Виды гравиметрических съемок доклад

Обновлено: 18.05.2024

Гравиметрические измерения

Одним из важных видов геодезических работ являются гравиметрические съемки, результаты которых используются в научных целях и для решения народнохозяйственных задач. В зависимости от поставленной задачи относительная точность измерений силы тяжести при выполнении различных видов гравиметрических съемок может изменяться в пределах от 10 -5 до 10 -9 . Так, например, для общей характеристики гравитационного поля обширных территорий земной поверхности (несколько миллионов км 2 ) измерения силы тяжести достаточно выполнять с точностью до 5-10 мГал. Наиболее точные измерения (до 1-2 мкГал) необходимо выполнять при изучении суточных флуктуаций силы тяжести, а для решения большинства практических задач геофизики и геодезии необходимо измерять силу тяжести с точностью 1-5 мкГал. В то же время точность определения опорных пунктов гравиметрической съемки характеризуется ошибкой порядка 0,1 мГал.

Такая же точность измерений необходима при региональных и среднемасштабных исследованиях, для картирования кристаллического фундамента под мощной толщей осадочных отложений и поисков рудных тел полезных ископаемых. Высокоточные измерения силы тяжести и ее вертикального градиента необходимо выполнять при инженерно-геологических изысканиях, и прежде всего такие измерения обычно используются при сейсмотектоническом районировании городских и промышленных территорий для выделения тектонических зон и разломов, обнаружения карстовых образований и пустот естественного и техногенного происхождения, а также при инженерной подготовке площадок гражданского и промышленного строительства. Гравиметрические измерения также выполняются при исследовании поведения грунтов в процессе воздействия на них естественных и техногенных нагрузок, так как большая часть опасных геологических процессов связана с изменением плотности пород грунтов.

В настоящее время исходным пунктом для гравиметрических измерений является Потсдам, где в начале XX века было определено с высокой точностью абсолютное значение ускорения силы тяжести g. XIV Генеральная Ассамблея Международного Геодезического и Геофизического Союза (Люцерн, 1967 г.) рекомендовала принимать уточненное значение абсолютной силы тяжести для Потсдама, равное 981,260 Гал. Опорную сеть пунктов мировой гравиметрической съемки в каждой стране образуют один или несколько основных гравиметрических пунктов.

Международная гравиметрическая стандартная сеть по состоянию на 1971 г. включала 1997 пунктов. Эта сеть является основой для проведения региональных гравиметрических съемок. Значение силы тяжести на основных гравиметрических пунктах определяют относительными методами, т. е. определяют не полное значение силы тяжести, а разность значений ∆g между таким пунктом и Потсдамским. В нашей стране за исходное начало гравиметрической сети принят пункт Москва, связанный с Потсдамским. В СССР работы по созданию единой гравиметрической сети были начаты в 1932 г. Пункты гравиметрической съемки 1 класса выполнены с ошибкой 0,10-0,15 мГал, а пункты 2 класса соответственно с ошибками порядка 0,15-0,20 мГал относительно пунктов 1 класса. Заполняющая сеть пунктов 3 класса характеризуется ошибками определения силы тяжести в пределах 3-5 мГал. Расстояния между гравиметрическими пунктами государственной сети в среднем составляют около 10 км, что не позволяет использовать их для выявления аномальных значений поля силы тяжести при геофизических съемках.

Пункты государственной гравиметрической сети используются для привязки опорных сетей при выполнении гравиметрической съемки. Опорная съемочная сеть разбивается для учета изменения места нуля прибора и нахождения абсолютных значений ускорения силы тяжести, где определения ускорения силы тяжести должны выполняться в 1,5-2 раза точнее, чем на точках съемочной сети. Количество точек опорной сети обычно составляет до 5-10 % от общего числа точек съемочной, равномерно распределенных по площади. Для наблюдения опорных точек обычно используются более высокоточные приборы, выполняются многократные измерения, а также добиваются сокращения промежутка времени между измерениями на соседних точках путем использования транспорта. Определения силы тяжести может быть абсолютным и относительным и базируется на физических явлениях, основанных на зависимости от силы тяжести. При абсолютных измерениях измеряют полное значение силы тяжести g, а при относительных — разность значений ∆g между двумя пунктами. При этом используются динамические и статические методы.

К динамическим методам относятся измерения:

периода колебания свободного маятника, качающегося под действием силы тяжести;
периода колебания маятника, совершающего колебания под действием силы тяжести и упругой пластины;
скорости падения тел;
частоты колебания струны;
скорости вытекания жидкости через узкое отверстие.

