Гравиразведка
Гравиразве́дка — метод разведочной геофизики, основанный на изучении строения Земли при помощи измерения ускорения силы тяжести и его первых и вторых производных— градиентов[1] . Изменение силы тяжести в пространстве возникает из-за неоднородности геологических тел по плотности[2].
Применяется при изучении формы Земли[3], поисках месторождений полезных ископаемых (нефти и газа[4], угля[5], руды[6], и других[7]), картирования земной коры и верхней части мантии[8], выделении глубинных разломов и глобальных тектонических структур. Гравиразведка существует в наземном и скважинном (подземном) варианте[9].
Прибор для измерения ускорения силы тяжести называется гравиметром, единицей измерения — Гал (по имени Галилео Галилея), равный 1 см/c².
Описание
Cила тяжести
Сила тяжести(притяжения) — сила, создаваемая всей массой Земли и действующая на единичную массу, образуют напряжённость поля силы тяжести. Сила тяжести [math]\displaystyle{ F_t }[/math]- это векторная сумма ньютоновской силы тяготения [math]\displaystyle{ F }[/math] и инерционной центробежной силы [math]\displaystyle{ C }[/math], создаваемой вращением Земли вокруг собственной оси. Напряжённость силы тяжести, таким образом,
[math]\displaystyle{ g }[/math] - ускорение силы тяжести или напряжённость поля сила тяжести,[math]\displaystyle{ M }[/math]—масса Земли, [math]\displaystyle{ R }[/math] - радиус Земли, [math]\displaystyle{ \omega }[/math] - угловая скорость вращения Земли, [math]\displaystyle{ a }[/math] - расстояние от точки измерения поля силы тяжести до оси вращения Земли[2].
Приведённая формула справедлива, если Земля представляет собой однородный по плотности шар, однако геологические тела в коре и верхней мантии различаются по плотности и с разной силой притягивают объект в точке наблюдения. Поэтому над достаточно большим телом с повышенной или пониженной плотностью ускорение силы тяжести будет отличаться.
Сила тяготения всегда направлена к центру Земли, а центробежная сила по нормали к оси вращения Земли. На полюсе, где величина [math]\displaystyle{ a }[/math] равна 0, центробежная сила отсутствует и ускорение силы тяжести равно 983 Гал, на экваторе центробежная сила максимальна и [math]\displaystyle{ g }[/math] = 978 Гал[2].
Нормальное поле
Гравитационное поле относится к потенциальным полям, значение потенциала [math]\displaystyle{ W }[/math] равно
Поверхность равного потенциала (эквипотенциальная), примерно совпадающая с уровнем моря называется геоидом. Вектор силы тяжести всюду направлен по нормали к поверхности геоида. Для однородной Земли, представляемой в виде сфероида в каждой точке вычисляются нормальные значения ускорения силы тяжести [math]\displaystyle{ \gamma_0 }[/math]

Для расчёта нормального поля сила тяжести применяется формула Клеро:
В советской и российской гравиразведке используется для расчёта нормального поля силы тяжести применяется формула Гельмерта.
За рубежом распространена формула Кассиниса(версия 1980 года)[10]
Во всех формулах ускорение силы тяжести вычисляется в миллигалах.
Градиенты гравитационного поля
В гравиразведке используется система координат, в которой ось [math]\displaystyle{ z }[/math] ориентирована вниз по нормали к геоиду, ось [math]\displaystyle{ x }[/math]—на север, ось [math]\displaystyle{ y }[/math] — на восток. Соответственно, градиенты силы тяжести [math]\displaystyle{ W_{xz} }[/math], [math]\displaystyle{ W_{yz} }[/math],[math]\displaystyle{ W_{zz} }[/math] - это вторые частные производные потенциала силы тяжести, тогда как ускорение силы тяжести — первая частная производная потенциала по [math]\displaystyle{ z }[/math].
[math]\displaystyle{ W_{z}=\frac{\partial W}{\partial z}=g }[/math]
[math]\displaystyle{ W_{xz}=\frac{\partial W_z}{\partial x} }[/math]
[math]\displaystyle{ W_{yz}=\frac{\partial W_z}{\partial y} }[/math]
[math]\displaystyle{ W_{zz}=\frac{\partial W_z}{\partial z} }[/math]
Градиенты поля сила тяжести показывают как быстро изменяется поле в горизонтальных ([math]\displaystyle{ x,y }[/math]) и вертикальном направлениях. Единица измерения градиентов — этвеш, 1 Э = 10-9 с-2 = 0,1 мГал/км.
Аномалии и редукции
Гравитационной аномалией называется разность значений измеренного и нормального значений ускорения силы
Из-за того, что точка измерения не находится на геоиде, в измеренные значения ускорения силы тяжести вносятся поправки, то есть они редуцируются. Существует несколько видов поправок
- Поправка за свободный воздух - редукция Фая ([math]\displaystyle{ H }[/math], м — альтитуда точки измерения поля)
- Поправка за свободный воздух и промежуточный слой — редукция Буге ([math]\displaystyle{ \sigma }[/math] — средняя плотность горных пород между геоидом и точкой измерения, г/см3)
- Поправка за рельеф
Плотность горных пород и руд
Плотность горных пород зависит от их состава, пористости, влажности и плотности наполнителя пор. Плотность породообразующих минералов изменяется от 2,5 до 3,2 г/см3, к ней близка плотность пород с низкой пористостью
Примечания
- ↑ Архивированная копия . Дата обращения: 31 января 2016. Архивировано 1 февраля 2016 года.
- ↑ Перейти обратно: 2,0 2,1 2,2 Л.М. Горбунова, В.П. Захаров, В.С. Музылев, Н.М. Онин. Геофизические методы поисков и разведки / под ред. В.П. Захарова. — Л.: Недра, 1982. — С. 46-73. — 304 с.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 484.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 499.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 505.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 511.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 529.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 489.
- ↑ Курс гравиразведки, 1980, с. 533.
- ↑ А.В. Пугин. Гравиразведка. Часть 1 . Электронная библиотека ПГНИУ. ПГНИУ (2019). Дата обращения: 22 декабря 2021. Архивировано 22 декабря 2021 года.
Литература
- Миронов В.С. Курс гравиразведки. — Л.: Недра, 1980. — 543 с. — 5800 экз.
- Блох Ю. И., Калинин Д. Ф., Михайлов В. О., Цирель В. С. Репрессированный учебник по гравиразведке // Геофизический вестник. 2015. № 2. С. 37-41.
Ссылки
- Gravity Gradiometry Today and Tomorrow, South African Geophysical Association, <http://www.sagaonline.co.za/2009Conference/CD%20Handout/SAGA%202009/PDFs/Abstracts_and_Papers/difrancesco_paper1.pdf>. Проверено 27 июня 2011. Архивная копия от 22 февраля 2011 на Wayback Machine