Аномалии и редукции силы тяжести

Отклонение наблюденного значения gнабл от нормального поля, теоретически рас- считанного для этой же точки, например, по формуле (2.11), называют аномалией силы тяжести или аномалией ускорения свободного падения (аномальным полем силы тяже- сти) Δg:

Dg =gнабл -g0 .

(2.15)

Для соблюдения корректности этой операции необходимо, чтобы нормальное по- ле соответствовало уровню (высоте) и условиям наблюдения. Поэтому в наблюденные значения силы тяжести вводят поправки или редукции, снимающие эти расхождения и приводящие наблюденные и теоретические значения к одной поверхности. Существует три основные редукции. Поправка за свободный воздух (за высоту или поправка Фая) учитывает разницу в уровне наблюдения и уровне геоида и рассчитывается по формуле (в мГал)

dgСВ. ВОЗД =0,3086h , (2.16)

где h — высота точки наблюдения над уровнем моря, м.

Поправку за свободный воздух вводят в gнабл со знаком плюс, если наблюдения проводят над уровнем моря, и со знаком минус, если ниже. При погрешности относи- тельных гравиметрических измерений ±0,01 мГал разница в высотах должна быть из- вестна с погрешностью не более 4 см. Аномалию Δgф, полученную с учетом различия высот точек наблюдения, называют аномалией Фая:

DgФ =gНАБЛ -g0 +dgСВ.ВОЗД .

(2.17)

Ее в основном используют в геодезической гравиметрии, а также при оценке гео-

динамического состояния земной коры и литосферы.

При наземных съемках на участках, приподнятых по отношению к уровню гео- ида, между поверхностью наблюдения и геоидом располагаются массы горных пород, которые при введении поправки за свободный воздух смещаются на величину h и на- кладываются на нижележащие массы, создавая как бы двойной плотностной эффект. Для исключения влияния масс, расположенных между поверхностью наблюдения и геоидом, вводят поправку за промежуточный слой - поправку Буге – δgБ. Для выров-

ненного спокойного рельефа поверхности наблюдения, когда массы промежуточного слоя можно представить в виде плоскопараллельного горизонтального слоя мощностью h, эту поправку вычисляют по формуле (в мГал)

где σ — средняя плотность пород промежуточного слоя.

(2.18)

При превышениях высоты точки наблюдения над уровнем моря поправку δgБ

вводят в наблюденные значения силы тяжести со знаком минус.

Если отклонения рельефа местности в районе наблюдения значительны (горные районы, переходные и рифтовые зоны и др.), то поправка за промежуточный слой должна учитывать влияние масс рельефа, окружающего точку наблюдения, т. е. масс, заключенных между уровенной поверхностью, проходящей через точку наблюдения (в ее ближайших окрестностях эта поверхность горизонтальна), и физической поверхно- стью. Массы рельефа, залегающие над этой горизонтальной поверхностью, создают вертикальную составляющую силы тяжести, направленную вверх, т. е. уменьшающую наблюденное значение. При опускании физической поверхности ниже горизонтальной создается недостаток масс рельефа (вместо горных пород нормальной плотности нахо- дится воздух), что также ведет к занижению наблюденных значений силы тяжести. По- этому поправку за рельеф δgР всегда вводят в gнабл со знаком плюс. Полная поправка за промежуточный слой

d g Б

= -0,0418 s h + dg Р .

(2.19)

В зависимости от точности наблюдений используют топографические карты раз- личного масштаба, с помощью которых определяют влияние масс рельефа в области радиусом от точки наблюдения до 200 км и более. Причем для близко расположенных к точке наблюдения участков необходимы более точные карты рельефа местности.

Аномалия Буге ΔgБ представляет собой разность наблюденного и теоретического полей силы тяжести при введении соответствующих поправок:

Dg Б

=gНАБЛ -g0 +dgСВ.ВОЗД +dg Б ,

(2.20)

где γ0 , ΔgСВ.ВОЗД., ΔgБ определяют по формулам (2.11), (2.16) и (2.19).

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 мате- риал при геологическом истолковании поля силы тяжести Земли, отражая главным об- разом влияние плотностных неоднородностей литосферы. Надо отметить, что в анома- лию Буге входят и аномалии от глубинных плотностных границ, вплоть до внешней границы ядра Земли.