Наука об измерениях величины, характеризующих земное поле силы тяжести Использование данных измерений: Для определения фигуры Земли Для изучения внутреннего строения Для учета воздействия притяжения Земли на движение Луны, ИСЗ и КА Для решения прикладных задач, геодезии, геологии, геофизики, астрономии и метрологии

Изучение напряжения силы тяжести, как потенциала силы тяжести по направлению ее большего измерения

Сила с которой тело притягивается к Земле Равнодействующие силы тяготения и центробежные силы, возникающих на поверхности Земли и действующих на точечную массу Равнодействующие силы тяготения, массы на поверхности Земли со всеми массами Вселенной и силой вызванной вращением Земли Статистическое давление, которое 1гр массы не зависимо от объема оказыв на подвес неподвижно укрепленный на Земле

Единицей измерения в гравиметрии является Гал (1 см / с²) названная в честь итальянского учёного Галилео Галилея. В начале XX века был определён абсолютный стандарт силы тяжести Земли, основанный на гравиметрических измерениях в Потсдаме (сила тяжести в Потсдаме мГал), однако уже в 30-е годы XX века были получены данные о том, потсдамский стандарт завышен на мГал. Результатом стало создание единой мировой опорной гравиметрической сети International Gravity Standardization Net (IGSN), в 1971 г. она была принята вместо потсдамской системы (стандарт IGSN 71), в которой абсолютный стандарт силы тяжести Земли, не привязанный к координате, составляет ,8 мГал.

Аномалия силы тяжести – разность между действительным измеренным и нормальным теоретическим значением силы тяжести. g=g-γ Аномалия силы тяжести

Нормальное теоретическое значение – эллипсоид, который подходит ко всей Земле в целом, масса его равна массе реальной Земли при совпадении осей вращения и центров инерции и масс. γ 0 = ( 1 + 0, sinφ – 0, sin 2 2φ) Нормальное теоретическое значение силы тяжести

Редуцирование силы тяжести – приведение значения силы тяжести на какую-либо поверхность.

δg св. в. = -0,3086(1+0,00071 cos2φ)H γ g св. в. = g – γ 0 + 0,3086H γ

δg п. с. = -2πfσ g б. = g – (γ 0 + δg св. в. ) + δg п. с.

Метод при котором наблюдается движение тела, непосредственно измеряемой величиной является промежуток времени, в течении которого данное тело переместиться из одного фиксированного положения в другое.

Метод при котором наблюдается положение равновесия постоянной массы удерживаемый силой упругости. При этом измеряемой величиной является линейное или угловое смещение массы.

периода колебания свободного маятника, качающегося под действием силы тяжести; периода колебания маятника, совершающего колебания под действием силы тяжести и упругой пластины; скорости падения тел; частоты колебания струны; скорости вытекания жидкости через узкое отверстие.

Гипсометрический – сравнение результатов измерения давлений атмосферы при помощи ртутного барометра и гипсометра. Барометрический – измерение высоты столбика ртути, находящегося в равновесии при одновременном действии упругости замкнутой массы газа и силы тяжести. Измерение изменения положения массы, находящейся в равновесии под действием силы тяжести и упругой силы (пружины).

Абсолютное определение – когда непосредственно из наблюдений находится ускорение силы тяжести. Относительное определение – нахождение разности квадратных корней между силой тяжести практической и показательной.

Математический маятник Материальная точка подвешена на нерастяжимой нити и совершает колебания вокруг неизменяемой оси

Физический маятник Абсолютно твердое тело совершает период качания около оси, при этом предполагается что ось качания маятника неподвижна и качания совершаются только под действием силы тяжести

Оборотный маятник Физический маятник с двумя параллельными осями качания.

прибор предназначенный для относительного определения силы тяжести статистическим методом.

Гравиметр Ломоносова На грузик действуют две силы: упругая и сила тяжести. Под действием этих сил грузик занимает положение статистического равновесия. С изменением ускорения вес тела изменяется и оно занимает новое положение- линейное перемещение Изменение S этого тела служит мерой изменения силы тяжести. F(l-lo) – коэффициент упругости пружины F(l-lo)=-mg При изменении ускорения СT на g величина изменяется на S.

Изменение длины пружины регистрируется при помощи фотоэлектронного устройства

газовые металлические кварцевые

с поступательным перемещением масс с вращательным неастазированным перемещением масс с вращательным астазированный перемещением масс

геофизические геодезические донные морские скважинные

широкодиапазонные узкодиапазонные

Большая производительность работ Высокая точность измерений Простота обработки Малые габариты

Ограниченный диапазон измерений Гравиметры требуют эталонирования Имеют смещение 0-пункта (отсчет по гравиметрам меняется со временем)

Эталонирование Смещение 0-пункта Определение температурных характеристик Определение времени стояния отсчета Диапазонные измерения силы тяжести Определение чувствительности Юстировка уровней

Определение цены деления гравиметра. Можно определить: Методом наклона Методом навески грузиков Из наблюдения на пунктах с известной разностью силы тяжести C= g /(S 1 -S 2 ) Условия использования данного метода - отн-ся ошибка в определении g не должна превышать отн. оси в определении цены деления.

