Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вольфганг Торге - Гравиметрия - 1999.pdf
Скачиваний:
246
Добавлен:
06.06.2015
Размер:
30.51 Mб
Скачать

Введение

25

ми отношение наблюдаемых и теоретических припивных амплитуд. Вначале это отноше­

ние считали постоянным для всей Земли. В 1949 г. синхронные наблюдения, проводившие­

си в течение двух недель на 26 станциях, распределенных по всей поверхности Земли, дали величину 1,2 [21]. Длительная регистрация во время Международного геофизического года (1957) выявила местные изменения этого коэффициента. Томашек [684] указывает на воз­ можность использования такой информации для изучения неоднородностей земной коры. После 1960 г. совершенствование припивных гравиметров приводит к повышению точнос­

ти до ± 1-1 О нм · с - 2 Новые возможности открылись с созданием сверхпроводящего

прецизионного гравиметра с высокой долговременной стабильностью [544]. С начала

1970-х rr. гравиметрические припивные исследования стали проводиться главным образом

по глобальным программам наблюдений для изучения взаимодействия океанических и земных приливов [388, 452].

Появление статических гравиметров положило начало успешным наблюдени­

ям неприливных изменений силы тяжести. Особый интерес здесь представляют

изменения силы тяжести в активных тектонических зонах.

В 1938 г. Шлезенер [595] создал гравиметрическИй профиль в Северной Ислан­ дии с целью обнаружения из повторных измерений временнЬ1х вариаций силы тяжести в зоне молодого вулканизма. Начиная с 1960 г. стали возможны повтор­ ные гравиметрические наблюдения с новой аппаратурой в различных районах. Эти наблюдения привели к обнаружению локальных изменений силы тяжести, связанных с геодинамическими (землетрясения, вулканизм, изостатические подъ­

емы) и техногеиными процессами в близповерхностных слоях (добыча ископае­

мых, промышленное строительство). Однако пока крупномасштабные долгопе­

риодические или вековые изменения со всей определенностью не доказаны. Воз­

мущающими эффектами при таких исследованиях являются локальные

перемещения масс, в их числе изменение уровня грунтовых вод и вариации ат­

мосферного давления.

1.3. Национальные и международные организации

Измерения силы тяжести выполняют многочисленные государственные и част­

ные организации. Для широкого использования гравиметрических данных необ­

ходимы международное сотрудничество и координация, которые осуществляет

Международная ассоциация геодезии (МАГ). Огромное значение имеют архивы

гравиметрических данных в национальных и меfКдународных базах данных.

1.3.1.Национаnьные организации

Измерениями силы тяжести занимаются организации, связанные с исследования­ ми по физике, геодезии и геофизике.

В области физики организации, занимающиеся метрологИей и стандартиза­

цией, решают задачу установления гравитационного стандарта по измерениям

силы тяжести. Это делается для установления единицы силы и других производ­

ных единиц. Кроме того, некоторые организации проводят исследования с целью

определения гравитационной постоянной как фундаментальной физической ве­

личины.

26

Глава 1

В качестве примеров отметим: Международное бюро мер и весов (Севр), Федераль­

ный физико-технический институт (Брауншвейг), Германский институт стандартизации и измерительной техники (Берлин), Национальную физическую лабораторию (Теддингтон), Национальное бюро стандартов (Вашингтон), Институт метрологии (Ленинград)-

Национальные гравиметрические сети создают главным образом геодезиче­ ские службы. Эти сети покрывают территории стран опорными гравиметриче­

скими пунктами. Кроме того, выполняется гравиметрическая съемка вдоль линий

нивелирования. Геодезические службы отвечают и за создание национальных баз

гравиметрических данных, привлекая к сотрудничеству другие организации.

Примерами таких служб являются государственные геодезические службы Федератив­

ной Республики Германии, Национальная геодезическая съемка Национальной океаногра­

фической съемки США, Индийская геодезическая служба и Институт географической съем­ ки Японии. Иногда и научные институты также примимают участие в создании опорных

гравиметрических сетей, оказывая консультации и выполняя часть полевых работ. Приме­

рами таких институтов являются Германский геодезический научно-исследовательский инс­ титут (Мюнхен и Франкфурт-на-Майке), руководимый Германской геодезической комисси­ ей, Центральный институт физики Земли (Потсдам), Институт геодезии и геофизики Ака­ демии наук Китая (Пекин) и Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии (Москва).

Гравиметрическая съемка и создание карт аномалий силы тяжести в основном являются задачей геолого-геофизических служб.

Отметим следующие организации: Геологический исследовательский институт Ниж­ ней Саксонии (Ганновер), выполняющий работы в Федеративной Республике Германии,

Геологическая съемка США, Бюро геологических исследований (Франция), Институт гео­ логических наук (Великобритания), Геологическая съемка Японии и Геологическая съемка Канады (ранее Отделение физики Земли). Некоторые из этих служб проводят также гео­

физические исследования.

гидрографические и океанографические службы, а иногда и специальные отде­

лы геологических служб работают на акваториях.

Широкомасштабные морские гравиметрические работы, большей частью в сочетании

с другими океанографическими и геофизическими работами, выполняются Германским гидрографическим институтом (Гамбург), Федеральным институтом наук о Земле и мине­

ральных ресурсов (Ганновер), Институтом геологических наук (отдел морской геофизики)

и Институтом океанографических наук (Великобритания), ГИдрографическим отделом

(Япония), Геологической съемкой и Национальной океанографической съемкой США, Ка­ надской гидрографической службой, а также целым рядом университетских отделений,

например Ламонтской геологической обсерваторией Колумбийского университета

(Нью-Йорк).

В рамках своих основных задач гравиметрические съемки выполняют также

институты полярных исследований и военные службы.

Теоретическими, инструментальными и методологическими аспектами грави­ метрических исследований занимается ряд геологических и геофизических факуль­ тетов университетов. Здесь основное внимание уделяется повышению точности измерений и обработке результатов, созданию калибровочных базисов и прецизи­ онных гравиметрических сетей для изучения временнь1х вариаций силы тяжести,

Введение

27

а также разработке моделей для последующего использования в геодезии и гео­ физике.

И наконец, назовем компании, выполняющие геофизическую разведку, и гео­ физические отделы больших нефтедобывающих и шахторазрабатывающих пред­

приятий. Они занимаются измерениями силы тяжести для изучения геологиче­

ских структур.

Основанная Л. Минтропом компания Seismos GmbH в 1921 г. стала первой компанией, специализирующейся на прикладной геофизике. Сейчас компания Prakla-Seismos (Ганна­ вер) - одна из десяти крупнейших геофизических компаний в мире. Другие компании, из­

вестные во всем мире: Геофизическая служба, Инк. (Texas Instruments, Даллас и Хьюстон);

Геофизическая компания Уэстери (Litton lndustries, Хьюстон); Главная геофизическая ком­

пания (Париж).

1.3.2.Международное сотрудничество

В 17 и 18 вв. сотрудничество ученых на национальном, а вскоре и на междуна­ родном уровне получило сильную поддержку благодаря созданию научных акаде­

мий. Следует отметить Национальную академию наук, Рим (1603), Королевское

научном общество, Лондон (1660), Академию наук, Париж (1666), Прусскую (1700) и Баварскую (1759) академии наук. Значительная часть исследований по

определению фигуры Земли, как указано в разд. 1.2.1 и 1.2.2, была начата и Под­

держана этими академиями.

В соответствии с предложением прусекого генерала И.И. Байера (17941885) в Берлине в 1862 г. было основано международное общество «Среднеев­ ропейское градусное измерение», которое позже изменило название на «Европей­ ское градусное измерение» (1867 г.) и Международное геодезическое общество (Международную ассоциацию геодезии) (1887 г.). Первым президентом был гене­ рал Байер [411]. После смерти Байера руководство ассоциацией в 1887 г. принял

Ф.Р. Гельмерт, директор Прусекого геодезического института, что послужило

расширению международного сотрудничества.

К гравиметрической деятельности Международного геодезического общества с 1864

по 1914 I'.относятся создание и применение маятникового прибора Репсольда, инструмен­

тальные и теоретические исследования источников ошибок измерений, измерения с маят­

никовыми приборами Штернека, абсолютные измерения в Потсдаме, установление миро­ вой гравиметрической системы (Венская и Потедамская системы), первые гравиметриче­ ские определения на океанах, наблюдения земных приливов, а также сбор и публикация

гравиметрических данных.

В 1917 r. Международное геодезическое общество прекращает свое существо­

вание, а геодезию в Международном геодезическом· и геофизическом союзе

(МГГС), основанном в 1919 r., начинает представлить Международная ассоциа­ ция геодезии. Проблемы гравиметрии продолжают играть важную роль в науч­

ных программах МАГ.

На Генеральных ассамблеях МГГС и МАГ заслушиваются доклады по гравитацион­

ному полю, изостазип и земным приливам. Основные усилия с 1922 по 1939 г. направлены

на получение гравиметрических данных по всему земному шару, определение фигуры геои-

28

Глава 1

да и общеземного эллипсоида, контроль и совершенствование мировой гравиметрической системы, выполнение измерений силы тяжести на океанах, введение формулы нормальной

силы тяжести и исследования по изостазии.

После 1945 г. раздел гравиметрии в МАГ был реорганизован и структура его была изменена. Гравиметрией стала заниматься одна из пяти секций МАГ. В за­

дачи Секции 111 «Определение гравитационного поля» входят (1987 г.) «абсолют­

ные и относительные наземные измерения силы тяжести, неприливные вариации

силы тяжести, определение внешнего гравитационного поля и геоида методами

гравиметрии, градиентометрии, геодезической астрономии, спутниковыми и

инерциальными методами, обработка и определение параметров гравитационно­ го поля». Секцией руководит президент, избираемый на четыре года, ему помо­ гают два секретаря. В их задачи входит представление докладов на Генеральные ассамблеи МАГ, проводимые каждые четыре года, и составление программ их

работы [699]. С 1951 г. работает постоянная Международная гравиметрическая

комиссия, состоящая из представителей различных стран и занятая задачами,

требующими международного сотрудничества и организации. В 1987 г. с целью

усиления международного сотрудничества для определения фигуры геоида с вы­

сокой точностью была образована Комиссия по изучению геоида. На ограничен­ ное время организуются Специальные исследовательские группы, решающие проблему при тесном взаимодействии специалистов в различных областях. Осо­ бенно важна роль Международного гравиметрического бюро (МГБ) как агент­ ства по сбору, обработке и распространению гравиметрических данных. МГБ - это постоянный институт Федерации астрономических и геофизических служб (ФАГС), находится в Тулузе (Франция) под эгидой Группы исследований по кос­ мической геодезии Национального центра космических исследований. Его поддер­

живают Бюро геологических исследований (Орлеан), а также Национальный гео­

графический институт (Париж).

Изучением земных приливов занимается Комиссия по земным приливам; она существует с 1959 г. в составе Секции V «Геодинамика» МАГ. С 1957 г. в Коро­ левской бельгийской обсерватории (Брюссель) действует Международный центр

земных приливов. Он собирает результаты наблюдений земных приливов. Кроме

того, в последние годы были осуществлены программы наблюдений по всему

миру.

За региональные рамки выходит также мировая база гравиметрических данных (Гра­

виметрическая библиотека Управления МО США) при Аэрокосмическом центре Агентства оборонного картографирования (DMAAC) США в Сент-Луисе, а также Мировой центр

данных по физике твердой Земли в Боулдере (шт. Колорадо), подчиненный Национально­ му управлению по изучению океана и атмосферы (NOAA) и собирающий гравиметриче­ ские данные по территории США и акваториям океанов.

1.3.3.Научные сообщения и документация

Секция 111 МАГ «Определение гравитационного поля» проводит совместно с дру­ гими секциями специальные симпозиумы во время Генеральных ассамблей МАГ.

В перерьшах между ассамблеями происходят заседания Международной грави­

метрической комиссии, а также симпозиумы, совещания рабочих групп и другие

Введение

29

заседания специальных исследовательских групп. Сообщения и результаты науч­ ных исследований, изложенные на этих встречах, публикуются в сборниках тру­ дов «Proceedings» или в научных журналах. Международное гравиметрическое бюро и Международный центр земных приливов издают соответственно инфор­

мационный бюллетень «Bureau Gravimetrique International» и журнал «Marees Ter-

restres», содержащие статьи, документы и ссылки на научную литературу. Хоро­ шие обзоры работ содержатся в Национальных докладах, представляемых на Ге­

неральные ассамблеи МАГ.

Систематизированное изложение гравиметрических исследований содержится

в учебниках по геодезии и геофизике. В геодезических и геофизических журналах

публикуются результаты отдельных работ. Из геодезических журналов назовем «Bulletin Geodesique», Париж (журнал МАГ); из геофизических журналов -

«Bolletino di Geofisica teorica ed applicata», Триест; «EOS-'Itansactions American Geophysical Union», Вашингтон; «Geophysical Journal», Окефорд (который с 1988 г. объединяет журналы «Annales Geophysicae, Series В», «The Geophysical Journal of the Royal Astronornical Society», а также «Journal of Geophysics/Zeitschrift fur Geophysik»); далее журналы «Geophysical Prospecting», Гаага; «Geophysics», Талса, шт. Оклахома; «Gerlands Beitrage zur Geophysik», Лейпциг; «Journal of Geophysical Research-Section В, Solid Earth and Planets», Вашингтон; «Reviews of Geophysics», Вашингтон; «Tectonophysics», Амстердам.

Наконец, отметим следующие периодические издания: NOAA-NOS - «Natio-

nal Geodetic Survey Technical Reports», Роквилл, шт. Мэриленд; «Observatoire Royal de Belgique - Communications - Serie Geophysique», Брюссель; «PuЬlications of the Finnish Geodetic Institute», Хельсинки; «Reports of the Department of Geodetic

Science and Surveying», Университет шт. Огайо, Колумбус, шт. Огайо; «Verбf­

fentlichungen der Deutschen Geodatischen Kommission bei der Bayerischen Academie der Wissenschaften», Мюнхен; «Verбffentlichungen des Zentralinstitutes fiir Physik der Erde», Потсдам; «Wissenschaftliche Arbeiten der Fachrichtung Vermessungswen der Universitat Hannover», Ганновер.