Рельефа

h₁,h₂ - толщины слоев воздуха и пород, залегающих выше поверхности геоида

Измеренное значение силы тяжести g_аном является частной производной от потенциала гравитационного поля в точке наблюдения:

g_аном= (1.7)

Параметр g_норм – представляет собой ускорение силы тяжести Земли, как сфероида малого сжатия. Последний описывается уровенной поверхностью, близкой к геоиду, который в свою очередь также является уровенной поверхностью свободной воды океанов.

Показатель g_{св.возд.} или g_ф (Фая) учитывается в гравиметрических измерениях как поправка за слой воздуха находящийся между точкой наблюдения и поверхностью геоида.

g_ф = 0,3086^.h₁ (1.8), где

h₁ толщина слоя воздуха.

Параметр g_б вводится в измеренные значения как поправка за промежуточный слой, который еще носит название поправки Буге. Поправка g_б необходима в том случае если измерения производятся в точке, находящейся выше поверхности геоида и, следовательно, проявляется влияние толщи пород заключенных между поверхностью геоида и поверхностью рельефа (см. рис. 9).

g_Б = -0,418 h₂ (1.9), где

- средняя плотность, а h₂ – толщина промежуточного слоя.

Поправка за рельеф g_р учитывается, если этот рельеф очень сложный, например в горной местности.

В конечном виде формула аномальной силы тяжести в редукции Буге включает разность значений наблюденного и теоретического полей и сумму поправок за свободный воздух, промежуточный слой и рельеф:

g_б = g_аном - g_норм + g_ф + g_б + g_р (1.10)

Как и любое геофизическое гравитационное поле может быть измерено путем специальных приборов. В основу их функционирования положено физическое явление притяжения. Следовательно, измерения могут быть выполнены путем маятниковых наблюдений, наблюдение процесса растягивания или кручения пружин, времени падения грузов. Эти измерения разделяются на относительные и абсолютные, среди которых преимущество получили первые, которые более легко реализуются в практике полевых гравиразведочных работ. Абсолютные же измерения требуют очень высокой точности и могут осуществляться только в специальных обсерваториях. Достаточно сказать, что для достижения точности в 0,1 мГал в маятниковых приборах необходимо определить длину маятника с точностью < 0,7 мкм, а время измерять с точностью сотых долей наносекунд (10^-7с). Кроме того следует вводить поправки за свободный воздух, температуру и ход хронометра (колебания маятника).

В основу маятниковых приборов положена формула Гюйгенса:

(1.11), где

Т – период; l - длина

В методе свободного падения грузов используется формула:

, (1.12), где

S – высота падения груза, t – время падения груза.

Относительные измерения характеризуются тем, что ведутся по отношении к одной выбранной базовой точке, обычно привязанной к какому-либо триангуляционному пункту. Приборы для таких измерений носят название гравиметров. В отечественной практике их два основных вида:

1) Маятниковый;

2) Астазированый (на основе кручения упругой нити).

В основу маятниковых приборов положена та же формула, что и для абсолютных измерений. Отличие в том, что эти приборы используют в совокупном виде от двух до шести и более маятников. Этим за счет разностных колебаний каждой пары маятников, исключается необходимость учета длины этих маятников. То есть, при расчетах g_i по формуле:

(1.13), где

(T_1/2)_o=√ℓ/g_o, а (T_1/2)_i=√ℓ/g_i (1.14),

показатель ℓ уничтожается.

Маятниковые гравиметры эффективны при измерениях в движении, в частности на морских суднах.

Основной тип гравиметров - это астазированные. Механизм их действия поясняется схемой на рис. 1.10.

Конструкция гравиметра помещается в сосуд Дюара, с тем, чтобы максимально снизить влияние температуры воздуха, влажности, ветровых воздействий и т.д. Работа системы осуществляется таким образом, что при размещении гравиметра в точке измерения на массу (m) главного рычага воздействует сила притяжения. Пропорционально ей изменяется угол . Этот, угол тарируется (размечается) делениями микрометрического винта. Последний регулирует действие измерительной пружины. При этом роль главной пружины заключается в поддержании равновестности рычажной системы. Диапазонная пружина предназначена для искусственного увеличения угла . Эта операция называется астазированием, что и предопределило название гравиметров. Астазированием достигают высокой точности измерений (до 0,01 мГал). Визуализация микрометрических меток осуществляется с помощью оптической системы.

Рис. 1.10. Схема механизма действия астазированных гравиметров

1 - упругая кварцевая нить, 2 - рамка крепления нити, 3 - главный рычаг с массой m, 3’ - дополнительный рычаг жестко связанный с главным, 4 - главная пружина, 5 - диапазонная пружина -,

6 - измерительная пружина, 7 - микрометрические винты, 8 - корпус прибора

К другим типам гравиметрических приборов относятся вариометры и градиентометры. Они измеряют вторые производные гравитационного потенциала. Их основа - крутильные весы (Рис.1. 11).

Рис.1.11. Схема устройства вариометров и градиентометров

1 - корпус прибора, 2 - упругая нить, 3 - ломаный рычаг,

4 - грузики массой m

Основные производные гравитационного потенциала W_xz и W_yz:

U^//_xz = ∂²U/∂x∂z = W_xz; (1.15)

U^//_yz = ∂²U/∂y∂z = W_yz (116)

Значения W_xz и W_yz позволяют определить пространственное расположение объектов с повышенной или пониженной избыточной плотностью.

Градиентометры отличаются от вариометров тем, что, во-первых, для них предусматривается жесткая фиксация, а во-вторых - непрерывное наблюдение во времени.

Плотность горных пород

Плотность (δ)это свойство природных объектов, в том числе горных пород определяемое отношением их массы (m) к объему (V).

m/V, (1.17)

Плотность величина переменная. Единица измерения в системе СИ

кг/м³ *10³. Вне системы пользуются единицей г/см³. В каждой точке геологической среды (18),

следовательно, δ=∂m/∂V (1.19)

Для гетерогенной среды:

(1.20)

Твердая фаза

У минералов δ изменяется от  до 20 г/см³. Тенденцию изменения  твердой фазы для основных породообразующих минералов можно отобразить схематически (рис. 12).

Увеличение δ