С целью изучения геологической структуры дна проводятся исследования характера распространения в нем электромагнитных полей. Наибольшее развитие к настоящему времени получили электромагнитные методы, использующие постоянные и переменные поля естественного и искусственного происхождения.
Электрометрические исследования позволяют изучать рельеф коренных пород, определить глубину и удельное сопротивление проводящей верхней мантии, одним словом, выявлять геоэлектрическое строение основных структурных элементов океанского дна.
К настоящему времени разработаны и применяются ряд методов электрометрических исследований, таких как метод непрерывного дипольного зондирования и профилирования, метод становления магнитного поля, метод вызванной поляризации.
Исключительный интерес представляет метод магнитотеллурического зондирования, в основе которого лежит исследование естественного электрического и магнитного полей.
Непрерывное дипольное зондирование обычно проводится по прямым профилям, предварительно обозначенным вехами. Такие исследования носят разведочный характер и могут производиться на небольших глубинах, не превышающих 300 м. Измерения можно проводить на стоянке и на ходу судна. Исследования обычно проводятся с двух судов. При этом одно судно оказывается питающим, а другое приемным. Возбуждение электрического поля осуществляется с помощью укладываемой на дно кабельной линии, в которую подается постоянный ток мощностью до 100 кВт при напряжении до 230 В. Таким образом, через воду пропускается ток в 200—400 А. Напряжение в кабельный диполь подается короткими импульсами. Питающий диполь непрерывно перемещается по дну, буксируемый судном по прямой линии в направлении к приемному судну, стоящему на якоре с выложенным на дно приемным диполем.
Диполи представляют собой связку отрезков кабелей различной длины с электродами на концах.
Ближайший к судну кабель подключен к источнику тока или приемнику во все время буксировки. Другие кабели могут подключаться по мере необходимости. Кабели питаются импульсным током. Длительность импульсов изменяется в зависимости от расстояния между диполями так, что всякий раз она в 2—3 раза превышает длительность переходных процессов, определяющихся подачей напряжения в кабель и регистрацией сигнала. Продолжительность двустороннего зондирования составляет 2 ч при базе 15 км и скорости хода судна порядка 7 узлов.
Обработка информации, получаемой в результате зондирования, состоит в определении расстояния между центрами диполей, разности потенциалов между измерительными электродами и силы тока в питающем диполе.
Возможна методика зондирования, когда в движении находятся оба судна — с питающим и приемным диполями. Они перемещаются по выбранному заранее профилю друг другу навстречу с постоянной скоростью. Такая методика зондирования дает возможность проводить исследования на глубинах до 300 м и существенно сокращает время, которое тратится на одно зондирование. Однако ширина исследуемой части дна при этой методике становится заметно меньше. Поэтому для того, чтобы сохранить неизменной детальность, необходимо сократить шаг наблюдений.
Непрерывное профилирование электрическим полем в зависимости от стоящей задачи может выполняться двумя судами или одним судном. Диполи, питающий и приемный, буксируются по поверхности. Непрерывное профилирование двумя судами производится диполями с большими разносами. Оно способно обеспечить глубинность исследования до 5000 м. При непрерывном же профилировании одним судном глубинность исследований оказывается небольшой и не превышает 300 м. Если непрерывное профилирование проводится двумя судами, то возможны две схемы движения: либо суда движутся друг за другом на расстоянии, либо они движутся параллельными курсами также на определенном расстоянии друг от друга, равном I. Расстояния и размеры диполей выбираются в зависимости от геоэлектрического разряда и требуемой глубинности исследований. Движение судов при буксировке диполей должно происходить с одинаковой скоростью, которая выбирается такой, чтобы продолжительность импульсов в 2—3 раза превышала время становления поля. Зондирование становлением магнитного поля основано на изучении процессов становления искусственно создаваемого электромагнитного поля вблизи его источника. Такой метод зондирования характеризуется повышенной разрешающей способностью. Эти исследования являются мелководными и проводятся до глубины 60 м путем непрерывных круговых зондирований или на стоянке. При непрерывных круговых зондированиях приемная петля кабеля располагается неподвижно относительно точки профиля. Питающий же диполь непрерывно перемещается по кругу заданного радиуса, центр которого совпадает с центром петли. Приемное судно при этом стоит на якоре на расстоянии до 250 м от приемного контура. В процессе зондирования приемное судно движется со скоростью около 10 км/ч.
Рис. 1. Схема работы системы непрерывного профилирования электрическим полем.
Длительность импульсов и пауз выбирается в два раза большей времени, на котором амплитуда регистрируемых сигналов равна 1—2 мм при максимальной чувствительности. Исследования позволяют следить за изменением параметров геоэлектрнче-ского разряда по обрабатываемому кругу.
Исследования методом становления магнитного поля при неподвижном положении судов проводятся в вариантах петля— петля или диполь—петля.
Профилирование методом вызванной поляризации выполняется по прямолинейным профилям на ходу судна. Судно движется со скоростью около 17 км/ч. Ширина исследуемой зоны достигает 100 м. Длительность импульсов при этом от 5 до 10 с. Профилирование методом вызванной поляризации отличается относительной простотой аппаратуры и небольшой длиной диполя.
Переменные электромагнитные поля в океане используются для проведения магнитотеллурических исследований. Эти поля могут иметь естественное и искусственное происхождение. Как установлено, естественные электромагнитные поля возникают в связи с процессами в ионосфере и магнитосфере Земли и определяются пространственно-временной нестабильностью источников, создающих постоянное магнитное поле Земли.
В океане электромагнитные поля создаются также движением проводящих водных масс в постоянном магнитном поле Земли.
При магнитотеллурических исследованиях ориентируются на электромагнитные поля, порождаемые внутренними геофизическими процессами. Эти поля характеризуются длительными периодами вариаций, которые используются для получения сведений об электропроводимости глубинных частей дна.
При прохождении волны электромагнитного поля через сложный разрез Земли происходит ее преломление и отражение на границах слоев. Коэффициенты отражения и преломления волн зависят от относительной электропроводимости сред. С увеличением удельного сопротивления среды поглощение поля уменьшается. С другой стороны, поглощение растет с увеличением частоты переменного электромагнитного поля. При повышении частоты наблюдаются волны, которые приходят в основном от верхних слоев, а с понижением частоты глубинность исследования увеличивается.
Магнитотеллурические исследования проводятся несколькими методами: магнитовариационное зондирование, магнитовариационное профилирование и магнитотеллурическое зондирование. Магнитовариационное зондирование проводится с целью исследования изменений электрического сопротивления Земли с глубиной. В основе метода лежит частотный и пространственный анализ наблюдаемых вариаций магнитного поля. С этой целью производится наблюдение вариаций трех компонентов магнитного поля в одной или нескольких точках.
Магнитовариационное профилирование проводится с целью измерения вариаций магнитного поля по ряду намеченных точек на профиле или площади, которое дает сведения о глубинных геоэлектрических неоднородностях Земли.
Одним из самых глубинных методов электроразведки является метод магнитотеллурического зондирования. Сущность метода заключается в измерении составляющих переменного электромагнитного поля. Цель применения метода магнитотеллурического зондирования состоит в изучении низкочастотных вариаций полей. Магнитотеллурическое зондирование может быть осуществлено поверхностной и донной установками. Поверхностная установка может быть использована практически лишь на дрейфующих льдах. Применение же ее на судах исключено очень высоким уровнем помех. Донная автономная станция может измерять и регистрировать вариации горизонтальных компонентов магнитного и электрического полей.
Следует заметить, что магнитотеллурические исследования достаточно широко проводятся на суше и существенно в меньшем объеме на малых глубинах. При создании глубоководной донной аппаратуры возникает ряд проблемных инженерно-технических вопросов, поэтому массовые измерения на дне океанов представляются пока делом ближайшего будущего.
Магнитотеллурическая донная аппаратура должна функционировать в автономном режиме, так как средняя возмущенносгь ноля требует регистрации вариаций в течение многих суток. Аппаратура должна обеспечивать одновременную регистрацию вариаций магнитного и электрического полей.
Длительность регистрации, очевидно, может быть сокращена, если повысить чувствительность аппаратуры и расширить ее динамический диапазон.
Донная станция должна также иметь возможность автономной ориентации датчиков поля, периодической калибровки аппаратуры и автоматического включения и выключения в определенные моменты времени.