Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Причинный анализ и его применение для обработки и интерпретации данных морских электромагнитных исследований

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Причинный анализ и его применение для обработки и интерпретации данных морских электромагнитных исследований"

■; : . российская академия НАУК

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта

На правах рукописи

КОРОТАЕВ Сергей Маратович

УДК 550.380

ПРИЧИННЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ МОРСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Специальность 04.00.22 - . лЬизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 1992 г.

Работа выполнена в Троицком филиале Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

профессор В.И. ДМИТРИЕВ

- доктор технических наук профессор М.Н. БЕРДИЧЕВСКИЙ

- доктор физико-математических наук профессор В.П. ГОЛОВКОВ

Ведущая организация - Институт океанологии им. П.П. Ширшова

Российской академии наук

- Защита состоится "»■/</" L_199 ~i г. в ч. на

заседании специализированного совета Д.002.08.02 при Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН по адресу: I238I0 Москва, Б. Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН.

Автореферат разослан " fi " мк{ос<рА 199? г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

А.М. АРТАМСНОВ

г. . г- I -

* N'" i <>, • - ;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из универсальных физических принципов является принцип причинности . В геофизике этот принцип играет двоякую роль. С одной стороны, в задачах доведенных до достаточного уровня теоретической проработки этот принцип позволяет отобрать физически реализуемые решения из множества математически допустимых. С другой стороны, в анализе сложных явлений установление причинно-следственных связей является первым шагом к построению модели явления.

При ссылках на принцип причинности обычно имеется в виду необходимое условие запаздывания следствия относительно причины. Но что такое "причина" и "следствие" или же "причинная связь", остается неопределенным. В теоретических задачах это может вести к недоразумениям, а в исследовании сложных явлений возможны весьма серьезные ошибки. Необходимость формального учета реально существующих причинных связей ощущалась многими исследователями. Можно указать по крайней мере на три попытки такого учета, сделанных в работах Г. Рейхенбаха, Д. Хейса и H.A. Козырева. Однако эти разработки не привели к созданию достаточно универсального аппарата пригодного для оперирования с экспериментальными геофизическими данными.

Актуальность проблемы определяется тем, что многие геофизические методы и, в частности, методы морских электромагнитных исследований, в явном или неявном виде опираются на гипотезы о причинной связи состояний или процессов (например, "первичность" и "вторичность" различных компонент электромагнитного поля). Представляется весьма важным получить операциональное определение причинности и с его помощью проверить степень достоверности этих гипотез. Это позволит увидеть слабые места в интерпретации проделанных экспериментов, а для новых - предложить рекомендации к их оптимизации и дать критерии отбраковки материалов.

Актуальность получения количественных оценок меры причинной зависимости очевидна не только в анализе сложных процессов, где она позволяет сделать выбор между альтернативными моделями, но и в широком круге задач, связанных с оптимизацией статистических пересчетов различны* геофизических величин. При-

мером типичной практической задачи такого рода является задача выбора оптимальной обсерватории для учета вариаций при магнитной съемке. Подобным же образом, актуальным является и учет количественно определенных причинных связей в прогностических задачах.

Цель исследований. Основной целью исследований является разработка аппарата причинного анализа и его применение в сфере морских электромагнитных исследований.

При этом ставятся следующие задачи:

1) Теоретическое обоснование метода причинного анализа на базе математической теории энтропии, теории информации и термодинамики .

2) Теоретическая оценка причинных связей в различных электромагнитных процессах в океане, изучение влияния на параметры причинности структуры источников поля и помех и предсказание изменчивости этих параметров в условиях реальных экспериментов.

3) Выполнение, обработка и интерпретация серии морских экспериментов, реализующих комплекс методов естественного электромагнитного поля и выделение причинных гипотез лежащих в основе интерпретации.

4) Разработка алгоритма применения причинного анализа к экспериментальным данным.

5) Применение причинного анализа к данным морских электромагнитных экспериментов и на основе полученных результатов проверка степени выполнения гипотез о причинной связи процессов, оценка роли шумообразущих факторов, потенциальных возможностей различных статистических пересчетов, формулировка практических

: -рекомендаций к обработке и интерпретации данных и к планирова-ннию экспериментов.

Научная новизна. В теоретической части работы обосновывается информационно-статистический подход к описанию электромагнитного поля. Впервые дается формальное количественное определение причинности, позволяющее не только связать необходимые и ...достаточные условия причинной связи, но и построить программно-рреализованный алгоритм.причинного анализа экспериментальных жданных.

.;.На основе ^аппарата причинного анализа удается четко сфор-•.:ьМулировать причинные гипотезы лежащие в основе различных мето-ддовеестес/гозеянога:.электромагнитного поля (магнитовариационного и

~ з -

электровариационного профилирования, градиентного зондирования и т.д.), в то время как ранее эти гипотезы, в лучшем случае, слукили предварительными интуитивными допущениями, в дальнейшем оставляемыми за рамками формальной теории. Теоретическая оценка параметров причинности позволила указать рамки применимости априорных гипотез в зависимости от свойств естественных электродинамических систем (например, соотношения полей индуцированных морскими течениями и ионосферно-магнитосферными источниками) .

Выполнена серия морских экспериментальных экспериментов в Тихом океане, Черном, Каспийском и Балтийском морях, причем большая их часть носит приоритетный характер. На материалах этих экспериментов, а тагоке международного эксперимента ЭМСЛАБ реализованы как традиционные (магнитотеллурическоз и градиентное зондирование, магнитовариационное профилирование), так и предложенные автором (магнитогидродинамическое и электровариационное профилирование, магнитовариационное профилирование на поле течения) методы естественного электромагнитного поля. Достоверность интерпретации данных в работе явным образом связана со степенью выполнения причинных гипотез.

Впервые на натурных данных получены количественные оценки причинной связи элементов электромагнитных процессов .(компонент электромагнитного поля и скорости морских течений), компонент поля в одной точке и в различных точках удаленных по вертикали и горизонтали, с различным сдвигом по времени и в различных частотных диапазонах. С помощью причинного анализа удалось применить достаточно универсальный подход к оценке шу-мообразующих факторов в каждом из реализованных геоэлектрических методов. Это позволило объяснить целый ряд особенностей материалов обработки и интерпретации и определить ранки применимости различных методов, причем для некоторых, например, маг-нитовариационного профилирования, эти рамких оказались шире ранее принятых.

Практическая ценность. Причинный анализ может использоваться как эффективное средство обработки наблюдений, Позволяющее проанализировать различные шумообразующне факторы: в методе градиентного зондирования - аномальное поле неоднородностей и поле течений, в методе магнитогиДродинамического профилирова-

ния - теллурическое поле и бароклинные моды течений, в методе электровариационного профилирования - эдс зональной компоненты скорости и поля мелкомасштабных гидродинамических возмущений. Особо следует отметить метод магнитовариационного профилирования, где причинный анализ позволяет проконтролировать приближение плоской волны по локальным данным. В результате причинный анализ позволяет для каждого метода выбрать временные интервалы, частотные диапазоны, компоненты поля и точки наблюдений наиболее свободные от соответствующих видов шумов.

В задачах двумерной и трехмерной интерпретации причинный анализ может применяться для выбора минимально необходимого набора точек наблюдений, гарантирующего локальность наномалыюй области.

В гидрофизике причинный анализ позволяет интерпретировать локальные трехкомпонентные магнитовариоционные наблюдения для мониторинга вариаций структуры океанских течений.

Причинный анализ может быть эффективно использован при планировании геофизических экспериментов: выбор оптимальной обсерватории для учета вариаций при магнитной съемке: определение потенциальных возможностей авторегрессионных прогнсэов; выбор оптимальной геофизической переменной доступной регулярному измерению для пересчета в другую переменную, регулярное измерение которой затруднено.

Серьезную роль причинный анализ мокет сыграть в изучении сложных геофизических процессов, механизм которых оспаривается конкурирующими гипотезами (сейсмоакустические, электромагнитные и другие проявления геодинамических процессов, в том числе связанных с землетрясениями и цунами).

Реализация результатов работы. Результаты обработки и интерпретации материалов экспериментов, включающие реализацию причинных алгоритмов, в частности, метода МГДП, включены в отчеты ИЗМИРАН и ИФЗ РАН по ряду национальных и международных геофизических проектов: "Геопол", "Нефтегазоносность болгарского шельфа Черного моря", "Строение и геодинамика литосферы Центральной и Восточной Европы", "БЕМС", "ЭМСЛАБ" и др. Результаты переданы в Комитет по геологии Болгарии, Финский метеорологический институт, Университет Оулу (Финляндия), Университет Уппсала (Швеция), Тихоокеанский центр наук о Земли (Канада), Скриппсовский океанографический институт (США).

Метод причинного анализа помимо ИФЗ РАН в настоящее вр-:' -мя активно используется в работах Института геофизики Уральского отделения РАН и Среднеазиатского регионального гидрометеорологического института.

Алгоритм причинного анализа и результаты его применения для выбора оптимальной обсерватории при морской магнитной съемке переданы Гидрографической службе ВМФ.

Предмет защиты - создано новое направление в анализе данных геофизического эксперимента.

Апробация результатов работы и публикации. Результаты работы докладывались или были представлены на Генеральных Ассамблеях Международной Ассоциации по Геомагнетизму и Аэрономии в Праге (1985), Ванкувере (1987) и Веке (1991), на международном симпозиуме по электромагнитной индукции в Земле и Луне в Дагомысе (1989), на международных конференциях по проекту I КАПГ в Будапеште (1982), Софии (1983) и Сочи (1985), на международной конференции "Время в космологии" в Ленинграде (1990), на Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества в Висбадене (1991), на Всесоюзных и Всероссийских съездах, школах, конференциях и семинарах. Результаты исследований приведенные в диссертации изложены в 69 печатных работах автора. Основные из них перечислены в конце автореферата.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа изложена на 263 страницах, содержит 33 рисунка, 26 таблиц. Список литературы включает 145 источников.

Работа выполнена в Троицком филиале Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Автор отдает глубокую дать памяти H.A. Козырева. Знакомство с его работами, непосредственное наблюдение экспериментов и обсуждение с ним проблем несимметричной механики оказало определяющее влияние на научное мировоззрение автора и побудило к собственным исследованиям причинных связей в геофизических процессах.