К статическим методам относятся:

гипсометрический — сравнение измеренного давления атмосферы при помощи ртутного барометра и гипсотермометра;
барометрический — измерение высоты ртутного столба, находящегося в равновесии под действием упругой силы газа и силы тяжести;
измерение смещения некоторой массы, находящейся в равновесии под действием силы тяжести или какой-либо другой силы, например, упругой силы пружины.

Большинство современных гравиметров построено по принципу пружинных весов, когда сила тяжести определяется по силе упругой деформации.

В основе баллистического метода, основанного на определении скорости падения тел, лежит закон прямолинейного равномерно ускоренного движения свободно падающего тела:

где h₀, v₀ — координата и скорость тела в начале отсчета времени; h — координата тела в момент времени t; g — ускорение силы тяжести, считаемое постоянным.

ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЁМКА (а. gravimetric survey; н. gravimetrische Aufnahme, Gravimeteraufnahme; ф. leve gravimetrique; и. levantamiento gravimetriсо) — совокупность измерения величин, характеризующих гравитационное поле данного района. Для геологических целей проводится главным образом с помощью гравиметров, реже вариометров и градиентометров.

По назначению гравиметрическая съемка подразделяется на региональную, применяемую для изучения фигуры Земли и региональных геологических исследований, и детальную — для изучения небольших аномалий, созданных отдельными геологическими структурами и рудными телами. По способу проведения различают площадную гравиметрическую съемку — пункты наблюдений располагаются равномерно по площади, и профильную (или маршрутную), проводимую по отдельным, далеко отстоящим профилям, или маршрутам. В зависимости от поставленных геологических задач, условий проведения полевых работ, предполагаемых методов интерпретации выбираются масштаб съёмки, густота и расположение пунктов наблюдений, погрешность определения аномалии и т.п.

Для региональных геолого-геофизических исследований гравиметрическая съемка производится в масштабе 1:200000-1:500000 при средней квадратической погрешности ± 2 мГал (1 мГал = 10 -5 м•с -2 ). При поисках нефтегазоносных структур и изучении угольных бассейнов масштаб съёмки составляет 1:50000, погрешность ± 0,2 мГал. Поиски и изучение рудоконтролирующих структур и рудных тел производятся гравиметрические съемки в масштабе 1:2000-1:25000 с погрешностью ± 0,02 мГал и выше при наземных наблюдениях, при подземных (в шахтах, скважинах) — масштаб 1:500, точность ± 0,01-0,001 мГал.

Важная составная часть гравиметрической съемки — топографо-геодезические работы, целью которых является получение данных о высоте, широте, долготе гравиметрических точек и данных о рельефе окружающей местности, позволяющих вводить соответствующие поправки к наблюдаемым ускорениям силы тяжести. Для этого используют крупномасштабные топографические карты, планшеты аэрофотосъёмки и т.п. На море и в воздухе при гравиметрической съемке координаты, глубины, высоты, скорости определяются средствами морской и аэронавигации. На основании данных гравиметрической съемки строятся гравиметрии, профили и карты, представляющие аномальную часть гравитационного поля Земли.

Измерение силы тяжести в отдельных пунктах на исследуемой площади для получения картины распределения аномалий силы тяжести называют гравиметрической съемкой. Ее проводят для решения различных геологических задач, начиная от задач изучения глубинного строения земной коры и кончая поисками отдельных рудных тел. Гравиметрические съемки могут быть наземными, морскими и подземными.

Наземная съемка.

Наземные гравиметрические съёмки выполняют в масштабах от 1:200 000 до 1:5 000. Профили наблюдений, как правило, прямолинейны, ориентированы вкрест простирания изучаемых объектов и связаны между собой не менее чем двумя-тремя поперечными про-филями. Густота сети должна обеспечивать выявление искомых (целевых) аномалий силы тяжести и ее производных. Аномалия считается достоверной, если она обнаружена не менее чем в 3-х пунктах наблюдения и имеет амплитуду не меньшую сечения изоаномал карты. При коррелируемости слабых аномалий более чем на 3-х профилях, она также мо-жет считаться достоверной.

Наблюдения с гравиметрами проводят рейсами. Рейсом называется совокупность после-довательных наблюдений на рядовых и опорных пунктах, по результатам которых можно получить значения силы тяжести. Часть рейса между двумя последовательными наблюдениями на опорных пунктах называется звеном. Основным типом рейса является одноднев-ный.

При выполнении гравиметрических съемок создают сеть опорных пунктов - т.е. сеть гравиметрических пунктов повышенной точности , служащую для учета смещения нуль-пункта в рядовых рейсах и передачи абсолютного значения Dg на рядовые пункты. Полевую опорную сеть привязывают к государственной опорной сети I и П классов, где известно абсолютное значение силы тяжести. Пункты опорной сети необходимо располагать на площади исследований равномерно и удобно для подъезда к ним в рядовых рейсах.

