– угол наклона;

n – количество измерений.

Методика эталонирования гравиметров на УЭГП и обработка результатов измерений приведены в методических указаниях [23].

3.3. Определение цены оборота диапазонного винта

Цену оборота диапазонного винта определяют на УЭГП. Гравиметр устанавливают так, чтобы ось поперечного уровня расположилась вдоль оси вращения «стакана» (термостата). Прибор нивелируют. С помощью отвертки поворачивают диапазонный винт на 1–2 оборота так, чтобы индекс маятника сместился влево (в тяжелую сторону). Затем, вращая микровинт УЭГП, наклоняют прибор до тех пор, пока индекс маятника не появится в поле зрения окуляра. Цену оборота диапазонного винта определяют по формуле:

C d 	gβ 2
		, мГал/оборот,	(3.19)
	n

где g – ускорение силы тяжести в месте эталонирования; β – угол наклона прибора, в радианах;

n – количество оборотов диапазонного винта.

3.4. Определение коэффициента смещения нуль-пункта гравиметра

за интервал времени T  T_K  T_H в начале (Н) и в конце (К) исследования;

t  T_i  T₁ – приращение времени относительно времени измерений на

первом пункте;

C – цена оборота измерительного винта.

Коэффициент K_T можно определить двумя способами: аналитическим или графическим.

3.4.1. Аналитический способ

Используя повторные наблюдения на одноименных пунктах, составляют уравнения поправок вида:

S₁  K_T T₁  v₁ ; S₂  K_T T₂  v₂ ;

(3.21)

------------------------

S_i  K_T T_i  v_i :

где v_i – остаточная погрешность, обусловленная ошибками взятия отсчета,

или нивелирования, или влияния микросейсм.

Решают систему уравнений по способу наименьших квадратов под условием [vv] = min:

f K_T   ∑S_i  K_T T_i ²  ∑ S _i²  2 K _T ∑ S _i T_i  K _T² ∑ T_i² . (3.22)

Взяв производную от

f  K _T  2 ∑ S _i

Откуда

∑S T 

^KT ^ _∑ⁱ _{2 }^{i .}

T_i

f K_T  по K_T и учитывая, что

Согласно ГОСТ 13017–83 смещение нуль-пункта гравиметров класса B и C не должно превышать 2 мГал за сутки [9].

3.4.2. Графический способ

Этот способ позволяет быстро, без вычислений определять поправку за смещение нуль-пункта гравиметра δg _НП .

Сущность этого метода в следующем.

1. Отсчеты гравиметра в оборотах переводят в мГал.

2. По результатам измерений на контрольных пунктах строят графики смещения нуль-пункта для одноименных точек, на которых выполнено повторное измерение (рис. 3.7).

3. Проводят линию перпендикулярно оси времени t так, чтобы она пересекала все отрезки смещения нуль-пункта на контрольных точках.

4. Параллельным переносом смещают все отрезки в одну точку (A).

3. Проводят редукционную прямую R под условием [vv] = min, где v – уклонение концов отрезков от R.

3. Поправки за смещение нуль-пункта  δg _НП  _i – расстояние от R до оси

времени, мГал.

5. Определение чувствительности и порога чувствительности гравиметра

Чувствительностью гравиметра называется отношение перемещения индекса маятника упругой системы по окулярной шкале к изменению силы тяжести.

Чем выше чувствительность, тем точнее может быть совмещен индекс с нулевым штрихом окулярной шкалы. Увеличение чувствительности ведет к увеличению периода Т собственных колебаний маятника, что удлиняет время наблюдения на пункте. Чувствительность увеличивается при смещении нуля окулярной шкалы в сторону увеличения силы тяжести и уменьшается – в сторону уменьшения силы тяжести. Чувствительность определяют после настройки гравиметра на минимум чувствительности к наклону по уровням.

Гравиметр устанавливают на жесткое основание, дают выдержку в несколько часов, пока не стабилизируется изменение нуль-пункта.

Далее снимают отсчеты по гравиметру, последовательно наводя индекс маятника на следующие деления: «0» окулярной шкалы – S₀ , затем на 10 штрих

слева от «0» – S_10 , потом на 10 штрих справа от «0» – S_10 , и снова по

нулевому штриху окулярной шкалы – S₀ . На каждом штрихе «берут» по три

отсчета и записывают время их взятия.

Программа наблюдений при выполнении данного исследования записывается следующим образом.

1. Отсчеты(обор.): S₀ , S_10 , S_10 , S₀ , S_10 , S_10 , S₀ , S_10 , S_10 , S₀ .

2. Время (h, m): t₁, t₂ , t₃ , t₄ , t₅ , t₆ , t₇ , t₈ , t₉ , t₁₀ .

