

53. Дубровский В.Г., Аширова Н.Г., Крамаренко С.А. Стохастическая модель переменного геомагнитного поля, методы анализа и оценки возмущенно-сти. // Геомагнитная активность и ее прогноз. М.: Наука. 1978. С. 77-93.

54. Юман М.А. Молния. М.: Мир, 1972. - 327 с.

55. Юман М.А. Естественнвя и искусственно инициированная молнии и стандарты на молниезащиту // ТИИЭР. 1988. Т.76. №12. С. 5-26.

56. Вгоок М. et al. Artificial initiation of lighting discharges // J. Geophis. Res. 1961. Vol.66. P. 3967-3969.

57. MacGorman D.R., Rust W.D. The electrical nature of storms. N.Y.: Oxford University Press, 1998. - 422 p.

58. Вильяме Э.Р. Электризация грозовых облаков // В мире науки. 1989. №1. С. 34-44.

59. Бейтуганов М.Н., Медалиев Х.Х. Электрические разряды в воздухе в присутствии водяных капель // Труды Высокогорного геофиз. Ин-та. 1973. Вып. 24. С. 87-90.

60. Блиох В.П., Николаенко А.П., Филиппов Ю.Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости земля ионосфера. Киев.: Наукова думка. 1977. - 200 с.

61. Kamra А.К. Measurement of the electrical properties of dust storms // J. Geophis. Res. 1972. Vol.77. No.30. P.5856-5869.

62. Катга А.К. Electrification in an Indian dust storm // Weather. 1969. No. 24. P. 145-146.

63. Мархинин E.K., Аникеев Ю.А., Гранник B.M. и др. Извержение вулкана Тятя на Курильских островах в июле 1973 года // Геология и геофизика. 1974. №10. С. 20-31.

64. Brook М., Moore С.В. Lightning in volcanic clouds // J. Geophis. Res. 1974. Vol.79. No. 3. P. 472-475.

65. Hill R.D. Lightning induced by nuclear bursts // J. Geophis. Res. 1973. Vol.78. No.27. P.6355-6358.

66. Williams E.R., Cooke C.M., Wright K.A. The roule of electric space charge in nuclear lightning//J. Geophis. Res. 1988. Vol. 93. No. 2. P.1679-1688.

67. Uman M.A., Seacord D.F., Price G.H., Pierce E.T. Lightning induced by thermonuclear detonations // J. Geophis. Res. 1972. Vol.77. No. 9D. P. 1591-1596.

68. Young G.A. A lightning strike of an underwater explosion plume // US Naval Ordnance Laboratory. NOLTR 61-43. Mar. 1962.

69. Соловьев С.П., Сурков В.В. Электростатическое поле и молнии, возникающие в пылегазовом облаке продуктов взрыва // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т. 41. №1. С. 68-76.

70. Jones D.LI. Electromagnetic radiation from multiple return strokes of lightning //JATP. 1970. Vol. 32. P. 1077-1093.

71. Pierce E.T. Excitation of earth ionosphere resonances by lightning flashes // J. Geophis. Res. 1963. Vol.68. No. 13. P. 4125-4127.

72. Watt A.D. VLF radio engineering. Pergamon press, 1967. - 701 p.

73. Андреев С.Г., Бабкин A.B., Баум Ф.А. и др. Физика взрыва. М.: Физмат-лит, 2002. Т. 1. - 823 с.

74. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А. и др. Физика взрыва. М.: Физмат-лит, 2002. Т. 2. - 648 с.

75. Цикулин М.А., Попов Е.Г. Излучательные свойства ударных волн в газах. -М.: Наука, 1977.- 121 с.

76. Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве // Изв. АН СССР. Сер. географ, и геофиз. 1944. Т.8, №4. С. 133-150.

77. Knopoff E.L. The interaction between elastic waves motion and magnetic field in electrical conductors //J. Geophis. Res. 1955. Vol. 60. No. 4. P. 617-629.

78. Kaliski S. Solution of the equation of motion in a magnetic field for an isotropic body in an infinite space assuming perfect electric conductivity // Proc. of Vibr. Probl. 1960. Vol. 1. No. 3. P. 53-67.

79. Гульельми А. В. Возбуждение колебаний электромагнитного поля упругими волнами в проводящем теле // Геомагнетизм и аэрономия. 1986. Т. 27. №3. С.467-470.

80. Гульельми А. В., Рубан В. Ф. К теории индукционного сейсмомагнитного эффекта// Изв. АН СССР. Физика Земли. 1990. №5. С. 47-54.

81. Сурков. В. В. Возмущения внешнего магнитного поля продольной акустической волной // Магнитная гидродинамика. 1989. №2. С. 9-12.

82. Makik J., Fitzhugh R., Hormuth F. Electromagnetic signals from underground nuclear explosions // Los Alamos National Laboratory. Los Alamos, New Mexico. LA-10545-MS. 1985.

83. Соболев Г. А., Демин В. M. Механоэлектрические явления в Земле. М.: Наука, 1980.-215 с.

84. Martner, S. Т., Sparks N. R. The electroseismic effect // Geophysics. 1959. XXIV. No. 2. P. 297-308.

85. Кузнецов O.JI., Кокорев A.A., Мигунов Н.И., Селезнев JI. Д. Определение границ кимберлитовых тел сейсмоэлектрическим методом // Изв. Вузов. Геология и разведка. 1986. №4. С. 113-117.

86. Мигунов Н.И. О сейсмоэлектрическом эффекте рудных тел // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1987. №11. С. 99-108.

87. Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрические возмущения в приземном слое атмосферы, обусловленные воздушной ударной волной // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30, № 1. С. 117-121.

88. Гинсбург В. JI., Рухадзе А. А. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука, 1975.-255 с.

89. Ратклифф Дж. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. М.: Наука. 1975.-296 с.

90. Гульельми А. В. Волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. - 139 с.

91. Сорокин В. М., Федорович Г. В. Физика медленных МГД-волн в ионосферной плазме. М.: Энергоатомиздат. 1982. 135 с.

92. Galperin Yu., Hayakawa M. On the magnetospheric effects of experimental ground explosions observed from AUREOL-3 //J. Geomag. Geoelectr. 1996. Vol. 48. P. 1241-1263.

93. Компанеец A.C. Радиоизлучение атомного взрыва // ЖЭТФ. 1958. Т.35. №6. С. 1538-1544.

94. Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей (Электромагнитный импульс ядерного взрыва): Сб. статей / Пер. с англ. O.K. Петренко; под ред. Давыдова. М.: Воениздат, 1974. 236 с.

95. Latter R, Herbst R.F., Watson К.М. Detection if nuclear explosions // Annual Rev. ofNucl. Sci. 1961. No. 11. P. 371-375.

96. Gilinsky V., Kompaneet's model for radio emission from nuclear explosions Phys. Rev. 1965. Vol. 137A. No. 1. P. 50-55.

97. Gilinsky V., Peebls G. The development of radio signal from a nuclear explosion in the atmosphere // J. Geophys. Res. 1968. Vol. 73. No. 1. P. 405-414.

98. Медведев Ю.А., Степанов Б.М., Федорович Г.В. Электрическое поле, возбуждаемое в воздухе импульсом гамма-квантов // ПМТФ. 1970. №4. С. 3-8.

99. Виленская Г.Г., Имшеник B.C. Медведев Ю.А., Степанов Б.М., Феоктистов Л.П. Электромагнитное поле, возбуждаемое в воздухе нестационарным источником гамма-излучения, находящимся на идеально проводящей плоскости//ПМТФ. 1975. №З.С.18-26.

100. Горбачев Л.П., Матрончик А.Ю. Об использовании граничных условий Леонтовича для расчета электромагнитного излучения от нестационарного гамма-источника//ПМТФ. 1986. №1. С. 24-29.

101. Троицкая В.А. Эффекты земных токов, вызванные высотными атомными взрывами//Изв. АН СССР. Сер. Геофиз. 1960. №9. С. 1321-1327.

102. Физика ядерного взрыва: В 2 т. Том 1. Развитие взрыва / МО РФ. Центральный физико-технический институт. М.: Наука. Физматлит, 1997. -528 с.

