Введение к работе
Актуальность проблемы
Морские электромагнитные исследования являются одной из важных составляющих частей морской геофизики Проведение этих исследований на громадных практически неисследованных пространствах Мирового океана, составляющих 70,8 % поверхности Земного шара, представляет большой научный интерес, как в фундаментальном, так и в прикладном аспектах
Морские электромагнитные исследования позволяют проводить изучение глубинного распределения электропроводности в Земле Электропроводность тесно связана с температурой внутри Земли, термодинамическим и фазовым состоянием горных пород, их химическим составом и минерализацией насыщающих их флюидов, поэтому изучение электропроводности дает ценную, а иногда и уникальную информацию о состоянии земных недр, недоступную другим геофизическим методам Благодаря этому морские электромагнитные исследования позволяют проводить изучение глубинного геоэлектрического строения морского дна (электромагнитное зондирование) с целью определения строения и динамики океанической литосферы и верхней мантии, а также поиска полезных ископаемых, Это становится чрезвычайно актуальным в связи с всевозрастающими потребностями в различных видах минерального и углеводородного сырья и быстрым истощением его запасов на континентах
Исследования электромагнитных полей, индуцированных движением водных масс (волнами, течениями, приливами) в магнитном поле Земли, необходимы для изучения внутренней структуры Мирового океана и происходящих в нем гидродинамических процессов, а также могут быть использованы для электромагнитного зондирования Земли
Регистрация вариаций геомагнитного поля в районе проведения гидромагнитных съемок позволяет существенно повысить точность съемки за счет введения в результаты съемок поправок за вариации
Результаты измерений электромагнитных полей на морских акваториях необходимы также при решении ряда прикладных задач
Вместе с тем, в морских электромагнитных исследованиях имеется существенная проблема, заключающаяся в том, что, несмотря на их актуальность и практическую значимость, эти исследования проведены в очень малом объеме Теоретическая сторона успешно разрабатывалась и продолжает развиваться благодаря усилиям советских и российских ученых В В Шулейкина, М Н Бердичевского, В И Дмитриева, Л Л Ваньяна, В В Сочельникова, Г А Фонарева, В С Шнеера, Б.С Светова, И Л Трофимова, В В Новыша, Д Л Фингер, А Н Пушкова, Н М Ротановой, А Н Козлова, М.С Жданова, Э Б. Файнберга, И М Ва-
ренцова, СМ Коротаева, В В Спичака, А М Городницкого, В Н Савченко, В П.Смагина, Н А Палынина и др, а также зарубежных исследователей J H.Filloux, С S Сох , A D Chave, R N Edwards, J С Larsen, J Bennet, S С Constable, D S Luther, L. K. Law, S С Webb, A White и др. Однако, несмотря на очевидную актуальность морских электромагнитных исследований и их большую теоретическую проработку, экспериментальных исследований на акваториях морей и океанов проведено чрезвычайно мало Основными причинами этого являются как естественные трудности проведения таких исследований, связанные со специфическими трудностями и стоимостью их проведения, так и отсутствие необходимого и достаточного парка инструментальных средств для проведения морских экспериментальных исследований в нужном масштабе и объеме Последняя причина обусловлена трудностями создания морских измерительных систем, которые в отличие от аналогичных наземных средств, должны быть оснащены надежными системами автоматической ориентации измерительных датчиков относительно измерительной системы координат и компенсации постоянной части поля, а также должны удовлетворять более высоким требованиям по таким важным параметрам, как чувствительность, долговременная стабильность метрологических характеристик, автономность и надежность В связи с этим весьма актуальной является необходимость проработки комплекса проблем, связанных с созданием и исследованием средств и методов измерения электромагнитных полей на морских акваториях, непосредственным проведением морских экспериментальных исследований и получением ценной геофизической информации для решения важных фундаментальных и прикладных задач.
Цель работы. Основная цель работы состоит в решении существенной для морской геофизики проблемы - создании инструментально-методического обеспечения морских электромагнитных исследований и получения с его помощью новых геофизических результатов
Достижение поставленной цели связано с решением ряда задач, среди которых можно выделить наиболее важные
критический анализ состояния проблемы и выбор наиболее оптимальных решений в конкретных условиях, с учетом имеющихся возможностей и средств;
разработка методов построения измерительных систем для регистрации электромагнитных полей на морских акваториях,
практическая реализация идей в виде рабочего парка приборов,
разработка методик проведения электромагнитных исследований с помощью разработанных измерительных систем.
организация и проведение натурных экспериментальных
исследований, - обработка и интерпретация полученных данных Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов
Методологическую и теоретическую основу исследований составляют научные труды отечественных и зарубежных авторов в области морской геофизики Вместе с тем, решение комплекса разноплановых задач требует привлечения знаний и методов различных наук В работе использованы методы дискретной математики, системного и спектрального анализа, математической статистики, теории автоматического управления, математического и физического моделирования Достоверность полученных в работе результатов достигается благодаря тому, что проведенные исследования опираются на проверенные положения фундаментальных и прикладных наук, на проверке разработанных идей экспериментальными исследованиями Эти исследования имели необходимое метрологическое обеспечение, как на стадии разработки измерительных средств, так и во время проведения натурных исследований Полученные в работе результаты согласуются с результатами других авторов
Научная новизна заключается в том, что в результате проведенных исследований
созданы новые уникальные измерительные системы для регистрации электромагнитных полей на морских акваториях, обладающие новыми свойствами
проведены новые экспериментальные электромагнитные исследования в различных районах Мирового океана
получен новый уникальный фактический материал, а после его обработки и интерпретации получены новые геофизические результаты, новые знания о свойствах электромагнитных полей на исследованных морских акваториях, их связи с глубинным строением Земли и процессами в различных геосферах
При создании измерительных средств использованы новые методы построения, новые технологии и новая элементная база В частности, освоение микропроцессорной техники позволило выйти на новый уровень создания измерительных систем, при котором, опираясь на базовую структуру элементов измерительной системы, можно путем разработки новых программ управления этими элементами гибко изменять сообразно требованиям конкретного эксперимента свойства и метрологические характеристики измерительной аппаратуры
Признаком новизны является также и защита основных идей построения измерительных систем девятью авторскими свидетельствами на изобретения
Практическая и научная значимость работы
Проведенные исследования и решения, приведенные в работе, доведены до практических реализаций в виде рабочих макетов или малых серий, что позволило создать парк измерительных систем и использовать его для проведения электромагнитных исследований в заданных районах Мирового океана для получения новых геофизических результатов На протяжении последних 25 лет все планы НИР ИЗМИР АН и ИГЭМИРАН (госбюджетные, хоздоговорные и по грантам РФФИ) по морским электромагнитным исследованиям разрабатываются и выполняются благодаря наличию этого парка, имеющемуся опыту его практического применения, созданным методикам обработки и интерпретации экспериментального материала.
Основные положения, выносимые на защиту:
Разработанные и защищенные авторскими свидетельствами на изобретения новые методы построения измерительных систем позволили создать рабочий парк уникальных, не имеющих аналогов в мировой практике, систем для регистрации геоэлектромагнитных полей на морских акваториях Использование этих методов, достижений кварцевой магнитометрии и микропроцессорных технологий дало возможность получить простой и надежный инструментарий, все важнейшие параметры которого, в том числе показатели стабильности метрологических характеристик и энергопотребление, находятся на мировом уровне или превышают его
Методики, обеспечивающие проведение морских электромагнитных исследований с помощью созданного инструментального обеспечения
Результаты проведенных комплексных электромагнитных исследований на Болгарском шельфе Черного моря, включавших магнитотеллурическое зондирование, магнитовариационное профилирование и магнитогидродинамическое профилирование, позволили.
впервые построить геоэлектрические модели разрезов зоны перехода от материка к глубоководной впадине Черного моря, согласующиеся с сейсмическими данными и моделями,
выявить электрические и магнитные поля течений и использовать эти поля для определения суммарной продольной проводимости осадочного чехла
4. Электромагнитные исследования на озере Байкал подтверждают, что применение выводов теории генерации электрического поля электрокинетическим эффектом при скачке порового давления флюидов позволяет путем наблюдения вариаций электрического поля получать количественную информацию об источниках давления внутри литосферы Впервые в мире создана стационарная установка,
обеспечивающая получение длинных рядов экспериментальных
измерений вариаций Ez компоненты геоэлектрического поля
Апробация работы
Результаты исследований, вошедшие в диссертацию, представлены в 64 работах (в их числе - одна монография, 12 статей в изданиях, включенных в перечень ВАК, 9 авторских свидетельства на изобретения) и докладывались на различных научных мероприятиях
Семинары и Ученые советы ИЗМИРАН, ИГЭМИРАН, ИОРАН, ИЛИ РАН, НИИПФ ИГУ
Всесоюзные семинары «Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований», 1979 - 1992 гг
Международные конференции «Современные методы и средства океанологических исследований», Москва, 1999 -2005 гг
Международные конференции «MARELEC», Лондон, Великобритания, 1997 г, Стокгольм, Швеция, 2001 г
Ежегодные конференции международной коллаборации «Байкал», г Дубна, ОИЯИ, 1999 - 2005 гг
Международная геофизическая конференция «300-летие горногеологической службы в России Санкт-Петербург, 2000
I и II Всероссийская школа-семинар по электромагнитным зондированиям Земли, Москва, 2004, 2005г
Часть работ, описанных в диссертации, была поддержана грантами РФФИ №95-05-15455, 99-05-64782, 99-05-79030, 00-05-64677, 00-05-79096, 01-05-97008, 02-05-64006, 05-05-65239
Личный вклад автора состоит в непосредственном участии во всех этапах работы: в постановке задач, разработке методов построения измерительных систем, создании аппаратурного парка, разработке методик проведения морских электромагнитных исследований, организации и проведении натурных экспериментов, в анализе и интерпретации полученных результатов, формулировке основных научных выводов и рекомендаций Естественно, что такой широкий спектр исследований предполагает коллективное творчество И совершенно логично, что и публикации по результатам таких работ являются коллективными Все авторы таких работ имеют равные права на использование полученных результатов Вместе с тем, при всей сложности объективной оценки вклада соавторов в общую работу, в нормальных творческих коллективах реальная роль каждого участника известна, а при оформлении заявок на изобретения вклад каждого соавтора указывается в обязательном порядке С учетом этого, автор работы, выражая искреннюю признательность и благодарность всем своим соавторам, и с их согласия, имеет основания утверждать, что в работах, вошедших в диссертацию, его личный вклад был достаточно большим, а порой и определяющим
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 165 страницах Она содержит 142 страницы текста, 59 рисунков, 5 таблиц и библиографию из 242 наименований
Похожие диссертации на Морские электромагнитные исследования: создание инструментально - методического обеспечения, эксперимент, результаты
