4. Принципы работы гравиметров

Бывают абсолютные и относительные.

Относительные – позволяют достичь большей чувствительности прибора.

Абсолютные – строились на принципе физического маятника. (Нечто, имеющее точку подвеса)

Период качания математического маятника:

l – длина маятника.

g – ускорение свободного падения.

T – период качания на малые углы (до 10°)

М

Рис. 712

атематический маятник – это абстракция.

Нужно найти длину эквивалентного математического маятника.

Ищется просто. Возьмем точку подвеса, отклоним на малый угол относительно точки подвеса.

Отыскиваем вторую точку, период качания которой совпадает с исходным периодом.

Нужны высокоточные часы, вакуумированная колба.

Обычно такие гравиметры имели чувствительность ~ 0,1 мгалл

// – внесистемная единица.

Высокоточные гравиметры – от 0,01 до 0,02 мгалл

Необходимо проверить нуль-пункт прибора.

Приборы очень громоздкие.

Лазерные гравиметры – физический принцип измерения тот же.

Вакуумная колба: подбрасывание и падение материальной точки в гравитационном поле.

Д

Рис. 721

елают 4 отметки моментов времени

Точность определяется: насколько мала тяготеющая точка (или реальное тело)

Д

Рис. 722

олжна быть высокоскоростная камера или должно быть включено плечо лазерного интерферометра.

А чувствительность этим контролем определяется с большим запасом.

Чем длиннее база, тем точность выше.

Эти характеристики относятся к прибору на рис. (еще есть крутильные весы).

В относительных приборах используются:

Модификации рычажных весов.

Производится нормальное точное взвешивание.

Морские гравиметры – достаточно хитрое устройство.

После этого составляются карты поля силы тяжести – карты ускорения поля силы тяжести.

Карты распределения абсолютных значений поля силы тяжести – их не встретим.

Будут карты – аномалии поля силы тяжести (далее СТ)

На них используются специальные поправки – редукции поля СТ.

1. Поправка за широту

Сила – минус градиент потенциала

Учет широтной зависимости

Поправка такова

2. Поправка за свободный воздух

Учитывается тот факт, что находится не на поверхности геоида, а на некоторой высоте относительно базовой точки.

Если переменные с точностью: h – в метрах, 0,1 мгалл – … не менее 30 см

Если 0,01 – 3 см.

В

Рис. 821

ысокоточная гравиметрическая съемка чаще всего ведется в шахтах. Таким образом:

Контроль, как высыпалась руда, эффективно осуществляется при гравиметрической съемке.

Измерения, выполненные на высоте, привели к базовой точке отсчета.

3. Поправка Буге

если проводится не на свободном воздухе, а в чем-то: лежит слой с постоянной плотностью.

Е

Рис. 822

сли измерения производить над некоторым слоем, про который мы знает, из чего он состоит, то мы подставим среднюю величину плотности σ.

Если на пересеченной местности работаем, то необходимо учитывать поправки из-за рельефа – локальные поправки за свободный воздух.

На карту выносятся распределения поля силы тяжести и выдаются в двух редукциях: аномалии с поправкой за свободный воздух и с поправкой Буге.

• Аномалия за свободный воздух

, – наблюденное

• Аномалия Буге

, – поправка за рельеф.

Чаще создаются карты в редукциях Буге.

Карты аномалий используют для узнавания структуры и свойств веществ во внутренних точках планет.

На континентах карты в редукции Буге имеют пятнистый характер.

На поверхности океанов наблюдаются протяженные линейные структуры, которые на дне океана совпадают со срединными хребтами и желобами.

Хребтам соответствуют отрицательные аномалии, а желобам – положительные.

Т.к. возвышенный рельеф выполнен породами с плотностью меньшей, чем у глубинных пород океана, т.е. состоит из более легких пород.

На карте в редукции Буге – пятнистость означает, что возвышенные участки рельефа фиксируются отрицательными аномалиями.

П

Рис. 911

о какому-либо широтному профилю существует некая отрицательная аномалия, а собственно отличается положительной аномалией. Реальное поле:

Граница континента и океана не совпадает с урезом воды, а идет по материковому склону. И здесь наблюдается изменение характера гравитации

В

Рис. 921

ыберем начало координат в центре масс однородной по плотности сфере.

Пусть эта сфера находится в однородном подпространстве. Тогда аномальный потенциал , который создает эта сфера с однородной плотностью, будет определяться постоянной, которая создает поле бесконечного полупространства.

,

– плотность вмещающей породы

– аномальная масса

Будем наблюдать по профилю, проходящему по центру сферы

Сила – градиент потенциала.

Ищем z-ю координату силы

Для плоского случая у нас логарифмический потенциал

Из последней формулы видно, что расстояние до центра масс горизонтального цилиндра равно полуширине аномалии.

Если существует некоторая аномалия для поля, имеющая потенциальный характер, то можно оценить расстояние до центров масс аномалий-образующего тела.

Если есть одно аномалий-образующее тело, то, проинтегрировав по площади, получим массу аномалий-образующего тела.

Н

Рис. 1011

о это не делают, т.к. невозможно из-за того, что нет чистых аномалий, т.к. постоянно накладываются друг на друга или находятся очень близко.

Назначение и выбор регионального фона является проблемой.

Чем круче фронт аномалии, тем ближе аномалия расположена.

Амплитуда аномалии зависит от массы тела, а крутизна фронта свидетельствует о близости тела к поверхности.

З

Рис. 1012

а исключением тех случаев, когда фронт создан совокупностью.

Региональный фон может быть выбран по-разному. Тогда вся картина может поменяться: и положительные и отрицательные аномалии могут быть разными.