Průzkum gravitace

Průzkum gravitace

Hlavní téma	geofyzika

Gravitační průzkum je metoda průzkumné geofyziky , založená na studiu struktury Země měřením gravitačního zrychlení a jeho první a druhé derivace - gradientů [1] . Ke změně gravitace v prostoru dochází v důsledku heterogenity geologických těles v hustotě [2] .

Používá se při studiu tvaru Země [3] , vyhledávání ložisek nerostných surovin (ropa a plyn [4] , uhlí [5] , ruda [6] , a další [7] ), mapování zemské kůry a svrchního pláště [8] , oddělující hlubinné zlomy a globální tektonické struktury. Gravitační průzkum existuje v pozemních a vrtných (podzemních) verzích [9] .

Zařízení pro měření gravitačního zrychlení se nazývá gravimetr , měrnou jednotkou je Gal (pojmenovaný po Galileo Galilei ), rovný 1 cm/s².

Popis

Gravitace

Gravitace (přitažlivost) - síla, kterou vytváří celá hmota Země a působí na jednotkovou hmotnost, tvoří intenzitu tíhového pole . Gravitace je vektorový součet newtonovské gravitační síly a setrvačné odstředivé síly , vzniklé rotací Země kolem její vlastní osy. Gravitační síla je tedy taková $F_t$ $F$ $C$

g=-G{\frac {M}{R^{2}}}+\omega ^{2}a

$G$ - tíhové zrychlení nebo síla pole gravitace, - hmotnost Země, - poloměr Země, - úhlová rychlost rotace Země, - vzdálenost od bodu měření tíhového pole k ose rotace Země [2 ] . $M$ $R$ $\omega$ $A$

Výše uvedený vzorec platí, pokud je Země koule o jednotné hustotě, ale geologická tělesa v kůře a svrchním plášti se liší hustotou a přitahují objekt v místě pozorování různou silou. Proto nad dostatečně velkým tělesem se zvýšenou nebo sníženou hustotou bude gravitační zrychlení odlišné.

Gravitační síla směřuje vždy ke středu Země a odstředivá síla směřuje vždy podél normály k ose rotace Země. Na pólu, kde je hodnota 0, nepůsobí odstředivá síla a tíhové zrychlení je 983 Gal, na rovníku je odstředivá síla maximální a = 978 Gal [2] . $A$ $G$

Normální pole

Gravitační pole odkazuje na potenciální pole , hodnota potenciálu je rovna $W$

W=-G{\frac {M}{R}}+{\frac {\omega ^{2}}{2}}a

Povrch se stejným potenciálem (ekvipotenciálem), který se zhruba shoduje s hladinou moře, se nazývá geoid . Vektor gravitace je nasměrován všude podél normály k povrchu geoidu. Pro homogenní Zemi, reprezentovanou jako sféroid, se v každém bodě vypočítají normální hodnoty gravitačního zrychlení ${\displaystyle \gamma _{0))$

\gamma _{0}=-{\frac {\partial W}{\partial n))

Pro výpočet normálního gravitačního pole se používá Clairautův vzorec :

\gamma _{0}=g_{e}(1+\beta \cdot sin^{2}\phi -\beta _{1}\cdot sin^{2}2\phi )

V sovětském a ruském gravitačním průzkumu se k výpočtu normálního gravitačního pole používá Helmertův vzorec .

\gamma _{0}=978031(1+0,005302\cdot sin^{2}\phi -0,000007\cdot sin^{2}2\phi )-14

Vzorec Cassinis (verze z roku 1980) je rozšířen v zahraničí [10]

\gamma _{0}=978032.7(1+0,0053024\cdot sin^{2}\phi -0,0000058\cdot sin^{2}2\phi )-14

Ve všech vzorcích se gravitační zrychlení počítá v miligalech.

Gradienty gravitačního pole

Při gravitačním průzkumu se používá souřadnicový systém, ve kterém je osa orientována dolů podél normály ke geoidu, osa je orientována na sever a osa je orientována na východ. V souladu s tím jsou gravitační gradienty , , druhé parciální derivace potenciálu gravitace, zatímco gravitační zrychlení je první parciální derivace potenciálu vzhledem k . $z$ $X$ $y$ ${\displaystyle W_{xz))$ ${\displaystyle W_{yz))$ ${\displaystyle W_{zz))$ $z$

$W_{z}={\frac {\částečné W}{\částečné z))=g$

$W_{xz}={\frac {\částečné W_{z)){\částečné x))$

$W_{yz}={\frac {\částečné W_{z)){\částečné y))$

$W_{zz}={\frac {\částečné W_{z)){\částečné z))$

Gradienty gravitačního pole ukazují, jak rychle se pole mění v horizontálním ( ) a vertikálním směru. Jednotkou měření gradientů je etvos , 1 Oe = 10 -9 s -2 = 0,1 mGal/km. $x,y$

Anomálie a redukce

Gravitační anomálie je rozdíl mezi naměřenými a normálními hodnotami zrychlení síly

\delta g_{a}=g-\gamma _{0}

Vzhledem k tomu, že měřicí bod není umístěn na geoidu, jsou naměřené hodnoty gravitačního zrychlení korigovány, tedy sníženy. Existuje několik typů pozměňovacích návrhů.

Korekce volného vzduchu - Fayovo snížení ( , m — výška bodu měření v terénu) $H$

\delta g_{a}=g-\gamma _{0}+0,3086H

Korekce pro volný vzduch a mezivrstvu - Bouguerova redukce ( - průměrná hustota hornin mezi geoidem a bodem měření, g/cm 3 ) $\sigma$

\delta g_{a}=g-\gamma _{0}+(0,3086-0,0419\sigma )H

Korekce terénu

Hustota hornin a rud

Hustota hornin závisí na jejich složení, pórovitosti, vlhkosti a hustotě plniva pórů. Hustota horninotvorných minerálů se pohybuje od 2,5 do 3,2 g / cm 3 , hustota hornin s nízkou pórovitostí se jí blíží

Poznámky

↑ Archivovaná kopie . Datum přístupu: 31. ledna 2016. Archivováno z originálu 1. února 2016. (neurčitý)
↑ 1 2 3 L.M. Gorbunova, V.P. Zacharov, V.S. Muzylev, N.M. Onin. Geofyzikální metody vyhledávání a průzkumu / ed. V.P. Zacharovová. - L .: Nedra, 1982. - S. 46-73. — 304 s.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 484.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 499.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 505.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 511.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 529.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 489.
↑ Kurz gravitačního průzkumu, 1980 , s. 533.
↑ A.V. Pugin. Průzkum gravitace. Část 1 . Elektronická knihovna PGNIU . PNIU (2019). Získáno 22. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 22. prosince 2021. (neurčitý)

Literatura

Mironov V.S. Gravitační kurz. - L . : Nedra, 1980. - 543 s. - 5800 výtisků.
Blokh Yu. I., Kalinin D. F., Michajlov V. O., Tsirel V. S. Potlačená učebnice gravitačního prospekce // Geofyzikální bulletin. 2015. č. 2. S. 37-41.

Odkazy

Gravity Gradiometrie Today and Tomorrow , Jihoafrická geofyzikální asociace , < http://www.sagaonline.co.za/2009Conference/CD%20Handout/SAGA%202009/PDFs/Abstracts_and_Papers/difrancesco_paper1.pdf > . Získáno 27. června 2011. Archivováno22. února 2011 naWayback Machine

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)