По средним отсчетам на нулевых штрихах вычисляют поправку δg _НП , а

^Si ^{ S}0 ^_i ^{ S}0 ^_i ₁ ^;

T_i  t₀ _{i 1}  t₀ _i ; t_i  t_i  t₁ .

Вычислив поправки за смещение нуль-пункта гравиметра, получают исправленные отсчеты по гравиметру:

S iиспр .  S iизм .   δg нп i .

(3.26)

Далее вычисляют средние отсчеты на штрихах (+10) и (–10):

		испр.		∑ Siиспр.
S					.	(3.27)
				3

И, наконец, вычисляют чувствительность гравиметра:

n – количество отсчетов на каждом штрихе.

Чувствительность гравиметра может изменяться от пункта к пункту. Допуск – 15 % при разности _g ≤ 500 мГал.

Под порогом чувствительности ( σ ) понимают среднюю квадратическую погрешность (СКП) взятия отсчета по гравиметру. Ее вычисляют как СКП двух соседних отсчетов:

σ i  S 2 	S 1	 S 3	,	(3.29)
		2

где S₁, S₂ , S₃ – последовательные отсчеты по гравиметру;

σ _i – СКП взятия отсчета.

Порог чувствительности вычисляют по формуле:

	n	σ 2
	∑
	i1	i
σ  C			.	(3.30)
	n

6. Определение времени переходного процесса или становления отсчета

Под действием переменных нагрузок во время транспортировки чувствительная система гравиметра сильно возбуждается. В результате колебаний изображение маятника на окулярной шкале становится нечетким (размытым), что мешает точному наведению индекса маятника на нуль окулярной шкалы. Поэтому, перед снятием отсчета по гравиметру требуется время для успокоения системы – « время становления отсчета». Оно определяется следующим образом.

Гравиметр устанавливают на вибростенд и подвергают вибрации с частотой 20 Гц и амплитудой около 0,2 мм в течение 10 минут. Затем, в течение 20 минут берут отсчеты по гравиметру через 1 минуту. Отсчеты переводят в мГал и вычисляют g :

gi  C Si , (мГал),

(3.31)

где S_i  S_i  S₀ (обор.).

По результатам вычислений строят график зависимости g от t (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Иллюстрация определения времени становления отсчета

Погрешность единичного измерения силы тяжести ε берется из ГОСТ

13017–83 [9].

Проводят асимптоту к кривой g . Далее на расстоянии ε от асимптоты проводят прямую 1, параллельную оси абсцисс t ^m . Через точку пересечения

линии 1 с кривой g проводят перпендикуляр к оси абсцисс, который отсечет время становления отсчета t_cm . Допустимая величина t_cm ≤ 3 min. Чем меньше t_cm , тем лучше гравиметр.

7. Определение верхнего предела измерений силы тяжести без перестройки диапазона гравиметра

Возможно несоответствие фактического диапазона измерения силы тяжести гравиметром и данного в паспорте прибора. Поэтому необходимо точно знать его величину и рабочие обороты микровинта, чтобы надежно планировать объемы работ на день.

1. Микровинтом устанавливаем на счетчике оборотов отсчет 0,000 оборотов.

2. Индекс маятника «уйдет» влево (в сторону увеличения силы тяжести).

3. Вращением диапазонного винта против часовой стрелки (в сторону, где находится маятник) выводим изображение индекса на середину окулярной шкалы, не доводя до нулевого штриха на 1–2 деления слева.

4. Вращением измерительного винта наводим изображение индекса точно на нуль окулярной шкалы и берем отсчет по шкале гравиметра ( S_min ).

5. Микровинтом устанавливаем на счетчике оборотов максимальный отсчет – 15 обор.

6. Маятник «уйдет» вправо (в сторону уменьшения силы тяжести).

7. Вращением диапазонного винта по часовой стрелке, выводим изображение маятника на середину окулярной шкалы, не доводя на 1–2 деления до нуля окулярной шкалы справа и берем отсчет по гравиметру.

8. Наводим микровинтом индекс маятника точно на нуль окулярной шкалы и снимаем отсчет ( S_max ):

g 		Smax  Smin C		 100 мГал.	(3.32)

При выполнении полевых работ не рекомендуется «работать» на крайних оборотах измерительного винта.

8. Исключение влияния люфта (« мертвого хода») измерительного винта

• процессе работы резьба микровинта истирается и появляется люфт, наличие которого приводит к ошибке в отсчете. Люфт может приводить к ошибке в отсчете до нескольких десятых долей оборота микровинта. Для исключения влияния «мертвого хода» необходимо всегда наводить изображение маятника на нуль окулярной шкалы вращением микровинта по часовой стрелке. Смещать индекс маятника вращением микровинта против часовой стрелки.

