Редукции силы тяжести

Для того, чтобы все наблюдения силы тяжести можно было сравнивать, их приводят к одной уровенной поверхности - уровню геоида. Для этого точку наблюдения опускают на этот уровень путем введения следующих основных поправок:

Название поправки	Обозначение и формула
за высоту точки наблюдения над поверхностью геоида (поправка Фая)	Δg1=0.3086Н, где высота Н[м]
за притяжение промежуточного слоя, заключенного между поверхностью Земли и поверхностью геоида	Δg2= - 0.0419𝜎Н, 𝜎[г/см3], где мощность Н[м]
за боковое притяжение рельефа местности, окружающего пункт наблюдения	Δg3

Вводимые поправки называются редукциями силы тяжести.

При высокоточных измерениях дополнительно вводятся поправки за притяжение солнца и луны.

При региональных исследованиях используют изостатические редукции.

Аномалии силы тяжести

В геодезической гравиметрии под аномалией силы тяжести понимают разность между наблюденным значением (g_набл) и нормальным (g_н) с учетом поправки за высоту, рассчитываемой по формуле:

.

Основной аномалией в гравиразведке является аномалия Буге, учитывающая поправку за промежуточный слой:

Плотность горных пород

Для проектирования гравиразведочных работ и интерпретации их результатов необходимо знать плотность горных пород – σ.

Плотностью породы (или объемным весом) называется масса (m) единицы объема породы (V):

σ = m/V.

Плотность принято измерять в г/см³.

Плотность горных пород зависит от химико-минералогического состава (объемной плотности твердых зерен), пористости и состава заполнителя пор (вода, растворы, нефть, газ).

Плотность изверженных и метаморфических пород определяется в основном минералогическим составом, поскольку их пористость сравнительно невелика (1-2%). Для изверженных пород плотность увеличивается при переходе от кислых пород к основным и ультраосновным. Для метаморфических пород плотность зависит от исходного материала и степени метаморфизма.

Плотность осадочных пород определяется, прежде всего, пористостью, насыщением флюидами и, в меньшей степени, минералогическим составом. Поскольку осадочные породы, как правило, характеризуются большим диапазоном изменения пористости (за исключением гидрохимических осадков), то плотность для одних и тех же разновидностей меняется в широких пределах. Кроме того, плотность сильно зависит от степени консолидации осадков, их возраста и глубины залегания, с увеличением которых она растет. Примеры значений плотности даны в таблице 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

Порода, вещество	Плотность, г/см3
Нефть	0,75 -1,0
Пластовые воды	1,0 – 1,26
Уголь	1,1 - 2
Почва	1,13 - 2,0
Песок	1,3 - 2
Глина	1,2 - 2,2
Песчаник	1,8 - 2,8
Известняк	1,8 - 2,9
Соль	2,15 - 2,3
Гранит	2,4 - 2,9
Гнейсы	2,6 - 2,9
Габбро	2,8 - 3,1
Базальт	2,5 - 3,3
Перидотит	2,8 - 3,4
Медный колчедан	4,1 - 4,3
Магнетит, гематит	4,9 - 5,2
Средняя плотность верхних частей земной коры	2,67
Средняя плотность для осадочных бассейнов	2.3

Достоверные значения плотности можно получить только при ее измерении в условиях естественного залегания горных пород. Обычно плотность определяется для образцов, взятых из естественных обнажений, скважин и горных выработок, при этом нарушены термобарические условия, влажность и т.п. и получаемые значения могут отличаться от истинных.

Наиболее простым способом определения плотности образца при пористости менее 3% является его взвешивание в воздухе (m), и в воде (m¹) после чего осуществляется расчет σ по формуле:

На этом принципе построен наиболее распространенный и простой прибор для измерения плотности - денситометр, позволяющий определять σ с точностью от 0,001 для малопористых пород до 0,05 г/см³ при пористости до 6 %.

Для достоверности и представительности измерения производятся на большом количестве образцов (до 50 штук). По многократным измерениям плотности образцов одного и того же литологического комплекса строится вариационная кривая - график зависимости значений плотности σ от количества образцов, обладающих этой плотностью. Максимум этой кривой характеризует наиболее вероятное значение плотности для исследуемой породы.

В естественном залегании горных пород плотность определяют с помощью радиоактивных методов (плотностного гамма-гамма каротажа, нейтронного плотностного каротажа), методами скважинной и полевой гравиразведки, а также методами скважинной и полевой сейсморазведки на основе корреляционных связей между плотностью и скоростью упругих волн.