Геология / 3 курс / Геофизика / Геофизика Коллоквиум 1.docx

1. Причины изменения параметров гравитационного поля Земли

Силой тяжести (F) называют равнодействующую двух сил – силы ньютоновского притяжения всей массой Земли (Fн) и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли

(P). м/с2. В гравиметрии традиционно используют единицу – Гал, равную 1 см/с2. В среднем на Земле значение силы тяжести составляет 981 Гал.

Величины параметров поля силы тяжести зависят, с одной стороны, от причин, обусловленных притяжением и вращением Земли (нормальное поле), а с другой стороны – от неравномерности изменения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле).

Причины изменения поля силы тяжести:

1.Планетарные особенности Земли (масса, радиус, размеры тела, форма)

2.Условия наблюдения (где находится наша точка наблюдения? чем больше расстояние от центра земли, тем сила притяжение меньше, поэтому есть разница как изучать- с равнины или с горы, так как расстояние от центра земли меняется)

3.Разность плотностей вмещающих пород и руд

2. Понятие о нормальном значении ускорения свободного падения. Аномалия Буге.

Ускорение свободного падения характеризует то, как быстро будет увеличиваться скорость тела при свободном падении. Свободное падение – ускоренное движение тела в безвоздушном пространстве, при котором на тело действует только сила тяжести. ускорение свободного падения на Земле составляет 9,8 м/с2.

Ускорение свободного падения в упрощённом виде можно рассчитать по формуле g=Fm. Сила тяжести, действующая на тело, зависит от массы тела, массы планеты, притягивающей тело, и от расстояния, на котором находится тело от центра массы планеты. Силой тяжести (F) называют равнодействующую двух сил – силы ньютоновского притяжения всей массой Земли (Fн) и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли (P).

Аномалии определяются изменением физических свойств горных пород по площади и по глубине.

В результате гравиметрической съемки получают карты и графики аномалий Буге (ΔgБ), на которых выделяются латеральные (боковые) плотностные неоднородности горных пород, залегающих на разных глубинах

Аномалия Буге представляет собой разность наблюденного и теоретического (нормального) полей силы тяжести при введении соответствующих поправок. Применяется гравиразведчиками для поисков полезных ископаемых.

По картам аномалий Буге, наблюденным, региональным или локальным, можно сделать качественные заключения об аномалиесоздающих геологических объектах.

Аномалия силы тяжести – это разность наблюденного значения силы тяжести, приведенного с помощью редукции к уровню геоида, и нормального значения.

Обычно в качестве начального значения плотности промежуточного слоя при расчете аномалий Буге выбирают значение 2,67 г/см3 — среднюю плотность горных пород земной коры. Для осадочных бассейнов она может составлять 2,3 г/см3. При высокоточных гравиметрических съемках необходимо вводить поправки за лунно-солнечные возмущения силы тяжести, связанные с различным расположением Солнца и Луны по отношению к точки наблюдения и достигающие 0,3 мГал.

Аномалия Буге представляет собой основной первичный гравиметрический материал при геологическом истолковании поля силы тяжести Земли, отражая главным образом влияние плотностных неоднородностей литосферы.

При качественной интерпретации выделение аномалий ведется визуально или статистическими приемами. При количественной интерпретации определяются местоположение эпицентров (проекции на земную поверхность) аномалиесоздающих объектов, глубины залегания их центров, формы, размеры, аномальные плотности.

3. Действующие силы в нормальном гравитационном поле Земли, единица измерения ускорения свободного падения. Причина

аномалий гравитационного поля Земли.

Гравитационное поле Земли — поле силы тяжести, обусловленное тяготением Земли и центробежной силой, вызванной её суточным вращением.

Действующие силы – сила притяжения земли и центробежная сила. Эти силы характеризуются ускорением силы тяжести g = F/m, ньютоновским притяжением (тяготение земли, направлена к центру земли) f = Fн/m и центробежной силой возникает за счет вращения) p = P/m .

ускорение свободного падения на Земле составляет 9,8 м/с2. В гравиметрии традиционно используют единицу – Гал, равную 1 см/с2.

Нормальным полем считается теоретически рассчитанное поле для поверхности эллипсоида вращения или сфероида, которым в первом приближении является Земля.

В действительности Земля имеет более сложную форму и более сложное внутреннее строение. Поэтому наблюдаемое на реальной поверхности гравитационное поле будет отличаться от нормального поля. Как известно, разность между наблюденным полем и нормальным составляет аномальную часть.

Нормальным значением силы тяжести ( 0) называется сила тяжести, обусловленная суточным вращением и притяжением Земли, в предположении, что она состоит из однородных по плотности концентрических слоев.

