УДК 550.837

1, 1


УЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ШУМОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ВОЛНАМИ НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ1

Аннотация. Флуктуации естественного электрического поля, наблюдаемые в мелководных бассейнах в толще воды и на дне и имеющие квазигармонический характер, порождаются поверхностными волнами. Они могут быть объяснены действием (1) магнитогидродинамических и/или (2) электрокинетических эффектов, с преобладанием вторых на дне пресноводных бассейнов. Развита теория и получены оценки значений флуктуаций электрического поля, для двух основных моделей возбуждения электрических шумов поверхностными волнами: (1) длинной прогрессивной  волной и (2) двумя сталкивающимися волнами любой длины с близкими по величине параметрами.

Ключевые слова: морская электроразведка, электрическое поле, поверхностные прогрессивные волны, стоячие волны, магнитогидродинамические эффекты, электрокинетические эффекты

Об авторах:

1 – Институт океанологии им. РАН, Москва.

При измерениях электромагнитных полей, проводимых как при морских электроразведочных работах, так и при исследованиях прикладного характера, существенной проблемой являются естественные квазипериодические флуктуации электрического поля, учет которых необходим для разработки эффективных технологий измерений и обработки ЭМ данных, получаемых на мелководных акваториях.

В работе исследованы причины возникновения естественных флуктуаций электрического поля (рассматриваемые как электрические шумы) как на дне, так и в толще воды мелководных частей морей и океанов, а также в озерах и приустьевых частях крупных рек. Источниками этих флуктуаций являются два типа поверхностных волн: (1) длинные прогрессивные волны и (2) стоячие волны любой длины (включая короткие).

В случае волнения, представляющего собой одну прогрессивную волну при длине волны, превышающей удвоенную глубину, пульсирующее давление на дне от пробегающей волны может вызывать электрокинетические эффекты (в пресной воде) в виде электрических полей протекания. Основным фактором является отношение глубины к длине волны. Пульсации давления на дне могут создавать как горизонтальную (вдоль движения волны), так и вертикальную компоненты электрического поля из-за электрокинетического эффекта протекания. В морской воде под действием сил Лоренца [1] движения индуцируют также горизонтальную (поперек движения волны) и вертикальную компоненты электрического поля, величины которых определяются скоростью движений воды и значениями компонент главного магнитного поля в рассматриваемой географической точке.

Для стоячих волн также возникают обе компоненты градиента пульсирующего давления, что приводит к возникновению двух компонент (горизонтальной и вертикальной) электрокинетического поля. Важнейшей особенностью действия стоячих волн является то,  что создаваемые ими пульсации давления  распространяются

без затухания до дна независимо от глубины [2]. При этом, независимо от глубины, величина электрического поля в пресной воде, обусловленного электрокинетическими эффектами [3], возбуждаемыми поверхностными волнами в любом реальном диапазоне длин таких волн, может иметь тот же порядок (при соответствующей крутизне волны), что и поле для длинной бегущей волны при фиксированной глубине. В случае морской воды такой эффект сталкивающихся волн приводит за счет силы Лоренца к появлению также горизонтальной и вертикальной компонент шумовых флуктуаций электрического поля как на дне, так и в толще воды.

Библиографический список

1. Podney W. Electromagnetic fields generated by ocean waves // J. Geophys. Res., 1975, V. 80, № 21. P. 2977-2990.

2. Longuet-Higgins M. S. A Theory of the Origin of Microseisms // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1950. V. 243, № 000, P. 1-35.

3. , Возбуждение электрокинетических эффектов
на дне мелководья поверхностными волнами // Океанология, 2015, т.55, № 3, С. 461-469.

Yegorov, Igor and Palshin, Nikolay

The accounting of the electric noise generated by waves on the surface of the water

Abstract. The quasi-harmonic fluctuations of natural electric field observed in shallow water in the water column and at a bottom are generated by surface waves. They can be explained by (1) magnetohydrodynamic and/or (2) electrokinetic effects, with predominance of the second one in fresh water. The theory is developed and estimates of electric field fluctuations for two main models of generation of electric noise by surface waves: (1) a long progressive wave and (2) two colliding waves of any length with close parameters are obtained.

Keywords: marine electrical prospecting, electric field, surface progressive waves, standing waves, magnetohydrodynamic effects, electrokinetic effects.

1 Работа выполнена в соответствии с государственным заданием № 000-2014-0031.