Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка и исследование измерительных комплексов для дифференциальной магнитной съемки в океане

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование измерительных комплексов для дифференциальной магнитной съемки в океане"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им.Д.П.ШИРШОВА

На нравах рукописи УДК 550.380.8

ФИЛИН Александр Михайлович

РАЗРАБОТКА. И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ СЪЕМКИ В ОКЕАНЕ

11.00.08 - океанология 01.04.12 - геофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991 г.

Работа выполнена в Институте океанологии им. Е П. Ширшова АН СССР

Научный руководитель: доктор технических наук

Л. Л. Ваньян

Официальные оппоненты; доктор физико-иатеыатичэских наук

О. Г. Сорохтин кандидат геолого-минералогических наук Б. Д. Углов

Идущая организация: Ордена й~нина Институт физики Земли

им. О. И Шмидта АН СССР

Защита состоится "Ü?" НОЯорЯ _1991 г. в ¿¿Стасов на заседании специализированного Совета К. 002.86.02 по присуждении ученой степени кандидата наук в Институте океанологии ям. П. П. Ширшва АН СССР по адресу: 11.7218, Москва, ул. Красикова, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института. Автореферат разослан "iñr ОКМЯВрЯхтх т.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат географических наук

Г. Памфилова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Важнейшей проблемой геомагнитных исследований в океане является повышение точности и разрешающей способности магнитных съемок. Главной трудностью на пути повышения точности магнитных съемок является искажающее влияние временных магнитных вариаций. Решение этой задачи может обеспечиваться применением градиентометрического метода, который позволяет получать данные о курсовом горизонтальном градиенте, свободные от влияния временных вариаций.

Более высокая разрешающая способность градиентометрических измерений по сравнению с модульными позволяет использовать их также для изучения тонкой пространственной структуры аномального магнитного шля, что увеличивает информацию о геологическом строении дна океана Развитие техники и методики морской гради-ентометрии является актуальной задачей сегодняшнего дня.

Делью работы является повышение эффективности морских магнитных измерений на основе разработки измерительных дифференциальных комплексов и усовершенствования методики их эксплуатации.

Для достижения этой цели в работе потребовалось решить следующие задачи:

1) На основании анализа литературных данных о разработках морских дифференциальных магнитометров (градиентометров) сформулировать основные требования к техническим и эксплуатационным характеристикам разрабатываемых дифференциальных измерительных комплексов.

2) Создать измерительный магнитометрический комплекс для проведения градиентометрических измерений на базе двух модульных протонных магнитометров МШ-5М, работающих в синхронном режиме.

3) Разработать измерительный комплекс на основе дифференциального протонного магнитометра для непосредственного измерения курсового горизонтального градиента

4) На основе рассмотрения погрешностей градиентометрического метода разработать методику измерений курсового горизонтального градиента

5) Выполнить экспериментальные работы с дифференциальными измерительными комплексами в разных районах Мирового океана над различными морфоструктурами океанского дна с целью оценить эффективность применения созданных комплексов.

-■г -

Научная новизна

1. Разработан измерительный магнитометрический колтлекс ДПЫ, который позволяет получить одновременно данные о модуле вектора индукции магнитного поля Земли (1ЯВ) и его курсовом горизонтальном градиенте.

2. Предложены и опробованы на практике методические рекомендации по устранению искажающего влияния курсовой девиации при дифференциальных магнитных измерениях.

3. На основе разработанных измерительных дифференциальных комплексов и предложенной методики на практике реализовано выделение аномалий МПЗ порядка первых десятков нТл на фоне широкого спектра геомагнитных вариаций.

4. Предложена и применена на практике методика картографического представления морских площадных дифференциальных съемок с построением скалярных и векторных карт полного горизонтального градиента.

Вклад автора Автором разработан дифференциальный протонный магнитометр ДПМ, который позволяет одновременно измерять модуль вектора индукции МПЗ и его курсовой горизонтальный градиент. С участием автора разработана методика дифференциальных измерений и выполнен ряд исследований на озере Байкал, в Баренцевом, Карском и Средиземном морях, .. Тихом, Атлантическом и Индийском океанах над различными морфоструктурами дна Автором предложена и осуществлена методика картографического представления измеренных данных в виде скалярных и векторных карт полного горизонтального градиента

Автор принимал участие в восьми рейсах на научно-исследовательских судах АН СССР (в двух из них в качестве руководителя магнитометрических работ), где проводились испытания разработанных дифференциальных комплексов, отработка методики и исследования конкретных.районов океана с помощью дифференциальных измерений.

