Научно-теоретические и экспериментальные исследования НИГШИ методически обеспечили и активизировали проведение геофизических работ на флотах. В 1964г. в экспедициях были сформированы геофизические отряды. Для оказания помощи в ускоренной подготовке высокопрофессиональных кадров в институте проводились краткосрочные учебные сборы офицеров геофизических отрядов экспедиций, в училище вводились новые углубленные программы обучения курсантов-гидрографов.
К началу 60-х гг. общее представление о геофизических полях и рельефе дна Арктического бассейна базировалось на отдельных случайных измерениях, полученных по пути дрейфа полярных станций и ледокольных судов (СП-1 в 1936-1938гг..СП-2 в 1950-1951гг., СП-3 в 1954-1955гг., “Георгий Седов” в 1937-1938гг.), а также в 1954-1959гг. при посадках самолетов на лед в период выполнения различных исследований. Активное участие в этих работах принимали и военные гидрографы Н.М.Аносов, А.Н.Воронов, Р.И.Гоноровский, Р.А.Дубовик, А.А.Мазепа, М.Ф.Перминов, А.Я.Свердлов, А.Г.Светлев, П.Н.Селиванов, А.И.Сорокин, И.В.Сытинский и др. К тому времени был открыт хребет Ломоносова, имелись отдельные наблюдения (около 500пунктов) гравитационного и магнитного полей.
В 1961г. на ледовой базе ААНИИ СП-13 была развернута первая Высокоширотная воздушная экспедиция Северного флота под руководством начальника СГЭ СФ Л.И.Сенчуры.
Результаты первых геофизических измерений были хотя и скромными, но обнадеживающими. Магнитные измерения, произведенные в 171 точке кварцевыми магнитометрами (QНМ и М-2 и магнитной вариационной станцией, выполнялись по программе абсолютного магнитного пункта. Сейсмозондирование (в 13 пунктах) осуществлялось 24-канальной сейсморазведочной станцией СС-24п. Гравиметрическая съемка (на 79 пунктах) производилась со льда во время посадок самолетов АН-2 и вертолетов МИ-4 сухопутными гравиметрами ГАК-Зм и ГАК-4м одновременно с измерениями 3-маятниковым прибором с фоторегистрацией ММП-П, размещенным в основном ледовом лагере экспедиции. Работа маятникового прибора периодически контролировалась путем привязки авиарейсами к береговым опорным гравиметрическим пунктам.
Для аэромагнитной съемки с борта самолета ИЛ-14 использовались аэромагнитометры АМ-13 и АЭМ-49. Координирование съемки обеспечивалось астрономическим (теодолит ОТ-02) и радиодальномерным (с помощью РНС“Рым”) способами.
В 1962-1963гг., благодаря результатам аэромагнитных съемок, удалось выявить предполагаемое местоположение неизвестного срединно-океанического хребта, где были зафиксированы сильные магнитные аномалии. Сейсмозондирование позволило определить генеральное направление его вероятного простирания, а экспедиция 1965г. подтвердила его фактическое наличие и частично исследовала. Это стало научным открытием мирового масштаба, что было засвидетельствовано на Втором международном океанографическом конгрессе в 1966г.
С 1962 по 1989г. Гидрографической службой ВМФ было проведено 28 высокоширотных воздушных экспедиций. Геофизическими исследованиями в разные годы руководили командиры геофизических отрядов (партий): А.М.Абакумов, С.Ф.Бойцов, Б.В.Буланов, С.Н.Гудков, К.С.Гудкович, В.Б.Детинин, Р.А.Дубовик, С.М.Еремин, П.М.Ершов, Н.Н.Замятин, Ф.В.Кузин, Ю.А.Курочкин, М.И.Криштапович, А.П.Макорта, В.А.Митюхляев, О.М.Никандров, В.В.Николайчук, В.И.Пелипко, Н.К.Тимошенко, Н.Г.Ягодницын и другие.
В марте-апреле 1969г. гидрографы Тихоокеанской океанографической экспедиции (В.И.Егоров, Е.Г.Георгов, Ю.В.Горбунов, В.Д.Мищенко и др.) выполняли аналогичные исследования на дрейфующем льду Чукотского моря (350пунктов гравиметрических измерений, 307 - магнитных, 40 -сейсмозондирований).
Достижения геофизических исследований стали возможными благодаря героическому труду полярных летчиков, таких, как В.А.Борисов, В.Ф.Брыкин, М.С.Васильев, Я.Я.Дмитриев, Ю.Г.Журавлев, Е.А.Карпов, Б.3.Ковченков, А.К.Кошман, Н.Г.Кривошеев, И.А.Левандовский, Н.И.Лысенко, Н.М.Троценко, А.Г.Халин, М.И.Шмелев и других.
С каждым годом по мере внедрения более современной геофизической аппаратуры совершенствовались способы геофизических исследований, накапливался опыт геофизического изучения Арктического бассейна, повышались квалификация и мастерство гидрографов Северной гидрографической экспедиции. Соответственно увеличивались объемы геофизических наблюдений (рекордным стал 1983г., когда были произведены наблюдения: гравиметрические — на 2491пункте, магнитные — на 2456пунктах, сейсмические — на 1008пунктах). Безусловно, столь успешному проведению геофизических исследований в большой степени способствовали научно-теоретические разработки сотрудников различных институтов (прежде всего НИГШИ, НИИГА, ЦНИИГАиК и др.): А.В.Иванова, А.М.Карасика, Ю.Г.Киселева, Г.И.Ноздрина, В.А.Литинского, А.Г.Пожарского, Б.Г.Попова, П.Н.Селиванова, О.Г.Щелованова, С.М.Щербакова и других. Вначале при проведении съемок со льда руководствовались Инструкцией по наземной гравитационной разведке Министерства геологии СССР, но она не учитывала условия работы на дрейфующем льду. В 1971г. на основе накопленного опыта и теоретических исследований ГУНиО МО [141—144 и др.] была издана Инструкция по гравиметрической съемке со льда [145].