Автор выражает признательность B.C. Шнееру и М.С. Дцанову за постоянную и всестороннюю поддержку исследований, O.A. Ха-чай, М.Л. Арушанову и C.B. Шабелянско\у за активное творческое .. сотрудничество, Б.С. Светову, Г.А-. Фонареву, и А.Г. Джонсу за плодотворные обсуждения различных аспектов работы, А.И.,Лапиц- . кому, D.M. Абрамову, В.А. Уачинину, В.В. Куткину, О.М. Пятибра- :

- б -

ту, С.П. Гайдашу, М.М. Богородскому, А.Г. Попову, Т.Н. Бондарь, -Б.П. Филиппову, Л.А. Абрамовой, С.И. Санину, В.Н. Верховскому, O.A. Коваленко, А.Н. Новикову за участие в экспериментах, проходивших зачастую в экстремальных условиях, И.Л. Трофимову, И.М. Варенцову, Н.Г. Голубеву, И.П. Южаниной за помощь в интерпретации экспериментальных данных. Автор благодарит Л.К. Лоу,

A.Д. Чэйва, X.- Суксдорфа, А. 1уставсона, Э.Б. Файнберга за пре-досталенные ими экспериментальные материалы, А.Д. Демидова,

B.О. Сердюка, Е.Р. Мартанус за помощью в обработке данных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении анализируется состояние проблемы и формулируются основные задачи диссертационной работы. Отмечается, что принцип причинности в геофизике используется как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях, но далеко не всегда положение причин и следствий очевидно. Примером может служить вполне практический вопрос, является ли наблюдаемая вертикальная компонента переменного магнитного поля следствием отклика неоднород-ностей на первично плоскую волну или она сама по себе первична.

Трудности и возможные ошибки в решении подобного рода проблем определяются тем, что, как это ни парадоксально, принцип причинности в физической литературе почти нигде четко не сформулирован, несмотря на его широкое использование. Фактически, при ссылках на него используется только необходимое, но не достаточное условие запаздывания.

В теоретических задачах это может вести к неверным трактовкам. Например, из того что электрическое.поле может быть представлено как интеграл типа свертки от магнитного поля по всем предшествующим моментам времени, может сложиться представление, что электрическое поле есть следствие магнитного (Е. йи, К.В. Паул-сон), что, как было показано Г.Д. Эгбертом,неверно, хотя бы потому что допустимое симметричное представление магнитного поля через электрическое.

В экспериментальных задачах возможны более серьезные ошибки. В самом деле, стандартная схема ответа на вопрос о классификации процессов как причин и следствий такова. Устанавливается корреляция исследуемой пары (или множества) величин. Если она высока, делается вывод о наличии реальной зависимости, а далее вступает

в силу физическая ивдуиция, в лучшем случае дополненная оценкой запаздывания. Но если некоторый процесс С порождает изолированные друг от друга процессы А и В, то между А и В может быть тесная корреляция» определенное запаздывание, однако их связь не является причинной. Процесс С может вообще не попасть в поле зрения исследователя и тогда интуитивный подход никогда не даст верного ответа.

Представляется, что формализация понятия причинности и построение соответствующего аппарата для анализа геофизических данных могут быть достигнуты на базе теории информации и математической теории энтропии. На плодотворность применения теории информации в геоэлектрике обращали внимание B.C. Светов и другие исследователи. Целью настоящей работы является построение такого формализма и исследование возможностей его использования в анализе данных морских электромагнитных экспериментов. Важным практическим аспектом такого исследования должен стать достаточно универсальный подход к анализу шумообразующих факторов. Универсальность причинного анализа, кроме произвольности вида зависимости изучаемых величин, заключается в том, что само понятие шума, ограничивающего возможности статистических расчетов, не носит обычного заведомо конвенционального смысла, а характеризует степень открытости системы.

Глава I. ПРИЧИННЫЙ АНАЛИЗ .

Рассмотрение вопроса мотивировано исследованиями Г. Рейхен-баха, Д. Хейса и, в особенности, H.A. Козырева, хотя и является полностью независимым. Основная идея заключается в том, чтобы дать такое формальное определение причинности, которое согласовывалось бы с интуитивным пониманием. Тот факт, что во многих случаях мы со всей очевидностью понимаем, что является "причиной", а что "следствием", причем подразумевая, но не используя запаз -дывания, говорит о том, что эти понятия являются несимметричными. Следовательно, требуется в возможно более общем виде формализовать эту асимметрию. Наиболее общим выражением зависимости является информация, поэтому адекватным данной проблеме будет язык теории информации. В свою очередь, среди нескольких современных подходов к теории информации, поставленной задаче -неиболее естественно отвечает концепция X. Хармута трактующая информацию как универсальную меру физического взаимодействия. Но прежде чем применить ее к вопросу о причинных связях,.тем более, в в геофизическом аспекте, оказалось необходимым детально разобрать такое

„ а -

базисное понятие как энтропия, поскольку приходится пользоваться как результатами теории информации, так и статистической физики, в которых зачастую одинаковые математические формы имеют совершенно различный смысл.

Базисным является больцмановское определение энтропии через вероятность состояния. Термодинамическое и пенноновское определение энтропии являются его следствиями. При этом шеннонов- • • ское определение базируется не на вероятность состояния, а термодинамическую или абсолютную вероятность. Поэтому обычно используемый в теории информации функционал энтропии является абсолютной удельной энтропией. Нормированная энтропия может быть определена, по крайней мере, двумя способами, отвечающими статистики Ыаксвелла-Больцмана и Бозе-Эйнитейна. В первом случае число возможных микросостояний (число возможных сообщений) в геофизическом контексте определяется как число различимых вариаций при фиксированном интервале изменчивости, во втором - при фиксированном интеграле (полной энергии) вариации. Можно показать, что оба варианта нормировки не адекватны специфике измерения естественных, геофизических полей, поэтому в большинстве случаев .приходится пользоваться абсолютной энтропией.

Чтобы определить изменение энтропии в двух взаимодействующих процессах, необходимо рассмотреть эволюцию замкнутой системы которая согласно второму началу термодинамики сопровождается возрастанием энтропии, в то время как следствием 7-й теоремы Шеннона, при тех же условиях, является ее убывание. Противоположное поведение термодинамической и шенноновской энтропии при полной идентичности их математических форм связано с различными областями определения оператора вероятности. Для термодинамической энтропии распределением вероятностей является сам положительно определенным вариационным ряд (нормированный на сумму или интеграл типа полной энергии), для шенноновской - распределение частотой заполнения уровней (нормированное на длину ряда). Интервал изменчивости функции в первом случае переходит в интервал изменчивости аргумента во втором.

Оператор вероятности может быть применен и многократно. Обобщенное рассмотрение достигается в рамках теории расслоенных пространств. В результате удалось получить обобщенные выражения для энтропии Ц ^ л -г° слоя процесса X:

Н(п>= ¿п

и

Сп) К_

(п-1)

-- ?

(п)

где К - число микросостояний, удовлетворяющих данному макросостоянию, - полное число микросостояний;

к, Сп"1)

., (П) _ М_

К - -Г7Ш-

.П X,!

1=1

N

С п - 2 )

П X,! •1=1

м

(П+1)

М

(п)

N

(П-1)

СП) (П-1") I 1П"0 См-2) п ,

[М +М -1]! [А/ +N -1] !

1ц и Ь 1 относятся соответственно.к статистике Максвелла-Больцмана и Бозе-Э^нштейна; для П = I М*1- длина вариационного ряда Х0){Х/},Л/- интервал изменчивости X 1 {Х^1 | . Получены таюсе выражения, показывающие, что различие между М , N . и полной энергией и относительно и связано только с номером слоя в котором они определены:

(го спи) (.п-1) (п-а)

ц =и2

- N

где

<«) 5 <п)

и, Е х

т ^ « - ■ «

СП)

г/"40 £ ^СП+1)у(п+1)

г = 1

^ - частость заполнения энергетического уровня Х^ . Доказана теорема об ассимптотичаском вырождении распределения вероятностей при увеличении номера слоя, в результате чего энтропия уменьшается по мере увеличения п . Чувствительность к изменениям в вариационном ряду при этом снижается, так что наиболее чувствительной оказывается энтропия Н^1* .

Вовлечение в обсуждение электромагнитных проблем термодинамических подходов требует определенного обоснования. С этой целью рассмотрен канонический ансамбль членами которого являются ячейки пространства заполненные электромагнитным полем с энергиями X % . Можно показать, что такой ансамбль удовлетворяет распределению вероятностей Гиббса при этом входящий в

это распределение параметр - статистическая температура 0 _

может быть определена через среднюю по пространству энергию X £ -компонентного поля:

Последнее приближение верно, если средняя энергия велика по сравнению с порогом разрешения. Используя каноническое распределение, оказалось возможным также показать, что энергия электромагнитного поля удовлетворяет распределению Бозе-Эйнштейна. Для квазистационарного приближения получено выражение плотности вероятности магнитного поля, в котором 0 соответствует дисперсии и из которого следует, что компоненты поля имеют гауссово распределение с нулевой модой, а модуль - распределение Максвелла. Таким образом характерные эмпирические распределения апериодических геомагнитных вариаций определяются свойствами ансамбля.

Тот же результат получен и иным способом - из теории энтропии равновесных состояний. Кроме того, пользуясь этой теорией удается выразить энтропию через макрохарактеристики ( в и функцию Массье) и показать справедливость основного уравнения термодинамики для электромагнитного поля. Это позволяет при дальнейшем построении теории причинного анализа в необходимых случаях ссылаться на термодинамические соотношения.

В связи с тем, что для изучения взаимодействия процессов

оо

необходимы оценки условных энтропий, которые для естественных геофизических полей для 1=1 сделать невозможно, для изучения причинных связей целесообразно использовать энтропии

н • _ .

Для произвольных состояний (процессов) X и У , имея оценки безусловных и условных энтропий, можно определить такие параметры их связи как безусловную асимметрию оС , условную асимметрию ^ и независимости V" от X "1-у|хи ^ от

^ гХ|У:

Н(У) р Н(У1Х) к

, Н(У1Х) , _ Н(Х1У; .

-Щуу-' ах.у н(х)" '

В пространстве параметров о{. , ^ , т-упс кажДкй тип связи Х^У отображается в виде точки. Взаимосвязь энтропийных параметров приводит к тому, что не все области пространства об ,£ , ^У'Х разрешены для каких бы то ни было парХ > V » а последующий анализ смысла этих параметров позволяет в разрешенной части пространства выделить ряд характерных областей (например, линию однозначных функций, взаимно-однозначную точку, линию V-констант, линию независимости, адиабату). Далее можно ввести параметр, характеризующий асимметрию зависимости

д гХ1у

\

и определить, что причиной X и следствием У называются такие состояния, для которых ^ <- 1 . Такое определение, являясь полностью формальным, удовлетворяет, как можно показать, индуитивному физическому пониманию причинности.

Требование запаздывания включается затем в виде аксиомы, связывающей достаточное и необходимое условия, причинной связи.

Рассмотрение элементарного причинно-следственного эвена с точки зрения обмена информацией приводит к выражению, связывающему скорость причинно-следственного перехода с параметрами причинности:

'а

где - элементарный заряд, К - постоянная Планка.

В реальности причинно-следственное звено не может быть изолированным: как процесс X! , так и процесс "V находятся в причинном взаимодействии с другими процессами. Поэтому необходимо обобщение вышеописанного подхода на причинную сеть.' Принцип обобщения заключается в том, что для любого индивидуального процесса в причинной сети остальные связанные с ним процессы рассматриваются как единый многомерный процесс. Выражения энтропийных параметров для п -звенной сети конкретизированы для П = 3, поскольку этот простейший пример позволяет увидеть все то качественно новое, что дает множественное взаимодействие, по сравнению с парным.