Практическая ценность работы. Созданы измерительные дифференциальные комплексы МПМ-5М и ДПМ для измерений модуля Еектора индукции КШЗ и.его курсового горизонтального градиента, свободного от влияния временных магнитных вариаций. Совместная работа этих комплексов позволяет на практике осуществить многодатчико-вую схему измерений, что создает возможность устранить курсовую девиацию судна из данных градиента. Экспериментально подтвервде-

на эффективность применения разработанных измерительных комплексов при работе как в высоких и экваториальных широтах, так и в средних широтах. Дифференциальные комплексы внедрены в практику работ Лаборатории геомагнитных исследований ЙОАН и эксплуатировались в 11-ти рейсах.

Получен ряд новых данных по структуре магнитного поля на шельфе Баренцева и Карского морей, на участках некоторых подводных гор в Тирренском море и тонкой пространственной структуре аномального магнитного поля (АШ) в районе линейных кайнозойских аномалий в Тихом океане.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 2-м Всесоюзном съезде по геомагнетизму (г.Тбилиси, 19S1 г.), 5-м Всесоюзном семинаре, проводимом ИЗКИРАН (г.Звенигород, 1933 г.). Всесоюзном семинаре, проводимом Я> ИЗМИРАН (г. Ленинград, 1986 г.), , 1-й Всесоюзной конференции по морской геофизике (г.Баку, 1987 г. ), Всесоюзной школе по техническим сргдствам изучения Мирового океана (г.Геленджик, 1987 г.), 2-м Всесоюзном совепании по современным методам морских геологических исследований (г.Светлогорск, 1987 г.), 7-й Всесоюзной научно-технической конференции (г.Ленинград, 1989 г.) и на коллоквиумах Лаборатории геомагнитных исследований Института океанологии АН СССР.

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа и получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 3 машинописных страниц, содержи Ю таблиц, 47 рисунков. Список литературы включает /Z2 наименований, в том числе Цбиностранных.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору Л. Л. Ваньяну, заведующему лаборатории геомагнитных исследований ИОАН СССР профессору А. М. Городницкому и старшим научным сотрудникам лаборатории И. И. Беляеву и Г. U. Валяшко.

СОДЕРЛИНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, дается ее краткая характеристика.

В первой главе "Градиентометрический метод исследования магнитного поля Земли в океане" обобщены литературные данные о

методе, дается обзор морской отечественной и зарубежной магнитометрической аппаратуры: как модульных, так и дифференциальных магнитометров, рассмотрены погрешности градиентометрического метода измерений в океане.

Наибольшее распространение для морских геомагнитных исследований получили измерения модуля вектора индукции МПЗ, выполняемые в основном протонными магнитометрами и квантовыми магнитометрами с оптической поляризацией рабочего вещества. Аппаратурная погрешность современной магнитометрической аппаратуры характеризуется величиной СКО - 0.1-1.0 нТл, однако точность площадных гидромагнитных съемок более чем на порядок хуже - 10-20 нТл и выше. Главной проблемой на пути повышения точности магнитных съемок является искажающее влияние временных магнитных вариаций.

Прямые и косвенные методы учета временных магнитных вариаций самостоятельно не могут решить этой проблемы из-за малого количества имеющихся морских магнитовариационных станций (МВС), сложности их постановки и эксплуатации и ряда других ограничений этих методов (пространственная неоднородность геомагнитных вариаций, ограниченный частотный диапазон для косвенных методов и т. д.). В последние года практическое применение при исследовании геомагнитного поля в океане получил градиентометрический метод.

Градиентометрический, или дифференциальный, метод исследования магнитного поля Земли закшочается в синхронном измерении модуля вектора индукции ЫПЗ в двух (или более) точках пространства, разнесенных на фиксированное расстояние друг от друга Приращение модуля Т отнесенное к расстоянию между точками измерения дает возможность оценить производную (градиент) геомагнитного поля по направлению измерения.

Разностные измерения Д Т характеризуют только постоянное геомагнитное поле, т.к. источники магнитных вариаций находятся в ионосфере и магнитосфере - на высотах в несколько сотен километров от поверхности Земли, что во много раз превышает расстояние между точками измерения, и тем самым оказывают практически одинаковое действие на показания датчиков градиентометрической системы.

Градиентометрический метод позволяет решать три основные задачи: 1) изучение горизонтальных градиентов стационарного ШЗ; 2) расчет стационарного аномального магнитного поля, восстановленного путем интегрирования горизонтального градиента; 3) выде-

ление временных вариаций МПЗ.

Идея измерения градиента МПЗ относится к началу XX века. Первое упоминание о магнитном градиентометре сделал Хаалк в 1925 г. За рубежом первые градиентометрические измерения в море с измерением вертикального градиента были выполнены на судне "Гала-тея" в 1954-55 гг. Теоретические основы градиентометрических измерений в океане были разработаны в Советском Союзе в 70-е годы Е. Е Розе и Р. В. Семевским. В те же годы осуществлены первкз экспериментальные работы по измерению градиента на море с помощью двух ферроэондовых магнитометров с целью исследования магнитных полей, индуцированных движением морских волн на мелководье, аналогичные работы проводились с квантовыми ¡гагнитометрами КМ-2. В это жэ время проведены первые измерения курсового горизонтального градиента на Черном море с помощью квантового"градиентометра КШГ-1 (ПО "Южморгеология") и на озере Бзйкал в 1977 г. дифференциальным протонным магнитометром ДГМ-1, выполненные с участием автора.

