Гравиметры

В практике гравиразведки широкое применение получил относительный способ измерения силы тяжести, т. е. измерения приращений в двух точках с помощью грави- метров — приборов, в которых сила тяжести сравнивается с силой деформации упру- гих материалов. Большинство гравиметров построено по принципу пружинных весов, где в качестве уравновешивающей силы используют силу кручения горизонтальной нити, на которой укреплен рычаг - маятник c массой т (рис. 2.2). В точке наблюдения момент силы тяжести уравновешивается моментом сил кручения, рычаг отклоняется от горизонта на угол φ и при определенных условиях основное уравнение равновесия уп- ругой системы будет иметь вид (без учета пружин 5 и 6)

(2.22)

где l — длина рычага; τ — крутильная жесткость его нитей подвеса; α0 — начальный угол закручивания нитей; k — коэффициент линейной жесткости главной пружины; r

— длина рычага крепления главной пружины; β — угол между рычагами.

Из этого уравнения получается зависимость между изменением угла наклона ры- чага Δφ и пропорциональных изменений отсчетов по шкале микрометрического винта гравиметра Δn и приращением Δg:

Δg = C` Δφ = C Δn (2.23)

где С', С — цены деления гравиметра.

Для повышения чувствительности гравиметра при малых изменениях Δg исполь- зуют астазирование, т. е. применение упруго-возбужденной системы, состоящей из дополнительного рычага и главной пружины 4, которые приводят к увеличению угла наклона φ за счет неустойчивого равновесия (см. рис.2.2).

При измерении силы тяжести используют компенсационный метод, отсчета, при котором микрометрическим винтом меняют натяжение измерительной пружины 5 та- ким образом, чтобы привести рычаг-маятник 3 в горизонтальное положение. Число оборотов микрометрического винта Δn определяют по специальной шкале с помощью оптической системы. С помощью диапазонного винта и соответствующей пружины 6 перестраивают диапазон прибора, что позволяет расширить интервал измерения в 10 раз и более.

Чувствительная система основных отечественных гравиметров ГНУК-А, В, С, ГНШК -А, В, С и других выполнена из плавленого кварца, хотя некоторые, в основном зарубежные, гравиметры имеют металлическую пружину.

рованию чувствительной системы (помещение ее в сосуд Дюара, изо- ляция от внешней среды и т. д.), влияние внешних факторов, как и внутренние процессы в упругих элементах системы, приводит к из- менению показаний прибора во времени. Поэтому все гравиметры характеризуются дрейфом, или смещением нуль-пункта прибора, который достигает нескольких миллигал в сутки.

Время установки и измерения с помощью гравиметра при назем-

Рис. 2.2 Принципиальная схема чувствительной

системы гравиметра.

1 — рамка; 2 — упругая нить; 3 — рычаг с грузиком; 4— главная пружина; 5 — измерительная пружина; 6 — диапазонная пружина; 7—линия горизонта

ной съемке составляет 2—5 мин. Погрешность измерений Δg раз- ными типами гравиметров состав- ляет 0,01—0,5 мГал.

Для изучения силы тяжести на море применяют сильнозату-

шенный морской набортный гравиметр (например, ГМН), в котором кварцевую астази- рованную систему помещают в жидкость с повышенной вязкостью. Высокочастотные изменения Δg, связанные с качанием подвижного основания, отфильтровывают путем взятия среднего отсчета за интервал времени t. Существуют также гравиметры для аэ- рогравиразведки и измерений силы тяжести по стволу скважины.