ОПОРНІ ГРАВІМЕТРИЧНІ МЕРЕЖІ І ГРАВІМЕТРИЧНЕ
ЗНІМАННЯ

8.1. Види гравіметричного знімання

  Гравіметричним зніманням називають сукупність гравіметричних вимірів в
пунктах і визначення їх координат з метою вивчення просторового розподілу поля
прискорення сили ваги. Пункти гравіметричного знімання, в яких виконують
вимірювання дериват гравітайійного поля називають гравіметричними пунктами. В
залежності від того, з яким приладом виконують гравіметричне знімання, розрізняють:маятникове, гравіметрове і варіометричне знімання. Відповідно пункти таких знімань називають маятниковими, гравіметровими і варіометричними. Гравіметричне знімання виконують для визначення гравітаційного поля і фігури Землі для вивчення глибинної будови земної кори та пошуків корисних копалин.
  Розрізняють світове, регіональне ,пошукове і детальне гравіметричне знімання
Під світовим гравіметричним зніманням розуміють сукупність всіх гравіметричних
спостережень, виконаних на поверхні Землі. Регіональне гравіметричне знімання дає можливість одержати загальні особливості гравітаційного поля значних територій,виявити перспективні ділянки для більш детального їх дослідження, допомагає провести тектонічне районування платформних і геосинклінарних областей, вивчити глибинну будову земної кори. В результаті виконання пошукового гравіметричного знімання виявляють певні геологічні об'єкти в районах перспективних на корисні копалини. Детальне гравіметричне знімання виконують з максимально можливою точністю і високою густотою розподілу пунктів. Воно служить для пошуків корисних копалин, дослідження окремих структур і рудних тіл. Гравіметричні знімання проводять за певними маршрутами (профілями) або на окремих площах в залежності від характеру розподілу пунктів на місцевості.
  Знімання площ називається гравіметричним тоді, коли пункти спостереження
більш-менш рівномірно розміщені на ній. У деяких випадках допускається Відхилення від рівномірності розподілу з метою, щоб не знизити достовірності елементів гравітаційного поля. В цьому випадку відношення віддалей мід пунктами
спостереження вздовж профілю і між профілями не повинно бути меншим ніж 1 5.

Отже ,гравіметричне знімання площі є основним видом гравіметричного знімання і дає найбільш повну достовірну картину гравітаційного поля досліджуваної території. Якщо пункти спостереження не зв'язати між собою а розміщені вздовж окремих маршрутів то таке гравіметричне знімання називають профільним або маршрутним. Вено дає можливість вивчати характер зміни гравітаційного поля лише вздовж цих окремих профілів і його виконують для попереднього дослідження важкодоступних районів (пустеля, тайга, гори),а також вивчення значної частин морських акваторій у гравіметричному відношенні Дія геодезичних задач (обчислення складових відхилень прямовисних ліній і астрономо-гравiметричного нівелювання) навколо астрономічних або триангуляційних пунктів виконують згущене гравіметричне знімання

Гравіметричні спостереження як правило виконують відносним методом На кожному пункті визначають приріст сили ваги відносно деякого пункту, прийнятого за вихідний Очевидно, що на вихідному пункті повинно бути відомим абсолютне значення прискорення сили ваги На всіх інших пунктах абсолютні значення прискорення сили ваги одержують шляхом додавання приросту сили ваги з абсолютним значенням ВИХІДНОГОпункту

8 2.0Порні і рядові гравіметричні мережі

Для приведення відносних вимірювань сили ваги в єдину систему контролю за зміщенням нуль-пункту гравіметрів і визначення їх масштабних коефіцієнтів необхідно мати систему гравіметричний пунктів підвищеної точності, різниці прискорення сили ваги між якими відомі з високою точністю Така система пунктів підвищеної точності називається опорною гравіметричною мережею Вона складається із світової, державної і місцевої (польової) опорних мереж Отже, гравіметричні знімання ділять на опорні мережі і рядові знімання