3.9. Определение температурного коэффициента гравиметра

летних работ T = 10, 20, 30 ° С. Причем, при каждой температу-ре « C » определяют не менее чем из трех приемов. Строят график зависимости C, полученной как среднее из трех приемов, от T,° С (рис. 3.9).

Ci, мГал/обор

C0

1

C

R

C 2

C

v

C 3

αc

ΔT

T,°C

0

10

20

30

Рис. 3.9. График изменения цены оборота измерительного винта от температуры

Проводят редукционную прямую R через точки C_i при усло-вии [vv] = min. R продолжают до пересечения с осью C и получают значение

температурный коэффициент цены оборота микровинта гравиметра, в мГал/(оборот · градус).

При обработке гравиметрического рейса цену оборота измерительного винта необходимо вычислять для каждой температуры T_i гравиметра по

3.10. Определение барометрического коэффициента гравиметра

Измерения с гравиметром проводят в барокамере (рис. 3.10). При этом соблюдается следующая последовательность действий.

Рис. 3.10. Схема устройства барокамеры для исследования гравиметров

1. Гравиметр (2) устанавливают на дно 6 барокамеры 1 и нивелируют

его.

2. Совмещают подвижный индекс маятника с нулем окулярной шкалы и берут отсчеты по гравиметру S₁ в оборотах микровинта и давление воздуха по

барометру P₁ мм рт. ст.

3. Закрывают барокамеру толстым прозрачным оргстеклом 4, укладывая последнее на кольцо из вакуумной резины 3.

3. С помощью вакуумного насоса откачивают воздух из барокамеры через вакуумный кран с манометром 7, понижая давление на 300–400 мм рт. ст.

3. Глядя через оргстекло в окуляр гравиметра 8, отмечают смещение индекса маятника в делениях окулярной шкалы и давление P₂ внутри барокамеры.

3. Открывают барокамеру, наводят микровинтом изображение индекса маятника на тот штрих окулярной шкалы, который был отмечен при закрытой барокамере и берут отсчет по гравиметру S₂.

3. Барометрический коэффициент вычисляют по формуле:

K B		C  S	1  S 2 		мГал
						.	(3.34)
		P1	 P2
					мм рт.ст.
По ГОСТ 13017–83				величина K B ≤ 1,6 мГал/мм рт. ст. [9].

4. МЕТОДИКА ГРАВИМЕТРОВЫХ РАБОТ

Процесс получения гравиметрических данных требует выполнения определенного объема работ, который включает их проектирование и организацию, выполнение инструментальных измерений на местности, обработку результатов измерения, оценку их качества и написание технического отчета.

В данной работе акцент сделан на методике выполнения полевых работ и обработке результатов измерений.

4.1. Методы измерения силы тяжести

Способы измерения силы тяжести основаны на физических процессах, связанных с проявлением закона всемирного тяготения: это падение тел, колебание маятника, прецессия тяжелого гироскопа, колебание струны, натянутой грузом, искривление поверхности вращающейся жидкости (тот же гироскоп), деформация тел под действием постоянной массы, парение проводника с током в поле постоянного магнита, подъем жидкости в капилляре и др. Однако, при современном уровне развития измерительной техники приемлемую точность определения силы тяжести можно получить из наблюдения лишь небольшого числа явлений.

Все существующие методы измерения силы тяжести подразделяются на динамические и статические (рис. 4.1).

Динамическими называются методы, в которых наблюдается движение тела под действием силы тяжести (g), а измеряемой величиной является время (t), необходимое телу для перехода из одного фиксированного положения (Н₀) в другое (Н_i). К динамическим методам относятся следующие.

1. Баллистический, в котором используется закон прямолинейного равноускоренного движения свободно падающего тела:

где l – длина маятника.

3. Электромеханический, который основан на зависимости частоты колебаний струны, натянутой грузом, под действием силы тяжести:

f		l			m  g		,	(4.3)
	2				ρ
где f –			частота колебаний струны, Гц;
l –	длина струны, см;
m – масса груза, г;

ρ – линейная плотность струны, г/см.

Статическими методами называются такие, в которых наблюдается изменение положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой силы, уравновешивающей ее. А непосредственно измеряемой величиной является угловое или линейное смещение тела с постоянной массой:

Mg  F  0 ,

(4.4)

где Mg – момент массы;

F – уравновешивающая сила.

В качестве силы F используется упругая сила деформации нитей и пружин, а также сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.

Кроме того, методы подразделяются на абсолютные и относительные. При абсолютных определениях измеряют полное значение величины силы тяжести (g) в данной точке.

Поскольку размерность g определяется в единицах [длина  время^-2], то требуется измерение этих величин. При этом погрешность измерения ускорения силы тяжести не должна превышать m_g = ±110^-8 м/с² . Для достижения такой точности путь и время необходимо измерять с погрешностью порядка ±110^-9.

