Глава 1. Гравиразведка (по Хмелевскому в.К.)
Гравитационная разведка - это геофизический метод исследования земной коры и поисков месторождений полезных ископаемых, основанный на изучении очень малых аномалий гравитационного поля Земли (поля силы тяжести), обусловленных особенностями распределения в земной коре масс с различной плотностью.
Поле силы тяжести главным образом обусловлено Ньютоновским притяжением Землей всех тел, обладающих массой. Основными измеряемыми параметрами гравитационного поля являются ускорение силы тяжести и градиенты (изменения ускорения по разным направлениям).
Величина значений поля силы тяжести в основном зависит от следующих причин:
- притяжения и суточного вращения Земли (нормальное поле);
- от неравномерного распределения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле).
Эти две причины изменения силы тяжести на Земле служат основой ее измерений соответственно в двух направлениях гравиметрии: геодезической гравиметрии и гравитационной разведки.
От других методов разведочной геофизики гравиразведка отличается сравнительно большой производительностью полевых наблюдений и возможностью изучать латеральную (горизонтальную) неоднородность земной коры.
Гравиразведка применяется для решения самых различных геологических задач при глубине исследований от нескольких метров, например, при разведке окрестностей горных выработок, до 200 километров, например, при изучении верхов мантии Земли.
В геологоразведочном процессе на нефть и газ гравиразведка чаще всего используется на этапе региональных исследований. Она помогает решать задачи тектонического районирования территории, дает возможность прогнозировать литологический состав фундамента, определять положение крупных разрывных нарушений.
1. Основы теории гравитационного поля Земли и гравиразведки
1.1. Сила тяжести, ее потенциал и производные потенциала Сила тяжести
Силой тяжести (F) называют равнодействующую двух сил - силы ньютоновского притяжения всей массой Земли (Fн) и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли (P).
Отнесенные к единице массы (m=1), эти силы характеризуются:
ускорением силы тяжести |
g = F/m |
ускорением ньютоновского притяжения |
r = Fн/m |
центробежным ускорением |
p = P/m |
Ускорение силы тяжести g равно геометрической сумме ускорения притяжения r и центробежного ускорения p (рис. 1.1). Обычно в гравиметрии, когда говорят "сила тяжести", подразумевают именно ускорение силы тяжести g.
|
Рис. 1.1 Ускорение силы тяжести g и его составляющие r и p |
Единицей ускорения в системе СИ является м/с2. В гравиметрии традиционно используют более мелкую единицу – Гал (названа в честь Галилео Галилея):
1Гал = 1см/с2 = 0,01м/с2
В среднем на Земле ускорение силы тяжести равно 981 Гал. В практике гравиразведки применяется величина в 1000 раз меньшая, чем Гал, она называется миллиГал (мГал):
1мГал =0,001 Гал =10-5м/с2
и в 1000000 раз, чем Гал, она называется микроГал (мкГал):
1мкГал =0,000001 Гал =10-8м/с2
Сила притяжения какой-либо массы (m) всей массой Земли (M) определяется законом всемирного тяготения Ньютона:
|
|
(1.1)где R - расстояние между центрами масс m и M, если масса m расположена на поверхности Земли, то R – радиус Земли; G - гравитационная постоянная, равная (2/3)*10-10 м3/(кг*с2).
Сила притяжения единичной массы (m=1) направлена к центру Земли и равна
Центробежная сила (P) направлена по радиусу, перпендикулярному оси вращения Земли (ρ), и определяется формулой
|
(1.2) |
где ω - угловая скорость вращения Земли.
Величина радиуса ρ изменяется от нуля на полюсе (ρ=0) до максимума на экваторе Земли (ρ=R). Отношение максимального значения центробежной силы на экваторе Рэ к минимальному значению силы ньютоновского притяжения на экваторе составляет Fнэ
,
поэтому сила тяжести на Земле почти целиком определяется силой притяжения, а ускорение силы тяжести практически равно ускорению ньтоновского притяжения
.
Как известно, Земля в первом приближении является эллипсоидом вращения, причем экваториальный радиус составляет a=6378 км, а полярный - b=6357 км, отличие радиусов - a-b=21 км. Разная величина радиуса Земли на полюсе и экваторе наряду с изменением центробежной силы приводит к увеличению силы тяжести на полюсе gп=983 Гал и ее уменьшению на экваторе - gэ= 978 Гал.
По известным значениям g и R были определены:
масса Земли |
М=5,98*1024 кг |
средняя плотность Земли |
|