Это поле ускорения свободного падения, Геоид-форма земли, при котором каждая точка соответствует поверхности океана. Существует 2 силы, действующие на геоид, это сила тяготения земли (направлена к центру земли, закон Ньютона) и центробежная сила (возникает засчет вращения)

Сила притяжения Земли (закон всемирного тяготения Ньютона: сила притяжения между двумя телами с массами m1 и m2 и разделенными расстоянием R прямо пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними).

Центробежная сила возникает засчет того, что земля вращается вокруг своей оси Реальная земля отличается от нормальной: плоскостной неоднородностью, изменение плотности, рельефа между ними)

На всякий случай, поправки:

Доп к слайдам:

1-поправка за высоту точки стояния прибора, за свободный воздух задачапривести все к уровню моря. Поправку необходимо прибавить.

Дельта Н- кол-во метров между уровнем моря и точки стояния прибора

2-Поправка за промежуточный слойточка находится на земле. тяготение прибора. ее необходимо вычесть, так как породы занимают промежуточный слой между точкой и уровнем моря, породы тянут вниз, по направлению силы притяжения.

3- Поправка за рельеф. сила притяжения направлена вниз, поэтому F' уменьшает. засчет рельефа пород меньше, если вычтем-то вычтем слишком много, образуя недостаток гп, поэтому нужно поправку прибавить

4. Структура гравитационного поля Земли: нормальное поле, редукции (поправки), аномальное поле.

Гравитационное поле Земли — поле силы тяжести, обусловленное тяготением Земли и центробежной силой, вызванной её суточным вращением.

Нормальным полем считается теоретически рассчитанное поле для поверхности эллипсоида вращения или сфероида, которым в первом приближении является Земля. В действительности Земля имеет более сложную форму и более сложное внутреннее строение. Поэтому наблюдаемое на реальной поверхности гравитационное поле будет отличаться от нормального поля. Как известно, разность между наблюденным полем и нормальным составляет аномальную часть.

В наблюденные значения силы тяжести вводятся поправки (редукции). Введение поправок необходимо потому, что нормальные значения относятся к поверхности геоида, которая совпадает с уровнем океана, а измеренные значения относятся к реальной земной поверхности. Для того чтобы все наблюдения силы тяжести были сопоставимы, их приводят к одной поверхности – уровню геоида, т.е. как бы опускают точку наблюдения на этот уровень. Это осуществляется путем введения поправок Основными являются поправки: 1) за высоту, 2) за притяжение промежуточного слоя, 3) за влияние рельефа.

1. Определение поправки за высоту (или за свободный воздух, или Фая) сводится к учету изменения силы тяжести в связи с перемещением точки наблюдения на высоту Н. Поправка за высоту зависит от высоты над уровнем моря.

2.Определение поправки за промежуточный слой (смысл редукции) сводится к учету влияния масс между уровнем приведения и точкой наблюдения. будет завесить от плотности пород. Имеет знак, противоположный знаку первой поправки

3.Определение влияние рельефа местности заключается в том, чтобы представить рельеф вокруг точки наблюдения в виде горизонтальной плоскости, проходящей через данную точку. Всегда положительна

Аномалия силы тяжести – это разность наблюденного значения силы тяжести, приведенного с помощью редукции к уровню геоида, и нормального значения.

аномалии силы тяжести в свободном воздухе (или аномалии Фая) используются геодезистами для изучения фигуры Земли, а аномалии Буге применяются гравиразведчиками для поисков полезных ископаемых.

5. Что такое плотность? Понятия «петроплотностная неоднородность» и «эффективная плотность», связь с гравитационными аномалиями. Единицы измерения плотности горных пород.

Плотность – это физический параметр, на котором базируется гравиразведка. Плотностью

(или объемным весом) называется отношение массы породы к ее объему (m/V). Плотность горных пород и руд зависит от химикоминералогического состава. Единица измерения – г/см3.

Обычно плотность определяется для образцов, взятых из естественных обнажений, скважин и горных выработок. Наиболее простым способом определения плотности образца является взвешивание образца в воздухе и в воде, а затем расчет плотности . На этом принципе построен наиболее распространенный и простой прибор для измерения плотности – денситометр, позволяющий определять с точностью до 0,01 г/см3.

, т.е. объемной плотности твердых зерен, пористости и состава заполнителя пор (вода, растворы, нефть, газ). Плотность изверженных и метаморфических пород определяется в основном минералогическим составом и увеличивается при переходе от пород кислых к основным и

ультраосновным. У осадочных пород плотность определяется, прежде всего, пористостью, водонасыщенностью и в меньшей степени составом. Однако она сильно зависит от консолидации осадков, от их возраста и глубины залегания, с увеличением которых она растет.