На основе общих выражений^ , р , \ , у в узлах сети , 2 рассмотрены несколько характерных случаев связи трех процессов (информационных моделей). Результаты анализа этих,моделей таковы.

А. Отсутствие зависимости в одном из звеньев (= = 1у,х = I) Эта модель, по-существу, описывает влияние помехи "У" на процесс ^ взаимодействующий с X (или помехи X на процес взаимодействующий с V ) . Одним из результатов является исключение обоих предельных значений для при-чинностей Уу » Уз и одного из предельных значений для некоторых независимостей: "1- <- 1 , "Ц* > О , 1/у>0 •

А1. Адиабатическая связь X и V (Тхи = 1). В этом случае "помеха" V нарушает симметрию в звене • X

оказывается следствием V, • Качественный результат воздействия V не зависит от направленности причинной связи в звене У^

А2. Помеха в причине ( I). Если помеха V не раз-

делена с сигналом 1-. и используются соотношения двухпроцес-сного анализа, ее воздействие ведет к понижению сСх, ^х» и возрастанию .

АЗ. Помеха в следствии ( Воздействие помехи

повышает , ^уг» IX * ' ио не изменяет ^ XI •

Б. Общая причина с однозначной зависимостью ( 1. »

Оказалось, что при этом значения энтропийных параметров не зависят от характера зависимости между X. и V (и от того, существует ли эта зависимость вообще).

В. Цепь с однозначной зависимостью (Х^^^У). Полученные выражения энтропийных параметров показали, что для этого случал не имеет значения имеется ли прямая (не опосредованная через "2, ) связь между х и V •

Г. Замкнутая цепь с однозначной зависимостью (2> —У^С—У X ). Принятое условие приводит к более сильному: Х<=>2Х=> х • Иными словами, замкнутой причинной цепи (заданной условием причинной циркуляции с однозначной зависимостью) существовать не может.

Д. Общее следствие с однозначной зависимостью ( X , V Т. ). Анализ этой модели показал, что для нее связь между X и V можно рассматривать изолированно от 2 > как если бы последнего не существовало. Вывод совершенно нетривиальный,т.к. имеется конечная парциальная зависимость как X , так и "V от

Е. Адиабатическая связь X и "V ( Ухгг. = 1)-'В приложениях достаточно типичен случай, когда два процесса связанные между собой адиабатической зависимостью являются в той или иной степени причиной третьего. Например, как можно предположить, так взаимосвязаны горизонтальные-и вертикальная компоненты электромагнитного поля. Полученные модельные выражения энтропийных параметров позволяют проверить это предположение.

Параметры используемые в причинном анализе позволяют оценить, кроме собственно причинности, меру зависимости двух или более состояний в наиболее общем виде. Вид зависимости не имеет значения. Этим он выгодно отличается от традиционных статистических методов, например, корреляционного анализа. Вместе с тем, существует, естественно, определенное соответствие между энтропийными параметрами и другими статистическими характеристиками связи процессов. Так, величина К =(1-1у|х)(1~1х1у)БеДет се^я подобно обычному коэффициенту корреляции X* (хотя более чувствительна к ослаблению зависимости). Связь между V и ' определяется выражением:

е 0-е ;

V— ---_

, / Н(Х)+НОО НР0~ НСУ)

уе (/-€ )(1-е )

Универсальность причинного анализа заключается не только в произвольности функций У(ЗС) и ХСУ). но и в произвольности распределения вероятностей, в то время как большая часть статистических методов нуждается в определенной гипотезе относительно вида распределения.

Глава П. ТЕОРИЯ ПРИЧИННЫХ СВЯЗЕЙ В НЕКОТОРЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ '

Хотя причинный анализ предназначен, главным образом, для оперирования с экспериментальными данными, его приложение к теоретическим моделям помогает понять механизм возникновения причинных связей различных процессов. В серии различных задач из области морских электромагнитных исследований первой естественно рассмотреть как тестовую задачу, в которой причинная связь не вызывает сомнений. Именно такой является задача об индукции в морских течениях. Хорошо известно, что в силу малости магнитного числа Рейнольдса в реальных условиях течение индуцирует электромагнитное поле, но соизмеримое приложенное поле не вызывает течения. Кроме того, именно для этой задачи имеет смысл достаточно подробное рассмотрение, т.к. морские течения представляют единственный потенциально контролируемый естественный источник поля в геоэлектрике.

Предварительно необходимо рассмотреть некоторую достаточно общую модель электромагнитного поля течения. Такой моделью является приближение локально- плоского течения, которое удовлетворительно описывает индукцию в морских течениях всех типов. Получены выражения для компонент электромагнитного поля в водной толще и на дне. Последние позволяют по любым двум из трех измеренных величин - электрического, магнитного поля и скорости определять суммарную продольную проводимость 3 веРхнего проводящего слоя дна (чехла), что положено в основу метода магнитогидродинамического профилирования (МГДО). Выражения для горизонтальных компонент магнитного "рд. у и электрического полей на произвольном горизонте выгля-х> У

дят:

К*,у = $ V«,, сЬ-* '

Е

где С0 - удельная пров одимость^в оды, В - индукция магнитного поля Земли, V - скорость, Л/" - средняя по вертикали скорость, 5 о ~ продольная проводимость водного слоя.

Задача о причинной связи решается в следующей постановке. В качестве процесса X. рассматривается скорость с учетом факторов интенсивности включающих параметры разреза и магнитное поле Земли,в качестве процесса V - электрическое или магнитное поле, которое складывается из индуцированного поля X определяемого операторами модели и из магнитотеллурической помехи. Выражения энтропийных параметров приобретают вид:

нсзЬ+н*.

Н(,Х) } Нрсуьн*)- '

1 , V - А Н(х)- н (к)

1у|Хн<£) + н* ' НСХ) '

* [ н (х) - н )] [н 0С+На1 7

где Н - энтропия помехи. Эти выражения имеют общий характер и применяются также и в последующих задачах. При этом Н имеет смысл поправки связанной с помехами с1 не обязательно независимыми от полезного сигнала XI (в случае независимости, как данной задаче Н = Н (<£)), имеет смысл сигнала преобразованного геоэлектрическим фильтром. Эти выражения позволяют в общем виде проанализировать влияние изменчивости уровня шумов. При возрастании зашумленностиоС , ^ , гуос-, у возрастают, причем наиболее чувствительным к шумам является параметр р . Параметр "^хг/ не зависит от уровня шума.

Далее задача конкретизируется заданием определенной прост-

о

ранственно-временной изменчивости скорости: течение задается импульсной функцией глубины и синусоидальной функцией времени. Вначале исследован случай отсутствия помехи, позволивший показать, что решение обратной задачи - расчета скорости по полю возможно только для баротропной мода (для нее р = \ 1 iYix.-l.xiY~ О )• В общем случае при отсутствии помех ^ЦчхгУ3 О » О < оС < 1 » конкретное выражение оС включает параметры гидродинамической модели и имеет весьма сложный вид, особенно для магнитного поля. Далее вводится магнит отеллуриче екая помеха с синусоидальным временным законом. Получены выражения энтропийных параметров, позволяющие проанализировать влияние на них структуры источника и уровня шума. В частности, для электрического поля основной параметр имеет вид: £

лХо1/> жЕо

4Ь

где

Б 13

у = _ V

ло , ч 0

Мб/Бо-И)

Ь » Е0. У0 - соответственно безразмерные глубина моря, амплитуда теллурической помехи и амплитуда скорости. При не слишком больших величинах Е<> (или Го ) У < 1 » т.е. действительно -скорость причина, электромагнитное поле - следствие. Но при достаточно большом приложенном поле происходит обращение причинности ( у > I). Это соответствует возрастанию роли пондеромотор-ной силы: в этом случав действительно приложенное поле возбувда-ет движение. Оказалось, что предельное выражение для при

Е0(Р0)-»оо возрастает с увеличением скорости, проводимости и вертикального масштаба течения, т.е. ведет себя подобно магнитному числу Рейннольдса. Важно, что условия превращения естественного ЫГД-генератора в МГД-насос получены без обращения к уравнениям динамики.

Реальный геофизический эксперимент всегда неполон, поэтому теория должна быть адаптирована к его техническим возможностям. Так в исследовании полей течений удается практически исследовать

только статистику временной изменчивости; поле измеряется только в одной точке на дне моря, течение - одним датчиком на среднем горизонте. Если скорость - периодическая функция времени, то выражение параметра причинности удается выразить следующим образом:

1 V

н^еп-^

где Хк - амплитуда К-й гармоники $урье, 04 С^ ^ 1 • Коэффициенты С ^ зависят от структуры течения и геоэлектрического разреза. В частности, если течение - импульсная функция глубины, разрез дна двухслойный (осадки и непроводящее основание), то

с -1--М '< Ыхк

Для электрического поля Х^ = Х^ связано с подоб-

но вышеприведенной формуле для и \/0 ; для магнитного поля Х^Х« ив случае измерений на дне:

Со В

X р, —

■2,

к в/воЧ- 1

Подобно ^ , получены также конкретизированные выражения остальных энтропийных параметров, которые имеют общий характер и применялись в следующих задачах с иным смыслом X и V• Специфичны задаче лишь коэффициенты С ^ определяющие потери информации при преобразовании X —'»■ X, на к-й частоте.

Конкретизированная система энтропийных параметров характеризует их зависимость от уровня магнитотеллурической помехи с тем же результатом, что и общая система. Но, кроме того, ее анализ показывает, что при преобладании бароклинных мод относительно баротропной следует ожидать понижения аС ,

р, У и повышения . Особенно резко меняются $

и "Ьхгг •

Задачей с менее очевидным результатом является установление относительной роли первичной и вторичной (возбуждаемой на неоднородностях) составляющих вертикальной компоненты электрического поля Ея, • В настоящее время общепринято, что первичное магнит¿теллурическое поле связано практически только с индукционной модой, и соответственно первичная составляющая в

пренебрежимо мала (хотя имеется альтернативное мнение). На представлении о вторичности £ ^ связанной с гальванической модой основан метод электровариационного профилирования (ЭВГ1). Но в море задача усложнена наличием объемной эдс, возбуждаемой зональной компонентой скорости Уу, в горизонтальном магнитном поле Земли В^ • Необходимо оценить причинную связь между горизонтальными и вертикальной компонентой на фоне этой и других помех. Хотя Есвязана с обеими горизонтальными компонентами Ёд. и Е^ » для упрощения задачи можно рассматривать в качестве причины одну из них, тогда влияние другой войдет как помеха. Энтропийные параметры представимы а общем виде подобно предыдущей задаче. Теперь Е^ = X + » вертикальная компонента в отсутствие помех связана с горизонтальной через компоненту матрицы Визе-Паркинсона А : л

X — АЕ ос,-у

а энтропия помех представима в виде

н*=н2+нУ+н\

7.

