Тема 3.1. Гравитационное поле Земли, его параметры

Гравиметрические методы основаны на изучении поля силы тяжести Земли. Изменение элементов этого поля позволяют судить о распределении в земной коре масс различной плотности. Ускорение силы тяжести на земной поверхности слагается из ускорения притяжения Земли «...» и центробежно­го ускорения «С», вызываемого её вращением:

q = F + C

По закону всемирного тяготения две материальные точечные массы ml и m2, находящиеся на расстоянии «г», взаимно притягиваются

F = - f ml xm2/r2, где:

f - гравитационная постоянная, равная 6,67x10^-8 2^-1 см³ сек^-2 (постоянная тяготения).

Р - центробежная сила

F - сила притяжения

q - равнодействующая сила, характеризующая силу притяжения еди­ничной массы, или притяжение.

Если каждой точке на поверхности Земли и во внешнем пространстве соответствует единственное значение силы тяжести, отнесенное к единичной массе, такое пространство называется полем силы тяжести Земли.

Сила, действующая в данной точке на единичную массу, называется напряженностью поля силы тяжести, т.е. равна ускорению свободного падения в этой точке.

Поле силы притяжения земли - есть гравитационное поле. В гравиразведке ускорение свободного падения называют силой тяжести.

За единицу ускорения свободного падения принята единица под названием «галилео». Всё земное поле силы тяжести равно 9,81 СЕ. В практике применяется единица свободного падения в 100 раз меньше Гал.

Тысячная доля гала - миллигал (1мГал =10^-3 Гал=10^-5м/с²).

Среднеe значение силы тяжести на поверхности Земли 9,8м/с² (979,7Гал). Значение силы тяжести на экваторе q_e = 9,78M/c² (978,0Гал), на полюсах q_p = 9,83м/с² (983,2Гал)

Сила притяжения значительно превышает центробежную силу, поэтому она и определяет величину и направление силы тяжести. Центробежная сила на экваторе максимальная - около 0,03м/с² (3,4Гал), а на полюсах - рав­на нулю.

Сила тяжести в каждой точке Земли не остаётся постоянной с течением времени. Изменения её различные: вековые, периодические, скачкообразные.

Вековые связаны с медленным изменением внутреннего строения Зем­ли, а также её формы.

Периодические изменения силы тяжести связаны с движением Луны и Солнца.

Скачкообразные изменения силы тяжести возникают в результате из­вержения вулканов, землетрясений и других причин.

Под нормальным гравитационным полем силы тяжести Земли прини­мается теоретически рассчитанное поле в предположении, что Земля пред­ставляет собой геометрически правильное тело, состоящее из однородных по плотности концентрических слоев.

Современное представление - форма Земли представляется геоидом. Современное значение сжатия Земли, определенное по результатам космиче­ских исследований и наземных гравиметрических измерений, составляет 1:298,26.

Отклонение геоида от истинной фигуры Земли составляет сотни мет­ров, реже километры.

Формулы Клеро позволяют вычислить значение силы тяжести в любой точке земного шара, если известна её широта:

Yo = ge (l + sinℓ), ε = (5w² a/2g_e)-

где Yo - нормальное значение силы тяжести;

g_e - значение с. т. на экваторе;

- широта пункта наблюдения;

λ = (а - в)/а - сжатие Земли, «а» и «в» - большая и малая полуоси эллипсоида Земли.

Аномалии силы тяжести - отклонения наблюденного поля силы тяже­сти от нормального.

Неравномерносное распределение масс различной плотности в земной коре является основой гравиразведки.

Для этого метода применяются высокоточные гравиметры. Для примера приводим плотности горных пород и полезных ископаемых:

Гранит - 2,53-2,68 г/см²

Габбро - 2,85 - 3,20г/см²

Базальт - 2,62 - 2,95г/см²

Глина - 1,20-2,40г/см²

Песчаник - 2,0 - 2,80г/см

Руды железистые

Медные хромиты - 3.0 - 5,50 г/см

Полиметаллы

Угли - 1,30-1,45 г/см²

Каменная соль - 2,10 - 2,30 г/см²

Нефть - 0,85-1,00 г/см²