Желательно, чтобы при выполнении рядовых наблюдений каждый рейс захватывал 2-3 опорных пункта, так, чтобы смещение нуль-пункта гравиметра в промежутке между наблюдениями на двух опорных пунктах (1-2ч) было примерно линейным. В зависимости от густоты рядовой сети, расстояние между опорными пунктами составляет от 1 до 20 км.

Опорная сеть создается в начале полевых работ, и развивается в процессе съемки. Наблюдения на пунктах опорной сети выполняют обычно по центральной системе.

Центральной называют систему измерений, при которой каждый опрорный пункт имеет непостредственную связь с исходным пунктом. Наблюдения проводят двумя незваисимыми рейсами. Точность создания опорной сети s_оп определяют путем расчета среднеквадрати-ческой погрешности единичного измерения.

N_СР= N/ n -среднее число наблюдений на одном опорном пункте; N- общее число изме-рений; n -число пунктов; d-отклонение измеренного значения Dgот среднего.

После создания опорной сети проводят наблюдения на рядовых пунктах обычно по од-нократной методике. Основной формой сети является примерно квадратная. Смещение нуль-пункта гравиметра учитывают по каждому звену рейса. При наблюдениях можно использовать один - два гравиметра в зависимости от точности съемки.

Для оценки качества съемки в процессе полевых работ проводятся независимые контрольные измерения, состоящие в том, что в каждый последующий рейс включают 1 или несколько пунктов из предыдущих рейсов, а также выполняют контрольные рейсы, секу-щие профили рядовой сети. По инструкции положено выполнить от 5 до 10% независимых контрольных наблюдений, расположенных по возможности равномерно по площади. Общее число контрольных наблюдений должно быть более 50. Контрольные рейсы следу-ет привязывать к другим контрольным пунктам, а не к тем, которым привязаны рядовые наблюдения. В этом случае рядовые и контрольные наблюдения будут независимыми. Основной показатель точности наблюдений с гравиметром - средняя квадратическая погрешность единичного наблюдения s_с, вычисляемая на основе независимых контрольных наблюдений по формуле (3 - 14).

Привязка гравиметрических пунктов включает получение их координат и высот и за-крепление этих пунктов на местности путем проведения топо-геодезических работ. Опре-делению высоты пунктов наблюдения уделяют большое внимание, т.к. ошибка в 1 м эквивалентна погрешности определения аномалии Буге примерно 0,2 10 -5 мс -2.

Морские и скважинные измерения силы тяжести.

Особенность морских измерений состоит в том , что их проводят в движении. Поэтому в наблюденное значение силы тяжести необходимо вводить поправку на эффект Этвеша. Этот эффект состоит в том, что при измерении силы тяжести движущимся относительно земной поверхности прибором, изменяется центробежная сила, действующая на прибор, а значит и наблюденное значение силы тяжести.

Для вычисления поправки необходимо знать скорость и направление движения кораб-ля.Поправка максимальна при движении корабля с Запада на Восток, т.к. скорость корабля добавляется к скорости вращения Земли и при этом происходит увеличение центробежной силы. И, сответственно, наоборот. При движении же корабля по меридиану эта поправка равна нулю. Контроль за смещением нуль-пункта прибора осуществляют повторными наблюдениями в одних и тех же точках, координаты которых определяют средствами радиогеодезии.

Скважинные измерения силы тяжести (гравитационный каротаж) ведут в обсаженных и необсаженных скважинах. Они позволяют получать информацию о плотности пород и более устойчиво решать обратную задачу гравиразведки по материалам наземной съемки. При определении плотности слоя пород по результатам измерений в двух точках, расположенных на разных глубинах, его принимают за однородный и плоский слой бесконеч-ного простирания. Влияние различных возмущающих масс не может быть выявлено по показаниям гравиметра. Поэтому плотность этого слоя называют кажущейся.

Гравитационный каротаж эффективен при решении широкого круга геологогеофизических задач, в частности, при комплексировании наземных и скважинных гравиметрических работ при прямых поисках нефтегазоносных месторождений.

Список литературы

Гравиразведка. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1980.

МАГНИТОРАЗВЕДКА

Магнитная разведка ( магниторазведка) - метод разведочной геофизики, основанный на

изучении пространственных изменений магнитного поля, возникающих вследствие различной намагниченности горных пород и руд. Она применяется, главным образом, при геологическом картировании и поисках месторождений полезных ископаемых путем измерения магнитного поля на земной поверхности, на поверхности моря или океана, в воздухе, скважинах и горных выработках.

Магнитное поле Земли.