Дифференциальные измерения могут выполняться как двумя (или более) модульными магнитометрами, работакж^ши в синхронном режиме, так и специальными дифференциальными магнитометрами (градиентометрами). В работе дан обзор отечественных и зарубежных морских модульных магнитометров, а также дифференциальных магнитометров. Основными разработчиками отечественной морской магнитометрической аппаратуры являются: НПО "Рудгеофизика", Центр ФП ИОФАН СССР, Институт океанологии АН СССР, ПО "Южморгеология", ВМНПО "Союзморгео" и СКВ ТЫГР.

Практическая реализация градиентометрического метода для морских магнитных измерений выявила наличие высокого уровня помех, которые возникают в процессе движения судна. Подробный теоретический анализ погрешностей градиентометрических измерений выполнен Е. Н. Розе, Р. В. Семевским, И. М. Марковым, У. В. Фастовским и экспериментально исследованы Р. В. Семевским, Б. Д. Угловым и а А. Лыгиным.

Погреиность дифференциального магнитометра может быть представлена в виде аддитивной суммы систематичес!сих и случайных погрешностей каждого канала магнитометра, а именно: 1) погрешность средств измерений; 2) девиационная погрешность, обусловленная влиянием магнитного поля судна и собственной намагниченностью измерительных преобразователей; 3) методические погреи-

- б -

ности, связанные в основном с ошибками в определении положения и размера базы дифференциального комплекса и с пространственной нестабильностью базы, обусловленной динамикой буксировки забортных устройств; 4) погрешности, связанные с влиянием электромагнитных полей гидродинамической природы, индуцируемых морскими волнами, течениями и т. д.

Помимо погрешностей, связанных непосредственно с дифференциальными измерениями, при интегрировании градиента возникают ошибки за счет неточного задания поля в начальной точке интегрирования и интегрирования неучтенных систематических и случайных погрешностей.

В зависимости от расположения измерительных преобразователей градиентометрической системы относительно курсовой линии движения судна различают три основных типа системы: продольный, поперечный и вертикальный. В настоящей работе рассмотрены дифференциальные измерительные комплексы продольного типа, измеряющие курсовой горизонтальный градиент.

Во второй главе "Измерительные комплексы для дифференциальных магнитных измерений в океане" дано описание дифференциальных комплексов МПМ-БМ и ДИМ, разработанных при участии автора.

Исследования по созданию дифференциальных комплексов велись по двум направлениям: 1) применение уже имеющихся модульных магнитометров и 2) разработка дифференциального магнитометра. В первом случае использовались морские протонные магнитометры МШ-5М, которые были разработаны совместно ОКБ ОТ ИОАН и Институтом океанологии и применяются в качестве основного прибора для геомагнитных исследований в океане с 1980 г. Автор принимал непосредственное участие в разработке и испытаниях магнитометра 1Ш-5М.

Основные технические характеристики 1Ш-5Ы: 1) диапазон измерения - 20-70 мкТл; 2) цена единицы счета наименьшего разряда - 0.1 нТл; 3) среднеквадратическое отклонение (СНО) случайной составляющей погрешности измерений - * 1.0 нТл-, 4) систематическая погрешность - не более 3 нТл; 5) цикл измерений - 1,3,5,10, 20 и 60 с; 6) регистрация --аналоговая и цифровая.

Для совместной работы магнитометров МШ-5М автором была разработана схема, позволяются приборам работать в синхронном режиме. При этом на внешних устройствах регистрировались значения двух модулей вектора геомагнитной индукции. Курсовой гради-

ент вектора вычислялся в дальнейшем на судовой ЭВМ.

Второе направление - разработка дифференциального магнитометра, который позволяет получать информацию о курсовом градиенте непосредственно в процессе измерения. В работе рассмотрены требования, предъявляемые к техническим характеристикам такого магнитометра, на основе которых был разработан дифференциальный протонный магнитометр ДПМ-1. На этот прибор было получено авторское свидетельство на изобретение (приоритет 1978 г.). В дальнейшем был разработан дифференциальный магнитометр ДПМ-2 на другой элементной базе с цифровой регистрацией на перфоратор, магнитофон и судовую ЭВМ.