где Н ' - энтропия помехи связанной со второй горизонтальной компонентой поля^Н'^ - энтропия помех связанной с объемной эдс - Уу Вх , Н - энтропия помех связанной с разными условиями измерения вертикальной и горизонтальных компонент поля (несоизмеримостью баз). ^

Анализ показал, что Н у может быть сведена к нулю только при Н -поляризации. И вносит анизотропию в энтропийные параметры: (-{ = О при Х= Е^и Н = при Х=£зс • Н* определяется ыелкомасштабной_структурой течения и пренебрежимо мала на частотах ^■^¿/У , где длина

горизонтальной электродной базы, V - средняя по времени скорость течения. В результате следует ожидать повышения^ Упри Х= Еу , а также на относительно, высоких частотах. При разумных значениях всех видов помех Ц < Н (X)— И(Д)и, следовательно, у < 1 .

Еще менее очевидной является возможность ответа-на вопрос о вторичности или первичности вертикальной компоненты магнитного поля. Если магнитосферно-ионосферный источник поля генерирует неплоскую волну, то для вычисления линейных связей компонент полного поля необходимо учитывать внешнюю составляющую р :

t ъ „ г *

где О-, $ - компоненты индукционной матрицы.

В практике магнитовариационного профилирования (МБП) обычно полагают волну плоской, т.е. пренебрегают последним членом, вычисляя в качестве коэффициентов линейной связи компоненты матрицы Визе-Паркинсона. Это допустимо при хорошо известных ограничениях, например, пригодны вариации только типа бухт и пульсаций (фактически это означает ограничение периодов Т-4 3 ч). Необходимость исследования глубинных структур иногда заставляет выходить за рамки ограничений, например, без предварительного разделения полей (что трудно сделать по ограниченной площади) использовать гармоники 5<ь » хотя известно, что Эс^ -вариация характеризуется сопоставимыми величинами вертикальной и горизонтальных компонент внешнего поля.

С другой стороны в океане представляет интерес вовлечение в метод МВП поля течений ( Т2*"24 ч). Как показывает анализ уравнения для вертикальной компоненты магнитного поля течения (в обобщенном виде):

^Ря = * Е + Ур * (V * В)] а ,

где р - удельное сопротивление, О только при пересе-

чении течением геоэлектрических неоднородностей. •

Поэтому можно предположить, что приближение плоской волны в МВП справедливо на высоких й низких частотах и существенно несправедливо на средних (3 ч <Т< 24 ч). Причинный анализ

позволяет проверить это предположение. рассматривается

как суперпозиция сигнала на выходе геоэлектрического фильтра (внутренняя составляющая) и помеха (внешняя составляющая). Подобно предыдущей задаче используем одну горизонтальную компоненту как полезный сигнал, влияние другой войдет в помехи:

Р^а+ Л ,

где

(1 = VI 4- 6

Энтропийные параметры выражаются той же системой соотношений. Из нее в частности следует, что при отсутствии помех (плоская волна, £ -поляризация) У = "Ьуц^О ' О • Если, кроме

того, С^ = 1 , то у - 1 , ' чт0 соответствУет

обратимости индукционного оператора.

Если помеха не слишком велика у < 1 . Учитывая позитивную практику МВП можно ожидать этого результата по всем или почти по всем наблюдательным данным. Возрастание р^ влечет возрастание у , поэтому если разделить наблюдаемые вариации на высокочастотную (ВЧ, Т^-3 ч), среднечастотную (СЧ, 3 ч <-Т< 24 ч), и низкочастотную (НЧ, Т> 24 ч) составляющие, то на дне и побережье океанов должно быть > , Усч ^ Тнч * конт'шеетах в отсутствие -вариации тео-

рия предсказывает , 1у(хнч 1 » • даже

в ВЧ-диапазоне условие плоской волны выполняется не во все временные интервалы, поэтому следует ожидать заметной временной изменчивости увч •

Еще одной практически важной задачей для морской геоэлектрики является причинный анализ двухуровневых наблюдений горизонтальных компонент магнитного поля. Поскольку такие наблюдения используются в градиентном зондировании (ГЗ). Интерпретационные соотношения ГЗ основаны на представлении о диффузии магнитного поля сверху вниз, т.е. поле на верхнем уровне Ре является причиной по отношению к полю на нижнем ^ • Поле течений напротив диффундирует снизу , вверх и на низких частотах способно значительно исказить результаты ГЗ. В часто используемом разнесенном варианте ГЗ (берег-дно) еще одним шумо-образующим фактором является аномальное поле неоднородностей Д р£ . Наконец, вследствие того что в методе ГЗ зачастую при-

ходится использовать данные при затухании т = / р£■ близком к I, необходимо включить в рассмотрение аппаратурные шумы I) . Применительно к данной задаче X = Ее,

Энтропийные параметры удается непосредственно связать с затуханием. В частности, параметр причинности:

V- = _£-1 _

(е^'+н«1) ¿б,»»

При отсутствии шумов ' Повышение , 1у(Х»

■у- и, в особенности, р в каких-либо точках наблюдения, компонентах или частотных диапазонах соответствует повышенной зашумленности за счет поля течения или аномального

поля Д Рг .

Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОРСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В диссертации описывается содержание и результаты нескольких морских экспериментов реализующих комплекс методов естественного электромагнитного поля. Описание результатов каждого из них завершается указанием на те причинные гипотезы, которые так или иначе принимались при интерпретации данных. В итоге можно на серии экспериментов проследить какая часть полученных выводов обязана принимаемым (обычно неявным образом) причинным гипотезам.

I. Эксперимент в прибрежной зоне западной части Тихого океана, 1980 г. Задачей эксперимента являлось сравнительное изучение берегового эффекта в магнитотеллурическом поле и в поле течений и их влияние на результаты МВП. С этой целью синхронно измерялись вариации двух горизонтальных компонент электрического поля в море и на берегу, трех компонент магнитного • поля и горизонтального градиента модуля магнитного поля. В результате как в электрическом, так и в магнитном поле выделен сигнал связанный с течениями на периодах Т > 4 ч. На периодах Т > 24 ч поле течений преобладает. В отличие от магни-

тотеллуричэского поля в:/ ча^ии элект^ичеа-.г; и м* .-аитных компонент поля течения сине чны. Амплитуда э^ектриче. - ^го поля на берегу увеличена по сравнению с морем, причем это увеличение ■больше дл® аозш -течений по сравнению с теллурическим. Магнитное иоле ■езч'эший ¡выходит на поверхность, причем вблизи берего-оой 'черны с';|ект наиболее значителен в Р^ . В целом, береговой эффект з поле течений отличается большей локальностью. Индукционные ггкторы и магнитные отношения построенные на близких периодах приливных гармоник и резко отличаются.

В интерпретации результатов этого эксперимента неявным образом привлечены три причинные гипотезы.

Реально существующие (хотя и не измеренные) течения возбуждают электромагнитное поле. Благодаря этому оказалось возможным использовать априорные сведения о соотношении амплитуд различных гармоник течения, что позволило объяснить аномальное увеличение амплитуды поля на полусуточном периоде, использовать фазовое (полумесячное) неравенство и т.д.

Поле течений диффундирует на сушу от источит а в океане. Это позволило интерпретировать вариации электрического поля на берегу как гидродинамически обусловленные и побуду,.о искать объяснение их увеличению по сравнению с вариациямв океане.

■ Объяснение особенностей применения МБП в при'эежной зоне опирается ма представления этого метода о вторичности вертикальной «омпшэшы относительно горизонтальных в то • числе и для и оля шечашш.

2- 'Эксперимент в западной части Черного моря, 1981 г. Целью эксперимента было построение геоэлектрического разреза от материка к глубоководной котловине в пределах Мизийской плиты и Западно-Эвксинского геоблока. Комплекс методов включал МТЗ, ГЗ, МГДП: МВП и магнитную съемку. Вариационные наблюдения выполнены в 9 точках от берега'до подножия материкового склона. В этом эксперименте впервые реализована методика длительных измерений электрического поля на длинных донных линиях синхронно с измерениями течения с борта малошумящего судна-лаборатории, которая ввиду своей эффективности стала постоянно использоваться в дальнейшем. Обнаружено, что на периодах Т < 2 часов электрическое поле течения мало по сравнению с теллурическим, на 2 ч<Т<12 ч сопоставимо с ним, на Т > 12 ч преобладает. Магнитное поле течений обнаружимо на Т > 12 ч и становится

преобладаю:*,.¡м на синоптических периодах.

Метод МГДД реализован в двух варианта?; с использованием измерений Е и 0 , У . Обработка велась как в спектральной, так и во временной области с использованием причинного алгоритма тндадеяия сигнала. По всем вариантам получены о л из ко совпадающие оценки $ чехла, причем большей точностью отличается вариант расчета по Е .V во временной области.

Метод ГЗ ввиду заметной помехи от течения и небольшой базы измерений позволил получить только оценки 5 • Вместе с результатами МГДД эти оценки позволили подтвердить существование гипотетического Присклонового разлома и выявить его структуру (сброс большой амплитуды).

Данные МТЗ интерпретировались с учетом результатов МГД1 и ГЗ. Выполнено одномерное и его его основе - двумерное моделирование. Ввиду особенностей поляризации теллурического поля достаточно надежно получекы толькоН-поляризованные кривые МТЗ, поэтому двумеркяя моде.:ь построена именно в варианте И-поляризации.

Данные МВП позволили проконтролировать эту модель. По данным магнитной съемки оценено положение верхних и нижних крсчок магнитоактивного слоя. Положение верхних кромок конт-ротирует одну из геоэлектрических границ.

¡Полученная модель весьма подробно характеризует строение отны ¡перехода. На всем протяжении разрез пятисложный (рыхлые кз.шеюген-четвертичные осадки, консолидированные осадки мело-хого я 'более древних возрастов, фундамент, верхняя мантия и проводящее основание). Мощность рыхлых осадков возрастает в сторону глубоководной котловины, наиболее резко - в зоне Присклонового разлома. Мощность консолидированных отложений, напротив убывает, причем между Калиакренским и Присклоновым разломами - как за счет погружения кровли, так и за счет воз-дымания подошвы. Мощность фундамента медленно уменьшается. Граница между третьим и четвертым слоями совпадает с границей М .

Достоверность модели подтверждена в последующие годы морским бурением, а также геотермическими исследованиями и исследованиями методом ЕП (обнаружившими гидротермальную активность Присклонового разлома). Среди альтернативных текто- . нических гипотез с полученной моделью наиболее непротиворе-

чиво согласуется гипотеза о генезисе западной части Черноморской котловины в результате плиоцен-четвертичных опусканий.

Данные интерпретации получены с привлечением следующих причинных гипотез.

Течение - причина индуцированного поля. Эта гипотеза использована в методе МГДД, причем явным образом - через несимметричный алгоритм обработки (при использовании альтернативного алгоритма оценки Э были бы совершенно иными). Величины Э важны не только сами по себе,но и как априорная информация по отношению к НТЗ без которой построить столь подробный разрез было бы невозможно.

В методе ГЗ предполагается, что магнитное поле диффундирует сверху вниз. Противоположным образом ведет себя поле течений. От ограничений не выполнимость гипотезы зависел тот объем информации, который дал данный метод.