В любой доступной для измерений точке земного шара а также вне его действуют магнитные силы, связанные с намагниченностью Земли за счет электрических токов, протекающих в жидком ядре Земли. Земное магнитное поле представляет собой пространство, в котором проявляется действие магнитных сил. В первом приближении магнитное поле Земли похоже на поле шара (диполя), намагниченного по оси, расположенной под углом 11,5 ° к оси вращения Земли и имеющего магнитный момент

M = 8 * 10 22 Aм 2 . ( 4 - 1 )

Магнитный момент вычисляется как произведение силы тока I на площадь круга S, охваченного током: M = I S.

При движении тока по часовой стрелке вектор М направлен от наблюдателя, при движении против часовой стрелки - к наблюдателю. Магнитное поле Земли ранее характеризовали напряженностью Н, которая в СИ имела размерность А/м. В настоящее время его характеризуют магнитной индукцией B. В профессиональной терминологии индукцию геомагнитного поля называют также полной силой поля. В магниторазведке ее обозначаютТ и выражают в СИ в теслах (Тл), размерность которой [ кг/ с2А ]. В практике магниторазведки используют более мелкую единицу индукции наноТесла (нТл): 1 нТл = 10-9Тл. Индукция связана с напряженностью в вакууме соотношением

Т =m₀ Н,

где m₀ - абсолютная проницаемость вакуума, называемая магнитной постоянной: эта величина скалярная; в СИ m₀ = 4 p×10-7Гн / м (генри на метр).

В реальной среде

Т =m₀ m Н = m_а Н,

где m - относительная магнитная проницаемость вещества, показывающая, во сколько раз поле в данной среде больше, чем в вакууме; эта величина безразмерная и зависит от состава и состояния среды ( значение m для воздуха и воды равно примерно единице ); здесь m_а = m₀ ·m

- абсолютная магнитная проницаемость среды.

В реальных условиях измеряемой величиной является магнитная индукция. Определяют численное значение полного вектора Tлибо приращение численного значения вектора D Т

D ½Т½. При измерениях магнитного поля прибор в большинстве случаев находится в немагнитной среде ( воздух, вода), для которой m =1 и Т = m₀ Н. Вектор индукции магнитного поля Земли Т можно разложить на составляющие, которые называют элементами магнитного поля. Для этого используют прямоугольную систему координат с центром в точке измерения. Ось Ох направляют на географический север, ось Оу - на географический восток, Oz - вертикали вниз (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Составляющие магнитного поля Земли.

Составляющие вектора Тпо указанным осям называются, соответственно, северной Х, восточной У и вертикальной Z составляющими.

Проекция вектора Тна горизонтальную плоскость называется горизонтальной составляющей Н, являющейся векторной суммой составляющих Х и У . Она численно равна

H =Ö (X 2 + Y 2 ). .

Вертикальная плоскость, в которой лежат векторыTи H , называется плоскостью магнитного меридиана. Линии сечения поверхности Земли плоскостью магнитного меридиана называются магнитными меридианами. Их направление определяется направлением вектора Н. Угол D между осью ОХ и горизонтальной составляющей Н называется магнитным склонением, которое отсчитывается от направления ОХ в пределах 180 градусов и считается положительным (к востоку) и отрицательным (западным) к западу. Угол I между плоскостью хОу и век-тором Т называется магнитным наклонением, которое в северном полушарии положительное,

а в южном отрицательное.

Таким образом, величины T, H, D, I являются элементами магнитного поля. Вычисление вектора и его составляющих по координатным осям производят по формулам :

Z= H tg I; X= H cos D Т =Ö (Z 2 +H 2 ); Y = H sinD. Z= (m₀ M / 2 p r 3 ) cos q ( 4 - )

H =( m₀ M / 4p r 3 ) sin q , .

где r - радиус Земли, М- магнитный момент диполя, q -угол между магнитной осью Земли и радиусом, соединяющим центр земли с точкой наблюдения

Из ( 4 - ) следует, что на магнитных полюсах, расположенных вблизи географических, т.е. при q = 0° и 180° , Н=0 и T = Z; магнитное наклонение на полюсах I = 90°.

На экваторе H = T, Z = 0, а наклонение I =0° .

Дипольное магнитное поле Земли называется нормальным. Оно создается электрическими токами, протекающими во внешнем ядре за счёт турбулентной конвекции вещества Земли во внешнем ядре, вызванным вращением Земли вокруг своей оси (рис. 4.2). Отклонения магнитного поля от его нормальных значений называются аномалиями. Наличие аномалий связано со сложностью и неоднородностью геологического строения Земли. Отклонения фактического поля от поля диполя на больших площадях, соизмеримых в плане с площадями континентов, называют континентальными (материковыми) аномалиями (рис. 4.3 и 4.4).

Рис. 4.2. Вероятное направление турбулентной конвекции вещества внешнего ядра Земли за счёт её вращения вокруг оси (направление показано чёрной стрелкой).