Основные технические характеристики дифференциального магнитометра ДШ-2: 1) диапазон измерения Т - 20-70 мкТл; 2) диапазон измерения разностной величины ДТ - - 1000 нТл; 3) цена единицы счета наименьшего разряда - 0.1 нТл; 4) СКО случайной составляющей погрешности измерений, не более - i 0.5 нТл по Т и ¿ О. 75 нТл по ЛТ; 5) систематическая погрешость - не более 3 нТл; 6) цикл намерений - 3,5,10,20 и 60 с; 7) потребляемая мощность от сети 220 В, 50 Гц - не более 270 ВА; 8) габаритные размеры и масса: электронного блока - 530x480x270 мм, 20 кг; ближней гондолы -0170x1000 мм, 13 кг; дальней гондолы - $ 170x700 мм, 10 кг.

На рис. 1 представлена функциональная схема магнитометра. Модуль вектора геомагнитной индукции и его градиент определяются с помощью предложенной оригинальной схемы вычисления разностной величины ДТ со знаком. После вычисления полей Т1 и Т2 на оба счетчика подаются импульсы одной и той же частоты до их заполнения. При наличии градиента на одном из двух счетчиков, в зависимости от знака градиента, фиксируется разность полей ДТ=Г1-Т2.

Особое внимание в работе уделено забортной буксируемой системе. При дифференциальных измерениях предъявляются более жесткие требования к немагнитности измерительного преобразователя. В связи с этим автором были проведены исследования по выбору намоточного провода для датчиков. Наименьшей намагниченностью обладают провода марки ПЗВ-2 - t7=(3-12)xl0~6 СГСМ/см3. в работе приведена методика контроля на немагяитность датчика-тора, состоящего из 6 секций, на всех стадиях его изготовления: 1) выбор провода для намотки секций тора с 3:6 5x10"6 СГСМ/см3, 2) отбор секций, обладающих наименьшей магнитностью, - не более 50-70

I

со I

Рис.1. Функциональная охема дифференциального протонного магнитометра ДПМ-2:

1,2- измерительные преобразователя', 3- коммутирующее устройство; 4- источник тока поляризации;5- формирователь управляющих импульсов*, 8- таймер', 7,8- усилители; 9,10- умножители частоты; 11,12,21- селекторы; 13,14- схемы "ИЛИ"; 15,16- счетчики Т1 и Т2; 17,18- регистры памяти Т1 иДТ; 19- блок индикации Т1 или времени; 20- блок индикации ДТ; 22- схема вычисления ЛТ; 23- устройство сопряжения; 24- преобразователь код-аналог; 25- аналоговый регистратор; 26- магнитофон; 27- перфоратор; 28- ЭВМ.

пТл, 3) проверка тора на немагнитность после его сборки. Контроль на немагнитность проводился в ИЗМИРАНе на установке кванто-еого градиентометра с чувствительностью 2-3 пТл.

Магнитометры МШ-5М и ДПМ прошли метрологическую проверку в немагнитном павильоне Центра ФП ИОФАН ССС? на поверочной установке УП-1 первого разряда. Морские испытания дифференциального комплекса ДПМ проводились на озере Байкал я в Тихом океане. Погрешность измерений в спокойном магнитном поле составила на озере Байкал - - 0.2 нТл по Т и 1 0.28 нТл по А Т, а в Тихом океане --О. 34 нТл по Т и 4 0. 55 нТл по АТ.

Дифференциальные комплексы МПМ-5М и ДЛИ использовались для проведения градиентометрических магнитных измерений в 11 рейсах Института океанологии и показали эффективность их применения.

В третьей главе "Методика измерения курсового горизонтального градиента" рассмотрены практические особенности проведения дифференциальных измерений в океане и применение трехдатчиковой градиектометрической системы для решения задачи учета курсовой девиации.

Анализ результатов измерений курсового градиента позволил сделать вывод, что наибольшую погрешность оказывают нестабильность геометрических параметров измерительной базы и ее отклонения от генерального направления движения судна и влияние магнитного поля судна-носителя. Были выполнены исследования по оценке глубины хода разработанных забортных устройств при буксировке их на раздельных кабелях. Так, например, пря длинах буксировки 200 и 300 м на скорости 8 узлов глубина хода гондол составляет соответственно 22 и 35 м. Изменение скорости судна с 4 до 8 узлов при длине буксировки гондолы в 300 м приводит к изменению глубины хода на 5 м. Для такой буксировочной системы небольшие изменения хода гондолы по вертикали при изменении скорости судна достигаются при скоростях более 6 узлов. Расчеты показывают, что величина горизонтальной базы меняется незначительно, ' не более чем на 1%, а в зонах аномальных магнитных полей влияние вертикального градиента становится ощутимым. С целью уменьшения этой погрешности была разработана система с буксировкой двух гондол на одном несущем кабеле. Такая система заметно позволяет уменьшить погрешность, связанную с нестабильностью геометрических параметров база В'общем случае следует использовать датчики глубины при дифференциальных измерениях и проводить съемку с мини-

малъным отклонением курса от генерального направления - не более 2", и постоянной скоростью, не менее 6-7 узлов, с отклонением не более 1 узла.