Метод МЫ играл только контрольную роль, тем не менее его выводы базируются на причинной гипотезе о вторичностиЕр•

3. Эксперимент в юго-западной части Черного моря, 1982, 1934 г.г. Целью эксперимента было построение геоэлектрической модели зоны перехода от материка к глубоководной котловине в пределах Альпийской складчатой области. Данные по вариациям были получены в 5 точках широтного профиля. На бровке шельфа зарегистрирована наибольшая из известных амплитуда поля течения (до 13,8 нТл). Были использованы методы ЫТЗ, МГДИ, МБП и ЭВП (последний реализован в этом эксперименте впервые). Одна из точек наблюдений располагалась непосредственно над предполагаемым южным•продолжением Калиакренсхого разлома. Здесь обнаружена аномально большая амплитуда ^ (на порядок больше горизонтальных компонент). Вдали от разлома Е^ мала и связана лишь с морфометрическим эффектом склока.

Так же как и в предыдущем-случае геоэлектрическая модель построена базируясь на Н -поляризованные кривые МТЗ. Разрез является четырехслойным в прибрежной части (рыхлые осадки, консолидированные отложения, фундамент и проводящее основание) и -трехслойным - в мористой (консолидированные осадки выклиниваются под внутренним шельфом). Важнейшими чертами модели оказались резкий подъем проводящего основания под глубоководной котловиной и пониженное сопротивление фундамента (500 Ом.м). Ано— мал/.» Е удалось объяснить существованием корового проводни-

ка иод «атсриком и внутренним шельфом гальванически соединенным с вертикальной проводящей зоной Калиакренского разлома.

Основные выводы получены с использованием двух причинных гипотез.

Течение - причина индуцированного поля (МГДП). В данном случае роль МГДП была особо важна в идентификации единственно полученных широтных кривых МГЗ как И -поляризованных, что позволило провести адекватное двумерное моделирование.

Интерпретация Е ^ (ЭВП) полностью основана на причинной гипотезе о внутреннем происхождении этой компоненты. С этой гипотезой также связана идентификация широтных кривых МТЗ как Н-поляризованных (по направлению гальванических Еекторов).

4. Эксперимент в Каспийском море,' 1965 г. Целью исследований было получение информации о строении центральной части моря ранее не изучавшейся методами глубинной геоэлектрики. В двух точках моря реализовалы методы МТЗ, МГДП и ЭЗП.

Методом ЭВП показано, что разомная зона разделяющая ТУран-скую плиту и Южно-Каспийскую мегавпадину искажает теллурическое поле как канализатор тока, но не как изолирующая структура, т.е. теологически она может быть зоной дробления, возможно насыщенной флюидами, но не содержит крупных сбросов. Вывод основан на гипотезе о вторичности Е -g, - Интерпретация косвенно подтверждена обнаружением методом ЕП серии субмаринных источников над этой разломной зоной.

Методом МГДП получены оценки S , которые показали правомерность отождествления геоэлектрического и сейсмического опорных горизонтов в центральной части моря. Показана возможность выбора направления квазидвумерности для интерпретации МТЗ (при отсутствии априорной информации о простирании) с помощью данных1 МГДП. Оба последних вывода связаны с причинной гипотезой о генерации поля течением.

5. Эксперимент в Балтийском море, 1988 г. Целью эксперимента было получение информации о глубинном строении центральной • части моря гипотетически характеризующейся тесным расположением геологически противоположных структур. В трех точках моря реализованы методы МТЗ, ЩЦ, ЭВП и МВП. Кроме того впервые проведена непрерывная модификация ЭВП между двумя точками. Особен- ■ ностыо обработки было то, что удалось получить кривые МТЗ до весьма длинных периодов (2 суток).

Установлено субширотное простирание структур до глубин десятки км. Определения 3 чехла устранили неопределенность в его экстраполяциях из прибрежных данных. Не найдено подтверждения наличия гипотетической трансбалтийской проводящей зоны в северной части моря (методы МГДП, ЭВП и МБП с соответствующими им причинными гипотезами).

Данные 1.1ТЗ указывают на наличие подкорового проводника на глубине 70 км. Зероятно, этот проводник связан с зоной трещин-новатости, ассоциируемой с зоной срыва. Глубина проводящего основания оценена 480 км. Хотя сам метод МТЗ не связан с причинными гипотезами, в данном случае они играют некоторую косвенную роль, т.к. выбор направлений Е - и Н-поляризации проводился на основе результатов МГДД, ЭВП и МВП.

6. Эксперимент ЭМСЛАБ, Тихий океан, район между хребтом Хуан-де-Фука и североамериканским континентом, 1985 г. Данные эксперимента обрабатывались в рамках методов МГДД, ГЗ, ЭВП и МВП, причем в последнем помимо магнитотеллурического поля впервые использовано поле течений.

в по МГДП во всех точках наблюдений на абиссали примерно вдвое больше максимально возможной для известной по сейсмическим данным мощности чехла. Таким образом, верхний проводящий слой включает не только осадки, но и верхний трещинноватый слой базальтов. Максимальные величины 3 отмечены в зоне материкового склона, что согласуется с тектоническими представле-.. ниями. Неожиданным оказалось обнаружение второго максимума Б в рифте хр. Хуан-де-фука, что подтвердило достоверность единственного имевщегося ранее определения по зондированию с искусственным источником. По данным МВП проводящая зона обнаружена в осевой области хр. Хуан-де-Фука, а по МБП на поле течения дополнительно подтверждено резкое возрастание $ под склоном и, кроме того, установлено, что градиент 3 на абиссали направлен перпендикулярно простиранию полосовых магнитных аномалий. По данным ГЗ оценена глубина астеносферы 50-70 км с минимумом под рифтовой зоной. При этом парадоксальным оказалось то, что . менее искаженными оказались длиннопериодные ветви не Е-, а Н-поляризованных кривых ГЗ. В целом, важнейшей чертой разреза оказалось наличие высокой проницаемости коры, особенно под рифтом, где по-видимому имеется гальваническая связь океана с приподнятая астеносферой через сильно трещинноватие новообразованную 0азол'»Т1! и магматические очаг»:.

Почти все эти результаты базируются на причинных гипотезах соответствующих методов. Особо следует отметить МВП на поле течений, где вторичность обоснована только теоретически и при современном уровне экспериментальной изученности полей течений не столь очевидна. В методе ГЗ выполнимость причинной гипотезы несомненна, но традиционный метод обработки не позволяет в полной мере разделить влияние различных прообразующих факторов, что привело к достаточно странному выводу о большей пригодности к одномерной интерпретации глубинных ветвей И -поляризованных кривых.

Глава 1У. ПРИЧИННЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ МОРСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Основу программно-реализованного, алгоритма причинного анализа составляет расчет условных и безусловных распределений вероятностей уровня по вариационным рядам, по которым вычисляются далее энтропии И^ ^ и энтропийные параметры для двух или трех процессов. Необходимой предварительной процедурой, как правило, является удаление тренда, что предотвращает существенное искажение распределения вероятностей за счет дрейфа нуля датчиков. Второй процедурой предпроцессинга, необходимой для раздельного изучения причинных связей процессов различной природы служит широкополосная фильтрация на несколько частотных диапазонов. В построении распределения вероятностей важнейшим методологическим моментом является выбор . объективного подхода к разбиению динамического диапазона. Были исследованы различные варианты решения этого вопроса и для большинства целей настоящей работы избран вариант равного числа квантов N для процессов X .V , .... Число /V оптимизируется условием устойчивости у ..Для оценки устойчивости всех энтропийных параметров применено поочередное зашумление каждого случайного процесса (вариации) фликкер-шумом заданной относительной дисперсии. Кроме того, реализована программа расчета термодинамических энтропий Н^» Программы тестированы на модельных процессах.

Задачи по приложению причинного анализа решались в порядке возрастания их нетривиальности на материалах экспериментов описанных в главе Ш (и Некоторых более ранних).

Для изучения причинной связи скорости и электрического поля использованы материалы экспериментов (2)-(5). Главный ре-

зультат состоит в^том, что во всех, без исключения случаях

V = Е), т.е. скорость-причина, электрическое поле-следствие, сС^ 1 , что означает, фактически, что косвенные измерения скорости менее информационно насыщены, чем прямые. Кроме того, 1 означает, что любые возможные статистические расчеты Б по V будут более достоверны обратных расчетов. Величины не малы (причем наибольшая наблю-

далась во время мировой магнитной бури), что свидетельствует о большой роли теллурической помехи. При изменении уровня теллурической помехи энтропийные параметры изменяются в полном соответствии с теоретическим предсказанием. Пользуясь известными из эксперимента параметрами геоэлектрического разреза этот вывод удалось подтвердить количественно. Показано также соответствие влияния изменений степени бароклинности течения в различных компонентах,временных интервалах, точках наблюдения (и на различных акваториях) на энтропийные параметры теоретической оценке. Для случаев, вызвавших некоторое сомнение в соответствии системы значений энтропийных параметров теоретическим представлениям (у<"\ , но сС « 1 ), выполнен расчет более чувствительных термодинамических энтропий, показавший, что их соотношение удовлетворяет условию причинной связи V и Е . Таким образом, продемонстрирована работоспособность причинного анализа, показавшего полное соответствие формально рассчитанного причинного соотношения интуитивно ожидаемо^. Показана возможность оценки двух главных шумообразугащих факторов в методе МГДД-теллурического поля и бароклинных мод.

Второй принципиально также достаточно прозрачной, с интуитивной точки зрения, задачей является анализ вариаций горизонтальных компонент магнитного поля на поверхности и в глубине водного слоя. Использованы материалы экспериментов (2), (3) и (б). Во всех^лучаях оказалось У < 1 (X - горизонтальная компонента Ё на поверхности, V - соответствующая компонента на некоторой глубине или на дне), т.е. суммарное магнитное поле на верхнем горизонте является причиной по отношению к полю на нижнем. При применении установок берег-дно по соотношению энтропийных параметров р и у удалось показать, что при Е -поляризации наблюдается значительная зашумленность данных за счет Д ^ . Таким образом, условия одномерной модели используемой при интерпретации ПЗ нарушаются за

счет неоднородностей именно для £-поляризации. Этим были объяснены особенности интерпретации кривых ГЗ в эксперименте (6). В районах интенсификации течений по значениям р и у выявлено влияние помехи "Р^ . Это влияние также преобладает при £ -поляризации. Влияние гидродинамической помехи подробно рассмотрено на данных модульных измерений на одной вертикали (эксперимент (2)). Частотный анализ полной системы энтропийных параметров показал, что градиентное зондирование возможно лишь на коротких периодах (в интервале 3 . что объяснило фактически полученные результаты ГЗ в эксперименте (2)), но главную ограничивающую роль играет не помеха от течений, а аппаратурная помеха Т> при сравнительно малой измерительной базе (300 м). Асимптотические теоретические оценки по известным из геоэлектрической модели величинам в и £>0 показали их соответствие экспериментальным. Результаты показали перспективность ГЗ в западной части Черного моря при увеличенных базах, несмотря на возрастание помехи . В итоге продемонстрирована возможность определения причинно-следственной связи процессов формальным статистическим путем, не прибегая к разделению поля на внешнюю и внутреннюю части, не измеряя запаздывания, т.е. не апеллируя ни к уравнениям электродинамики, ни к физической интуиции. Показана возможность оценки ограничений ГЗ за счет трех шумообразующих факторов - аномального поля, поля течений и конечной точности измерений.