Світова опорна гравіметрична мережа створюється для забезпечення єдності вихідних національних (державних) абсолютних значень і масштабу відносних визначень Для цього, щоб виразні и відносні визначення в абсолютній системі необхідно мати абсолютне значення сили ваги в одному вихідному пункті До 1909 року вихідним пунктом всіх вимірювань прискорення сили ваги був Відень (XIII конференція МАГ, Париж, 1900р) значення сили ваги якого було одержане з похибкою +10 мГал На XVI Міжнародній геодезичній конференції (Лондон, 1909р ) була прийнята Потсдамська система В цій системі за вихідним пункт абсолютного значення прискорення сили ваги було прийнято пункт в Потсдамському геодезичному інституті До 1950 року всі гравіметричні вимірювання були віднесені до пункту Потсдам і були виражені в так званій Потсдамській системі В даний час рекомендована світова опорна гравіметрична мережа яка одержала назву Міжнародної гравіметричної стандартної мережі 1971 року (Ю8М-71) Вона утворена в 1950-60 роках на базі багаточисельних гравіметричних спостережень на земній поверхні і прийнята XV Генеральною асамблеєю Міжнародного геофізичного і геодезичного союзу вМоскві у 1971 році Для цієї системи використані абсолютні вимірювання у 8 пунктах земної кулі і 25000 вимірювань різниць прискорень сили ваги з яких 400 виконані маятниковими приладами Міжнародна гравіметрична стандартна мережа опирається на абсолютні вимірювання в Севрі (Міжнародне бюро мір і ваг) Абсолютні визначення, які задають цю систему, наведені в таблиці 4

Абсолютні визначення виконані приладом Хеммонда-Фаллера Основний обсяг гравіметричних зв’язків виконаний з використанням 18 типів гравіметрів, де переважна більшість спостережень виконана гравіметрами “ЛаКосте-Ромберг”, “Уорден”, “Асканія”, “Північна Америка” і “Уестерн”. В таблиці 5 наводяться деякі дані щодо розміщення 1854 пунктів Ю8М-71 на поверхні Землі,

Таблиця 4

Пункт	Автор, рік визначення	Прискорення сили ваги, мГал
Севр	Сакума,1970	980925,957+0,030
Севр	Фаллер, 1971	980925,985+0,041
Теддінгтон	Кук. 1969	981181,840+0,130
Теддінгтон	Фаллер, 1971	981181,891+0,050
Богота	Фаллер, 1971	977389,979+0,087
Вашингтон	Фаллер,1971	980101,271±0,055
Мідлтаун	Фаллер, 1971	980305,318+0,041
Бостон	Фаллер, 1971	980378,685+0,042
Фербенкс	Фаллер, 1971	982235,007+0,042
Денвер	Фаллер, 1971	979597,716+0,042

Таблиця 5

Область	Кількість пунктів
Північна півкуля	1478 (80 %)
Південна півкуля	376 (20 %)
Північна Америка	572
Європа	482
Південна Америка	229
Африка	198
Азія	148
Тихий океан	95
Австралія	84
Атлантичний океан	34
Антарктида	7
Індійський океан	5

Основний обсяг маятникових вимірювань виконано приладами “Галф” і “Кембрідж” Сумісне врівноважування всіх спостережень показало що прискорення сили ваги в будь-якому пункті світової опорної мережі Ю8И-71 оцінюється похибкою меншою, ніж 0,2 мГалДля переходу від Потсдамської до системи І081Ч-71 необхідно ввести поправку Потсдамської системи яка дорівнює -14 мГалВона одержана із багаточисельних зв’язків Потсдама і пунктами сучасних абсолютних вимірювань і врівноваження мережі ГС814-71 В даний час уточнюється світова опорна гравіметрична мережа і збільшується з кожним роком кількість пунктів, в яких будуть виконані абсолютні вимірювання

На території окремих держав створюється національна опорна гравіметрична мережа з вихідним опорним пунктом, прискорення сили ваги якого визначене з високою точністю відносно вихідного пункту системи Ю8М-71 Державна опорна гравіметрична мережа включає в основному мережу гравіметрових пунктів різних класів і зрідка мережу маятникових пунктів зв’язок між якими здійснюється відносними визначеннями Для цього використовують високоточні гравіметри і маятникові прилади Створена національна гравіметрична опорна мережа являє собою систему полігонів, вздовж кожної сторони (ланки) яких спостереження виконують одночасно групою приладів у декількох незалежних рейсах тобто використовується методика багаторазових групових вимірювань Спостереження між пунктами А і В національної опорної гравіметричної мережі виконують за такими схемами 1 А-В-А'-В', 2 А-В-А За результатами виконаних гравіметричних спостережень отримують необхідні похибки і ваги вимірів, а далі врівноважують опорну гравіметричну мережу Така мережа складається із мережі гравiметричних пунктів 11II класів Гравіметричні пункти І класу розміщують між собою на віддалі 200-500 кмМіж пунктами 1-го класу створюється мережа опорних пунктів ІІ-го класу, віддаль між якими 100-300 км.

Національна опорна гравіметрична мережа України створюється заново сучасними балістичними і статичними гравіметрами, хоч і будуть використані спостереження, які були виконані в колишньому СРСР Вихідним пунктом національної опорної гравіметричної мережі буде пункт, який розміщений у приміщенні Полтавської гравіметричної обсерватори і в якому раніше були виконані абсолютні визначення прискорення сили ваги

При виконанні гравіметричного знімання створюється опорна мережа ІII-го класу і польова опорна мережа, під якою розуміють мережу з гравіметричних пунктів підвищеної точності (в 1,5-2 рази похибки вимірювань менші від похибок вимірювань на рядових пунктах) Польова опорна гравіметрична мережа створюється за рахунок найкращих гравіметрів з використанням методики багаторазових групових вимірювань Для підвищення точності вимірювань скорочують тривалість рейсів ланки, транспортують гравіметри в сприятливих температурних умовах застосуванням автомобіля, літака, гелікоптера, а також надійних амортизаторів Один або декілька пунктів польової опорної мережі прив’язують до одного або декількох опорних пунктів Державної гравіметричної мережі На польовій опорній мережі виконують одноразові вимірювання за схемою 1-2-31 Спостереження на пунктах опорної мережі виконують за центральною, двоступеневою і полігональною системами, а також за методикою вузлових пунктів

У центральній системі спостережень гравіметровий рейс виконують так. щоб кожен опорний пункт мав безпосередній зв’язок з центральним опорним більш високого класу або з пунктом, який надійно зв’язаний багаторазовими вимірюваннями і опорним пунктом вищого клас> Спостереження при цьому виконують за схемами 1) Ц, 1, Ц, 2, Ц, З, Ц, 4, Ц і тд 2) Ц, 1, 2, Ц, 1, З, Ц, 2, 4, Ц і т д Тут літерою Ц позначений центральний опорний пункт Всі інші опорні пункти будуть пов’язані із центральним і утворять замкнуті полігони За спостереженнями на центральному опорному пункті вводять поправку за змін) нуль-пункту гравіметра Різницю прискорення сили ваги між опорними пунктами обчислюють як середнє арифметичне при рівноточних або середнє вагове при нерівноточних вимірюваннях Тоді точність таких опорних мереж, створених центральною системою можна оцінити за формулою

m_on (8.1)

N_сер= (8.2)

(8.3)

Тут

т - середня квадратична помилка одного виміру гравіметром.

М_сер - середня кількість спостережень на одному пункті,

N- загальна кількість вимірювань, п - кількість пунктів опорної мережі,

д - відхилення виміряного значення Δgвід його середнього

Така центральна система використовується при організації каркасних опорних мереж і невеликих за площею знімань опорних мереж

Двоступенева система вимірювань складається із каркасної і заповнюючої опорних мереж II застосовують тоді, коли неможливо виконати вимірювання у всіх пунктах опорної мережі за центральною системою Спочатку створюється каркас із опорних пунктів з великими віддалями між ними, а пізніше - щільна заповнююча мережа Пункти каркасної мережі визначають безпосередньо із вимірювань різниці сили ваги між каркасними і центральним пунктами Заповнюючі опорні пункти визначають в рейсах, які починаються і закінчуються на пунктах каркасної мережі Точність опорних мереж, які створюються двоступеневою системою, оцінюють за формулою

(8.4)

де

n_k і n₃ - кількість каркасних і заповнюючих пунктів.

m_k іm₃ - середні квадратичні похибки визначення прискорення сили ваги на каркасних і заповнюючих пунктах

Якщо немає можливості створення центральної або двоступеневої опорної мережі, тоді створюється полігональна система Ця опорна мережа утворюється із сукупності полігонів зі сторонами, визначеними в незалежних рейсах за схемою 1-2-1 Краще утворювати полігони з малою кількістю сторін Похибка визначення прискорення сили ваги на опорних пунктах полігональної мережі оцінюється за емпіричною формулою

(8.5)

(8.6)

де

μ-середня квадратична похибка визначення одного приросту Δg,

т-середня для одного полігона кількість спостережень Δg між двома суміжними пунктами,

М-кількість приростів, яка характеризує середню віддаль опорних пунктів від найближчих вихідних пунктів,

S-кількість сторін полігонів опорної мережі

Допустиму не в'язку в полігоні визначають за формулою

(8 .7)

Де

К - кількість сторін в полігоні Полігони опорних мереж врівноважують

У методиці вузлових пунктів виключається попереднє створення опорної мережі Вузлові пункти - перетин двох або більше рядових рейсів, які опираються на різні каркасні пункти Кількість перетинів визначається необхідною точністю знімання, а визначення зміщення нуль-пункту приладів у кожному рейсі забезпечується системою вимірювань Мережу вузлових пунктів врівноважують, а вузлові пункти

використовують як опорні. Методика вузлових пунктів застосовується в умовах поганих доріг, в заболоченій і лісовій місцевості.

Опорні гравіметричні пункти надійно закріпляють на місцевості, і вони повинні мати зручні під їзди. Крім того, їх суміщають із пунктами Державної геодезичної мережі або з іншими розпізнавальними на місцевості орієнтирами.

Після створення гравіметричної опорної мережі ПІ класу і польової опорної мережі здійснюються спостереження на рядових пунктах. Спостереження в рядових рейсах завжди починають і закінчують на опорних пунктах (на одному і тому ж або на різних). Методика спостережень в рядових рейсах залежить від характеристик гравіметра і від особливостей ходу зміщення нуль-пункту. Якщо в рядових рейсах використовують нетермостатні гравіметри, то тоді спостереження виконують при монотонній зміні температури. Методика побудови рейсів може бути двох типів:

1. Одноразові спостереження;

2. Повторні спостереження.

У першому типі спостереження на рядових пунктах виконують один раз в прямому ході. На початку, в середині та в кінці рейсу необхідно виконати не менше трьох спостережень на опорних пунктах, або на одному і тому ж опорному пункті. Поправку за зміщення нуль-пункту одержують, порівнюючи виміряну різницю сили ваги між опорними пунктами в рейсі із різницею вихідних значень сили ваги на цих пунктах. При методиці повторних спостережень вимірювання на пунктах виконують під час прямого і зворотного ходів. Прямий хід починають і закінчують на опорному пункті, а на зворотному повторюють частішу рядових пунктів. В залежності від конкретних умов частка повторних спостережень в цих пунктах складає від ЗО до 100%. Поправку за зміщення нуль-пункту визначають за результатами повторних спостережень, її вводять пропорційно проміжкові часу між спостереженнями на рядовому і опорному пунктах. У цьому випадку обчислюють середнє вагове зміщення нуль-пункту за всіма повторними спостереженнями в рейсі, приймаючи при цьому за вагу проміжок часу між двома повторними спостереженнями на пункті. Для контролю якості вимірювань у рядових рейсах і для оцінки точності виконують контрольні вимірювання. Контрольні рейси виконують так, щоб частка їх від загальної кількості контрольних пунктів складала 5-10%. Тоді середня квадратична похибка вимірювання однієї різниці прискорення сипи ваги із результатів контрольних спостережень обчислюється за формулою:

(8.8)

де.

δ - різниця між двома спостереженнями на контрольному пункті.

n - кількість контрольних пунктів