С целью изучения девиационной погрешности автором были исследованы курсовые девиации судов Института океанологии: "Академик Мстислав Келдыш", "Витязь", "Дмитрий Менделеев", "Профессор Штокман" с различной длиной корпуса. При буксировке преобразователя на расстоянии равном 3 длинам судна максимальная величина курсовой девиации на курсе 180° составила 2-6 нТл (при наклонении МПЗ - 55-60°). Эта величина может увеличиться в несколько раз при смене района работ, так например: для нис "Дмитрий Менделеев" она увеличилась в 3 раза при изменении наклонения с 65° на 25°. Таким образом девиационная погрешность, которая имеет достаточно широкий спектр, перекрывающий полезный сигнал, может' значительно ухудшить результаты дифференциальной съемки. Поэтому было изучено влияние магнитного поля судна на показания магнитометра в зависимости от длины буксировки измерительного преобразователя. Как показали результаты исследований для нис "Академик Мстислав Келдыш", "Дмитрий Менделеев" и "Акванавт", при длине буксировки равной 4 длинам судна курсовая девиация становится меньше 1 нТл. В связи с этим рекомендуется при проведении дифференциальных измерений ближний преобразователь удалять от судна на расстояние равное 4-5 длинам судна

Полученные рекомендации были учтены при градиентометричес-ких измерениях в 19 рейсе нис "Профессор Штокман" в Баренцевом море. Два преобразователя буксировались на расстояниях 300 и 450 м от судна длиной 69 м. В таких условиях даже при наличии высокочастотных вариаций удается, применяя алгоритм адаптивной фильтрации, рааделять измеренное магнитное поле на постоянную и переменную составляющие без существенных искажений (рис. 2а).

Однако эти рекомендации являются необходимыми, но не достаточными условиями при дифференциальных измерениях и не всегда удается уменьшить величину курсовой девиации ниже 0.5 нТл по объективным причинам, т.к. их выполнение, по существу, сводится к подбору оптимальных параметров буксируемой системы, которые определяются магнитными характеристиками конкретного судна-носителя, причем эти параметры меняются в процессе съемки.

В настоящее время имеются методы, позволяющие учитывать курсовую девиацию с большой точностью (разработанные Е. Н. Розе,

Рис.2. Результаты обработки дифференциальных измерений в Баренцевом море с двухдатчиковой системой (а) и Аравийском море с трехдатчиковой системой (б):

I- измеренный градиент; 2 >&23~ Фильтрованный градиент; 3- интегр5фованное поле ¿Та; 4- измеренное полеДТа; 5- временная вариация; 6- вычисленный градиеШ1 с учетом курсовой девиации; 7- интегрированное полвДТа с учетом нормального поля; 8- то же, что и 7, но и о учетом временной вариации; 9- наблюденное поле Т.

It M. Марковым и М. Б. Лейбовым), но они эффективны только при длин-нопериодных суточных вариациях. При высокочастотных вариациях выделить девиационную поправку с двухдатчиковой системой не представляется возможным (в отсутствии ИБС). Поэтому в общем случае наиболее перспективной является многодатчиковая градиен-тометрическая система;,

Наличие нескольких дифференциальных комплексов позволяет перейти к многодатчиковой градиентометрической системе. Некоторые аспекты теории многодатчиковой схемы рассматривались рядом авторов, но на практике измерения впервые осуществлены в 20 рейсе нис "Академик Мстислав Келдыш". В работе представлены результаты экспериментальных работ с трехдатчиковой системой, при которой за судном'буксировались три измерительных преобразователя, образующие 1две равные базы измерений, длиной 150 м. Суть метода обработки заключается в совмещении в пространстве измеренных градиентов ближней и дальней пары преобразователей и вычислении и анализе "совмещенного градиента", который свободен от приращений вариаций и является чисто девиационной характеристикой. Использование этой характеристики и применение специальной итерационной процедуры позволяют вычислять влияние магнитного поля судна на все три преобразователя. В работе представлены результаты обработки профиля в Аравийском море (рис. 26).

На основании выполненных исследований н обобщения уже известных методик могут быть сформулированы методические рекомендации, выполнение которых является необходимым при градиентомет-рических измерениях в океане:

1. Расстояние между ближним датчиком- и судном составляет не менее 4-5 длин судна-носителя.

2. Оптимальная длина измерительной базы для глубоководной части океана составляет 100-200 м, а шельфовых зон - 50-100 м.

3. ременной цикл измерений для океана - не более 10 с, а для шельфа - не более 5 с.

4. Скорость судна-носителя при съемке не должна быть менее 6-7 узлов с колебаниями не более - 1 узла.

5. Измерения должны проводиться на прямолинейных профилях с колебаниями курса не более - 2°.

6. При площадной съемке среднеквадратическая погрешность

определяется

И И

где Titt,T¡2~ значения интегрированного поля в точках пересечения взаимноперпендикулярных профилей, п - число точек пересечений.

В четвертой главе "Результаты применения дифференциальных измерений" приведены результаты геомагнитных измерений, выполненных в разных районах Мирового океана над различными морфо-структурами океанского дна с целью оценки эффективности применения разработанных дифференциальных комплексов.

Высокоширотная авроральмая зона. В 19 рейсе нис "Профессор Шгокман" на акваториях Баренцева и Карского морей проведены маршрутные градиентометрические измерения дифференциальным магнитометром ДПМ-2 с базой 150 м и дискретностью измерений 5 с. Точность дифференциальных измерений, определенная по дисперсии отфильтрованной помехи разностного канала магнитометра, составила 0. 5-0.7 нТл.

В работе приведены результаты обработки дифференциальных измерений. На фоне апериодических временных вариаций, типа магнитных бурь, с амплитудой до 500 нТл были выделены магнитные аномалии амплитудой первые десятки нТл и горизонтальными градиентами до 0.0033 нТл/м. Выделенные временные вариации подтверждены записями береговой магнитной обсерватории "Лопарская".

Анализ"результатов дифференциальной съемки в Баренцевом море показывает, что для района исследований характерны два класса магнитных аномалий: длиннопериодные с периодом 30-60 км и амплитудой 50-70 нТл, вызванные глубинными магнитными объектами, и короткопериодные локальные аномалии с периодом 0.3-0.7 ум и амплитудой единицы нТл, приуроченные к мелководью.

Короткопериодные магнитные аномалии могут быть разделены на два типа: аномалии при глубинах моря до 100 и, которые интерпретируются как аномалии от древних берегогых песчаных валов и баров, и аномалии при глубинах 100-300 м, источником которых, возможно, являются остатки ледниковых морен. Как показал опыт американских исследователей, короткопериодные магнитные аномалии амплитудой единицы нТл могут представлять определенный интерес для поиска нефти и газа в Баренцевом и Карском морях.

Результаты количественной интерпретации, проведенной Г. М. Валяшко, по картированию кровли магнитоактивного слоя в Баренцевом море с использованием данных курсового градиента хорошо согласуются с данными MOB ОГТ: мощность немагнитной толщ в Центральной котловине достигает 15 км, а в районе Гусиной банки -

6-8 км.

Оеверо-Восточная котловина Тихого океана. В 29 рейсе нис "Дмитрий Менделеев" проводилась маршрутная съемка с дифференциальным магнитометром ДПМ в районе номерных линейных магнитных аномалий 9-32 по профилю 42° с. ш. База измерений - 170 м. По данным измерений курсового градиента выделена тонкая пространственная структура аномалий с амплитудой 20-50 нТл и горизонтальными градиентами 0.0х-0.03 нТл/м при удаленности магнитных источников на 4-5 км. При модульных измерениях магнитные аномалии такой величины трудно было интерпретировать однозначно по результатам съемки на одном профиле.

Тонкая структура наиболее четко проявляется на продолжительных по времени эпохах одной полярности. Так, например, в пределах отрицательного цуга аномалий 12 и 13 выделены аномалии с периодами 5-20 км. Переходная зона, в пределах которой переслаивается породы разной полярности, в записях градиента имеет определенную особенность, которая заключается в.постоянстве ширины зоны перехода между прямо и обратно намагниченными блоками океанической коры вне зависимости от продолжительности эпох постоянной полярности линейных аномалий. Ширина этой зоны (при глубинах 4.5 км) составляет около 5-8 км. Амплитуда курсового градиента в этих ьснах достигает максимальных значений. ,■

Результаты маршрутной градиентной съемки в 42.рейсе нис "Й^итрий Менделеев", .выполненной дифференциальным комплексом ЫПМ-5М по профилю южнее ранее рассмотренного на 60 миль, подтверждают пространственную стабильность тонкой структуры АМН Приведенные данные дифференциальных измерений по выделению тонкой структуры АМП, имеющей- глобальную природу, могут использоваться при построении и уточнении магнитохрокологических шкал.

Геотраверз через Средмнно-Атлантический хребет. Съемка в Капской котловине Южной Атлантики. В 31 рейсе нис "Дмитрий Менделеев" с помощью дифференциального магнитометра ДПМ получены градиентные характеристики идентифицированных линейных магнитных аномалий кайнозойской и мезозойской систем на профиле, пересекающем Атлантический океан по Зб°'ю. ш. Максимальные курсовые горизонтальные градиенты зарегистрированы над рифтовой долиной - 150 нТл/км, в районе мезозойских аномалий - 20-30 нТл/км.

В Капской котловине выполнена дифференциальная съемка в районе линейной аномалии 34, где курсовые градиенты не превышали

20-30 яТл/км. Картирование курсового горизонтального градиента позволило уточнить плановое положение границ зон прямой и обратной полярности, что является важной информацией для модельных расчетов, и получить оценку скорости раскрытия этого района (2. 2 см/год).

Подводные горы Тирренского моря. В 7 рейсе нис "Витязь" проведена площадная дифференциальная съемка, над подводной горой Вавилова по сети взаимноперпендикулярных галсов с межгалсовым расстоянием 0.5-1.0 миля. База" измерений - 200 м. Дискретность измерений - 5 с.

Традиционные карты графиков и изодинам ДТа дополнены картами курсового градиента по направлениям и скалярными и векторными картами полного горизонтального градиента. Эти карты являются дополнительным материалом для интерпретации, т. к. свободны от временных вариаций, регионального поля и четко разделяют сложные магнитные аномалии на более простые от близкорасположенных источников аномалий. Данные о курсовых градиентах использовались для магнитного моделирования подводной горы. Максимальные горизонтальные градиенты АМН - 0. 25 нТл/м.

Карта модуля полного горизонтального градиента дает информацию о границах аномальных магнитных зон и геометрии источников - на горе Вавилова выделены 4 аномальные зоны. На векторной карте полного горизонтального градиента выделяются две области: первая, на которую указывают стрелки сходящихся векторов, совпадает с вершинным вулканическим кратером, вторая, субмеридионального направления, к которой приурочены расходящиеся вектора, интерпретируется как разлом. Эти выводы косвенно подтверждаются геоморфологическими данными и телевизионными просмотрами с буксируемого подводного аппарата "Звук". Аналогичные исследования проведены в 16 рейсе нис "Академик Мстислав Келдыш" над подводной горой Маньяги. Результаты дифференциальных измерений над подводными горами Вавилова и Маньяги позволяют сделать вывод о сложном многоэтапном формировании вулканов и о процессах вторичного наложенного вулканизма

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Предложена и обоснована структура аппаратурных комплек-

сов для измерения модуля вектора индукции ШЗ и его курсового горизонтального градиента, на основе которой созданы два дифференциальных комплекса Первый - включает в себя два модульных протонных магнитометра МШ-5М, работающих в синхронном режиме; вторым комплексом является дифференциальный магнитометр ДПМ.

2. Указанные комплексы позволяет на практике применить мно-годатчиковую схему градиентометрических измерений. Экспериментально подтверждено, что трехдатчиковая градиентометрическая система модет успешно применяться для учета курсовой девиации судна, являющейся основным источником погрешности при морских дифференциальных измерениях.

3. На основе разработанных аппаратурных комплексов и предложенной методики измерений практически реализовано выделение магнитных аномалий порядка первых десятков нТл на фоне широкого спектра геомагнитных вариаций, включая магнитные бури.

4. Предложена методика картографического представления данных площадной дифференциальной съемки. Показано, что построение скалярных и векторных карт полного горизонтального градиента увеличивает эффективность интерпретации градиентометрических измерений.

Геомагнитные исследования,- выполненные автором на ние "Дмитрий Менделеев" в 29 рейсе (Тихий океан) и 31 рейсе (Атлантический и Индийский океаны), на нис "Профессор Шгокман" в 19 рейсе (Баренцево и Карское моря), на нис "Витязь" в 7 рейсе и на нис "Академик Мстислав Келдыш" в 16 рейсе (Средиземное море) и других рейсах, показали эффективность и работоспособность разработанных дифференциальных комплексов ШВД-5М и ДПМ и предложенной методики измерений для геомагнитных^исследований в океане. Таким образом дифференциальные комплексы МПМ-5М и ДПЫ внедрены в практику океанологических исследований.

Приведенные результаты градиентометрических измерений дают наглядное представление о возможностях данного метода по восстановлению аномального магнитного поля свободного от временных вариаций, а также по изучению тонкой пространственной структуры АШ в океане, что увеличивает геологическую информативность геомагнитных исследований. Получены новые дачные о характере АШ на шельфе Баренцевого моря и в рифтовой зоне Тихого океана, а также подводных гор Тирренского моря.

По теме диссертации опубликованы следующие работы;

1. Беляев И. И., Филин А. М. , Попов Э. А. Аппаратура для магнитной съемки. // В кн.: Геолого-геофизические и подводные исследования озера Байкал. - М. , ИОАЕ -1979. -с. 35-39.

2. Алампиева Е. М., Беляев И. И. , Филин А. М., Хлыстунов !,1 с. Цифровой ■ дифференциальный протонный магнитометр. // Авт. свид. N 729537,

СССР. Приоритет 1978 г. - БИ.-1980. - N 15.

3. Беляев И. И., Филин А. М. Морская магнитометрическая аппаратура. // Тезисы 2-го Всесоюзного съезда по геомагнетизму. - Тбилиси, Тбилисский ун-т. -1981. - т. 1. -с. 156.

4. Афоняшин А. А. , Беляев Я И., Беляева Е. Н., Неронов Е Е , Парамонов А. А., Попов 3. А., Филин А, М. Морской магнитометр МПМ-5М. // Океанология. -1984. - т. 24, N 5. -с. 1022-1026.

5. Филин А. М. , Беляев И. И., Алампиева Е. М. Морской дифференциальный магнитометр ДПМ-1.// Океанология. -1985.- т. 25, Мб. -с. 1040-1043.

6. Филин А. М., Валяшко Г.-11, Беляев Л И. Результаты применения градиентометрических съемок для изучения тонкой структуры аномального магнитного поля в океане. // Тезисы 3-го Всесоюзного съезда по геомагнетизму. - Киев, Ин-т геофизики АН УССР. -1985. -с. 59.

7. &шш А. а Опыт применения градиентной магнитной съемки для изучения подводных гор. // Тезисы 1-й Всесоюзной конференции по морской геофизике: Проблемы геофизики океанского дна. -11 , ИОАЕ -1987. - Т. 1. -С. 112.

8. Беляев И. И., Верлбицкий Е. Е , Филин А. М. Методика повышения сигнала прецессии в датчиках ядерных магнитометров. // Тезисы 1-й Всесоюзной конференции по морской геофизике: Проблемы геофизики океанского дна - М., ИОАЕ -1987. - т. 1. -с. 12.

9. Беляев И. И. ,. Городницкий А. М., Попов К Е , Филин А. М., Шрейдер А. А. , Щербаков Е П. Детальное геомагнитное изучение подводных гор.// Тезисы 2-го Всесоюзного совещания: Современные методы морских геологических исследований. - М., ИОАЕ -1987. -т. 1. -с. 96-97.

10. Филин А. М., Беляев И. И. Морской дифференциальный магнитометр ДГШ-2. // Тезисы Всесоюзной школы: Технические средства и методы исследований Мйрового океана - М. , ИОАЕ -1987. - т. 1. -с. 154.

11. Филин А. М. Градиентометрический метод изучения магнитного поля океана. // Тезисы Всесоюзной школы: Технические средствз

- is - ■

и методы исследований Мирового океана - М. , ИОАЕ -1987. -т. 1.-с. 155.

12. Filin А. М. .Belyaev I. I., Alampieva Е. М. Marine differential magnetometer DPM-i.// Cambridge Scientific Abstracts J. (ASFA, Part 2), USA. -1987.- V. 17, N 5.

13. Филин A. E ,Городницкий A. E .Пальшин E А. .Попов К. E .Шишкина E A. , трейдер A. A., Димитров E С. Новые данные о структуре аномального магнитного поля над подводными горами Верчелли и Вавилова (Тирренское море).// Океанология, Болгарская АЕ -1988. - N 17. -с. 58-66.

14. Беляев И. И. .Городницкий А. Е .Пальшин Е А. .Филин А. Е Геомагнитное изучение Капской котловины (Южная Атлантика). // Ешл. Моск. общ-ва испытателей природы. Отд. геологии. -1988. -т. 63, N 5.-с. 35-39.

15. Беляев И. И., Филин А. Е Морской дифференциальный магнитометр ДПМ v. результаты его применения.// Тезисы 7-й Всесоюзной научно-технической конференции: Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры. - Л . НПО ВНИИЕ -1989. -т. 1. -с. 199-200.

16. Валяшко Г. Е .Филин А. М. .Лукьянов С. К .Городницкий А. Е ,0си-пова ЛJL Применение морских градиентометрических съемок и данных обсерваторий для изучения геомагнитных вариаций и картирования кровли магнитоактивного слоя в Баренцевом море. // В кн. : Электромагнитная индукция в Мировом океане. Ч. 1.-Е , Наука -1990. -с. 82-89.

17. Филин А. Е Опыт применения магнитной градиентометрии в Арктике. // В кн.: Электромагнитная индукция в Мировом океане. 4.1. - Е , Наука -1990. -с. 89-94."

18. Городницкий А. Е .Валяшко Г. Е .Пальшин Е А. .Филин А. Е .Лукьянов С. Е Аномальное магнитное поле. // В кн.: Геофизические поля и строение дна океанских котловин. - Е , Наука -1990. -с. 48-66.

19. Беляев И.И. .Филин А. Е Морской дифференциальный магнитометр ДПМ-2 и опыт его применения. // Океанология. -1990. - т. 30. N 6. -с. 1031-1036.

20. Ваньян JL JL .Филин А. Е Применение градиентометрии для выделения магнитных вариаций. // Геомагнетизм и аэрономия. -1990. -Т. 30, N 5. -с. 848-850.

21. Филин А. Е Измерительные комплексы для дифференциальной маг-

нитной съемки в океане. // Тезисы 4-го Всесоюзного съезда по геомагнетизму: Магнитные и электрические поля твердой Земли. - Владимир-Суздаль, ИФЗ АН СССР. -1991,- т.1.-с. 99-100.