Лекция № 1. 2. История развития гравиразведки

1. Сущность метода.

2. История развития гравиразведки.

3. Вклад отечественных ученых в развитие гравиразведки.

4. Применение гравиразведки.

5. Сила тяжести.

1. Гравитационная разведка - метод разведочной геофизики, основанный на изучении поля силы тяжести на поверхности Земли или вблизи от неё. Гравиразведка является одним из методов исследования геологического строения верхних частей Земли, поисков и разведки полезных ископаемых. Основан метод гравиразведки на изучении свойств поля притяжения, источником которого являются массы черных пород. На земной поверхности поле притяжения складывается с полем центробежной силы, образуя поле силы тяжести, или гравитационное поле.

По объекту изучения гравиразведка является составной частью более общей науки - разведочной геофизики, одной из прикладных наук о Земле. По методу исследования (изучение физического поля) гравиразведка является частью науки об измерении силы тяжести - гравиметрии (от латинского «gravitas» - тяжесть и греческого «метреу» измеряю).

Изучение поля силы тяжести - гравитационное поле Земли, его анализ и интерпретация дают возможность делать выводы о распределении неоднородных по плотности масс в земной коре, следовательно, и о строении земной коры.

2. История развития метода.

Всем известно, что сила тяжести есть сила, с которой любое тело притягивается к Земле. Начало экспериментальному изучению силы тяжести, было положено Г. Галилеем, проводившим опыты над падением тел под действием силы тяжести. Он показал, что мерой силы тяжести является ускорение, которое силе тяжести сообщает свободно падающему телу. В 1950г. Г. Галией определил численное значение ускорения свободного падения. В честь Галилея внесистемная единица ускорения (1см в 1 с за 1 с) названа Гал. На практике применяется миллиГал = 1/1000 Гал. = 1 Гал х 10^-3.

В 1972г. французский астроном Рише установил, что маятниковые часы отстают в низких широтах. Объяснение этому факту дал в своей работе Ньютон, который сформулировал закон всемирного тяготения и сделал попытку теоретически определить фигуру Земли. Этим было положено начало гравиметрии.

Мысль о связи силы тяжести с внутренним строением Земли впервые высказал М.В. Ломоносов. Им были сделаны попытки построить прибор для регистраций вариаций силы тяжести во времени.

Развитию значений о гравитационном поле способствовали работы К. Маклорена, П. Лапласа, А. Лежандра, С. Пуассона, К. Гаусса, А. Стокса, Д. Грина и др. ученых, создавших теорию потенциала физического поля, которая явилась теоретической основой не только гравиметрии, но и других отраслей физики.

В 1887г. Ф. Гельмерт на основе обобщенных гравиметрических измерений вывел формулу нормального распределения силы тяжести на земной поверхности.

В 1881г. Штернек создал маятниковый прибор для относительных определений силы тяжести.

Изобретения в 1896г. венгерским физиком Р. Этвешем гравитационного вариометра, измерявшего горизонтальную составляющую градиента силы тяжести, позволило применять гравиметрию для решения геологических задач.

3. Вклад отечественных ученых в развитие гравиразведки.

В нашей стране внедрению гравиметрического метода разведки способствовало изучение Курской магнитной аномалии, начатое в 1919г.

Основоположниками отечественной разведочной геофизики являются П.П. Лазарев, П.М. Никифоров, А.А. Михайлов, Г.А. Гамбурцев, Э.Э. Фотиади и др.

В 1923г. по инициативе геофизиков Горного института в Петербурге был организован первый научно-исследовательский геофизический институт - Институт прикладной геофизики (ИПГ), в котором работала группа гравиметристов под руководством Б.В. Нумерова. Большой вклад в развитие гравиразведки, как метода разведочной геофизики внесли такие ученые, как Н.Н. Михайлов, Н.Н. Черепанов, Э.Э. Фотиади и др.

Первые отечественные вариометры были созданы в институте прикладной геофизики в 1925г. Никифоровым П.Н. Дальнейшее усовершенствование их проводилось под руководством С.Е. Александрова в 1927г. в Астрономическом институте (г. Петербург). Большое значение для упорядочения всех гравиметрических исследований в СССР имело постановление Совета труда и обороны от 20 сентября 1932г. о проведении общегосударственной маятниковой съемки. Этим постановлением определялась густота сети (1 пункт на 1000 кв.км.) и очередность районов съемки. К 1939г. была закончена маятниковая съемка Европейской части СССР, некоторых районов Западно-Сибирской и Средней Азии.

Результаты определений силы тяжести использовались для решения задач региональной геологии, тектонического районирования территории.