Рис. 4.3. Изменение отклонения фактического магнитного поля Земли от поля диполя на больших площадях за 20 лет. (с 1980 по 2000 г.) (Гэри Глацмайер, Питер Олсон)

Рис. 4.4. Временная модель смены полюсов Земли (Гэри Глацмайер, Питер Олсон)

Сумму дипольного поля и материковой аномалии в магниторазведке принимают за нор-мальное поле. Сюда же входит и постоянная составляющая поля электрических токов, протекающих в ионосфере, вклад которой в нормальное поле не превышает 5%.

Разность между измеренным ( фактическим ) полем Т и нормальным полем То представляет собой магнитную аномалию Та = Т - То.

Величина Та обусловлена геологическими неоднородностями земной коры. Это поле - главный объект исследования в магниторазведке.

Фактическое поле измеряется с помощью приборов, а значение нормального поля снимаются с карт нормального поля, построенных Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН) для всей территории страны и земного шара. Такие карты (рис. 4.5) составляют каждые 5 лет с обязательным указанием, для какого года (эпохи) она справедлива.

Рис. 4.5. Напряжённость нормального магнитного поля Земли T (полный вектор) для эпохи 1970 г. (1 – изолинии напряжённости) (по …….). .

Нормальное магнитное поле Земли изменяется в разных пунктах наблюдений в пространстве. Скорость изменения нормального поля в заданном направлении на единицу расстояния (м, км) называется градиентом нормального поля. На территории России нормальный вертикальный градиент составляет 20-30 нТл/км, горизонтальный колеблется от 2 до 7 нТл/км.

Любой из элементов геомагнитного поля не остается постоянным во времени, а непрерывно изменяется. Такие изменения получили название геомагнитных вариаций. Причины их возникновения - процессы, происходящие на Солнце, в магнитосфере, ионосфере, а также в ядре и и нижней мантии Земли. Изучение характера магнитных вариаций позволило классифицировать их по скорости изменения во времени и интенсивности.

Вариации разделяются на быстрые (с периодом до 1 года) периодического и квазипериодического характера, медленные ( с периодом более года ) и магнитные бури. Среди быстрых вариаций выделяют: короткопериодные с периодом от 0,2 - 5 с до 30 мин и амплитудой по модулю Т от 0,5 до 5 - 10 нТл; суточные с периодом 1 сутки и амплитудой, изменяющейся в разные периоды, с периодом, равным времени между двумя последовательными прохождениями Луны через меридиан точки наблюдения ( лунные сутки ), и амплитудой 1 - 5 нТл; годовые с амплитудой, определяемой по изменениям среднемесячных значений поля Т и достигающей 30 нТл.

Медленные вариации включают: одиннадцатилетние, связанные с солнечной активностью, повторяющейся с периодом 11 лет с амплитудой от единиц до десятков нанотесла; вековые - с периодом 500 - 800 лет и амплитудой до 100 нТл; для определения значения вековых вариаций рассчитывают вековой ход - изменение среднегодовых значений какого - либо элемента геомагнитного поля в течение нескольких лет, отнесенное к 1 году; такие карты называются картами изопор; вековые вариации обусловлены влиянием границы ядра и оболочки Земли.

Магнитные бури - это наиболее интенсивные апериодические вариации магнитного поля продолжительностью от нескольких часов до 2 -5 суток и амплитудой несколько сотен, иногда -тысяч нанотесла. Они обусловлены влиянием тех же процессов, что вызывают полярные сияния.

Учет вариаций геомагнитного поля имеет большое значение в магниторазведке, так как они вносят значительные искажения в наблюденные данные, измеренные высокоточными приборами. Наиболее распространенный способ их выявления и учета заключается в непрерывной записи элементов геомагнитного поля специальными магнито - вариационными станциями (МВС) в районе работ полевой партии. Иногда можно использовать в качестве МВС один из полевых магнитометров и проводить на нем дискретно-непрерывные наблюдения за изменениями магнитного поля на одном и том же пункте.

В магниторазведке изучают абсолютные и относительные величины Т_а = DТ = T - T₀,

D Z = Z - Z₀ и DН = Н - H_0.

Магнитометры.

Приборы, измеряющие индукцию магнитного поля, называются магнитометрами. По принципу действия измерительного преобразователя они делятся на оптико- механические, феррозондовые, квантовые и протонные.

При изучении геомагнитного поля определяют полную силу магнитного поля, склонение, наклонение и горизонтальную составляющую индукции. Измерения могут быть абсолютными и относительными. Абсолютные полной силы магнитного поля выполняют с квантовыми и протонными магнитометрами. Предварительной градуировки этих приборов не требуется.

