Русская Википедия:Гравиразведка

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Универсальная карточка Гравиразве́дка — метод разведочной геофизики, основанный на изучении строения Земли при помощи измерения ускорения силы тяжести и его первых и вторых производных— градиентов . Изменение силы тяжести в пространстве возникает из-за неоднородности геологических тел по плотности.

Применяется при изучении формы ЗемлиШаблон:Sfn, поисках месторождений полезных ископаемых (нефти и газаШаблон:Sfn, угляШаблон:Sfn, рудыШаблон:Sfn, и другихШаблон:Sfn), картирования земной коры и верхней части мантииШаблон:Sfn, выделении глубинных разломов и глобальных тектонических структур. Гравиразведка существует в наземном и скважинном (подземном) вариантеШаблон:Sfn.

Прибор для измерения ускорения силы тяжести называется гравиметром, единицей измерения — Гал (по имени Галилео Галилея), равный 1 см/c².

Описание

Файл:Valversnelling in België.svg

Карта измеренного гравитационного поля

Cила тяжести

Сила тяжести(притяжения) — сила, создаваемая всей массой Земли и действующая на единичную массу, образуют напряжённость поля силы тяжести. Сила тяжести <math>F_t</math>- это векторная сумма ньютоновской силы тяготения <math>F</math> и инерционной центробежной силы <math>C</math>, создаваемой вращением Земли вокруг собственной оси. Напряжённость силы тяжести, таким образом,

<math>g = -G\frac{M}{R^2}+\omega^2a</math>

<math>g</math> - ускорение силы тяжести или напряжённость поля сила тяжести,<math> M </math>—масса Земли, <math>R</math> - радиус Земли, <math>\omega</math> - угловая скорость вращения Земли, <math>a</math> - расстояние от точки измерения поля силы тяжести до оси вращения Земли.

Приведённая формула справедлива, если Земля представляет собой однородный по плотности шар, однако геологические тела в коре и верхней мантии различаются по плотности и с разной силой притягивают объект в точке наблюдения. Поэтому над достаточно большим телом с повышенной или пониженной плотностью ускорение силы тяжести будет отличаться.

Сила тяготения всегда направлена к центру Земли, а центробежная сила по нормали к оси вращения Земли. На полюсе, где величина <math>a</math> равна 0, центробежная сила отсутствует и ускорение силы тяжести равно 983 Гал, на экваторе центробежная сила максимальна и <math>g</math> = 978 Гал.

Нормальное поле

Гравитационное поле относится к потенциальным полям, значение потенциала <math> W </math> равно

<math>W = -G\frac{M}{R}+\frac{\omega^2}{2}a</math>

Поверхность равного потенциала (эквипотенциальная), примерно совпадающая с уровнем моря называется геоидом. Вектор силы тяжести всюду направлен по нормали к поверхности геоида. Для однородной Земли, представляемой в виде сфероида в каждой точке вычисляются нормальные значения ускорения силы тяжести <math> \gamma_0 </math>

<math>\gamma_0 = -\frac{\partial W}{\partial n}</math>

Файл:Soviet gravimeter GNU-KS.jpg

Гравиметр ГНУ КС

Для расчёта нормального поля сила тяжести применяется формула Клеро:

<math>\gamma_0 = g_e(1+\beta \cdot sin^2\phi-\beta_1\cdot sin^22\phi)</math>

В советской и российской гравиразведке используется для расчёта нормального поля силы тяжести применяется формула Гельмерта.

<math>\gamma_0 = 978031(1+0,005302 \cdot sin^2\phi-0,000007\cdot sin^22\phi)-14</math>

За рубежом распространена формула Кассиниса(версия 1980 года)

<math>\gamma_0 = 978032,7(1+0,0053024 \cdot sin^2\phi-0,0000058\cdot sin^22\phi)-14</math>

Во всех формулах ускорение силы тяжести вычисляется в миллигалах.

Градиенты гравитационного поля

В гравиразведке используется система координат, в которой ось <math> z </math> ориентирована вниз по нормали к геоиду, ось <math> x </math>—на север, ось <math> y </math> — на восток. Соответственно, градиенты силы тяжести <math> W_{xz} </math>, <math> W_{yz} </math>,<math> W_{zz} </math> - это вторые частные производные потенциала силы тяжести, тогда как ускорение силы тяжести — первая частная производная потенциала по <math> z </math>.

<math>W_{z}=\frac{\partial W}{\partial z}=g</math>

<math>W_{xz}=\frac{\partial W_z}{\partial x}</math>

<math>W_{yz}=\frac{\partial W_z}{\partial y}</math>

<math>W_{zz}=\frac{\partial W_z}{\partial z}</math>

Градиенты поля сила тяжести показывают как быстро изменяется поле в горизонтальных (<math> x,y </math>) и вертикальном направлениях. Единица измерения градиентов — этвеш, 1 Э = 10^-9 с^-2 = 0,1 мГал/км.

Аномалии и редукции

Гравитационной аномалией называется разность значений измеренного и нормального значений ускорения силы

<math>\delta g_a = g-\gamma_0 </math>

Из-за того, что точка измерения не находится на геоиде, в измеренные значения ускорения силы тяжести вносятся поправки, то есть они редуцируются. Существует несколько видов поправок

• Поправка за свободный воздух - редукция Фая (<math> H </math>, м — альтитуда точки измерения поля)

<math>\delta g_a = g-\gamma_0+0.3086H</math>

• Поправка за свободный воздух и промежуточный слой — редукция Буге (<math> \sigma </math> — средняя плотность горных пород между геоидом и точкой измерения, г/см³)

<math>\delta g_a = g-\gamma_0+(0.3086-0.0419\sigma)H</math>

• Поправка за рельеф

Плотность горных пород и руд

Плотность горных пород зависит от их состава, пористости, влажности и плотности наполнителя пор. Плотность породообразующих минералов изменяется от 2,5 до 3,2 г/см³, к ней близка плотность пород с низкой пористостью

Литература

• Шаблон:Книга
• Блох Ю. И., Калинин Д. Ф., Михайлов В. О., Цирель В. С. Репрессированный учебник по гравиразведке // Геофизический вестник. 2015. № 2. С. 37-41.

Ссылки

• Шаблон:Citation Шаблон:Wayback