Следующей экспериментальной задачей в этом ряду было исследование причинной связи Е^ и горизонтальных компонент. Использованы все, без исключения, полученные натурные материалы (эксперименты (З)-(б) , а также эксперимент в Баренцевом море, 1976 г.). На первой стадии исследования применен парный анализ (Х= Езс^ , Гд^у ^ У = Е). По данным всех экспериментов оказалось у < 1 , т.е. Е^ есть следствие горизонтальных компонент, иначе говоря, в преобладает вторичная составляющая. При этом во всех компонентах полная информация одинакова ( <к « 1 ). Значения 1у1х близки к нулю, что указывает на почти функциональную связь с остальными компонентами. В полном соответствии с теоретическим предсказанием эффекта влияния эдс зональной компоненты'скорости всюду наблюдается анизотропия в параметрах 3 , » X ^эти параметры больше при Х= Ей, , чем при Х~ Ез;)- К поляризации теллурического поля

энтропийные параметры инвариантны. Тот факт, что во всех случаях р < 1 показывает, что любые возможные статистические расчеты Eg по горизонтальным компонентам заведомо более достоверны обратного расчета. В то же время обнаружено, что если для возможного статистического пересчета в Y= Е)^ какая-либо горизонтальная компонента X предпочтительнее остальных (т.е. i-vix~Wlt-П для данного X), то обратный пересчет в эту же компоненту не обязательно оптимален ( ixiY может быть меньше для другого X ). Таким образом, сравнительный количественный анализ "i^lX и ^xiY позволяют найти оптимальные пары компонент, которые позволяют с минимальной достижимой погрешностью производить статистические пересчеты. Раздельный анализ для ВЧ и НЧ частей (граничный период Т = 5V/€= 13 ч) временных.рядов показал, что в соответствии с теоретической оценкой в диапазоне НЧ значения

i-Y'X • X кеньсе- Это означает, что на результаты измерений , , действительно влияет несоизмеримость электродных баз, что приводит к большей гидродинамической зашумленности S^ измеренной на короткой базе в диапазона ВЧ. На второй стадии применен обобщенный анализ (Х=Е^ , F<£ ; Y= E<j , Fi] ; Z = E-%) • Учет одновременно двух горизонтальных компонент, как и ожидалось, понизил значения , j3z , "tZ| , , причем наиболее значительно - . Иначе говоря, обобщенный анализ оказался эффективным за счет перевода одного из видавпомех в полезный сигнал. В соответствии с теорией i практически не изменилась, поскольку помеха в на нее не

влияет. Эффективность обобщенного анализа зависит от относительной роли контролируемой помехи относительно неконтролируемых. Поэтому раздельный анализ в диапазонах НЧ и ВЧ показал несколько меньшую эффективность в последнем (за счет неконтролируемого высокочастотного гидродинамического шума). Количественно проверена информационная модель Е , предполагающая адиабатическую связь горизонтальных компонент. Результаты модельных и эмпирических оценок совпали в пределах погрешностей. Таким образом, доказана вторичность Е ^ и оценены шумообразующие Факторы метода ЭВП - влияние оде зональной компоненты скорости и мелкомасштабных гидродинамических возмущений при несоизмеримости вертикальной и горизонтальных измерительных баз (последний 3ÎjfcK7 выявлен впервые). Выявлена асимметрия потенциальной

точности статистических пересчетов компонент.

Для проверки степени вторичности и связанных с этим представлений использованы данные наблюдений на побережье и акватории Тихого океана (эксперименты (I) и (6), а также эксперимент на берегу о. Сахалин, 1979 г.). Данные обрабатывались с фильтрацией по трем диапазонам ВЧ ( Т< 3 ч), СЧ (3 ч < Т < 24 ч), НЧ ( Т> 24 ч). Короткопериодная граница ВЧ-диапазона составляла в разных сериях от 7 до 30 мин, длин-нопериодная НЧ - от двух суток до месяца. Для контроля использованы данные внутриконтинентальной обсерватории Лове. Поч- ■ ти во всех случаях оказалось у < 1 , т.е. Р^ в определенной мере является следствием Га; и Уу . Единственное исключение составило = * п0 обсерватории Лове, что и

ожидалось ввиду малости полезного сигнала в этом диапазоне (в отсутствии Т)^ ). Далее, в соответствии с теоретическим предсказанием оказалось ^сч'^нч' являетСя

результатом наибольшего вклада в ]ре в диапазоне СЧ -вариации. Тот факт, что свидетельствует, что поле

синоптических течений в той же степени пригодно, для использования в методе МВП, как и поле бухт и пульсаций. Сравнение Ееличин у в различных точках акватории эксперимента ЭМСЛАБ показало, что минимумы наблюдаются на берегрвой черте, а также на оси хр. Хуан-де-фука, т.е. соответствует максимуму .отношения сигнал/шум (в смысле МВП)- - максимуму Р^/Е^• Временные вариации уВц , отражающие изменчивость структуры источника (через изменение относительной величины Р^ ) оказались весьма значительны. Минимумам увч отвечают интервалам наилучшего выполнения приближения плоской волны. Изменения усч весьма малы в.соответствии с- высокой стабильностью источника • В диапазоне НЧ изменчивость параметра причинности ■ велика однако анализ 1у1Х и показал, что вариации унч

связаны только с 1Х1У > следовательно эти вариации связаны не с р^ , а с изменениями и С^ , т.е. с биениями

и с изменениями структуры и поляризации течения относительно геоэлектрических неоднородностей. Наиболее характерной чертой вариаций у н ч оказалось повсеместное распределение 4-суточ-ных осциляций связанных'с волнами Россби. Кроме того отмечаются многосуточные возмущения, связанные с прохождением барот-ропных вихрей. Эти вариации непосредственно в записях поля заметны только в электрических компонентах, но не в магнитных.

Факт обнаружения таких вариаций в магнитном поле через 1-х/у объясняется тем, что этот параметр характеризует не интенсивность, а структуру поля. Трехпроцессный анализ (Х=1\х» V- Ру • наиболее эффективен относительно двухпроцес-

сного в случае, если существенен эффект трехмерности. В условиях эксперимента ЭМСЛАБ в диапазоне ВЧ вследствие меридионального простирания всех поверхностных структур этот эффект малозаметен и проявляется только в СЧ- и НЧ-диапазонах. Поэтому

. трехпроцессный анализ оказался более эффективным именно в СЧ и НЧ. Также как для электрического поля оказалось, что процесс возбуждения р^ удовлетворяет информационной модели Е . В целом, результаты причинного анализа указали рамки применимости причинной гипотезы МП (причем эти рамки были раздвинуты в область полей течений) и, кроме того, неожиданно показали возможность мониторинга структуры течений по локальным магни-товариационным данным.

К весьма нетривиальным задачам относится проблема статистической обусловленности вариаций на некоторой площади. Поэтому в качестве первого шага был изучен наиболее простой случай - проникновение электрического поля течений из океана на

. сушу. Использованы материалы эксперимента (I). Электрическое поле в океане и на берегу было разделено на два диапазона ВЧ (1/3 ч < Т < 24 ч), где преобладает теллурическое поле и НЧ (24 ч < Т < 74 ч), где преобладает поле синоптических тече-

• ний. Приняв вариации в океанской точке за процесс X , в береговой - за V следовало ожидать, что, во всяком случае, для нормальной локальной береговой черте (и локальному течению) компоненты будет< ^иц ^ ^ > УвЧ^! (т.к. теллурическое поле для обеих точек, разнесенных всего на 1,5 км, имеет общую причину - магнитосферно-ионосферные источники). Для компоненты Ез- ориентированной пбчти нормально (~80°) берегу оказалось унч = 0,72^'^, 1,0^'®, т.е. априорная гипотеза оказалась верна. Для компоненты Еу значимая разница- в величинах ^ не обнаружена. Для повышения достовернос-

• ти был применен обобщенный анализ. Оказалось, что за счет преломления тока на береговой черте, в диапазоне НЧ система энтропийных параметров указывает, что каждая компонента поля в океане является общей причиной для обеих береговых, а каждая кс.-лонента берегового поля является общим следствием обе-

их океанских. В диапазоне ВЧ связь вариаций в океане и на берегу носит непричинный (адиабатический) характер. Таким образом, априорная гипотеза статистически доказана.

Следующим шагом было изучение горизонтальной диффузии магнитного поля по акватории эксперимента ЭМСЛАБ (б). Исследовалась связь пожду вариациями Р^ (как мало зависящими от глубины) в различных точках площади. Для выяснения возможной зависимости от типа вариаций расчеты энтропийных параметров выполнялись как по нефильтрованным рядам, так и по четырем диапа-' зонам: ВЧ1, I ч <Т < 3 ч (бухты), ВЧ2, 1/15 ч <Т< 3 ч (пульсации и бухты), СЧ, 3 ч <Т< 24 ч ( В у ), 24 ч <Т< 312 ч (течения и Х)^ Оказалось, что точки наблюдений имеют устойчивые причинно-следственные связи одинаковые для всех диапазонов. Получена весьма нетривиальная картина - информационным источником по отношению ко всем океанским точкам оказались вариации на береговой черте. В близлежащей зоне материкового склона - напротив, информационный сток. Точки на абиссали и хр. Хуан-де-Фука выступают как причины по отношению к одним точкам и как следствия к другим. Расположение источников' не имеет отношения к этой картине. Оказалось, что порядок узлов причинной сети прямо связан с подстилающего разреза, при этом информационная диффузия происходит в сторону проводящего сегмента. Обнаруженная зависимость позволила выделить по минимумам ^ зоны повышенных градиентов Й (шельф, подножие материкового склона, подножие хр. Хуан-де-£ука, западный гребень рифта). Повышенной разрешающей способностью, в этом смысле, обладает Унч (за счет вклада поля течений). Полученные результаты могут быть использованы для определения необходимого набора точек наблюдения для решения обратной задачи геоэлектрики. Так, в данном случае было бы некорректно построение океанской модели, исключающей из аномальной области берег, или же модели, включающей сушу, склон и абиссаль, но исключающей из аномальной области, в силу кажущейся удаленности хр. Хуан-де-Фука. Другим важным приложением результатов может быть оптимизация выбора точки наблюдения вариаций для их учета при магнитной съемке. Если поставлена задача выбора оптимальной точки наблюдений в пределах обширного полигона съемки,.то выбор оптимизируется нахождением информационного источника. В данном случае, против интуитивного ожидания,такая точка неходится не в центре полигона и не над' нормальным разрезом, а на береговой границе полигона. Если

же поставлена задача выбора удаленной обсерватории для съемки на локальном полигоне, то задача оптимизируется по минимуму

» где V фиксировано (точка на локальном полигоне), а X соответствует каждой из имеющихся обсерваторий. Для всей акватории ЭМСЛАБ оптимальной в этом смысле опять-таки является береговая обсерватория (кроме диапазона НЧ, где за счет локальности источника однообразная картина нарушается).

