Классификация методов измерения силы тяжести

разно-образные физические явления, связанные с действием грави-тации.
Например, падение тела

под действием силы тяжести в воздухе или жидкости, качание маятника, поднятие жидкости в капиллярном сосуде, колебания струны или пружины, красное смещение э/м волн в гравитационном поле и т.д.

динамические и статические.
Динамическими называются такие методы, в которых наблюдается движение

тела под действием силы тяжести, при этом измеряемой величиной является время.
Статическими называются такие методы, в которых наблюдается изменение положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой другой силы, которая уравновешивает силу тяжести. При этом измеряемой величиной является линейное либо угловое смещение тела. В качестве уравновешивающей силы может использоваться упругая сила твердых тел (пружин, нитей, мембран и т.п.).

полную величину силы тяжести.
При относительных – определяют не полное

значение, а приращение в данном пункте относительно некоторого другого, исходного, поле в котором обычно известно.
✔ Динамические методы могут быть как абсолютными, так и относительными.
Статические – только относительными.
Приборы, предназначенные для относительных определений силы тяжести, называют гравиметрами.

По характеру действующих упругих сил гравиметры с такими системами подразделяют

на приборы с поступательным движением грузика, прикрепленного к пружине (гравиметры первого рода) и приборы с вращательным движением рычага маятника (гравиметры второго рода).
Наиболее широкое применение получили гравиметры второго рода, упругая система которых изготовлена из кварца (кварцевые гравиметры).

Гравиметры

в положении неустойчивого равновесия. Небольшие изменения силы тяжести приводят к

тому, что равновесие нарушается в результате чего маятник прибора отклоняется на достаточно большой угол.

Устройство кварцевого астазированного гравиметра (ГАК)

предназначен для относительных измерений разности ускорений силы тяжести в полевых

условиях.

CG-5

Лазерный баллистический гравиметр ГАБЛ-Э

обширных территориях. По этим материалам устанавливают общие закономерности гравитационного поля

в пределах крупных регионов, выполняют тектоническое районирование.
Поисковые съемки проводят на отдельных перспективных площадях, установленных по региональным работам. Цель поисковых съемок – выделение локальных структур, которые могут содержать полезные ископаемые (нефть, газ, и т.д.).
Детальные съемки выполняют с целью изучения отдельных локальных структур. Данные детальной съемки могут использоваться для расчета глубины залегания и геометрии локальных структур.

Классификация гравиметрических съемок

изучаемую территорию. Для площадной съемки строят гравиметрические карты.
Профильная съемка выполняется

по отдельным маршрутам (профилям). Результат такой съемки – графики аномалий силы тяжести.

Гравиметрические съемки также подразделяют на площадные и профильные.

пунктов создают в начале полевых работ. Полевую сеть ОП привязывают

к ОП более высокого класса (первого или второго). Точность определения силы тяжести на ОП должна быть в 1.5 – 2 раза выше точности на пунктах рядовой сети. Повышенная точность достигается применением более точного гравиметра или многократными наблюдениями на одном и том же пункте одним или несколькими гравиметрами.
ОП располагают в условиях наиболее ровного рельефа. Наблюдения на ОП ведут по замкнутым полигонам, то есть каждый рейс начинается и заканчивается в одном и том же пункте.
После создания опорной сети проводят наблюдения на рядовых пунктах. Наблюдения для рядовых рейсов всегда начинаются и заканчиваются на ОП. Методики наблюдений в рядовых рейсах бывают различные. Наблюдения могут быть однократные, либо с повторением.

Методика гравиразведочных работ

а также его превышение относительно уровня моря. Эти определения составляют

топографо-геодезические работы. Точность этих работ должна быть согласована с точностью измерений аномалий силы тяжести.
Различают несколько видов топогеодезических работ:
- инструментальная съемка (нивелир, теодолит)
- полуинструментальная съемка (нивелир, мерная лента)
- спутниковая геодезия

длины, а между точками съемки (шаг наблюдений) - в 3

- 5 раз меньше ширины предполагаемых аномалосоздающих объектов.
Для стандартизации методики рекомендуют шаг съемки делать равным 1, 5, 20, 25, 50 или 100 м.
Расстояния между профилями, направленными всегда вкрест предполагаемого простирания разведываемых структур или рудных тел, могут быть равны шагу или в 2 - 3 раза превышать его.

Сеть наблюдения

в анализе особенностей аномального поля. Основа метода качественной интерпретации –

метод аналогий. Данные гравиразведки сравнивают с данными других геофизических методов, бурением, а также с данными гравиразведки на уже изученных территориях.
Количественная интерпретация заключается в решении прямой и обратной задачи.
Прямая задача сводится к вычислению гравитационного эффекта тел, составляющих модель. Для этого должны быть заданы форма, размеры, глубина залегания, плотность тел. Обратная задача сводится к определению параметров аномалиеобразующих тел – формы, глубины залегания, плотности по гравитационным аномалиям.
✔ Прямая и обратная задачи взаимосвязаны, но их решения имеют принципиальное различие. В гравиразведке прямая задача всегда имеет устойчивое и единственное решение. Обратные задачи, за исключением особых случаев, не имеют единственного решения, и, как правило, неустойчивы. В математической терминологии обратные задачи гравиразведки относятся к классу некорректно поставленных задач; методам их решения посвящено много научных работ.