Относительные измерения заключаются в том, что измеряемую величину сравнивают с другой, имеющей ту же природу и принимаемую за исходную. Определение приращения вертикальной составляющей индукции магнитного поля проводят, в основном, путем относительных измерений с помощью оптико-механических и феррозондовых магнитометров, которые требуют предварительной градуировки. Она заключается в определении цены деления прибора c. При этом фиксируют показания прибора n, соответствующие известному магнитному полю H_k, наводимому, например, внутри колец Гельмгольца. Цена деления шкалы с = H _k / n. Величина s , обратная цене деления, называется чувствительностью прибора: s = 1 / c = n / H _k.

При повторении измерений с магнитометром в какой-либо точке через некоторое время даже в случае учета всех изменений магнитного поля (вариаций), температурных и других внешних влияний на показания прибора, результаты будут различаться между собой. Это явление получило название "смещение нуль-пункта прибора" и в оптико-механических магнитометрах обусловлено некоторым изменением взаимного расположения отдельных элементов конструкции с течением времени ( под влиянием сотрясений и других причин), а в феррозондовых связано с недостаточной стабильностью работы отдельных элементов схемы и источников питания. В квантовых и протонных магнитометрах этот недостаток существенно меньше.

В настоящее время о п т и к о - м е х а н и ч е с к и е м а г н и т о м е т р ы не используют. Ранее их использовали для проведения наземных пешеходных съемок.

Гравиметрическую съемку проводят для решения разнообразных геологических задач - от изучения глубинного строения земной коры до поисков отдельных рудных тел. В зависимости от поставленных геологических задач съемку подразделяют на общую (региональную) и детальную.

Региональная съемка позволяет получить обзорную картину гравитационного поля на обширной территории, выявить общие закономерности изменений поля и связи его с региональными геологическими структурами, а также выделить наиболее перспективные участки для последующего более детального обследования.

Детальная съемка служит для поисков месторождений полезных ископаемых, изучения отдельных структур и рудных тел. Кроме того, гравиразведка входит в обязательный комплекс геокартировочных работ на территории России, поэтому в помощь геокартированию выполняется планомерно специализированными организациями по всей территории РФ.

По расположению пунктов наблюдений гравиметрические съемки могут быть профильными или площадными.

При профильной съемке наблюдения проводятся на отдельных профилях, не связанных или слабо связанных между собой. В этом случае строятся только графики изменений поля вдоль этих профилей, а карту поля силы тяжести построить нельзя из-за относительно большой удаленности профилей друг от друга и невозможности межпрофильной корреляции аномалий. Такую съемку применяют для предварительного обследования труднодоступных районов, изучения сильно вытянутых структур и т. д.

Площадной называется такая съемка, при которой пункты наблюдений расположены по равномерной сети профилей и все увязаны между собой в единую систему, позволяющую построить карту аномалий силы тяжести по всей площади. При площадной съемке густота сети должна быть такой, чтобы в среднем в масштабе построения карты на каждый

квадратный сантиметр карты попадало не менее одной точки наблюдений. Густота сети определяется требованиями инструкции по гравиметрической съемке.

Для проведения площадной съемки вначале разбивается топосеть - сеть профилей, опирающихся на перпендикулярные им магистрали. Основными параметрами топосети являются межпрофильное расстояние и шаг по профилю. Масштаб съемки (т. е. масштаб построения отчетной карты) должен быть таким, чтобы расстояние между профилями на карте не превышало 1 см. Из всех геофизических методов в гравиразведке к топосети предъявляются самые жесткие требования (причины этого будут изложены ниже).

Под методикой гравиметрических работ понимают общую совокупность технических приемов, обеспечивающих выполнение проектируемого задания. Методика полевых (и камеральных) работ определяется целевым заданием работ с учетом всех физико-геологических условий района работ. Применительно к полевым гравиметрическим работам это означает выполнение гравиметрических наблюдений с заданными параметрами.

Методика полевых измерений с гравиметрами определяется особенностями работы гравиметра, отмеченными ранее - измерение приращений силы тяжести Δg, смещение нуля и ограниченный диапазон измерений, для большинства разведочных гравиметров составляющий 100-120 мГл без перестройки. С учетом этих особенностей гравиметрическая съемка обычно проводится в два этапа: сначала разбивается сеть опорных точек (опорная сеть), а затем на ее основе проводятся рядовые наблюдения.

Сами наблюдения проводятся рейсами. Рейсом называется совокупность последовательных наблюдений на опорных и рядовых пунктах, объединенная непрерывной кривой смещения нуль-пункта (в дальнейшем будем говорить - смещение нуля). Часть рейса между последовательными наблюдениями на опорных пунктах, в промежутке между которыми смещение нуля считается линейным, называется звеном рейса. Таким образом, для последующего определения полного значения силы тяжести g и учета смещения нуля каждое звено рейса должно начинаться и заканчиваться на опорном пункте.