103. Физика ядерного взрыва: В 2 т. Том 2. Действие взрыва / МО РФ. Центральный физико-технический институт. М.: Наука. Физматлит, 1997. -256 с.

104. Лейпунский О.И. О возможном магнитном эффекте при высотных взрывах атомных бомб // ЖЭТФ. 1960. Т. 38. №1. С. 302-304.

105. Компанеец А.С. Радиоизлучение атомного взрыва. II // В кн.: Физико-химическая и релятивистская газодинамика. Сб. статей. С. 83-91. М.: Наука. 1977.

106. Karzas W.J., Letter R. The electromagnetic signal due to the interaction of nuclear explosions Earth's magnetic field // J. Geophys. Res. 1962. Vol. 67. No. 12. P. 1919-1926.

107. Федорович Г.В. Диамагнетизм проводников, движущихся в магнитном поле//ПМТФ. 1969. №2. С. 55-61.

108. Бодулинский В.К., Медведев Ю.А. Электромагнитное возмущение, создаваемое расширяющейся идеально проводящей сферой в магнитном поле//ПМТФ. 1969. №6. С. 102-104.

109. Горбачев Л.П. Разлет плазменного облака в однородном магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1984. №4. С. 81-87.

110. Holzer R.E. Atmospheric electrical effects of nuclear explosions // J. Geophys. Res. 1972. Vol. 77. No.30. P. 5845-5855,

111. Zablocki, C.J. Electrical transients observed during underground nuclear explosions//;. Geophys. Res. 1966. Vol. 71. No. 14. P. 3523-3542.

112. Sweeney J. J. An investigation of the usefulness of extremely low-frequency electromagnetic measurements for treaty verification // Report UCRL-53899, Lawrence Livermore Natl. Lab., Livermore, Ca, 1989. 60 p.

113. Sweeney, J. J. Low-frequency electromagnetic measurements as a zero-time discriminant of nuclear and chemical explosions // Report UCRL-ID-126780, Lawrence Livermore Natl. Lab., Livermore, Ca, 1996. 23 p.

114. Горбачев Л.П. и др. Генерация геомагнитных возмущений нестационарными источниками высоких энергий. М.: МИФИ, 2001. - 356 с.

115. Сурков В.В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ, 2000. - 448 с.

116. Cook М.А. The Science of High Explosive. N. Y: Reinhold, 1959. - 440 p.

117. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. М.: Недра, 1980. - 454 с.

118. Kolsky, Н., Electromagnetic waves emitted on detonation of explosives. // Nature. 1954. V.173, No. 4393. P. 77-86.

119. Takakura T. Radio noise radiation on the detonation of explosive // Publication of the Astronomical Society of Japan. 1959. Vol.7. No.4. p. 210-220.

120. Anderson W.H., Long C.L. Electromagnetic radiation from detonating solid explosives // J. Appl. Phys. 1965. Vol. 36, No.4. P. 1494-1495.

121. Шаль P. Физика детонации. // Физика быстропротекающих процессов. М.: Мир. 1971. Т.2. С. 276-349.

122. Воронин А.П., Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Коротковолновое радиоизлучение и ударная волна взрыва // ДАН СССР. 1970. Т. 192, №1. С. 67-70.

123. Горшунов JI.M, Кононенко Г.П., Сиротинин Е.И. Электромагнитные возмущения при взрывах//ЖЭТФ. 1967. Т.53. Вып.3(9). С. 818-821.

124. Воронин А.П., Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Взрыв во внешнем электрическом поле // Письма в ЖЭТФ. 1968. Т. 8. №4. С. 169-173.

125. Воронин А.П., Вельмин В.А., Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Экспериментальное изучение электромагнитного поля в ближней зоне при взрывах конденсированных ВВ // ПМТФ. 1968. №6. С. 99-103.

126. Воронин А.П., Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Электрический импульс и пульсации объема продуктов взрыва заряда ВВ // ДАН СССР. 1972. Т.206, №3. С. 580-583.

127. Воронин А.П., Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Обобщенный электрический импульс и динамика разлета продуктов взрыва зарядов ВВ // Физика горения и взрыва. 1973. Т.9. № 4. С. 541-551.

128. Воронин А.П., Капинос В.Н., Кренев С.А. О физическом механизме генерации электромагнитного поля при взрыве зарядов конденсированного ВВ. Результаты экспериментальных исследований // ФГВ, 1990. №5. С. 117-123.

129. Соловьёв С.П. Электрическое и магнитное поле, возникающее при взрывах зарядов ВВ в воздухе и на поверхности грунта // В сб.: Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. С. 231-253. М.: ИДГ РАН. 2002.

130. Адушкин В.В., Соловьев С.П. Генерация электрического и магнитного поля при воздушных, наземных и подземных взрывах// ФГВ. 2004. Т. 40. №6. С. 42-51.

131. Воронин А.П., Капинос В.Н., Кренев С.А., Минеев В.Н. О физическом механизме генерации электромагнитного поля при взрыве зарядов конденсированного ВВ. Обзор литературы // ФГВ. 1990. №5. С. 110-116.

132. Герценштейн М.Е., Сиротинин Е.И. О природе электрического импульса взрыва // ПМТФ. 1970. №2. С. 72-75.

133. Медведев Ю.А., Степанов Б.М. Основные результаты исследований электромагнитных явлений при взрывах зарядов В В // Метрология быс-тропротекающих процессов. М.: Атомиздат. 1977. С. 27-46.

134. Ерохин М.А., Кондратьев А.А., Литвиненко И.В., Матвеенко Ю.И. Генерация электрических полей пылевыми частицами при воздушных взрывах зарядов конденсированного взрывчатого вещества // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып. 1.С. 125-128.

135. Адушкин В.В., Соловьёв С.П. О методе расчета пылевого загрязнения атмосферы по измерениям напряженности электрического поля // ФТПРПИ. 1994. №4. С. 80-88.

136. Соловьев С.П., Шувалов В.В. Динамические процессы при сильных тротиловых взрывах// В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 369-377.

137. Соловьев С.П., Спивак А.А., Сурков В.В. Электромагнитное поле, генерируемое в результате поляризации горных пород при химическом взрыве // В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 152-158.

138. Soloviev S.P., Surkov V.V., Sweeney J.J. Quadrupolar electromagnetic field from detonation of high explosive charges on the ground surface // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107. No. B6. 10.1029/2001JB000296.

139. Kamra A.K. Experimental study of the electrification produced by dispersion of dust in to the air//J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44. No. 1. P. 125-131.

140. Руленко О.П., Кпимин H.H., Дьяконова И.Н., Кирьянов В.Ю. Исследования электризации облаков, создаваемых распылением вулканического пепла // Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 17-29.

141. Леб Л.Б. Статическая электризация. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. -408 с.

142. Арабаджи В.И. Об электрических явлениях при извержении вулканов // Метеор, и гидрол. 1951. №7. С. 38.

143. Anderson R., Bjornsson S., Blanchard D.C. et al. Electricity in volcanic clouds // Science. 1965. Vol. 148. No. 3674. P. 1179-1189.

144. Макдоналд Г. Вулканы. M.: Мир, 1975. - 431 с.

145. Руленко О.П. Электрические процессы в парогазовых облаках вулкана Карымского // Докл. АН СССР. 1979. Т. 245. №5. С. 1083-1086.

146. Руленко О.П. Электризация вулканических облаков // Вулканология и сейсмология. 1985. № 2. С. 71-83.

147. Руленко О.П., Токарев П. И., Фирстов П.П. Электричество вулканов // Бюл. вулканол. станц. 1976. № 52. С. 11-17.

148. Земцов А.Н., Тронь А.А., Мархинин Е.К. Об электрических разрядах в пеплогазовых тучах, возникающих при вулканических извержениях // Бюл. вулканол. станц. 1976. № 52. С. 18-23.

149. Grover М.К. Some analytical model for quasi-static source region EMP: Application to nuclear lightning // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1981. Vol. NS-28. No. 1. P. 900-994.

150. Colvin J.D., Mitchell C.K., Greig J.R., Murphy D.P., Pechacek R.E., Raleigh M. An empirical study of the nuclear induced lightning seen on IVY-MIKE // J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92D. No. 5. P. 5696-5712.

151. Вильяме Э.Р. Электризация грозовых облаков // В мире науки. 1989. №1. С. 34-44.

152. Анисимов С.В., Гохберг М.Б., Иванов Е.А., Педанов М.В., Русаков Н.Н., Троицкая В.А., Гончаров В.И. Короткопериодные колебания электромагнитного поля земли при промышленном взрыве II ДАН СССР. 1985. Т. 281, №3. С. 556-559.

153. Гохберг М.Б., Гуфельд И. JL, Козырева О.В., Никифорова Н.Н., Рожной А.А., Соловьева М.С., Федотов А.Я. Электромагнитное излучение горнойсреды в условиях взрывного нагружения // ДАН СССР. 1987. Т. 295, №2. С. 321-325.

154. Гуфельд И. Д., Никифорова Н.Н., Рожной А.А., Соловьева М.С. Исследование коллективного возбуждения МЭП в фазе разрушения при лабораторном моделировании // В сб.: Поиск электромагнитных предвестников землетрясений. М.: Наука. 1988. С. 100-118.

155. Гуфельд И. Д., Никифорова Н.Н., Рожной А.А., Соловьева М.С. Электромагнитное излучение горной среды в условиях взрывного нагружения // В сб.: Поиск электромагнитных предвестников землетрясений. М.: Наука. 1988. С. 119-134.

156. Gufeld I.L., Gusev G.A. Rojnoy A.A. VLF radio emission of lithosphere real conditions // Journal of Atmospheric Electricity. 1996. Vol.16. No. 3. P. 237-246.

157. Рожной А.А. Модельные исследования источников электромагнитных предвестников землетрясений: Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук. М., 1998. -24 с.

158. Адушкин В.В., Соловьев С.П. Низкочастотные электрические поля в приземном слое атмосферы при подземных взрывах // ДАН СССР. 1988. Т. 299, №4. С. 840-844.

159. Адушкин В.В., Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрическое поле, возникающее при взрыве на выброс // ФГВ. 1990. Т. 26, №4. С. 117-121.

160. Соловьев С. П. Генерация электрического и магнитного поля при взрывах в скважинах // В сб.: Геофизические процессы в нижних и верхних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2003. Т. 2. С. 249-267.

161. Будков A.M., Соловьев С.П. Электрическое и магнитное поле, обусловленное электрической поляризацией горной среды при подземном взрыве // В сб.: Динамика взаимодействующих геосфер. М.: ИДГ РАН. 2004. С. 112-119.

162. Soloviev S.P., Sweeney J.J. Generation of electric and magnetic field during detonation of high explosive charges in boreholes // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. B01312. doi: 10.1029/2004JB003223.

163. Brady, В. Т., Rowell G. A. Laboratory investigations of the electrodynamics of rock fracture //Nature. 1986. Vol. 321. P. 488-492.

164. Crawford, D.A., Schultz P.H. Laboratory observations of impact-generated magnetic fields // Nature. 1988. Vol. 336. P. 50-52.

165. Crawford, D.A., Schultz P.H. Electromagnetic properties of impact-generated plasma, vapor and debris // Int. J. Impact Engineering. 1999. Vol. 23. No. l.P. 169-180.

166. Воробьев А.А. О возможности электрических разрядов в недрах Земли //Геология и геофизика. 1970. №12. С.3-13.

167. Воробьев А.А. Равновесие и преобразование видов энергии в недрах. -Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1980. 211 с.

168. Пономарев А.В. Электрические явления при деформации и разрушении горных пород // Прогноз землетрясений. 1983. №4. С.244-256.

169. Enomoto, Y., Hashimoto Н. Emission of charged particles from indentation fracture of rocks// Nature. 1990. Vol. 346. P. 641-643.

170. O'Keefe S. G., Thiel D. V. Electromagnetic emissions during rock blasting //Geophys. Res. Lett. 1991. Vol. 18. P. 889-892.

171. O'Keefe S. G., Thiel D. V. A mechanism for the production of electromagnetic radiation during fracture of brittle materials // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1995. Vol. 89. P. 127-135.

