В виде план – графиков

r – расстояние по профилю, – приращение силы тяжести.

Интерпретация гравиметрических данных разделяется на качественную и количественную. Последняя выполняется на основе решения прямой и обратной задач гравиразведки. Цель - установить количественные характеристики изучаемых геологических объектов, т.е. их пространственное расположение, глубину залегания и избыточную плотность.

Прямая задача для тел простой геометрической формы (шар, цилиндр и др.) решается аналитическим способом:

(23),

где - избыточная плотность.

Для элементарной массы dm в гравитирующем теле Т (рис.19) будем иметь расстояние от А до М равным r:

(24),

Рис.19. Модель цилиндра для расчета

приращения силы тяжести в месте его

расположения от точки наблюдения.

На рис 20 приведены примеры гравитационных аномалий над объектами правильной геометрической формы.

а) б)

Рис.20. Гравитационные аномалии над шаром (а) и вертикальным уступом (б)

1. покровные отложения (₁=2,2 г/см³), 2 – известняк (₂=2,8 г/см³)

Для объектов (тел) сложной геометрической формы существуют численные методы решения прямой задачи, а также методы физического моделирования.

Один из распространенных численных способов решения прямой задачи гравиразведки – применение палетки Гамбурцева. Палетка представляет собой систему параллельных горизонтальных линий, проведенных через равные промежутки в заданном масштабе. На первой линии из точки О проведена система лучей под углом  Плоскость оказывается разбитой на ячейки ABCD, которые представляют собой неправильные призмы. Эти призмы, если смотреть перпендикулярно на палетку, в точке О имеют одинаковый гравитационный эффект (рис. 21).

Рис.21. Палетка Гамбурцева

Следовательно, можно вычислить цену деления каждой клетки, то есть цену деления палетки:

g = f* (z* (25),

где f - гравитационная постоянная , равная 6,67*10^-82^-1см³с^-2.

С помощью палетки Гамбурцева можно выполнять расчет гравитационных аномалий над объектами любой геометрической формы и с любой избыточной плотностью. Для этого строится разрез, на котором в масштабе отображается предполагаемый объект. Далее в каждую из точек профиля, например О₁, О₂, О₃, О₄, и.т.д. помещается центр палетки и производится подсчет количества ячеек пришедшихся на заданный объект (рис.22). Гравитационная аномалия над объектами избыточной плотности определяется по формуле:

∆g_б = m*∆g_п*k (26),

где k - масштабный коэффициент:

(27)

Рис. 22. Пример расчета величины

гравитационных аномалий для тел

неправильой формы

Качественная интерпретация предусматривает выявление общей геологической ситуации, в результате которой геологам даются сведения о месте положении, приблизительных геометрических параметрах и природе геологических образований. То есть, по построенным план-графикам или картам установливается геологическая природа гравитационных аномалий, оценивается местоположение изучаемых объектов. Предусматривается получение "чистой" аномалии т.е.:

q_б=q_набл - q_норм (28),

где q_набл и q_норм – значения силы тяжести для наблюденного и нормального полей.

Пример получения "чистой" аномалии приведен на рис. 23.

Рис.23. Пример «снятия» регионального фона при качественной интерпретации

гравитационных аномалий

В зависимости от положительного или отрицательного характера аномалии, оценивается избыточная плотность (повышенная или пониженная). Величина аномалии может служить признаком размеров объектов, степени отличия их от вмещающих пород по плотности и соответственно литологической принадлежности. Например, рудное тело характеризуется очень большой избыточной плотностью, а нефтяной или угольный пласт имеет пониженную плотность. Резко пониженную плотность имеют соляные купола. При качественной интерпретации обязательно привлечение априорных данных, т.е. сведений об изучаемом объекте по другим геолого-геофизическим методам.

Количественная интерпретация есть суть решения обратных задач гравиметрии. Используются варианты решения прямых задач с привлечением априорных геолого-геофизических данных. Это необходимо в виду того, что решение обратных задач может быть неоднозначно, поскольку разные по литологическому составу породы могут иметь одинаковую плотность. В тоже время, одинаковые по величине гравитационные аномалии могут быть получены от геологических образований, расположенных на различных глубинах, если объекты имеют неодинаковую плотность.

Количественная интерпретация предусматривает сопоставление теоретических и наблюденных кривых. Этот классический прием в разведочной геофизике носит название способа подбора. Он осуществляется как в ручном, так и в автоматизированном режимах. Разработаны программы для 1D, 2D, 3D моделей геологической среды. Интерпретация носит название D-инверсии.

Конечным результатом количественной интерпретации является определение формы, размеров, глубины залегания и пространственного положения объектов. При этом обязательно определение их плотностных характеристик и геологической принадлежности. Это достигается с помощью петрофизических связей, т.е. связей между плотностью и геологической характеристикой объекта.

• Проектное задание раздела 1-Б

1) Объяснить гравитационную постоянную – физическую константу в формуле закона Ньютона.

2) Дать толкование Земному сфероиду.

3) Дать определение эквипотенциальной или уровенной поверхности.

4) Объяснить значимость вторых производных потенциала силы тяжести.

5) Составить картину нормального гравитационного поля и объяснить необходимость его учета при анализе аномального поля.

6) Объяснить с какой целью вводятся поправки за высоту и за плотность промежуточного слоя и с какой знак при этом имеет поправка за рельеф местности.

7) Предложить методику наблюдений для обнаружения геологических объектов правильной геометрической формы - последовательность и порядок измерения силы тяжести на пунктах (рядовых и опорных) гравиметрической сети, позволяющей учитывать смещение нуль-пункта гравиметра.

8) Выполнить построениие палетки Гамбурцева – графического чертежа для вычисления притяжения двухмерных тел произвольной формы. Показать применение палетки для решения прямых задач и пути компьютерного решения задания.

9) Составить типовые модели геологических сред с включением натурных и техногенных объектов, характеризующихся избыточной плотностью, как разностью плотностей вмещающих пород и пород структуры, создающих гравитационную аномалию.

10) Написать реферат о принципах» работы» гравиметров, их типах и конструктивных особенностях, включая современные разработки.

• Тесты рубежного контроля раздела 1-Б

1.

Вопрос: Что такое эквипотенциальная или уровенная поверхность?

Ответ: Поверхность рельефа Земли. Поверхность мирового океана. Поверхность, где сила тяжести в любой ее точке направлена перпендикулярна ей.

2.

Вопрос: Что такое нормальное гравитационное поле?

Ответ: Поле земного шара. Поле геоида. Поле сфероида малого сжатия. Поле воздействия солнца и луны.

3.

Вопрос: Почему происходит смещение нуль-пункта гравиметра?

Ответ: Под воздействием атмосферных факторов. Вследствие неидеальной упругости измерительной системы. Из-за влияния рельефа.

4.

Вопрос: Как определяется точность аномальных значений силы тяжести?

Ответ: Путем вычисления средней квадратической погрешности. Путем сравнения показаний двух независимых гравиметров. Путем введения поправки за температуру.

5.

Вопрос: В чем заключается решение обратной задачи гравиметрии?

Ответ: В автоматизированной обработке данных. В подборе (сопоставлении) расчетного и наблюденного графиков. В выводе формул для заданного геологического объекта.

• Критерии оценки раздела 1-Б

Контрольная работа.

• Литература к разделу 1-Б

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 20-41.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 6-28.

3. Знаменский В.В. Общий курс полевой геофизики. Учебник. – М.: Недра, 1989. – С – 6-79.

Дополнительная:

1. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. – М.: Недра, 1967. – 98-123.

2. Вахромеев В.С. и др. Петрофизика: Учебник для вузов. – Томск: Из-во Том. Ун-та, 1997. - С. 10-28.

3. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика: Учеб. Пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – С. 83-84.