1.Теоретические основы гравиразведки

Гравиметрия в узком смысле этого слова – наука об измерении величин, характеризующих гравитационное поле Земли, – силы тяжести, её потенциала и его производных.

Название «гравиметрия» происходит от латинского «gravitas» – тяжесть и греческого – измеряю.

В настоящее время в понятие «гравиметрия» вкладывается более широкий смысл, а именно: к гравиметрии относятся также все вопросы приложения гравиметрических данных к геологии, геофизике и геодезии.

Гравитационная разведка, как часть науки гравиметрии, – метод разведочной геофизики, основанный на изучении поля силы тяжести на поверхности Земли или вблизи от неё. Изучение поля силы тяжести – гравитационного поля Земли, – его анализ и интерпретация дают возможность делать выводы о распределении неоднородных по плотности масс в земной коре, следовательно, и о строении земной коры.

Гравитационная разведка применяется для:

• изучения глубинного строения земной коры,

• тектонического и петрографического районирования крупных регионов,

• геологического картирования закрытых территорий,

• поисков месторождений нефти и газа,

• прогнозирования залежей нефти и газа,

• поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых: угля, руд и нерудного сырья.

Гравиразведка используется также при решении некоторых задач инженерной геологии, геодезических задач – изучения фигуры Земли.

1.1. Гравитационное поле Земли

Сила, с которой всякое тело притягивается к Земле, называется силой тяжести. Сила тяжести в данной точке Земли – равнодействующая двух сил: силы притяжения всей массой Земли и центробежной силы, вызванной суточным вращением Земли вокруг своей оси.

Притяжение Землёй отдельных масс подчинено закону всемирного тяготения Ньютона. По закону Ньютона сила притяжения между двумя точечными массами и , находящимися на расстоянии r определяется равенством:

(1)

где G – постоянная гравитационного тяготения, равная (в системе СИ, или в системе СГС).

Сила тяжести. Значение силы тяжести, вычисленное на поверхности однородного земного геоида, называется нормальным значением силы тяжести. Нормальное значение силы тяжести изменяется с широтой. При вычислении аномалий силы тяжести необходимо учитывать эти изменения.

Поле силы тяжести – естественное физическое поле, действие которого проявляется в том, что тело любой массы m притягивается Землёй с силой , где g – ускорение силы тяжести.

Сила является равнодействующей двух сил: силы притяжения и центробежной силы , т.е. (рис.1). Сила притяжения, определяемая законом Ньютона, направлена примерно к центру Земли. Центробежная сила, возникающая в силу вращения Земли вокруг своей оси, действует по перпендикуляру к оси вращения.

, (2)

где - угловая скорость, а - расстояние до оси вращения

Центробежная сила зависит от географической широты точки наблюдения. Имеет максимальное значение на экваторе, на полюсах она равна нулю. Поскольку максимальное значение центробежной силы не превышает 1/200 величины силы притяжения, а коэффициент сжатия Земли очень мал, отклонение направления силы тяжести от центра Земли не очень велико, и им часто пренебрегают.

В гравиразведке действие силы тяжести обычно относят к единичной массе, т.е. притягиваемую массу в точке Р, следует принять равной m = 1. В таком случае значение силы тяжести в точке Р численно равно значению ускорения силы тяжести .

Ускорение силы тяжести является основной измеряемой величиной в гравиразведке и его часто сокращенно называют силой тяжести.

Сила, действующая на единичную массу, называется напряжённостью поля. Таким образом, ускорение силы тяжести можно рассматривать в качестве напряжённости гравитационного поля.

Единицей измерения ускорения силы тяжести является сантиметр в секунду в квадрате (см/с²). Величина, равная 1 см/с², называется Галом (1Гал=10^-2м/с²).

В гравиразведке основной единицей является миллигал (мГал)

Рис. 1. Сила тяжести и её составляющие

Условные обозначения рис.1

Р - точка наблюдения;

F_П - сила притяжения;

F_Ц - центробежная сила;

- равнодействующая двух сил;

r - расстояние до оси вращения