7. Аппаратура и методика гравиметрической съемки. Гравиметрическая аппаратура
Приборы для измерения абсолютных значений ускорения силы тяжести или их приращений называются гравиметрами. Гравиметры подразделяются на два типа:
- гравиметры для измерений абсолютных значений ускорения силы тяжести;
- гравиметры для измерений относительных приращений значений ускорения силы тяжести.
Для определения абсолютных значений силы тяжести используется либо маятниковый метод, либо метод свободного падения. Маятниковый метод абсолютного определения силы тяжести основан на формуле, связывающей период Т свободных колебаний физического маятника с его длиной L и ускорением силы тяжести g:
Маятниковые приборы позволяют определять значения ускорения силы тяжести с точностью до 10-5 м/с2. Аппаратура для проведения таких измерений громоздка и обладает большой массой. Поэтому абсолютные измерения силы тяжести выполняются лишь в редких пунктах, преимущественно в гравиметрических обсерваториях и при создании опорных гравиметрических сетей. Опорной гравиметрической сетью называется совокупность пунктов на некоторой территории, абсолютные значение силы тяжести в которых определены с высокой точностью.
Более широкое распространение получили относительные измерения силы тяжести, позволяющие определять приращение Δg по отношению к некоторому известному значению g. Основными полевыми приборами, предназначенными для относительных измерений Δg, являются статические гравиметры. Эти приборы фактически являются высокоточными пружинными весами, на которых взвешивается постоянный груз единичной массы. Вес единичной массы зависит от значения силы тяжести в точке измерения. Мерой изменения силы тяжести служит угол закручивания кварцевой нити, скрепленной с грузом. Погрешность статических гравиметров лежит в пределах 1-5*10-7 м/с2, что значительно выше точности маятниковых приборов.
Основные погрешности измерения величины Δg связаны с влиянием атмосферного давления и температуры, а также с точностью нивелировки прибора на точке измерений. Для уменьшения воздействия этих факторов гравичувствительная система прибора помещена в герметичный термостатированный корпус. Все гравиметры имеют нелинейное во времени смещение нулевого отсчета, связанное, кроме названных внешних факторов, с изменением упругих свойств кварцевой нити с течением времени.
Методика гравиметрической съемки
Для учета смещения нулевого отсчета на участке работ создается рабочая опорная сеть, которую привязывают к государственной опорной сети I или II класса. Точность определений значений силы тяжести на пунктах опорной сети должна быть в 1.5-2 раза выше, чем на рабочих пунктах наблюдений. Это достигается многократностью измерений с несколькими гравиметрами. На площади работ пункты опорной сети закрепляются долговременными знаками.
Каждый рабочий день начинается и заканчивается измерениями на опорном пункте, затем в течение 1-2 часов проводятся измерения на рабочих точках, после чего - на ближайшем опорном пункте и т.д.
Для надежного вычисления аномалий Δg важно достоверное определение координат рабочих пунктов. Особо высокие требования предъявляются к точности установления абсолютных высот пунктов наблюдений.
Обработку материалов наземной гравиметрической съемки проводят в три этапа:
- введение поправок на сползание нулевого отсчета гравиметра и вычисление приращений Δg между пунктами наблюдений;
- расчет наблюденных значений силы тяжести путем прибавления приращений Δg к абсолютным значениям g на опорных пунктах;
- расчет аномальной составляющей ΔgА с учетом поправок Фая и Буге.
Качество гравиметрических съемок оценивается средней квадратической погрешностью повторных измерений значений ΔgА. Объем повторных измерений составляет 5-10 % от общего числа рядовых измерений. Результаты площадных съемок представляют в виде карты изолиний ΔgА, а профильных наблюдений - в виде плана графиков ΔgА (м/с2).