За стойкость, мужество и достигнутые высокие результаты в ходе проведения первых арктических экспедиций ряд военных гидрографов, занимавшихся геофизическими исследованиями, были награждены орденами и медалями. Их напряженный труд, как и всех полярников, был сопряжен с постоянным риском для жизни не только во время первичных посадок самолетов на торосистый, с разводьями дрейфующий лед, но даже в короткие часы сна (как правило, не более 4-6 часов в сутки на протяжении двух-трех месяцев) в палатке, под которой в любую минуту внезапно могла образоваться ледовая трещина всепоглощающей океанской бездны.
Результаты изучения геофизических полей Земли в Северном Ледовитом океане оказались по сей день в сравнении с другими океанами наиболее достоверными и полными. Помимо общенаучного и военно-прикладного назначения они широко используются при создании различного рода геологических карт, а также при решении международно-правовых проблем обоснования внешних границ континентального шельфа России в Северном Ледовитом океане.
Особую страницу в истории геофизических исследований Военно-Морского Флота вписали гидрографы Северной гидрографической и Тихоокеанской океанографической экспедиций (ТОЭ) в дальних океанских походах на подводных лодках. Как было отмечено выше, для уточнения формы и размеров Земли требовалось проведение гравиметрических измерений на всей акватории Мирового океана. Если такие измерения с необходимой точностью и подробностью в Северном Ледовитом океане регулярно проводились с дрейфующего льда уже с 1962г., то для открытых удаленных районов Атлантического, Тихого и Индийского океанов требуемую точность гравиметрических измерений к тому времени можно было достичь только с помощью маятниковых наблюдений с подводных лодок.
Осенью 1968г. дизельная подводная лодка Тихоокеанского флота совершила длительное плавание в северной части Тихого океана. Маятниковые измерения прибором ММП-П под руководством В.П.Строева впервые выполняли в этом походе военные гидрографы В.И.Федотов (ТОЭ) и А.Г.Иевлев (НИГШИ).В результате были проведены измерения в 80пунктах по маршруту протяженностью около 10000 миль. Начало было положено, был приобретен необходимый практический опыт, который успешно использовался в следующих походах.
В 1969г. уже две дизельные подводные лодки (Северного и Тихоокеанского флотов) почти одновременно вышли в море. Их маршруты были проложены через Атлантический и Тихий океаны в Индийский. Гравиметрические партии в количестве 3-4 гидрографов на каждом корабле выполняли измерения приборами ММП-П. До 1983г. подобные походы на СФ и ТОФ совершались почти ежегодно. Всего было совершено около двух десятков походов подводных лодок, во время которых выполнено более 2000подводных маятниковых наблюдений на пунктах, равномерно распределенных но всей акватории Мирового океана. Производством измерений на подводных лодках руководили командиры гравиметрических партий: В.Л.Бачкис, В.В.Белов, Б.И.Богданов, В.П.Боровой, Б.В.Буланов, В.Б.Детинин, В.Б.Глебов, В.И.Егоров, Н.А.Замятин, В.Г.Зимичев, В.И.Зыков, В.М.Козлов, В.В.Кочегин, Ю.А.Кунреев, А.С.Лысенко, В.Д.Мищенко, М.И.Морозов, О.М.Никандров, С.М.Николаев, В.А.Покотилов, А.Г.Тихонов, В.И.Федотов, Я.В.Филиппов, Л.И.Филонов, В.П.Шанин и другие. Некоторые из них участвовали в нескольких походах, многие удостоены правительственных наград.
Еще в 1965-1966гг. Е.Ф.Кузьмин, Б.Е.Попов, И.Д.Понявин (НИГШИ) , используя экспериментальные образцы гравиметров типа ГАЛ (прототип МЕФ), доказали возможность проведения подводных гравиметрических съемок с атомных подводных лодок. Это позволило гидрографам СЕЭ (А.К.Воловину, В.А.Васильцову, В.Б.Детинину, Ю.С.Еудковичу, Н.М.Кузьмину, В.В.Николайчуку, В.И.Лемешеву, В.С.Прохорову, Ю.Е.Рожкову, И.В.Седову, А.В.Чичаеву, М.А.Эльгорту и другим) в походах на атомных подводных лодках подо льдами Арктики совместить проведение маятниковых наблюдений и гравиметрических измерений. Благодаря площадным съемкам удалось существенно детализировать информацию о характере гравитационного ноля на отдельных участках и значительно уточнить результаты дискретных съемок со льда. Особенно ценной была эта информация в аномальных и высокоградиентных районах рифтовых зон, а также на кромках ледовых полей, где из-за сильных подвижек льда выполнить необходимые измерения авиадесантным способом не удавалось.
В 1966г. гидрографы ТОЭ (Н.В.Безруков, В.И.Егоров, Е.А.Свинаренко и др.) под руководством геологов первыми в Гидрографической службе ВМФ выполнили комплексные геофизические исследования (электроразведка, гравиметрическая и магнитная съемки) с борта гидрографических судов “Охотск” (судовые маятниковые измерения прибором ММП-П), “Румб” (43пункта донной гравиметрической съемки) и “ЕС-68” в Пенжинской губе Охотского моря. Два года спустя донную съемку начали гидрографы-североморцы (Р.А.Дубовик, В.И.Зыков, В.П.Метлюхов, О.А.Сухих и др.) с гису “Буйреп” у острова Кильдин в Баренцевом море (52пункта).