Если на одном и том же пункте наблюдений провести измерения силы тяжести в течение продолжительного времени (часа более), то отсчеты, взятые по микрометру гравиметра, будут разные. Разброс значений отсчетов, пересчитанный в миллигалы, может достигать несколько десятков миллигал, то есть значительно превосходить интересующие аномалии силы тяжести. Изменение во времени показаний гравиметра в одном и том же пункте наблюдений называется смещением нуль-пункта гравиметра. Смещение нуль-пункта гравиметра вызвано неидеальной упругостью измерительной системы: под нагрузкой упругие свойства материала, из которого изготовлен чувствительный элемент гравиметра, изменяется но времени. График изменения отсчетов по гравиметру во времени, называемый графиком смещения нуль-пункта прибора, в общем случае представляет кривую линию, характер которой зависит от конструкции прибора и его индивидуальных особенностей. В процессе полевых работ смещение нуль-пункта гравиметра тщательно изучают для последующего введения поправок в результаты полевых наблюдений. Графики смещении нуль-пункта обычно строят по результатам повторных наблюдений в одних и тех же пунктах в различные моменты времени в течение рабочего дня.

а)гравиметр устанавливают и закрепляют на подвижной платформе вибрационного стенда в рабочем положении и совмещают отсчетный индекс с отсчетным штрихом окулярной шкалы; б)прибор подвергают вибрации в течение 10 минут с частотой 20+2 Гц и амплитудой 0.2 ± 0.05мм, после чего установку выключают; в)в течение 20 минут снимают отсчеты по гравиметру: в течение первых пяти минут - не реже чем через каждую минуту, а далее - не реже, чем через каждые две минуты; g i =C(s i -So), в которой 5,- - значение текущего отсчета в делениях отсчетной шкалы; С - цена оборота отсчетного устройства; д) построение графика g ; - = f(t i ). По оси абсцисс откладывается время в минутах, по оси ординат - отсчеты по шкале гравиметра в мГал. На графике проводят две прямые параллельно оси абсцисс: первую - через точку графика, соответствующую моменту времени t = 20 мин; вторую - ниже первой на рас­стоянии, равном средней квадратической погрешности единичного измерения е, вычисляемой по формуле ε = ε 0 + k(d-d 0 ), где d - значение верхнего предела измерений гравиметра без перестройки диапазона, мГал; ε,εo,do - коэффициенты, соответствующие гравиметру данного класса точности. Выбираются из ГОСТ [4, табл. 2]. Из точки пересечения второй линии с кривой g f = f(t i ) проводят парал­ лельно оси ординат прямую, отсекающую на оси абсцисс отрезок, соответст­вующий времени становления отсчета t cm. Полученное значение времени ста­новления отсчета не должно превышать значения ГОСТ [4].

Гравиметр устанавливают в термокамеру и через 1 час берут отсчёт. Затем устанавливают гравиметр в камеру холода, делают те же определения, и снова помещают в термокамеру. K t = (S 2 -S 1 )/(T 2 -T 1 ) Таким образом определяют температурный коэффициент и размах температуры, при которой можно работать с гравиметром. В случае, если наблюдения выполняются при другой температуре, в отсчёты вводится поправка за температуру (при повышении точности измерений так же добавляют поправку за смещение нуль-пункта).

Гравиметр нивелируется и берут отсчёт. Затем наклоняют гравиметр на одно деление и снова берут отсчёт. Если он больше начального отсчёта, то гравиметр наклоняют в другую сторону на одно деление. Если и в этом случае отсчёт больше исходного, следовательно уровень отъюстирован. Если же получили отсчёт меньше исходного, то гравиметр юстируют до тех пор, пока отсчёты не сравняются. Юстировку производят исправительными винтами, выводя пузырёк на середину.

Гравиметр приводят в исходное положение и микрометренным винтом устанавливают минимальный отсчёт, при этом маятник уходит из нуль-пункта. Тогда диапазонным винтом возвращаем маятник в ноль и берём отсчёт. Затем микрометренным винтов устанавливают максимальным отсчёт, маятник так же убегает, диапазонным винтом возвращают маятник в ноль и берём отсчёт. По разности отсчётов выявляем диапазон изменения силы тяжести.

Вся методика сводится к уменьшению влияния различного рода ошибок, в основном связанных со смещением нуль- пункта гравиметра. Все гравиметровые измерения выполняются в виде рейса.

совокупность гравиметрических и геодезических измерений Совокупность последних наблюдений на нескольких пунктах, объединенных общим законом смещения 0-пункта.

1. Вычисление перемещения силы тяжести заключается в следующем. Выписываются отсчёты из полевых журналов в оборотах. 2. Вводятся поправки за γ, графически по результатам исследования температурной характеристики прибора. При высокоточных измерениях поправка за температуру вводится вместе с поправкой за смещение нуль-пункта. 3. Поправка за лунно-солнечное притяжения (аналитические поправки).