Интерпретация данных гравиразведки

индивидуальные особенности: знак и степень дифференцированности, наличие региональных и локальных

аномалий, их размеры, форму, простирание, интенсивность и т.д.

Качественная интерпретация гравитационных аномалий

гравитационное поле и среднее гравитационного поля, рассчитанное в скользящем окне.

Результаты трансформаций гравитационных аномалий

плотностью σ расположен на глубине h . Решим прямую задачу,

т.е. определим гравитационный эффект вдоль наземного профиля ОХ , проходящего через проекцию центра шара с началом координат над ним.
Поскольку по закону всемирного тяготения шар притягивается с такой же силой, как и точечная масса, сосредоточенная в его центре, аномалию над шаром можно получить, считая, что аномалия силы тяжести над шаром и аномалия точечной массы, помещенной в его центре, совпадают:
∆g=(G×σ×V×h)/r3=(G×M×h)/(x2+h2)3/2

Прямая и обратная задачи для шара

, в которой g достигает половины максимума:
∆gmax при (x=0)=(G×M×h)/(h2)3/2=(G×M)/h2
∆g1/2 при

(x=x1/2)= (G×M×h)/(x21/2+h2)3/2=(G×M)/2h2
2h3=(x21/2+h2)3/2 или h=1.3 x1/2

приборами покрыта с той или иной детальностью территория суши и

океанов Земли. Наибольший геологический интерес представляют результаты общих гравиметрических съемок с точки зрения изучения земной коры, и в частности определения ее мощности, строения, изостазической уравновешенности, тектонического районирования.

Зависимость аномалий силы тяжести в редукции Буге от мощности земной коры: I, II, III - геосинклинальный, платформенный и океанический тип земной коры

Установлено, что в геосинклинальных областях отмечаются интенсивные отрицательные аномалии , платформы характеризуются небольшими аномалиями разного знака, а на океанах - положительные аномалии, причем тем большие, чем меньше мощность земной коры.

при региональном тектоническом районировании суши и акваторий. Она дает информацию

о главных структурных этажах и общем тектоническом строении крупных регионов. С помощью гравиразведки аномалиями типа ступени выявляются отдельные блоки земной коры и фундамента, глубинные разломы, сбросы; отрицательными аномалиями картируются синклинории, горсты, осадочные бассейны, прогибы фундамента, гранитные массивы среди других изверженных пород фундамента, рифтовые и солевые бассейны, океанические хребты и желоба в океанах и др; положительными аномалиями выделяются антиклинории, поднятия фундамента, грабены и другие структуры.

Гравиразведка при региональном тектоническом районировании

антиклинальных складок, рифтовых массивов, куполовидных платформенных структур.
Наиболее благоприятны для разведки

соляные купола, поскольку соль отличается низкой плотностью по сравнению с окружающими породами и резкими крутыми склонами. Соляные купола, находящиеся в Урало-Эмбенском районе, Днепрово-Донецкой впадине и других районах, выделяются изометрическими интенсивными отрицательными аномалиями, по которым можно судить не только об их местоположении и форме, но и о глубине залегания.
Антиклинальные складки выделяются вытянутыми изолиниями аномалий чаще положительного, реже отрицательного знака в зависимости от плотности пород, залегающих в ядре складок. Интерпретация результатов качественная, изредка количественная.
Многие месторождения нефти и газа приурочены к рифтовым массивам, но разведка последних методом гравиразведки является задачей нелегкой. Для разведки рифтовых известняков среди осадочных терригенных пород используется анализ как региональных, так и локальных аномалий, причем рифтовые известняки выделяются, как правило, положительными аномалиями.
Куполовидные платформенные поднятия, к которым нередко приурочены месторождения нефти и газа, отличаются малой амплитудой и большой глубиной залегания и поэтому трудно разведываемы гравиразведкой. Однако применение высокоточных гравиметров позволяет вести разведку и этих структур, выделяемых слабыми отрицательными аномалиями за счет разуплотнения пород над поднятиями. Высокоточная гравиразведка применяется для изучения режима эксплуатации месторождений нефти и газа, а также подземных газохранилищ. В связи с разведкой угольных месторождений гравиметрия применяется как для определения границ угольного бассейна, так и для непосредственных поисков отдельных месторождений и пластов угля, отличающихся низкой плотностью

Применение гравиразведки для поисков и разведки полезных ископаемых.

разведки рудных и нерудных ископаемых, причем она привлекается как для

крупномасштабного картирования и выявления тектонических зон и структур, благоприятных залеганию тех или иных ископаемых, так и для непосредственных поисков и разведки месторождений. Существенное отличие рудной гравиразведки от нефтяной состоит в меньшей глубинности, большей детальности и точности разведки. Классическим примером применения гравиметрии являются поиски и разведка железорудных месторождений (особенно КМА и Кривой Рог), где гравиразведка применяется для изучения структуры бассейна, картирования железорудной толщи и поисков богатых руд. На железорудных месторождениях наблюдаются локальные положительные аномалии за счет высокой плотности железосодержащих руд. Хромитовые, полиметаллические и другие залежи рудных и нерудных ископаемых практически всегда отличаются от вмещающих пород по плотности. Поэтому для их обнаружения гравиразведка с успехом применяется.

Другие полезные ископаемые

Л., «Недра», 1972.
Дополнительная литература