Любые измерения, в том числе и гравиметрические, характеризуются погрешностями. Погрешности могут быть систематическими, полусистематическими и случайными.

Систематическими называют погрешности, имеющие закономерный характер и являющиеся общими для всей съемки. Например, недостаточно точное определение цены деления гравиметра ведет к систематическому занижению или увеличению измеренных значений силы тяжести относительно истинных значений.

Полусистематическими называют погрешности, являющиеся систематическими для конкретного прибора, рейса, оператора, но изменяющиеся случайным образом для различных приборов, рейсов, операторов. Влияние полу систематических погрешностей ослабляется применением соответствующей методики съемки - проведением независимых наблюдений, т.е. наблюдений, выполненных в различное время, разными операторами и разными гравиметрами.

Случайными называют погрешности, имеющие случайный характер. Для них характерно, что среднее арифметическое отклонений измеренных значений от истинных при многократных наблюдениях равно нулю. Их влияние ослабляют проведением многократных наблюдений.

При проектировании гравиметрических работ устанавливают допустимые погрешности наблюдений в соответствии с инструкцией по проведению гравиметрической съемки. Для оценки реально получившихся погрешностей при проведении съемки проводят независимые контрольные наблюдения.

Опорная сеть

Чтобы обеспечить определение абсолютных значений силы тяжести во всех пунктах гравиметрических наблюдений и привести их к единому общегосударственному уровню, на всей территории России и стран бывшего СССР создана сеть высокоточных

Между пунктами I класса специализированными организациями создается сеть опорных пунктов II класса с расстоянием между ними 100 - 300 км и погрешностью связи с пунктами I класса не более 0,2 мГл. Опорная сеть I и II классов является основой для дальнейшего сгущения опорной сети при различных гравиметрических съемках.

Полевую опорную сеть привязывают к государственной гравиметрической сети. Проведение съемки в условном уровне разрешено инструкцией только для отдельных профилей длиной менее 20 км, а также площадных съемок масштабов 1:25 000 и крупнее на площадях менее 70 км 2 без перспектив их наращивания.

Точность определения силы тяжести на опорных пунктах должна быть в 1,5-2 раза выше, чем на рядовых пунктах. Повышение точности наблюдений достигается применением более точных гравиметров, многократными измерениями группой гравиметров, сокращением длительности звеньев за счет транспортировки гравиметров на автотранспорте или на вертолете.

Основной методикой наблюдений в рейсе является методика однократных наблюдений по схеме 1 -2-3 - ….-n _-… -3-2-1. Число пунктов, включаемых в рейс или звено определяется допустимой продолжительностью рейса, которая должна обеспечить линейное смещение нуля с требуемой точностью. Каждый опорный пункт наблюдается не менее, чем в двух независимых рейсах и должен иметь не менее трех приборо-связей с исходным опорным пунктом. Инструкцией в качестве основной рекомендуется методика измерений по центральной системе, при которой каждый опорный пункт имеет связь с пунктом, принятым за центральный в звене (рейсе). Каждое звено при этом начинается и заканчивается на одном и том же центральном пункте (рис. 2.20). За центральный пункт принимают обычно государственный опорный пункт I или II классов. Если этот пункт расположен далеко от площади работ, от него выставляют центральный пункт опорной сети III класса, располагая его на площади работ.

Приращения силы тяжести между опорными и центральным пунктом определяют при равноточных измерениях как средние арифметические из наблюденных приращений, при неравноточных измерениях усреднение выполняют с учетом весов измерений.

При невозможности измерений на всех точках опорной сети по центральной системе (например, в горно-таежной местности) создается двухступенчатая система опорных пунктов, включающая каркасные опорные пункты и пункты заполняющей опорной сети (рис. 2.21). Каркасные пункты создают по центральной системе, а заполняющие опорные пункты создают от пунктов каркасной сети. Каждый рейс при создании заполняющей опорной сети должен начинаться и заканчиваться на каркасном пункте, причем не обязательно на одном и том же.

В том случае, если невозможно создать опорную сеть по центральной ли двухступенчатой системам, применяют полигональную систему измерений (рис. 2.22). Это система, при которой опорная сеть образуется из совокупности полигонов со сторонами, каждая из которых определена в независимых рейсах по схеме 1-2-1, при этом предпочтительны полигоны с наименьшим числом сторон. Применение этой схемы предполагает последующее уравнивание полигонов.

Число наблюдений на пунктах опорной сети зависит от точности аппаратуры (средней квадратической погрешности единичного наблюдения) и проектной точности определения значений поля на пунктах опорной сети. На каждом опорном пункте должно быть выполнено не менее 3 независимых наблюдений.

После измерений на опорной сети проводится оценка точности создания опорной сети. Погрешность единичного наблюдения на одноступенчатой опорной сети

Рис. 2.20. Варианты создания опорной сети по центральной системе: А-с прямой независимой связью, В -с прямой зависимой связью.

ПР 0 2 4 6 8 10 12

\- пункт II класса, Д - пункты каркасной опорной сети

Рис. 2.22. Полигональная система создания опорной сети.

рассчитывается по формуле:

где δi - разности между средними и i -тыми значениями на всех опорных точках, N -число наблюдений на всех опорных точках, n - число опорных точек. Погрешность создания опорной сети определяется по формуле:

где N_ср - среднее количество наблюдений на точках опорной сети, т.е N/n. При двухступенчатой системе погрешность оценивается следующим образом:

п., + п„

где n_к и n_з - число соответственно каркасных и заполняющих опорных точек, ε_к и ε_з - погрешности создания каркасной и заполняющей опорной сети, рассчитанные по формуле (2.56).

Густота опорной сети определяется исходя из требования, чтобы в рядовом рейсе оператор успевал провести измерения на профиле (начиная их и заканчивая на опорном пункте) в течение времени линейного смещения нуля гравиметра.

При полигональной системе наблюдений на опорных пунктах оценка качества полигонов проводится по их невязкам. Допустимая невязка в полигоне определяется по формуле

где /л - СКП определения единичного приращения A g;

К - число сторон в полигоне; m - среднее для данного полигона число наблюдений Ag между двумя смежными пунктами. Значение ц вычисляется по формуле:

где S - число сторон полигонов опорной сети.

Погрешность определения силы тяжести на опорных пунктах полигональной системы вычисления по формуле.

I Л/Г

(2.61)

где М средняя удаленность опорных пунктов от ближайших исходных пунктов, выраженная в числе приращений.

Рядовая сеть

Основными формами сети рядовых пунктов при площадной съемке являются квадратная и прямоугольная. В практике работ чаще используют прямоугольную сеть, что связано как с необходимостью интерпретации данных по профилям, так и с целью наиболее эффективного использования вырубок в залесенных районах. При площадных съемках отношение межпрофильного расстояния к шагу съемки по профилю не должно превышать 5. Густота сети зависит от задач съемки и геологических условий. Ожидаемые аномалии силы тяжести должны обнаруживаться не менее, чем двумя -тремя точками на профиле и не менее, чем на двух профилях. По амплитуде достаточно надежными считаются аномалии, значения поля в которых относительно соседних точек превышают утроенную погрешность измерений. Подробнее эти вопросы изложены в методических указаниях по курсовому проектированию. Здесь же рассмотрим методику наблюдений при рядовой съемке.

1.Методика однократных наблюдений - наиболее распространенная методика полевых наблюдений. Учет линейного смещения нуля проводится по каждому звену рейса. Смещение определяют по сопоставлению разностей значений силы тяжести между опорными пунктами, полученных в рядовом рейсе с разностью жестких значений силы тяжести на опорных пунктах.

2.Методика с повторениями в обратном ходе. В обратном ходе проводят повторные измерения на ряде точек или на всех точках. По двум наблюдениям на каждой точке строят прямые смещения нуля. Недостатком методики является увеличение продолжительности рейса, что повышает вероятность нелинейного смещения нуля.

3.Методика с повторением в прямом ходе (цикловая). Измерения выполняют по схеме 1-2 -3-1-2-3-1-… При этом также возможен случай невыявления нелинейного смещения нуля, но он менее вероятен.

4.Методика разностного нуль-пункта. Между пунктами каркасной сети проводят одновременные измерения двумя гравиметрами. По результатам измерений вычисляют разность отсчетов гравиметров на каждой точке и строят график разностного нуль-пункта. Точках излома или перегиба разностного нуль-пункта выставляют опорные пункты заполняющей опорной сети. После проведения измерений на этих пунктах заполняющей опорной сети рядовые рейсы переобрабатывают.

В процессе проведения рядовой съемки обязательно выполнение независимых контрольных наблюдений. Эти наблюдения выполняются в другой день, другим оператором и другим прибором. Объем контрольных наблюдений обычно составляет 5 - 10 % от всего объема работ (при двухприборной съемке допускается 3 %), но не менее 50 пунктов. При камеральной обработке подсчитывается погрешность, полученная при съемке и сравнивается с проектной.

Оценка точности рядовой съемки проводится по формуле:

8 —

где под 8_t понимаются отклонения значений Ag, полученных в рядовых рейсах, от контрольных, n- число проконтролированных точек.

Читайте также: