Методика гравіметричних досліджень

Залежно від поставлених задач гравіметрична зйомка поділяється: регіональну (оглядову), пошукову та детальну (розвідувальну). Регіональна зйомка має на меті вивчити аномалії сили тяжіння великих регіонів, щоб відтворити картину будови земної кори.

Відстань між пунктами спостережень змінюється у межіх від 1 до 10 км. Пошукова зйомка своєю метою має виявлення локальних структур, перспективних на вміст корисних копалин та організацію їхнього пошуку.

Відстань між пунктами спостережень становитиме <1км. Детальна зйомка проводиться з метою розвідування окремих дрібних структур та родовищ. Відстань між точками – менше 100м.

За своїм характером гравіметрична зйомка має два різновиди: маршрутну, профільну та площинні.

Маршрутна зйомка виконується окремими профілями, які планують навхрест очікуваного простягання геологічних структур.

Вона застосовується, коли проводять рекогнисцирувальні, рідше – пошукові роботи.

Основним видом зйомки є площина коли весь район покривається рівномірною сіткою спостережень. Вибір густоти точок спостережень залежить від масштабу зйомки, характеру поля сили тяжіння, очікуваних розмірів і глибини залягання об’єктів, які розвідуються. Оптимальним є крок спостережень, який у 1,5¸3 рази менше передбаченої глибини залягання та 1,5¸2 рази менше очікуваних розмірів пошукового геологічного об’єкту.

Відносні значення сили тяжіння вимірюють гравіметрами поелі давно у кожному пункті відносно однієї початкової, базової точки району досліджень, яка має прив’язку до пунктів загальнодержавної опорної мережі, для кожного з яких абсолютні значення сили тяжіння є відомими. На території України існують сітки базових пунктів І та ІІ класу. Пункти І класу розташовані один від одного на відстані 200¸500 км. Створення базової сітки 1 класу проводиться з похибкою 1×10^-6¸15×10^-6 м/с². Відстані між пунктами ІІ класу 100¸300 км.

У будь-яких серіях вимірювань, який би тип прикладу не використовувався для вимірювання різниці сили тяжіння, та хоч як би ретельно не усували зміщення нуль-пункта прибору, все ж накопичуються помилки. У зв’язку з цим, заміри сили тяжіння на великих територіях повинні проводитись по декільком з’єднаних між собою замкнених ходів. Якщо ця мережа буде містити декілька пунктів з відомими вже абсолютними значеннями сили тяжіння, то визначення різниці сили тяжіння між цими пунктами в поділках шкали приборів дозволить визначити ціну поділки цієї шкали.

У зв’язку з цим при гравіметричній зйомці на великих площах спочатку створюється мережа польових базових точок, які мають у зв’язку з базовими точками регіональної мережі країни, а потім вже виконують звичайні спостереження у всіх точках району.

Абсолютні значення сили тяжіння у кожній точці можна отримати шляхом алгебраїчного підсумування абсолютного значення сили тяжіння в початковій (базовій) точці та відносного значення сили тяжіння у вибраній точці.

Відстань між точками робочої базової сітки вибирають такою, щоб оператор при проведенні чергових рейсів мав можливість брати відліки на базових пунктах кожні 2¸4 години. Залежно від масштабу зйомки ця відстань коливається від 1 до 2 км. Пункти базової (опорної) сітки повинні бути рівномірно розташовані по площі, доступ до них повинен бути зручним, а самі вони повинні бути такими, щоб їх можна було відразу помітити.

Спостереження в точках опорної мережі виконуються з підвищеною точністю (~ у 2 рази вище, ніж у точках звичайної мережі за рахунок більш чутливих та точних гравіметрів або багаторазових спостережень) завершеними рейсами, у які входять також 1-2 базові початкові точки державної мережі. Бажано, щоб базова мережа вміщувала також і усі магістральні профілі звичайної сітки. Усі звичайні рейси повинні починатись і закінчуватись на точках опорної (базової) сітки. Так враховується зміщення нуль-пункта. Звичайні спостереження проводять або ж по методиці однократних спостережень, або ж вторинним проходженням якоїсь частини точок на зворотньому шляху.

Методикою однократних спостережень передбачається, що рейс починають з опорної точки, а потім проводять заміри у звичайних точках, а у ввечері – на тій же самій опорній точці. На протязі дня необхідно зробити 2-3 відліки на базових точках.

Коли проводяться заміри з повтореннями початкові заміри виконуються на одній опорній точці. Повторними замірами охоплюють 1/3 точок. Контрольними та повторними спостереженнями охоплюють від 10 до 30 звичайних точок.

Індивідуальні особливості приладу визначаються шляхом його систематичних перевірок. Сюди входить і визначення ціни поділки, температурного коефіцієнту та зміщення нуль-пункту.

Визначення ціни поділки за звичаєм виконуються на спеціальних полігонах, на яких є 5¸7 пунктів зі змінами значень сили тяжіння у межах 1,2×10^-6¸2×10^-6 м/с² від пункту до пункту (загальна різниця 0,8×10^-6¸1×10^-6 м/с²). Виконують декілька рейсів та визначають ціну поділки: . Еталонування виконують на початку, у кінці сезону та після кожного ремонту апаратури. Температурний коефіцієнт визначається термостатуванням, коли нагрівають та охолоджують прилад у робочому діапазоні температур. Так знаходять поправку за температуру. Зміщення нуль-пункта оцінюють шляхом повторних визначень показників приладу різні години та точках з відомими значеннями (на базових точках).

Щоб забезпечити високу точність проведення робіт необхідно мати високу точність топогеодезичних робіт, що супроводжують гравіметричні дослідження, та за допомогою яких обраховуються географічні координати пунктів спостережень, їхні перевищення над рівнем моря, а також геометрія навколишньої місцевості. Отже, похибка оцінки координат пункту спостережень тільки на 100м на висоті 1 м дає похибку оцінки нормального значення сили тяжіння порядку 8×10^-7 м/с².

Результатом гравіметричної зйомки по кожному пункту розраховується аномалія сили тяжіння:

, де , - спостережне та нормальне значення сили тяжіння на початковому та опорному пункті; - приріст сили тяжіння у одному пункті по відношенню до опорного; , , - редукції сили тяжіння (- редукція Фая, - редукція Бун, - топопоправка).

Основним підсумковим матеріалом гравіметричних зйомок є гравітаційні карти ізоанамал сили тяжіння та графіки по профілях .

Ізолінії на карті ізонамал будують через кожні 2-3s, де s - середньоквадратична похибка звичайної мережі спостережень: , де - загальна кількість всіх спостережень, - число повторних спостережень. Коли карти розфарбовують, тоді для додатних значень використовують оранжево-коричневі тони, а для від’ємних – зелені тони.

Варіаметричні та градієнтометричні зйомки проводять з метою детального геологічного картування та пошуку локальних рудних тіл, зон тріщинуватості, контактів порід та інших. Пункти спостережень при цьому необхідно розмістити на рівній місцевості на віддалі від глибоких ярів та височини.

За останні роки з достатнім успіхом виконуються гравіметричні зйомки за допомогою приладів, які розміщені на кораблях, підводних човнах і літаках. З цією ж метою застосовують маятникові прилади, а також статичні гравіметри. У такому разі маятникові заміри використовують у якості опорних. На мілководді (2¸3 м) ці дослідження здійснюють звичайними гравіметрами, які закріплюють на спеціальних штативах. Для вивчення шельфу (глибина 200¸300м) використовують спеціальні донні гравіметри.

На глибоководні виміри проводять спеціальними (надводними та підводними) гравіметрами. Розрахунок аномалій за даними морських та повітряних гравіметричних зйомок здійснюється з врахуванням великої кількості поправок. Ці поправки, зумовлені рухом корабля, поправки за глибину або висоту, рельєф дна моря, протягання шаром води, який є між поверхнею та пунктом спостереження, за густину земної кори та води. Досягнута на теперішній час точність подібних зйомок становить 1×10^-5¸2×10^-5м/с² на підводному човні та 1×10^-5¸2×10^-5м/с² на борту звичайного корабля.

Великого значення у випадку кореляції за густиною розрізів свердловин, визначення густини розбурених тіл, обчислення гірського тиску та акустичності жорсткості гірських порід набувають гравіметричні спостереження у свердловинах. Вони виконуються спеціальними свердловинними гравіметрами.

Більш детальнішу інформацію про аномальне гравітаційне поле території отримують, використовуючи варіаметричну зйомку за допомогою варіаметрів та градієнтометрів.

Особливо ефективною є варіаметрична зйомка (варіаметрія) у пошуці та розвідуванні невеликих об’єктів, що розміщені на незначних глибинах.

Варіаметричну зйомку виконують по системі паралельних профілів. Відстань міжпрофілями та відстань між точками на профілі вибирають з таким розрахунком, що при вимірюванні певної заданої точності зміни величини, яка визначається, між двома сусідніми точками можна було б рахувати лінійними. Практично ж Практично ж крок зйомки з варіометром може бути менше 10 м. Прилад встановлюють на спеціально підготовленій рівній площадці радіусом не менше 2 м. У зоні 50 м виконують спеціальне геометричне нівелювання, що ввести топографічну поправку. Врахування впливу рельєфу місцевості за межами 50 метрової зони виконується за допомогою гіпсометричних карт великого масштабу. Відповідна поправка має назву картографічної.

Результати варіаметричного знімання зображають у вигляді карт векторів та кривин, карт ізоаномалпохідних та , кривих градієнтів кривин.