При относительных определениях измеряют приращение силы тяжести (g) относительно пункта с известным значением g_исх:

^g опр . ^{ g} исх. ^{ g .}

Статический метод определения силы тяжести реализован в приборах, которые называются статическими гравиметрами.

Методы измерения ускорения силы тяжести

Динамические		Статические

абсолютный

относительный

g a –

полное значение вектора

g  g 0  g изм – измеряется

напряженности гравитационного поля:

приращение силы тяжести

980 000, 00 мГал

относительно исходного пункта

ГБЛ

Маятниковые приборы с

ПМП «АГАТ»

Статические

Струнные гравиметры

g 

2l

оборотным маятником

T 2

гравиметры ГНУ-





2

g 2 

g1 

1

К, ГАГ

f

f

t

2

g 

4

π 2

l

T22

g  g

 g

g  2g0

f0

 g0

f0

T 2

0

изм

Рис. 4.1. Классификация способов определения силы тяжести

4.2. Виды гравиметрических съемок

Совокупность геодезических и гравиметрических измерений на местности с целью построения гравиметрической карты, называется гравиметрической

съемкой.

В зависимости от точности, гравиметрические съемки подразделяются на следующие.

1. Региональные – в масштабах от 1 : 1 000 000 до 1 : 500 000. Их целью является тектоническое районирование значительных по площади геологических структур, прогноз областей, перспективных на обнаружение месторождений полезных ископаемых. Результаты мелкомасштабных съемок являются основой для изучения фигуры и внутреннего строения Земли, а также,

– районирования земной коры по типам и определения ее толщины.

2. Среднемасштабные, или поисково-разведочные съемки. Они проводятся в масштабах от 1 : 200 000 до 1 : 50 000 для поиска месторождений полезных ископаемых на перспективных площадях, а также для уточнения геологического строения территорий исследований.

3. Детальные съемки в масштабах от 1 : 25 000 и крупнее применяются для оконтуривания месторождений, определения их параметров – для последующего подсчета запасов полезного ископаемого.

В зависимости от физико-географических условий и применяемых средств транспортировки гравиметрической аппаратуры различают съемки: наземную, подземную, скважинную, морскую (донную, подводную, надводную), аэрогравиметрическую и спутниковую.

По структуре сети съемки подразделяются на следующие.

1. Площадные, когда расстояние между точками на профиле (∆х) и между профилями (∆у) находится в соответствии ∆у ≤ 5∆х. Если ∆у = ∆х, съемка называется равномерной. По результатам этой съемки можно построить карты аномалий силы тяжести.

2. Профильные, когда ∆у > 5∆х. Эти съемки позволяют получить изменения аномалий силы тяжести вдоль линий. Съемки применяются для изучения глубинного строения земной коры (зон контактов крупных тектонических блоков и разломов) и для определения методики гравиметрической съемки в неизученных районах.

3. Маршрутные, выполняемые в труднодоступных районах по долинам рек или дорогам.

4. Рекогносцировочные, для определения характера изменения силы тяжести на участке работ.

Точка на местности, в которой выполнены измерения элементов гравитационного поля Земли называется гравиметрическим пунктом. На

участке съемки гравиметрические пункты подразделяются на исходные, в которых известно абсолютное значение ускорения силы тяжести (обычно – это пункты Государственной гравиметрической сети), а также опорные в гравиметрических съемках.

4.3. Геодезическое обеспечение гравиметрических съемок

Геодезические данные необходимы при обработке результатов измерений с гравиметрами и построения геодезической основы для гравиметрической карты.

Геодезические работы включают в себя три основных вида работ.

1. Вынос в натуру запроектированного участка съемки.

2. Определение (разбивка) положения съемочных профилей и точек

(пунктов) на них.

При этом необходимо строго соблюдать условия: профили должны быть прямолинейными, а расстояния между съемочными точками – равными. Выполнение этих условий снижает объем вычислительных работ при определении координат съемочных точек. Закрепленные точки профиля и концы профилей должны хорошо опознаваться, а их нумерация – читаться.

3. Определение координат и высот съемочных точек. Требования к точности определения планово-высотного положения пунктов зависят от точности вычисляемых аномалий силы тяжести или, другими словами, от масштаба отчетной карты (см. прил. 13).

Расчет точности определения координат и высот съемочных точек рассмотрим на примере вычисления аномалий силы тяжести в редукции Буге. Продифференцировав выражение (1.23) по переменным В и Н перейдем к средним квадратическим погрешностям. Получим:

							δγ	0		2	  0 , 3086  2 πρf  2  m 2
										 m 2
	m	g										,	(4.5)
							δB			B	H
где				δγ 0		– горизонтальный градиент нормальной силы тяжести, мГал/м;
				δB
f –
				гравитационная постоянная, 6.6710-11 м3/кгс2 ;
ρ –			средняя плотность пород земной коры, г/см3 ;

m _B² и m _H² – погрешности определения координат и высот съемочных

точек, соответственно;

При ρ = 2,67 г/см³, R = 6,371км и ∆g = 5 200 мГал выражение примет вид:

m	g B	  0 , 00052  2  m 2	  0 , 2  2  m 2 .	(4.6)
		B	H

Если, например, необходимо получить g _Б с погрешностью порядка0,1 мГал, то плановое положение гравиметрического пункта необходимо определять не грубее 40 м, а по высоте – около 0,3 м [16].

Геодезические работы при гравиметрических съемках по стоимости в несколько раз дороже последних. Поэтому при определении координат и высот пунктов стараются применить самые простые геодезические методы, обеспечивающие требуемую точность конечных результатов: топографические карты, различные геодезические засечки, теодолитные ходы, нивелирование – техническое или барометрическое.

4. Выполнение гравиметрических измерений

Предварительно еще раз напомним, что гравиметрические системы,

• отличие от геодезических, работают в динамическом режиме: чувствительный элемент (маятник) гравиметра, удерживаемый упругими силами пружин и нитей подвеса под действием силы тяжести и других факторов, рассмотренных

• разд. 3, постоянно опускается, что приводит к изменению отчета со временем. Это явление называется смещением нуль-пункта гравиметра (см. подразд. 3.4). Его приходится учитывать, что может существенно повысить стоимость гравиметровых измерений.

4.4.1. Опорная гравиметрическая сеть

Полевые наблюдения с гравиметрами начинаются с создания сети опорных пунктов, которые служат для учета смещения нуль-пункта гравиметра, а также для «привязки» всей сети наблюдений к единому уровню, который обеспечивается Государственной гравиметрической сетью.

Точность определения силы тяжести на пунктах полевой опорной гравиметрической сети в 1,5–2,0 раза выше, чем на рядовых. Это достигается выполнением измерений в коротких рейсах, строгим соблюдением методики наблюдений и транспортировки приборов.

Если при наблюдениях на опорной сети используется тот же гравиметр, что и на рядовой, то на каждом опорном пункте необходимо выполнить измерения в трех независимых рейсах. При применении более точных приборов допускаются двукратные независимые наблюдения [16].

Полевая опорная сеть может создаваться в начале полевых работ или в процессе проведения гравиметрической съемки.

В практике гравиметрических работ различают центральную, двухступенчатую и полигональную системы.

1. В центральной системе (рис. 4.1) каждый опорный пункт имеет непосредственную связь с центральным, в качестве которого может быть использован пункт Государственной гравиметрической сети [16].

Рис. 4.1. Иллюстрация развития опорной сети по центральной системе

Оценка качества опорной сети определяется по формуле:

ε оп			ε		,	(4.7)
		N

где ε – средняя квадратическая погрешность единичного измерения;

ε оп	 ∑δ 2	;			N	,	(4.8)
			N
	N-n				n

N – общее число измерений приращений силы тяжести в опорной сети; n – число пунктов;

δ _i – отклонение измеренного значения g_i от среднего;

δi		 g i 		;	(4.9)
			g
		 ∑ gi ;			(4.10)
	g
		k
k –		количество приращений g , принятых в обработку.

2. Двухступенчатая опорная система (рис. 4.2) состоит из каркасной (к) и

заполняющей сети (з). Каркасная опорная сеть создается по центральной системе. Рейсы заполняющей опорной сети опираются на пункты каркасной сети (к).

Рис. 4.2. Иллюстрация развития опорной сети по каркасной системе

Так, например, выполнив рейс 1-2-3-4-1, получим приращения g по

звеньям 1-2, 1-4, 1-3. Из рейса 1-2-3-4-2-1 определим g между пунктами 2-1, 2-3 и 2-4 и, наконец, выполнив рейс 1-4-3-4-1, вычислим приращения по звеньям 4-1 и 4-3.

Оценка точности сети этого вида производится по формуле:

ε оп 	ε	к2 	n з		 ε 2з	,	(4.11)
			n к	 n з
где nк , nз	и ε к , ε з –			число каркасных и заполняющих, а также средние

к вадратические погрешности силы тяжести на этих пунктах, вычисленные по формуле (4.1).

3. В полигональной системе опорная сеть образуется из совокупности полигонов, в которых каждое звено определено из независимых рейсов по схеме а-б-а.

Погрешность определения силы тяжести ( g ) вычисляется по формуле:

ε ОП  µ	M	,	(4.12)
	m

где М – средняя удаленность опорных полевых пунктов от ближайших исходных гравиметрических пунктов;

m – среднее число определений ^g между двумя смежными пунктами;

µ 	∑δ 2
	N  S ,	(4.13)

S – число сторон, образующих все полигоны опорной сет и.

Для достижения высокой точности определения g между пунктами

опорной сети используют не менее трех гравиметров и вып олняют не менее шести приборосвязей по схеме А-В-А. Оценку точности определения приращения силы тяжести производят по специальной методике, изложенной

• лабораторной работе № 4 данного издания, а также в изданиях [17,28].

4. В практике гравиметрических работ возможно развитие опорной гравиметрической сети в процессе выполнения измерений на пунктах рядовой сети. Этот способ (рис. 4. 3) называется «методикой разностнного нуль-пункта»

и заключается в следующем [8,11].

Рис. 4.3. Иллюстрация развития опорной сети методом разностного нуль-пункта

Для работы подбираю тся гравиметры с разными градиентами нуль-пункта. Наблюдения выполняют сразу двумя, тремя гравиметрами. Измерения по времени ограничиваются продолжительностью рабочего дня. Они начинаются и заканчиваются или на концах профилей, или в точке пересеччения профилей и магистралей, которые обычно становятся опорными пункт ами. На них же делают и перерывы в работе.

По результатам измерений g_i каждым гравиметром (I, II, III) для каждой i-

й точки вычисляются разности измеряемых значений:

g_i   g _I _i   g _II _i . (4.14)

Разности g_i выносят на миллиметровку – получается график изменения

этих разниц. На графи ках намечаются пункты, между которыми сумма

квадратов отклонений d_i от осредняющей прямой не превышала бы величины, предписанной техническим заданием:

		n	2
		∑ d
		i
ε d		i1		,	(4.15)
		2 n

где n – число разностей в выделенном интервале (звене).

Суть методики в том, что точки излома разностного нуль-пункта совпадают с точками излома кривых изменения нуль-пункта одного из приборов. Они-то и являются теми точками, на которых выставляются дополнительные опорные пункты. Этим обеспечивается то, что принятие линейного закона изменения нуль-пункта не несет значительной погрешности и, таким образом, итоговая погрешность может быть значительно снижена.

Опыт работы показывает, что при такой методике развития опорной сети получается меньшее количество опорных пунктов, чем при предварительной разбивке опорных пунктов для рейса продолжительностью 2-3 часа, а точность определения g рядовых пунктах возрастает.

4.4.2. Рядовая сеть

Гравиметрические измерения выполняются отдельными рейсами. Рейс – это непрерывная последовательность измерений с гравиметром, объединенная общим смещением нуль-пункта, которая начинается и заканчивается на опорном пункте.

Часть рейса между двумя соседними по времени опорными пунктами называется звеном. Основным типом рейса является однодневный. Наблюдения в рейсах проводятся, как правило, по однократной методике. При наблюдениях используются, обычно, два гравиметра.

При проведении съемок в труднодоступных районах наблюдения выполняют тремя гравиметрами одновременно. Это исключает необходимость повторения рейса в случае обнаружения брака в измерениях одним из гравиметров.

Если гравиметры показывают стабильность в смещении нуль-пункта, обеспечивающую точность результатов наблюдения, то допускается увеличение продолжительности рейса.

При работе с гравиметром должны выполняться следующие правила.

1. За 12 часов до начала рейса необходимо установить рабочий диапазон измерения силы тяжести. Для этого используются результаты рекогносцировочной съемки или гравиметрические карты в более мелких масштабов.

2. Перед началом рейса необходимо настроить уровни гравиметра на минимум чувствительности к наклону.

3. За два часа до начала рейса следует удерживать маятник упругой системы в исходном положении: индекс маятника должен находиться на нулевом делении окулярной шкалы.

4. В начале рейса, для введения чувствительной системы гравиметра в рабочий режим, необходимо, выполнив измерения на первых трех, четырех точках профиля, возвратиться на первую точку, затем продолжить измерения в рейсе.

4. Во время рейса нельзя менять способ транспортировки гравиметра. Скорость движения от точки к точке должна быть одинаковой.

4. Гравиметры на точке устанавливают на специально изготовленную жесткую подставку.

4. На пунктах берут три независимых отсчета по шкале гравиметра при наведении каждый раз изображения маятника на нуль окулярной шкалы вращением измерительного винта по часовой стрелке. Этим исключается так называемый «мертвый ход» винта. Отсчеты по гравиметру следует брать через одинаковые промежутки времени. Расхождение между отсчетами не должно превышать 5 делений микрометра. Если цена оборота измерительного винта 8 мГал/оборот, то погрешность наведения составит 0,004 мГал. В противном случае берутся дополнительные отсчеты по гравиметру.

4. После взятия отсчетов в пунктах наблюдения записываются показания часов с точностью до 1 минуты и температура прибора с точностью до 0,5 ˚С. Кроме того, на каждой точке в журнале записывается название или номер рейса, профиля и пикета, дата проведения измерений, условия наблюдения (погода, сейсмичность и т. п.).

В зависимости от густоты точек опорной сети гравиметрический рейс можно выполнить по следующим методикам.

1. «Прямой ход», когда измерения на рядовых пунктах начинаются на одном, а заканчиваются на другом опорном пункте (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Иллюстрация гравиметрического рейса по методике «прямой ход»

При этом коэффициент смещения нуль-пункта гравиметра вычисляется по формуле:

t₁ и t₂ – время снятия отчетов по шкале гравиметра на опорных пунктах

ОГП-1 и ОГП-2.

2. «Замкнутый ход», если рейс начинается и заканчивается на одном и том же опорном пункте (рис. 4.5).

1 2

ОГП – 1

3

4

Рис. 4.5. Иллюстрация гравиметрического рейса по методике «замкнутый ход»

В таком рейсе коэффициент смещения нуль-пункта гравиметра

пункте ОГП-1 в начале и в конце рейса, соответственно.

3. «Прямой и обратный ход» выполняют, соответственно в прямом и обратном направлении (рис. 4.6). В прямом ходе измерения выполняют последовательно на всех пунктах, а в обратном – только на некоторых.

Рис. 4.6. Иллюстрация гравиметрического рейса по методике «прямой и обратный ход»

При этом число пунктов, на которых выполняются повторные измерения, должно быть не менее 20 %. Коэффициент смещения нуль-пункта гравиметра вычисляется по формуле:

	m
	∑giS Ti 
K 	i 1		,	(4.18)
	m	2
	∑ T
	i
	i 1

где g_i^S и T_i – разность измеренных значений силы тяжести и времени на одноименных пунктах в прямом (П) и обратном (О) ходе;

g iS   g iS 	  g iS		;
П			О
T i  t i О  t i П .			(4.19)

5. Обработка результатов гравиметровых измерений и оценка их точности

Обработка результатов гравиметровых наблюдений разделяется на два этапа: предварительный (полевой) и окончательный (камеральный).

В конце рабочего дня проводят обработку результатов измерений с гравиметрами в рейсе в следущей последовательности.

1. Время взятия отсчета в минутах переводят в доли часа.

2. Вычисляют средний отсчет на точке в оборотах измерительного винта

Si, обор.

3. Вычисляют цену оборота измерительного винта, соответствующую температуре прибора в момент измерений С_Тi .

4. Вычисляют отсчет по гравиметру в миллигалах – эффективное значение силы тяжести g_i .

5. По результатам измерений строят графики смещения нуль-пункта гравиметров.

6. Производится вычисление приращений силы тяжести по каждому гравиметру на рядовых точках относительно опорных пунктов.

7. Оценивается погрешность определения приращения силы тяжести по каждому звену.

Качество выполненных гравиметровых измерений оценивается величиной средней квадратической погрешности определения значений силы тяжести на пункте:

ε g  ε u2  ε оп2  ε 2ряд ,

(4.20)

где ε _u – погрешность привязки полевой опорной сети к Государственной гравиметрической,

ε_оп, ε _ряд – погрешность определения силы тяжести на пунктах опорной и

рядовой сети, соответственно.

Для оценки качества съемки проводятся независимые контрольные наблюдения в объеме 5–10 % . Количество контрольных измерений должно быть не менее 50.

Рейс считается качественным, если уклонение измеренных значений силы тяжести от контрольных не превышает утроенную величину ошибки ε₀ , предусмотренную техническим проектом. Этот же принцип положен в основу

отбраковки наблюдений g_n на пункте, если количество измерений g > 3. Если

g_n = 2 и максимальное уклонение превышает 3 2  ε ₀ , то необходимо

выполнить дополнительные измерения g и отбраковку. Число забракованных наблюдений должно быть менее 2 % от общего количества измерений.

Камеральная обработка материалов выполняется после завершения полевых работ и предусматривает:

1. Повторное исследование гравиметров, включая определение цены оборота измерительного винта;

2. Переобработку результатов наблюдений и вычисление аномалий силы тяжести;

3. Составление каталогов опорных и рядовых пунктов;

4. Построение карт аномалий силы тяжести с редукциями Буге и в свободном воздухе;

5. Составление и защита отчета о выполненных работах.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИМЕТРА ТИПА ГНУ-КВ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: освоить методику исследования гравиметра типа ГНУ-

КВ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ: перед началом работы необходимо изучить [28, гл. 4], [14, гл. 7,8], [33] и [9], а также подразд. 3.1 настоящего пособия.

Содержание работы

1. Изучить устройство гравиметра. Произвести внешний осмотр прибора. Освоить методику подготовки прибора к измерениям. Выполнить пробные измерения.

2. Настроить гравиметр на минимум чувствительности к наклону по уровням.

3. Изучить способы эталонирования гравиметра. Вычислить цену оборота измерительного винта гравиметра приближенным способом, используя данные

п. 2.

4. Определить чувствительность гравиметра и вычислить его порог чувствительности.

4. Определить верхний предел измерения приращения силы тяжести без перестройки диапазона гравиметра.

5. Определить длительность переходного процесса.

6. Определить коэффициент смещения нуль-пункта гравиметра.

7. Написать отчет о проделанной работе и защитить его.

Порядок выполнения работы

1. При изучении устройства гравиметра использовать лекционный материал, изучить разд. 2 настоящего пособия, а также литературные источники

[7, 11, 14, 27, 28, 39].

В отчете по данному пункту представить:

• Краткое описание устройства гравиметра;

• Схему чувствительной системы;

• Методику измерений с гравиметром и пробные отсчеты.

2. Методику настройки гравиметра на минимум чувствительности изучить по лекционным материалам, литературным источникам, приведенным в п. 1, а также по содержанию разд. 3.1.1 настоящего пособия.

Последовательность действий при выполнении данного исследования следующая.

Сначала необходимо настроить гравиметр на минимум чувствительности к наклону по продольному уровню:

1. Установить гравиметр на жесткое основание, подключить электропитание и отнивелировать прибор;

2. Расписать программу исследования продольного уровня (а) по образцу, приведенному в прил. 2: теоретические n^t и практические n^п отсчеты по головке винта, определяющие наклон гравиметра относительно вертикали, записать в графы 2 и 3 соответственно;

3. При горизонтальном положении гравиметра n^t= 0 взять отсчеты по

шкале гравиметра S₁ и по часам t₁ и записать их в графы 7 и 5 прил. 2, табл.

П.2.1;

4. Вращением подъемного винта по часовой стрелке наклонить гравиметр относительно вертикали на шесть делений;

5. Снять отсчеты по гравиметру S₂ и по часам t₂ и записать их в табл.

П.2.1., прил. 2;

6. Повернуть подъемный винт против часовой стрелки на два деления и взять отсчеты по шкале гравиметра S₃ и по часам t₃ ;

6. Вращая подъемный винт против часовой стрелки с шагом два деления, выполнить измерения на всех установках подъемного винта n^п, расписанных в программе исследований;

7. Привести пузырек продольного уровня в нуль-пункт (n^t= 0) и взять отсчеты по шкале гравиметра S₉ и по часам t₉ .

Контролем правильности выполнения исследования является ход изменения отсчетов S_i : по мере уменьшения наклона гравиметра величина

отсчетов уменьшается и при n^T= 0 отсчет S₀ будет минимальным, при

увеличении угла наклона гравиметра величина отсчетов будет возрастать. Выполнив программу исследования для продольного уровня, приступить к

исследованию поперечного уровня.

При исследовании поперечного уровня наклон гравиметру задают двумя установочными винтами, которые вращают в разные стороны (по часовой и против хода часовой стрелки).

Последовательность действий, при этом следующая.

1. Отнивелировать гравиметр.

2. Расписать программу исследования для поперечного уровня (см. пример в прил. 2).

3. При горизонтальном положении прибора (n^T= 0) взять отсчет по шкале гравиметра S₁ и по часам t₁ и записать их в графы 7 и 5 соответственно.

4. Повернуть левый подъемный винт против часовой стрелки, а правый – по часовой стрелке на три деления.

5. Взять отсчеты по гравиметру ( S₂ ) и по часам ( t₂ ) и записать их в

таблицу.

6. Левый винт повернуть на одно деление по часовой стрелке, а правый – на одно деление против хода часовой стрелки.

7. Взять отсчет по гравиметру S₃ и снять показание часов ( t₃ ).

7. Выполнить действия, описанные в пп. 6 и 7 при всех наклонах гравиметра ( на всех установках подъемных винтов) в прямом ходе П.

7. Отсчеты по гравиметру S₈ и по часам t₈ переписать в графы 8 и 6 под

номерами S₉ и t₉ соответственно, и продолжить измерения в обратном ходе, на

тех же установках подъемных винтов, что и в прямом ходе. Для этого выполнить следующие действия.

10. Повернуть левый подъемный винт на одно деление против часовой стрелки, а правый – на одно деление по часовой стрелке.

11. Взять отсчеты по гравиметру S₁₀ и по часам t₁₀ , записать их в графы 8