Выполнение не только достаточной I)» но и необходимого (запаздывание ТГ > 0) условий причинности может быть экспериментально показано в наиболее чистом виде на примере авторегрессионного процесса. Процессам X и V при этом соответствуют различные интервалы времени (со сдвигом Т ) одного процесса: Х> Х( г), У = Х(-Ь+Т) , где под ± следует понимать средний момент интервала. В замкнутой системе X и ЛУ связаны некоторым авторегрессионным преобразованием У^Х.^) или Х(1+т) = X (1) эквивалентным определенной фильтрации. В реальной разомкнутой системе сигнал У формируется как под действием X , так и внешних процессов (помех) с[ . В этом случае У=У[Х(1) , 4.(Ч + Т)] • При с3 = 0 У=0 . Если помеха не слишком велика достаточное условие причинной связи X и У сохраняется. Чтобы оценить, насколько выполняются условия причинности во временных вариациях магнитного поля в этом контексте, были рассмотрены материалы эксперимента (6). Поскольку можно было рассчитывать на получение положительного результата именно для нестационарных вариаций, рассматривались вариации в диапазоне бухт (I ч <Т < 3 ч). В качестве состояния X взяты вариации за первые 10 суток наблюдений, в качестве вариации в

последующие 10-суточные интервалы двухмесячной серии получаемые скользящим сканированием с шагом 2 суток. Оказалось, что в пределах погрешности у(И) никогда не превышает I. Обнаружилось, что УСС) подвержено значительным вариациям. Вариации близки по форме к функциям Уолша и практически синхронны по всей акватории. периодически возрастает до значений у «г I, что связано с возрастанием помехи (1 , т.е. с инжекцией энергии извне. После прекращения иккекции у (я) резко убывает и некоторое время сохраняется на низком уровне, т.е. вариации магнитного поля отражают квазизамкнутый диссипативный процесс в источнике. Горизонт предсказуемости лимитируется моментом очередной игасек-ции. Вариации у(т)в различных точках не обнаруживают какой-либо

связи с существенными различиями в геоэлектрическом разрезе, т.е. зависимость у(т.) связана только с источником поля. Пе-• риодичность вариаций 20-25 суток. Практическим результатом такого приложения метода может быть установление периодов ин-жекции энергии. В более общем плане причинный анализ может служить средством оценки потенциальных возможностей авторе-гресионных прогнозов: горизонт предсказуемости 'С ¿im соответствует выходу на уровень -f .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На базе теории информации и термодинамики обоснован подход к информационно-статистическому описанию электромагнитного поля.

2. Дано формальное количественное определение причинности и предложен аппарат причинного анализа данных физического эксперимента. Предложена информационная интерпретация причинной связи двух процессов. Показано соответствие причинного и традиционного статистического подходов.

3. Аппарат причинного анализа обобщен на сеть из множества взаимодействующих процессов. Проанализирована серия информационных моделей для трех процессов. Эти модели позволили получить ряд нетривиальных заключений о специфике множественного причинного взаимодействия.

4. Построена теория причинных связей для электромагнитной индукции в течениях. Рассмотрение выполнено на базе обоснованной в работе модели локально плоского течения. Показано, что информационно-статистические условия обращения причинности совпадают с известными из магнитной гидродинамики.

5. Теория адаптирована к реальным возможностям изучения ■ переменных полей в натурном эксперименте. Получены выражения

параметров причинной связи для процессов возбуждения электромагнитного поля течения, вертикальной компоненты теллург.ческо-го поля, вертикальной компоненты магнитного поля и процесса вертикальной диффузии магнитного поля. Дана теоретическая оценка влияния конкретных прообразующих факторов на эти параметры.

6. Проведена серия экспериментов в Тихом океане, Черном, Каспийском и Балтийском морях, а также выполнена обработки данных эксперимента ЭМСЛАБ. В экспериментах реализованы как тради-

ционные (МТЗ, МЕЛ, ГЗ), так и :.:новь предложенные (МГДП, ЭВП, ЮН на поле течений) методы естественного электромагнитного поля. Результаты комплексной интерпретации проанализированы с точки зрения влияния на них априорных причинных гипотез.

7. Разработан программно-реализованный алгоритм причинного анализа вариационных рядов.

8. Метод причинного анализа последовательно применен к большой серии данных морских электромагнитных экспериментов. Изучены количественные характеристики причинной связи скорости и электрического полк, магнитного поля на поверхности и в глубине водного слоя, вертикальной компоненты электрического поля и горизонтальных ко.мпонент, вертикальной и горизонтальных компонент магнитного поля, электрического поля в океане и на берегу, магнитного поля на площади обширной акватории и внутренней причинной связи определяющей временную структуру магнитного поля. Результаты проанализированы в сопоставхэпии со структурой источников и геоэлектрического разреза, теоретические оценками параметров причинности и особенностями реализации отдельных геоэлектрических методов.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛШЙШ

1. Информационно-статистический подход к описанию гзофи-зических и , в частности, естественных электромагнитных процессов позволяет дать формальное определение причинности. Предложенный аппарат позволяет получать количественные характеристики причинной зависимости двух или множества взаимодействующих процессов. Анализ, эффектов множественного взаимодействия раскрывает характер воздействия помех на парные процессы.

2. Теория причинных связей процессов электромагнитной индукции в течениях, процессов возбуждения вертикальной компоненты теллурического поля, вертикальной компоненты магнитного поля и процесса вертикальной диффузии магнитного поля показывает, что в основе многих методов морской геоэлектрики лежат определенные причинные гипотезы, степень выполнения которых зависит от различных шумосбразующих Факторов. Эти факторы могут быть проконтролированы по возмущениям параметров причинности.

3. Интерпретация данных электромагнитных "экспериментов, в частности, достоверности построенных геоэлеятрических моделей

зависит от справедливости априорных причинных гипотез. В результате обработки экспериментальных данных методом причинного анализа доказаны следующие причинные гипотезы: электрическое поле течений - следствие скорости; вариации горизонтальных компонент магнитного поля на дне океана - следствие соответствующих вариаций на поверхности; вертикальная компонента теллурического поля-следствие горизонтальных электрических и магнитных компонент; вертикальная компонента магнитного поля в значительной степени следствие горизонтальных компонент для вариаций типа пульсаций и бухт и для вариаций вызванных течениями; в существенно меньшей стзпени - для солнечно-суточных вариаций; электрическое поле течений на берегу-следствие поля в океане.

4. Статистическая обусловленность вариаций магнитного поля по площади имеет существенно несимметричный характер. Установлена связь мезду горизонтальной информационной диффузией магнитного поля и геоэлектрическим разрезом: диффузия происходит

в сторону проводящего сегмента подстилающего разреза.

5. Обнаружены четко разделенные во времени периоды, когда бухтообразные вариации магнитного поля отражают квазизамкнутый диссипативный процесс в источнике и когда.происходит инкекция энергии в источник.

6. Процесс возбуждения вертикальных компонент электрического и магнитного поля на геоэлектрических неоднородностях удовлетворяет информационной модели, предполагающей адиабатическую ' связь горизонтальных компонент.

7. Вариации параметров причинной связи вертикальной и горизонтальной компонент магнитного поля отражают изменчивость в структуре источников.

8. Метод причинного анализа позволяет оценить роль прообразующих факторов в различных методах морских электромагнитных исследований: в изучении течений - теллурическое поле; в магнито-гидродинакическом профилировании - теллурическое поле и бароклин-ность течений; в градиентном зондировании - магнитное поле течений, при применении разнесенных по горизонтали поверхностного и донного магнитометров - аномальное поле геоэлектрических неодно-родностей; в электровариационном профилировании - эдс возбуждаемое зональной компонентой течения, при применении несоизмеримых вертикальной и горизонтальной баз - мелкомасштабные гидроди-

намические возмущения; в магнитовариационном профилировании -внешняя составляющая вертикальной компоненты магнитного поля, причем благодаря малости этого фактора для течений рамки метода могут быть расширены.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях

1. Электроразведка полем индуцированным морскими течениями.

- В кн. Анализ пространственно-временной структуры геомагнитного поля. М.: Наука, 1975, с. 153-162.

2. Определение суммарной продольной проводимости морских осадков и полных потоков по электромагнитному полю течений. -Геомагнетизм и аэрономия, 1978, т. 18, № 2, с. 319-323 (совместно с И.Л. Трофимовым, B.C. Шнеером).

3. Экспериментальные исследования электромагнитного поля течений в южной части Баренцева моря. - Геомагнетизм и аэрономия, 1978, т. 18, № 5, с. 903-907 (совместно с JI.M. Абрамовой, В.А. Мачининым, B.C. Шнеером).

4. Фильтрационное электромагнитное поле субмаринных источников.

- Известия АН СССР, Физика Земли, IS79, № 8, е..91-95.

5. Оценка скоростей восходящего движения воды в субмаринных источниках по фильтрационному электрическому полю. - Советская геология, 1979, Р б, с. 106—III (совместно с B.C. Шнеером, В.И. Гуревичем).

6. Электромагнитное поле течений в горизонтально-однородном океане. - В кн.: Физические процессы в ионосфере и магнитосфере. М.: ИЗШРАН, 1979, с. 90-96.

7. Определение суммарной продольной проводимости осадочного комплекса по электромагнитному полю морских течений. - В кн.: Современные проблемы морской геологии. Т. 3. М.: ИОАН, 1980, с. 75-76 (совместно с И.Л. Трофимовым, B.C.Шнеером).

8.- Изучение подземного стока в море по фильтрационному электромагнитному полю. - В кн.: Современные проблемы морской геологии. Т. 3, М.: ИОАН, 1980, с. 36-37 (совместно с В.И. ГУревичем, B.C. Шнеером).

9. Исследование электрического поля субмаринных источников в Каспийском море.; - В кн.: фундаментальный проблемы морских

электромагнитных исследований. M.: ИЗМИРАН, 1980, с. 224229.

10. Integral conductivity determination of spa sediments in sone Vorld Ocean areas by the sea current electric field. - Annales de Geophysique. X98I, t. 7>7, fase 2,

p. ?2I-*25. (совместно с И.JI. Трофимовым, B.C. Шне-

ером).

11. Опыт наблюдения и интерпретации волновых сигналов регистрируемых донной электрометрической установкой на мелководье. - В кн.: Проблемы космической электродинамики. М.: ИЗМИРАН, 1981, с. 208-213 (совместно с М.М. Богородским,

A.И. Лапицким, В.В. Новыием, С.З. Шабелянским).

12. Поиски субмаринных источников методом естественного электрического поля. - В кн.: Гидрогеологические и мерзлотные условия арктического континентального шельфа Евразии. -Л., Севморгео, 1982, с. 51-63 (совместно с В.И. ГУревичем,

B.C. Шнеерсм).

13. Опыт применения пеполяризующихся электродов в сероводородной зоне Черного моря. - В кн.: Исследование по космической геофизике. -М.: ИЗМИРАН, 1983, с. 146-148 (совместно с М.М. Богородским, В.В. Куткиным, А.И. Лапицким).

14. Экспериментальные исследования электромагнитных полей приливных течений в районе о-ва Кунашир. - Геомагнетизм и аэрономия, 1983, т. 23, № 6, с. 1002-1005 (совместно с ÏÏ.M. Аб- . рамоЕым, Т.Н. Бондарь, А.И. Лапицким, C.B. Шабелянским).

15. Сравнительные экспериментальные оценки берегового эффекта в магнитотеллурическом поле и в электромагнитном поле приливных течений. - В кн.: Проблемы исследования электромагнитных полей на акваториях. М.:•ИЗМИРАН, 1983, с. 41-44

. (совместно с Ю.М. Абрамовым, А.И. Лапицким, C.B. Шабелянским, B.C. Шнеером).

16. Результаты электромагнитных исследований на болгарском ше-лы5е. - В кн.: Проблемы исследования электромагнитных полей на акваториях. М.: ИЗМИРАН, 1983, с. 26-32 (совместно с И.М. Варенцовым, С.П. Гайдашом, М.С.' Цдановым, А.И. Лапицким, И.Л. Трофимовым, А.Л. Харитоновым, C.B. Шабелянским).

17. Учет вариаций магнитного поля морских течений. - В кн.: Учет временных вариаций при проведении морской магнитной .съемки. М.: ИЗМИРАН, 1984, с. 69-92 (совместно с И.Л. Трофимовым, C.B. Шабелянским).

16.' Marine electromagnetic пев-ureiaents on the Bulgaria- continental shelf of the Blac-. Sea. - Acta Geodaet\ca, Geophysics et Uontanistica, v. 19, H I, p. 5-I3 (совместно С Л.Ы. Абрамовой, С.П. Гайдаием, А.Л. Харитоновым, C.B. Ша-белянским, И.Л. Трофимовым).

19. Электромагнитное поле течений и его использование для оценки суммарной проводимости осадочных отложений в западной части Черного моря. - Известия АН СССР, Физика Земли, 1984. JT' 6, с. 86-94 (совместно с C.B. Шабелянским, И.Л. Трофимовым, Ю.1.1. Абрамовым, В.В. Куткиным, С.П. Гайдаром, Л.М. Абрамовой) .

20. Электромагнитные исследования в юго-западной части Черного моря. - Геомагнетизм и аэрономия, 1985, т. 25, 2, с. 278283 (совместно с И.Л. Трофимовым, U.C. Едановым, C.B. Шабелянским, А.И. Лапицким, ¡¿.М. Абрамовым, С.П. Гайдашом).

21. Морские глубинные электромагнитные зондирования в СССР.

- В кн.: Литосфера и астеносфера континентов и океанов. Новосибирск, 1985, с. 3-25 (совместно с М.С Ждановым, Б.С. Шнеером, Л.М. Абрамовой, И.М. Варенцовым, О.Н. йдановсй, И.Л. Трофимовым, C.B. Шабелянским).

22. Deep electromagnetic studies of Carpathian-Balcanian redion - IAGA/IA1ÎAP 5th General Assembly Praque: 1985, p 168 (совместно с М.С. йдановым, И.М. Варенцовым, B.C. Шн>зром, C.B. Шабелянским, И.Л. Трофимовым* Н.Г. Голубевым, ЛЛ. Абрамовой).

. 23. Результаты электромагнитных исследований в западной части Черного моря. - Българско геофизично списание. 1986, т. 12, № I, с. 94-Ï03 (совместно с И.Л. Трофимовым, М.С. Дцановым, .Х.И.'Дачевым, И.М. Варенцовым, C.B. Шабелянским, А.Л. Харитоновым) .

24. Investigation of the filtration anomaly of natural electric field in the western part of"the Black Sea. - Annales Géophysique, 1986, v. В, H б, p. 639-6W. (совместно с B.B. Куткиным, А.И. Лапицким).

25.. Экспериментальная оценка влияния приливных течений на результаты МВП в прибрежной зоне. - В кн.: Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований. М.: ИЗМИРАН, 1986, с. 137-144 (совместно с C.B. Шабелянским, B.C. Шнеером).

26. Некоторые предпосылки электроразведки гидротерм на дне океана. - Препринт Г 34(724). М.: ИЗМИРАН, 1987, 19 с. (совме-

стно с M.M. Богородским, И.И. Волковым, А.З. Дубининым).

27. Глубинные электромагнитные исследования в юго-западной части Черного моря. - Океанология, 1987, т. 27, F« б, с. 946950 (совместно с C.B. Шабелянским, И.Л. Трофимовым, М.С. Ждановым, А.И. Лапицким, С.И. Саниным, В.В. Куткиным).

28. Глубинные электромагнитные исследования на Каспийском продолжении IX геотраверса КАПГ. - В кн.: Электромагнитные зондирования. М.: ИЗМИРАН, 1987, с. 10-13 (совместно с

В.В. Куткиным, А.И. Лапицким, И.Л. Трофимовым, C.B. Шабелянским, B.C. Шнеером).

29. The summary of electromagnetic investigations in western part of the Black Sea. - IAVCEI, IAGA XIX General Assembly, v. 2. Vancouver, 1987, p. 212. (совместно с М.С.Ждановым).

30. Предпосылки электроразведки гидротерм на дне океана. - В кн.: Электромагнитные зондирования. М.: ИЗМИРАН, 1902,

с. 38-54 (совместно с М.М. Богородским, И.И. Волковым, A.B. Дубининым).

31. Gradient soundings and megnctie fields Ъу the data of experiment EUSLAB. - Hinth workshop of electronagnetic induction in the Barth and Moon . M.: 1988, p. 134 (совместно с C.B. Шабелянским, И.Л. Трофимовым, И.Р. Южаниной, А.Г. Джонсом, Л.К. Лоу).

32. Опыт применения малошумящих судов яхтенной постройки в морских электромагнитных исследованиях. - Технические средства и методы освоения океанов и морей. М.: ИОАН, 1989,. с. 157-158 (совместно с А.И. Лапицким, М.С. фановым, C.B. Шабелянским, B.C. Шнеером).

33. Морские электромагнитные исследования. - Электромагнитные

и плазменные процессы от Солнца до ядра Земли. - М.: Наука, 1989, с. 296-304 (совместно с М.С. Ндановым, Б.С. Световым, Г.А. Фонаревым).

34. Поток времени как физическое явление. - Деп. ВИНИТИ,

№ 7598-В89, 1989. - 42 с (совместно с М.Л. Арушановым).

35. О возможности определения оптимальных условий наблюдения сейсмоакустических и электромагнитных сигналов с использованием математической теории энтропии. - В кн.: Применение лазерных деформографов в сейсмоакустике. Владивосток: ТОЙ, 1989, с. 44-45 (совместно с O.A. Хачай, А.К. Трояновым,

А.Т. Иваевым).

36. Summary of electromagnetic investigations in the western part of the Black Sea. - Physics of the Eath and planetary interiors, v. 60, 1990, p. И5-119 (совместно с И.Л. Трофимовым, С.В. Шабелянским, М.С. Дцановым, А.И. Лапицким, С.И. Саниным, Е.Р. Мартанус).

37. О применении причинного анализа к процесса!.! связанным с природными катастрофами. - Деп. ВИНИТИ, F 909-B9I, 1991, 77 с. (совместно с О.А. Хачай, Н.Ю. Харламовой).

38. Causal analysis and its application for studies of electro-nagnetie induction in the sea. - b.G3 General Assembly, Wiesbaden, 1991, p. 184- (совместно с М.Л. Арушановым).

39. Causal analysis of electromagnetic field in the sea. - EGS General Assambly. Wiesbaden, 199^, p. *85 (совместно С О.А. Хачай).

■ 40. Deep electromagnetic investigation.in the central part of the Baltic Sea. - EGS General Assaiably. Wisbaden, 1991, p. 186 (совместно с C.B. Шабелянским, А.И. Демидовым, И.П. Южаниной).

41. Hesults of EM sounding of the Baltic Sea and hypotesis of strik-slip zone.' - IUGG XX General Assambly, Vienna, 1991, p. 60 (совместно с C.B. Шабелянским, И.П. Южаниной, А.И. Демидовым).

42. Marine deep electromagnetic soundings in the U3SE, 19801990 (Methods and results.). - IUGG XX General Assembly,Vienna, 1991, p. 81 (совместно с М.С. Ждановым, B.C. Шнеером).

43. Результаты применения причинного анализа к явлениям сейсмо-акустической и электромагнитной эмиссии. - Вулканология и сейсмология, 1991, № 5, с. 92-99 (совместно с О.А. Хачай, А.К. Тролновш", А.Т. Иваевым).

44. Применение причинного анализа к естественным электромагнитным процессам. - В кн.: Магнитные и электрические поля твердой Земли, ч. I. Владимир-Суздаль, 1991, с. 107-108 (совместно с О.А. Хачай, М.Л. Арушановым, С.В. Шабелянским).

45. Трансбалтийская геоэлектрическая модель. - В кн.: Магнитные

и электрические поля твердой Земли, ч. I. Владимир - Суздаль, 1991, с. 137-138 (совместно с С.В. Шабелянским, И.П. Южаниной, А.И. Лапицким, О.М. Пятибратом).

45. О возможности причинного анализа геофизических процессов. -Геомагнетизм и аэрономия. 1992, т. 32, I? I, с. 27-33.

47. Применение причинного анализа к процессу вертикальной диффузии магнитного поля в океане. - Геомагнетизм и аэрономия. 1992, т. 32, Ï? I, с. 48-53 (совместно .с O.A. Ха-чай, C.B. Шабелянский).

48. Результаты применения причинного анализа для обработки скважинных данных сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии. - Вулканология и сейсмология. 1992, J.' 3, с. 92100 (совместно с O.A. Хачай, А.К. Трояновым).

49. Причинный анализ и его применение для изучения электромагнитных процессов в море. - Известия АН, Физика Земли. 1992,' w 4, с. 52-61 (совместно с O.A. Хачай).

50. Результаты применения причинного анализа к наблюдениям переменного магнитного поля в море'. - Известия АН, Физика Земли. 1992, 5, с. 35-44 (совместно с O.A. Хачай , Л.К. Лоу).

51. Обобщенный причинный анализ и его применение для изучения электромагнитного поля в море. - Известия АН, Физика Земли. 1992, к 6, с. 77-06 (совместно с C.B. Шабелянским, В.О. Сердюком).

52. Роль запаздывания в причинном анализе геофизических процессов. - Геомагнетизм и аэрономия. 1992, т. 32, )"> 4,

с. I19-12I (совместно с O.A. Хачай).