Под геологической неоднородностью изучаемого объекта следует понимать всякую

изменчивость характера и степени литолого физических свойств слагающих его пород по площади и

разрезу.

Эффективна плотность – разность значений плотности объекта и вмещающей его горной

породы.

По результатам гравиметрических наблюдений рассчитываются аномалии силы тяжести,

обусловленные теми или иными плотностными неоднородностями, а влияние притяжения всей

Земли и окружающего рельефа исключается вычитанием нормального поля и введением редукций.

Определение аномалий силы тяжести и вторых производных потенциала от тел известной формы,

глубины залегания, размера и плотности носит название прямой задачи гравиразведки. Определение

местоположения, формы, глубины залегания, размеров и плотности тел по известным аномалиям Δg

или вторых производных потенциала силы тяжести называется обратной задачей гравиразведки.

6. Классификация методов измерения ускорения свободного падения.

По принципу действия:

·Динамические: наблюдают движение груза в поле силы тяжести. Под динамическими понимаются такие методы, при которых наблюдается движение тела под действием силы тяжести (качание маятника, свободное падение тел и др.) В этом случае g определяется через параметры движения тела и параметры установки. Из динамических методов наиболее широко применяется маятниковый метод.

·Статические: Измеряют растяжения упругого элемента с грузом. При статических методах действие силы тяжести компенсируется (например силой упругости пружины), а g определяется по изменению статического положения равновесия тела. В практике гравиразведки применяются в основном статические гравиметры. Они основаны на компенсации силы тяжести силой упругости пружины или силой кручения нити.

По измеряемой величине:

·Абсолютные: позволяет определять полные значения ускорения силы тяжести в каждой точке наблюдения.

·Относительные: позволяет определить приращение или разность по отношению к некоторой исходной точке.

7. Что измеряют гравиметры? Принцип и порядок их работы

Впрактике гравиразведки применяются в основном статические гравиметры. Они основаны на компенсации силы тяжести силой упругости пружины или силой кручения нити. Гравиметры служат лишь для относительных измерений ускорения силы тяжести.

Вгравиметрах 1-го рода мерой изменения ускорения силы тяжести служит изменение длины пружины, один конец которой закреплен, а к другому подвешен груз.

Замеры производятся в опорной точке и в нижней (?) точке, приращение силы тяжести будет рассчитываться как частное произведения коэффициента упругости пружины и разности длинны пружины в двух точках и массой груза

Гравиметрах 2-го рода рычаг с грузиком крепится к горизонтальной упругой нити и под воздействием силы тяжести наклоняется, закручивая нить. С помощью измерительных пружин с микрометрическим винтом грузик выводится в горизонтальное положение. Переходя на другую точку, под воздействием приращения силы тяжести грузик отклоняется. Для вывода его в горизонтальное положение вновь необходимо использовать измерительную пружину, а на микрометрическом винте по специальной шкале взять отсчет Δn. приращение силы тяжести будет рассчитываться как произведение цены деления и отсчета по шкале

Наибольшее применение в гравиметрической практике получили гравиметры астазированные кварцевые (ГАК), предназначенные для относительных измерений ускорения силы тяжести. Первая модификация таких приборов (ГАК-3М) была выпущена в 1953 г. Последующие модели, их марки, годы выпуска и погрешности измерений приведены в табл.1.2. Все гравиметры с упругой астазированной (неустойчивой) системой из кварца действуют по принципу вертикального сейсмографа Голицына и применяются при разведке нефтяных, газовых, рудных и других месторождений полезных ископаемых.

8. Характеристика приборов для измерения полного ускорения силы тяжести g и его приращения

1. Гравиметр CG-5 AutoGrav

2. Первый отечественный компьютеризированный наземный гравиметр (гну-квк)

Технические данные

9.Методика измерений в гравиразведке. Выбор характера расположения точек наблюдений.

Методика заключается в выборе порядка действий с минимальными затратами

1.Выбор характера расположения точек наблюдения

a.Профильные - маршрутную съемку выполняют по отдельным профилям маршрутам, которые задают вкрест предполагаемого простирания структур.

b.Площадные - весь район исследований равномерно покрывают гравиметрическими наблюдениями профилями, т.е. точки наблюдения задают по системе параллельных профилей, которые,ориентируются перпендикулярно предполагаемому простиранию изучаемых структур

2.Выбор масштаба гравиметрической съемки

3.Выбор проектной погрешности съемки