Гравиразведка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гравиразведка
Изображение
Основная тема геофизика

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.

Карта измеренного гравитационного поля

Cила тяжести

[править | править код]

Сила тяжести(притяжения) — сила, создаваемая всей массой Земли и действующая на единичную массу, образуют напряжённость поля силы тяжести. Сила тяжести - это векторная сумма ньютоновской силы тяготения и инерционной центробежной силы , создаваемой вращением Земли вокруг собственной оси. Напряжённость силы тяжести, таким образом,

- ускорение силы тяжести или напряжённость поля сила тяжести,—масса Земли, - радиус Земли, - угловая скорость вращения Земли, - 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 равна 0, центробежная сила отсутствует и ускорение силы тяжести равно 983 Гал, на экваторе центробежная сила максимальна и = 978 Гал[2].

Нормальное поле

[править | править код]

Гравитационное поле относится к потенциальным полям, значение потенциала 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

Гравиметр ГНУ КС

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

[править | править код]

В гравиразведке используется система координат, в которой ось ориентирована вниз по нормали к геоиду, ось —на север, ось — на восток. Соответственно, градиенты силы тяжести , , - это вторые частные производные потенциала силы тяжести, тогда как ускорение силы тяжести — первая частная производная потенциала по .

Градиенты поля сила тяжести показывают как быстро изменяется поле в горизонтальных () и вертикальном направлениях. Единица измерения градиентов — этвеш, 1 Э = 10-9 с-2 = 0,1 мГал/км.

Аномалии и редукции

[править | править код]

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 (, м — альтитуда точки измерения поля)
  • Поправка за свободный воздух и промежуточный слой — редукция Буге ( — средняя плотность горных пород между геоидом и точкой измерения, г/см3)
  • Поправка за рельеф

Плотность горных пород и руд

[править | править код]

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

[править | править код]
  1. Архивированная копия. Дата обращения: 31 января 2016. Архивировано 1 февраля 2016 года.
  2. 1 2 3 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.
  3. Курс гравиразведки, 1980, с. 484.
  4. Курс гравиразведки, 1980, с. 499.
  5. Курс гравиразведки, 1980, с. 505.
  6. Курс гравиразведки, 1980, с. 511.
  7. Курс гравиразведки, 1980, с. 529.
  8. Курс гравиразведки, 1980, с. 489.
  9. Курс гравиразведки, 1980, с. 533.
  10. А.В. Пугин. Гравиразведка. Часть 1. Электронная библиотека ПГНИУ. ПГНИУ (2019). Дата обращения: 22 декабря 2021. Архивировано 22 декабря 2021 года.

Литература

[править | править код]
  • 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.