172. Chen, B.-H., Shi L.-H., Luo Y.M. A study of the geoelectric effects in the process of hydraulic fracturing experiments // Acta Seismologica Sinica. 1990. Vol.3. P. 371-382.

173. Cress, G. О., В. T. Brady, and G. A. Rowell, Sources of electromagnetic radiation from fracture of rock samples in the laboratory // Geophys. Res. Lett. 1987. Vol. 14. P. 331-334.

174. Dickinson, J. Т., E. E. Donaldson, and M. K. Park, The emission of electrons and positive ions from fracture of materials // Journal of Material Science. 1981. Vol. 16. P. 2897-2908.

175. Соболев Г.А., Пономарев A.B. Физика землетрясений и предвестники. -М.: Наука, 2003.-270 с.

176. Yamada, I. К., Masuda К., Mizutani Н. Electromagnetic and acoustic emission associated with rock failure // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1989. Vol. 57. P. 157-168.

177. Tomizawa I., Hayakawa M., Yoshino Т., Ohta K., Okada Т., Sakai H. Sensing electromagnetic source generated by an explosion seismic experiment from ground-surface experiment // in Proc. of Intnl. Symp. Ant. Propag. Sapporo. Japan. 1992. P. 845-848.

178. Tomizawa I., Yamada I. Generation mechanism of electric impulses observed in explosion seismic experiments // J. Geomag. Geoelectr. 1995. V. 47. P. 313-324.

179. Коваленко Г.В., Кондратьев A.A., Матвеенко Ю.И., Ногин В.Н., Пет-ровцев А.В. Магнитный дипольный момент, образованный взрывом мощностью одна килотонна // ПМТФ. 2001. Т. 42. №3. С. 3-8.

180. Адушкин В.В., Спивак А.А., Куликов В.И. и др. К проблеме уклонения от контроля при проведении подземных ядерных взрывов. Препринт ИДГ РАН. 1995.41 с.

181. Аблязов М.К., Сурков В.В., Чернов А.С. Искажение внешнего магнитного поля расширяющимся плазменным шаром, находящимся в слабо проводящем полупространстве // ПМТФ. 1988. №6. С. 22-29.

182. Горбачев Л.П., Семенова Т.А. О моделировании источника электрических токов, образующихся при камуфлетном взрыве в проводящей среде, и их роли в генерации геомагнитного возмущения // М.: Препринт МИФИ 020-95. 1995.32 с.

183. Fitterman D.V. Electrokinetic and magnetic anomalies associated with dila-tant regions in a layered earth // // J. Geophys. Res. 1978.Vol. 83B. No. 12. P.5923-5928.

184. Revil, A., G. Saracco, and P. Labazuy, The volcano-electric effect // J. Geophys. Res. 2003.Vol. 108. B52251. doi: 10.1029/2002JB001835.

185. Минеев B.H., Иванов А.Г. Э.д.с., возникающая при ударном сжатии вещества//УФН. 1976. Т.119. №1. С. 75-109.

186. Hauver G.E. Shock-induced polarization in plastics. II. Experimental study of plexiglas and polystyrene // J. Appl. Phys. 1965. Vol. 36. No. 7. P. 21132118.

187. Гончаров А.И., Соловьев С.П. Ударная электрическая поляризация материалов // ФГВ. 2004. Т. 40. №6. С. 52-57.

188. Абдрахимов А.Э., Гончаров А.И., Соловьев С.П. Экспериментальное исследование электрической поляризации горных пород при ударном на-гружении // В сб.: Физические процессы в геосферах: их проявление и взаимодействие. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 146-151.

189. Гончаров А.И., Соловьев С.П. Ударная электрическая поляризация материалов // В сб.: Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. М.: ИДГ РАН. 2002. С. 164-170.

190. Сурков В.В. Электромагнитное поле, вызванное ударной волной, распространяющейся в конденсированной среде // ПМТФ. 1986. №1. С. 29-36.

191. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Шувалов В.В. Расчет пылевой нагрузки от массового взрыва на Лебединском ГОКе // В сб.: Освоение недр и экологические проблемы взгляд в XXI век. М.: Академия Горных Наук. 2001. С. 317-324.

192. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Будников В.А. Пылевое загрязнение атмосферы от открытых горных работ // В сб.: Динамические процессы во внутренних и внешних оболочках Земли: геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1995. С. 266-271.

193. Адушкин В.В., Спивак А.А., Соловьев С.П., Л.М.Перник, С.Б.Кишкина. Геоэкологические эффекты массовых химических взрывов на карьерах // Геоэкология. 2000. №6. С. 554-563.

194. Адушкин В.В., Перник Л.М., Попель С.И., Соловьев С.П., Шишаева А.С., Черняев Г.А., Огородников Б.И. Изучение нано- и микрочастиц при наземном химическом взрыве // В сб.: Динамика взаимодействующих геосфер. М.: ИДГ РАН. 2004. С. 235-244.

195. Адушкин В.В., Соловьев С.П., Будников В.А. Литосферные источники аэрозольного загрязнения атмосферы // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. №8. С. 103-110.

196. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Часть1.-М.: Мир, 1971.-316 с.

197. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Часть2.-М.: Мир, 1972.-288 с.

198. Хемминг. Цифровые фильтры. М.: Наука, 1980. - 352 с.

199. Brode, H.L. Numerical solutions of spherical blast waves // J. Appl. Phys. 1955. Vol. 26. P. 766-775.

200. Рождественский В. Б., Христофоров Б.Д., Юрьев В.Л. Влияние неустойчивости Релея-Тейлора на радиационные характеристики взрыва ВВ в воздухе // ПМТФ. 1989. №5. С. 107-114.

201. Кузнецов В.М., Шведов К.К. Изэнтропическое расширение продуктов детонации гексогена// ФГВ. 1967. Т. 3. №2. С.203-210.

202. Shuvalov V.V. Multi-dimensional hydrodynamic code SOVA for interfacial flows: Application to thermal layer effect // Shock waves. 1999. Vol. 9.N0. 6. P. 381-390.

203. Shuvalov V.V., Artem'eva N.A., Kosarev I.B. 3D hydrodynamic code SOVA for multimaterial flows, application to Shoemaker-levy 9 problem // HVIS. Book of abstracts. University of Alabama. Huntsville. 1998.

204. Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициировния промышленных взрывчатых веществ. М.: Недра, 1996. - 156 с.

205. Справочник по промышленным взрывчатым материалам. М.: Угле-техиздат, 1958. - 72 с.

206. Исследование электромагнитных сигналов, сопровождающих подземные химические взрывы // Итоговый отчет по проекту МНТЦ №835-98. М.: НИИИТ. 2000. 179 с.

207. Зоммерфельд А. Дифференциальные уравнения в частных производных физики. Пер. с нем. А. А. Самарского и Н. Н. Яненко. Под ред. А. Н. Тихонова. М.: ИЛ, 1956. - 456 с.

208. Семенов А.А. Теория электромагнитных волн. М.: Издательство Московского Университета, 1962. - 256 с.

209. Кауфман А.А. Введение в теорию геофизических методов. Часть 2. Электромагнитные поля. М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. - 483 с.

210. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976. - 616 с.

211. Кауфман А.А. Введение в теорию геофизических методов. Часть 1. Гравитационные, электрические и магнитные поля. М.: Недра, 1997. -520 с.

212. Bevington, P.R. Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. New York: McGraw-Hill, 1969. - 336 p.

213. Васильев А.А., Ждан С.А. Параметры ударной волны при взрыве цилиндрического заряда ВВ в воздухе // ФГВ. 1981. Т.17. №6. С. 99-105.

214. Кузнецов Н.М. Термодинамические функции и ударные адиабаты воздуха при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1965. - 463 с.

215. Tompson S.L., Lauson H.S. Improvements in the Chart D radiation-hydrodynamic CODE III: Revised analytic equation of state. Sandia National Laboratory ReportSC-RR-71 0714.1972.

216. Teterev A.V. Cratering model asteroid and comet impact on a planetary surface. HVIS. Book of abstracts. University of Alabama. Huntsville. 1998. P. 3334.

217. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть 1. М.: Наука, 1987.-464 с.

218. Иванов Б.А., Базилевский А.Т. Характеристика мелкой фракции обломков, образующихся при ударном и взрывном кратерообразовании // Тезисы докладов на XIX метеоритной конференции. М.: ГЕОХИ. 1984. С. 115-117.

219. Brode H.L. The blast wave in air resulting from a high temperature, high pressure sphere of air // Santa Monica. California. 1956. Rand Corp. Res. Memorandum RM-1825-AEC.

220. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофи-зика). Справочник геофизика. М.: Недра, 1976. - 527 с.

221. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. М.: Наука, 1965.- 164 с.

222. Великославинский Д. А., Биркис А. П., Богатиков О. А. и др. Анорто-зит-рапакивигранитная формация. -JI.: Наука, 1978. 296 с.

223. Suominen, V. The chronostratigraphy of south-western Finland with special reference to Postjotnian and Subjotnian diabases // Bull. Geol. Surv. of Finland. 1991. No. 356.100 p.

224. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971. - 1108 с.

225. Stepanov A.W. Uber den mechanismus der plastisen deformation // Zs. f. Phys. 1933. Bd. 61. S. 560-564.

226. Caffin J.E., Goodfellow T.L. Electrical effects associated with mecanical deformation of single crystal of alkali halides // Nature. 1955. Vol. 176. No. 4488. P. 878-879.

227. Урусовская А.А. Электрические эффекты при деформации ионных кристаллов // УФН. 1968. Т. 96. №1. С. 39-60.

228. Freund F. Time-resolved study of charge generation and propagation in igneous rocks//J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105. No. B5. P. 11001-11019.

229. Гуфельд И.Л., Рожной A.A., Соловьева M.C. О радиоизлучении поверхностных слоев земной коры, обусловленным сейсмотектоническим процессом // Моделирование геофизических процессов. М.: ОИФЗ РАН. 2003.С. 47-55.

230. Шевцов Г.И., Мигунов Н.И., Соболев Г.А., Козлов Э.В. электризация полевых шпатов при деформации и разрушении // Докл. АН СССР. Т. 225. №2. С. 313-315.

231. Егоров П.В., Васильев О.Б., Корнейчиков В.П., Корнейчикова Н.М., Нестеров Н.Н. Явление возникновения объемного заряда в горныхпородах при их механическом нагружении // ФТПРПИ. 1978. №5. С. 101-104.

232. Адушкин В.В., Спивак А.А. Геомеханика крупномастабных взрывов. -М.: Недра, 1993.-319 с.

233. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: ИКЦ Академкнига, 2003. - 423 с.

234. Архипов В.Н., Борисов В.А., Будков A.M., Валько В.В. Механическое действие ядерного взрыва. М.: Физматлит, 2002. - 381 с.

235. Майнчен Дж., Сак Е. Метод расчета "ТЕНЗОР".// Сб. Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967. С. 185-211.

236. Гостинцев Ю.А., СолодовникА.Ф., Лазарев В.В., Шацких Ю.В. Турбулентный термик в стратифицированной атмосфере // Черноголовка: Препринт ИХФ АН СССР. 1985. 45 с.

237. Райст П. Аэрозоли. М.: Мир, 1987. - 362 с.

238. Anderson, F. J., and G. D. Freier, Relative amounts of positive or negative charge in lightning flashes // J. Geophys. Res. 1974. Vol. 79. P. 5057-5058

239. Френкель Я.М. Теория явлений атмосферного электричества. Л.-М.: Гостехиздат, 1949. - 156 с.

240. Marklund G. et. all. On transient electric fields in chemical release experiments by rockets. // J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92. No.5. P. 4590-4600.

241. Киселев В.Ф., Нагорский П.М., Таращук Ю.Е., Тимошенко Е.И. Воздействие индустриального взрыва на наклонное распространение коротких радиоволн. // Изв. АН СССР, Физика Земли. 1985. №11. С. 45-54.

Информация о работе

Соловьев, Сергей Петрович
доктора физико-математических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.10

Диссертация

Электромагнитные эффекты при взрывных воздействиях на геофизическую среду - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы