前已述及,某些多金屬礦體在音頻彈性波作用下,能產生無線電波頻段內的脈沖電磁輻射現象。這種震電效應已被利用作為壹種新的物探方法——震源電磁輻射法來尋找含有方鉛礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、輝銻礦、輝鉬礦、辰砂等金屬硫化物礦體。
巖石在破裂過程中伴隨的電磁輻射效應,作為壹種地震的前兆現象,在國內首先由地震工作者開展了這方面的研究。在室內標本實驗研究中,標本均集中於巖石樣品(主要是花崗巖、石英巖、灰巖)。但發表的實驗結果與認識有較大差異。國外對礦石的實驗亦僅在某些文獻中見到幾條鉛鋅礦石與磁鐵礦石的原始記錄曲線。
根據地科院礦床所和合肥工大在對百余塊巖石、礦石樣品單軸方向加壓至破碎過程中,觀測到的電磁輻射、聲發射及應變現象可得到如下幾點認識。
圖4?5?10 花崗巖標本(4#)破裂過程中的電磁輻射與聲發射
橫坐標為采樣點號(間隔10 μs);No.004?3—電磁道;No.004?4—聲波道
(1)脈沖電磁輻射的產生與標本受壓後破裂的形成、發展、解體過程有關。在主破裂前,多次微破裂發生時都可能有電磁信號相對應(有時可多達5~7次)。如圖4?5?10所示,為花崗巖(石英含量20%,顆粒直徑1~8mm)標本上觀測到的在破裂過程中產生的多次電磁輻射與聲發射信號的部分波形曲線。根據大量明顯的電磁波與聲波信號的初至時差,乘以聲波在空氣中傳播的速度所求得的距離,恰在聲傳感器至標本體積範圍的距離之內,因此電磁信號為標本破裂所引起無疑。
(2)脈沖電磁輻射的產生與巖、礦石的成分與結構構造有關。實驗表明,凡脈石英或含有壹定量石英的巖、礦石標本大都觀測到明顯的電磁輻射信號,而不含或極少含石英的巖、礦石標本大都未觀測到大於幹擾水平的電磁輻射信號。巖、礦石破裂輻射電磁波的機理是復雜的,國內外學者在不斷的探索中提出了多種假說。根據上述實驗結果,可以認為“離子晶體破裂效應”可能是壹種主要機理。即離子晶體點陣對稱性差、無解理面、破裂面完全是隨機的,晶體因破碎而形成的高速荷電粒子或電偶極子群是輻射電磁波的場源。石英正是這樣壹種晶體(常見α石英、β石英屬三方、六方晶系,為中級晶族,無解理面)。因此,絕大部分由細粒結晶石英顆粒組成的含礦或不含礦脈石英類標本產生的電磁輻射信號強且穩定。含有壹定量石英的花崗巖或礦石類標本有的能記錄到,有的則記錄不到電磁信號。這可能取決於石英含量的多少,最主要的是標本在解體過程中,結晶石英顆粒本身是否破裂。這就有很大隨機性。因此,即使是脈石英類標本,若其在結構上後生的裂隙或含其他雜質的細脈較發育,則破裂沿裂隙或細脈形成,而石英晶體顆粒本身很少破裂,故也難於發射電磁波。
此外,實驗還表明壹些富含量(>90%)的礦石標本(如中粗粒結構的黃鐵礦石,鉛鋅礦石)稍加壓即破碎,而且其解體主要是沿礦物晶體之間的界面或礦物本身的解理面(黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦都屬等軸晶系為高級晶族,方鉛礦、閃鋅礦都有完全解理面)發生,因此也觀測不到電磁輻射。對壹些致密堅硬,細粒結構富含量的金屬礦石標本(如含銅磁鐵礦),即使不含石英,因其可能產生晶體破裂效應,故也能觀測到電磁輻射。根據野外礦區試驗結果可認為,“含有多金屬礦脈地帶,不總是在所有地段都能產生電磁輻射。宏觀來說,多少是單壹的塊狀礦體不產生輻射,而在單壹金屬礦物的浸染、聚集處,或在塊狀礦體包裹的巖石上恰能產生輻射”。
圖4?5?11 震源電磁輻射信號的振幅頻譜
圖4?5?12 PRRER信號最大熵法振幅譜
(縱坐標為歸壹化譜密度)
(a)Sullivan礦區;(b)Giant Yellowknife礦區
(3)巖礦石在破裂過程中產生的電磁輻射是壹種大體從幾百千赫到幾兆赫無線電波段範圍內的廣譜輻射,但也能見到較低頻率的電磁輻射,圖4?5?11 是在多金屬礦區實測信號的二條振幅譜曲線。圖4?5?12 是用最大熵法求得的兩個礦區實測信號的振幅譜。