4. Поправка за смещение нуль-пункта в зависимости от методики проведённого рейса. g нп = k*t 5. Вычисление g относительно исходного пункта. 6. Определение g на контрольных пунктах. Оценка точности измерений. M=δ 2 /m*k

Измерение значения силы тяжести относительно пунктов на площади исследований с целью получения картины аномалий силы тяжести. Съемку выполняют для решения задач: Изучение гравитационного поля Земли Изучение внутреннего строения Земли Разведка полезных ископаемых

Гравиметрическую съёмку, выполненную с гравиметрами называют гравиметровой съёмкой.

Съёмка, выполненная с вариометрами или градиентометрами, называется вариометрической.

Гравиметрическую съёмку, необходимую для определения гравитационного поля и поверхности Земли, называют мировой гравиметрической съёмкой. Под мировой гравиметрической съемкой понимают совокупность всех гравиметрических наблюдений, выполняемых на Земле.

Гравиметрические съемки, предназначенные для региональных геологических исследований на территориях протяжённостью в тысячи километров, называют региональной съемкой.

Гравиметрическая съемка, задачей которой является обнаружение определенных геологических объектов в районах, перспективных на полезные ископаемые, называется поисковой съемкой.

Гравиметрическая съемка, выполняемая с максимально воз­ можной точностью и высокой густотой распределения пунктов, называется детальной гравиметрической съемкой.

Площадную – гравиметрическую съемку с относительно равномерным распределе­нием гравиметрических пунктов или профилей на местности. Профильную – гравиметрическую съёмку с разницей расстояний между точками наблюдений профиля и расстояниями между профилями превышено более, чем в 5 раз.

Гравиметрическую съемку вокруг астропунктов или пунктов триангуляции, выполняемую для вычисления уклонения отвеса и астрономо- гравиметрического нивелирования, называют съемкой сгущения.

Гравиметрические измерения на море в зависимости от носителя и глубин моря подразделяют на надводные, подводные и донные. При надводных работах регистрирующая аппаратура (затушенные гравиметры и маятниковые приборы) устанавливают на надводных кораблях. Съемку с помощью гравиметров ведут в движении, а регистрацию силы тяжести вдоль профилей осуществляют в автоматическом режиме. Подводные гравиметрические работы проводят с помощью подводных лодок. Они отличаются от надводных более спокойными условиями работ (меньше качка), а значит, большей точностью, в том числе и при проведении опорных маятниковых наблюдений. Донные измерения проводят с помощью кварцевых астазированных гравиметров, заключенных в специальные водонепроницаемые контейнеры.

К особенностям подземных гравиметрических наблюдений, проводимых в горных выработках с помощью обычных кварцевых астазированных гравиметров, вариометров или градиентометров, относятся необходимость учета притяжения залегающей выше толщи горных пород и изменения объема выработки. Подземная гравиразведка позволяет решать задачи по уточнению конфигурации подсеченных выработкой геологических образований и изучению пространства около выработки.

Аэрогравиметрические съемки проводят с помощью специальных аэрогравиметров. Поле силы тяжести измеряют в движении со скоростью км/ч на высоте м. В качестве опорных используют несколько профилей, пересечение которых рядовыми профилями позволяет учесть сползание нуль-пункта гравиметров. Погрешность определения Δg Б велика и достигает ± 10 мГал.

При скважинных гравиметрических наблюдениях измерения силы тяжести ведут вдоль ствола скважины, для чего необходимо знать ее пространственное положение (наклон, азимут забоев на разных глубинах) для учета влияния масс, залегающих над точкой наблюдения. Хотя погрешность таких работ велика (±10 мГал), они оказывают существенную помощь при обработке данных наземных гравиметрических съемок.

Учет влияния неоднородности гравитационного поля целесообразно выполнять в такой последовательности: 1) расчет предельных колебаний уклонений отвеса, при которых еще можно не учитывать их влияния на результаты измерений; 2) оценка возможных колебаний уклонений отвеса в районе работ, сравнение их с допустимыми и заключение о необходимости их учета; 3) определение действительных уклонений отвеса: выбор метода определения, проектирование гравиметрической съемки, полевые работы; 4) вычисление поправок за уклонения отвеса в результаты геодезических измерений.

Основной элемент гравиметра - упругая система. Упругая система должна обладать: Стабильностью упругих свойств со временем Строго-линейной зависимостью деформации от нагрузки Специальное изготовление материалов для гравиметров

Основные механические характеристики материала для упругих систем определяемых при помощи специальных приборов. При этом составление диаграммы деформации.

Деформация упругого тела пропорциональна напряжению. На участке ОА проявляется упруго обратимые деформации. Они пропорциональны напряжению и удовлетворяют закону Гука. Pn Напряжение, при котором нарушается прямая пропорция. АВ – деформация растет быстрее и носит пластический необратимый характер Ру – наибольшее напряжение, при котором с уменьшением нагрузки не обнаруживается заметной остаточной деформации При дальнейшем увеличении нагрузки материа вновь приобретет способность сопротивлятся.

- смещение 0-пункта линейное. Кварцевая система гравиметра имеет малое смещение, но по прочности уступают металлическим.