В 1947г. во Всесоюзном институте разведочной геофизики был создан кварцевый гравиметр с жидкостной температурной компенсацией, позже в 1951г. во ВНИИ Геофизике был сконструирован кварцевый гравиметр астазированный. Разработчиками его являются К.Е. Веселов, П.И. Лукавченко. Создание статических гравиметров позволило резко поднять производительность и повысить точность измерений, что значительно расширило круг задач, решаемых гравиметрическим методом.

Методы интерпретации гравитационных наблюдений и теоретические основы разведочной гравиметрии изложены в трудах Н.М.Никифорова, Б.В. Нумерова, Г.А. Гамбурцева, Б.А. Андреева, А.К. Маловичко и др. ученых. На основе этих исследований решены задачи геологического истолкования гравитационных аномалий.

Расчет гравитационного эффекта тел заданной формы, определение наложения формы, размеров тела по результатам гравиметрических измерений рассматриваются в работах Г.А. Гамбурцева, Д.С. Микова, А.А. Непомнящих, О.Н. Шванка, К.Ф. Тяпкина, А.К. Маловичко.

Разделение гравитационного эффекта нескольких тел, выражение одних характеристик поля через другие, трансформации поля приводятся трудах А.Н. Тихонова, Н.Г. Клушина, К.В. Гладкова, Страхова,

Привлечению аппарата функции комплексного переменного для интерпретации гравитационных аномалий посвящены работы. С.В. Шалаева, В.Н. Страхова,

Использование методов интегральных преобразований, а также теории случайных функций рассматриваются в работах К.В. Гладкого, Н.Т. Клушина, С.С. Серкерова, Л.А. Халфина.

В методику комплексной интерпретации результатов гравитационных и геологических исследований внесли работы А.Д. Архангельского, В.В. Федынского, Д.Н. Година, Э.Э. Фотиади, Б.А. Андреева, С.И. Субботина.

А.И. Кобрунов является продолжателем идей В.Н.Страхова и А.Н.Тихонова. Ими разработаны теоретические основы решения обратных задач гравиразведки.

Современные последователи – гравиметристы - это ученые, работающие в Москве, Киеве, Перми, Петербурге, Иркутске. Это Булах, Мартышко, Никитин, Ломтадзе, Антонов и др.

4. Применение гравиразведки

Аномальное гравиметрическое поле отображает суммарное влияние плотностных неоднородностей в строении Земли. Аномалии силы тяжести в редукции Буге изменяются по поверхности Земли от -500 мГал в высокогорных районах до 400 мГал в океанах. Такой диапазон изменения не может быть объяснен лишь поверхностными факторами, влиянием региональных форм рельефа и т.д.

1. Должны иметь место значительные плотностные неоднородности в строении земной коры и верхней мантии. Поэтому гравитационная разведка применяется для изучения глубинного строения земной коры. Совместный анализ гравиразведки, сейсморазведки позволяет изучать рельеф плотностных границ в земной коре:

- гранитный слой -2,67-2,7 г/см³;

- базальтовый слой до 3 г/см³ ;

- граница. Мохо или Мохоровичича плотность пород 3.0-3,27 г/см³.

2. Изучение регионального геологического строения.

По современным представлениям земная кора имеет блоковое строение. Блоки разделены часто тектоническими нарушениями. Граница блоков отображаются

в гравиметрическом и магнитном полях. Гравиразведка применяется с целью тектонического районирования территорий.

Краевые прогибы отражаются минимумами - интенсивными отрицательными аномалиями. Границы областей, зон - отображаются высоко градиентными зонами. В платформенных областях гравитационное поле отображает поведение фундамента. Хорошо отображаются интрузии аномалии изометрической или овальной формы. Крупные антиклинальные структуры отображаются положительными аномалиями максимумами поднятия - положительные аномалии, минимумами – отрицательные, разломы - градиенты, впадины – отрицательные аномалии. Применяемые масштабы: 1:1 000 000, 1:500 000, 1:200 000.

3. Геологическое картирование закрытых территорий.

Высокоточные гравиметрические съемки применяются при картировании геологических съемок на закрытых четвертичными отложениями территориях.

Применяемый масштаб: 1:50 000, 1:25 000.

4. Поиски структур перспективных на нефть и газ, трассирование барьерных рифов данных построек.

Крупные антиклинальные складки отображаются в поле ∆g положительными аномалиями (интенсивностью от 5 до 10 мГал). Масштабы: 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000. Рифы - 1:50 000, 1:25000, сечение карт гравитационного поля 0.25-0.5 мГал.

Поиск по сайту: