Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Дисциплины:
2022-11-24 | 38 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
При вычислении аномалий силы тяжести, согласно формуле (12.18), необходимо сравнить наблюденные и нормальные значения силы тяжести. Силу тяжести обычно измеряют на физической поверхности Земли, тогда как нормальные ее значения определены для поверхности сфероида, близкой к уровню моря. Возникающую проблему иллюстрирует рис. 12.2, где показан лежащий над уровнем моря слой с плотностью ст, верхняя граница которого определяется рельефом местности, а точка наблюдений на поверхности находится на высоте h относительно уровня моря. Для вычисления аномалий силы тяжести необходимо, чтобы нормальное поле силы тяжести соответствовало уровню пункта наблюдений и условиям наблюдения. Поэтому в нормальные значения силы тяжести у вводится поправка или редукция за высоту точки наблюдения, снимающая эти расхождения и приводящая вычисленные нормальные значения к уровню пункта наблюдений, а из наблюденного значения поля g„ вычитают влияние масс, залегающих выше уровня моря. Задачу приведения к поверхности, называемую редуцированием силы тяжести, решают введением трех поправок: за высоту точки наблюдения, за влияние масс промежуточного слоя и за рельеф местности.
Поправка за высоту учитывает разницу значений нормального поля на уровне наблюдения и уровне моря. Притяжение масс, расположенных между физической поверхностью и уровнем моря, этой поправкой не учитывается. Поэтому поправку за высоту называют также поправкой за «свободный воздух» или поправкой Фая. В грубом приближении, если форму Земли представить шаром, нормальное значение силы тяжести можно принять равным
, (12.22)
|
где М - масса Земли; R - средний радиус Земли.
Поправку за высоту определим как разность значений нормального поля на двух уровнях Земли с радиусами R и R+h:
(12.23)
При вычислении (12.23) учтено, что . Подставив в выражение (12.23) численные значения входящих в него величин - значение силы тяжести и R - 6370 км, получим
(12.24)
где h - в м, - в мГал. Как следует из выражения (12.24), сила тяжести уменьшается примерно на 0,3 мГал на каждый метр высоты. Поправку за высоту вводят в значения со знаком минус при наблюдениях выше уровня моря и со знаком плюс при наблюдениях ниже этого уровня.
Вводом поправки за притяжение промежуточного слоя учитывают влияние масс слоя, расположенного между указанной пунктиром вспомогательной поверхностью и уровнем моря и имеющего мощность, равную h (см. рис. 12.2). Этот плоскопараллельный слой принимается бесконечным и называется промежуточным слоем. Поправка за промежуточный слой вводится по формуле
(12.25)
где - средняя плотность пород промежуточного слоя. При превышении высоты точки наблюдения над уровнем моря эту поправку в наблюденные значения силы тяжести вводят со знаком минус. Если точка наблюдения находится ниже уровня моря, то знак поправки за промежуточный слой положительный.
Смысл поправки за рельеф состоит в том, чтобы скорректировать наблюденные значения за влияние вызванных рельефом масс, расположенных как выше, так и ниже верхней горизонтальной поверхности промежуточного слоя. Если около пункта наблюдений находится впадина рельефа, то учитывается недостаток масс, если возвышенность - то избыток масс. При вводе поправки за промежуточный слой автоматически вычитается влияние отсутствующих во впадине масс, что приводит к уменьшению силы тяжести. При наличии возвышенности ее массы также уменьшают наблюденное значение силы тяжести, поскольку сила их притяжения направлена вверх. Поэтому поправку за рельеф вводят в всегда со знаком «плюс».
|
Поправки за рельеф представляются в виде суммы гравитационных влияний кольцевых или прямоугольных зон, окружающих каждую из точек наблюдения. Для этого существуют специальные методики расчета поправок и соответствующее программное обеспечение. Эти поправки должны определяться особенно тщательно при измерениях на сильно пересеченной местности.
Суммарная поправка за высоту, промежуточный слой и рельеф называется поправкой Буге и при наблюдениях выше уровня моря она будет равна
(12.26)
Цель ввода поправки Буге - получить картину вариаций силы тяжести, зависящую только от горизонтальной неоднородности распределения плотностей горных пород, залегающих ниже поверхности нормального сфероида. После введения этих поправок получают уточненное по сравнению с (12.18) выражение для аномального значения силы тяжести, получившее название аномалии Буге.
(12.27)
Профили и карты аномалий силы тяжести в редукции Буге являются основным материалом для последующей интерпретации гравиразведочных данных.
Описанные выше поправки удовлетворяют большинству стандартных гравиметрических съемок, однако в особых случаях высокоточных съемок и, наоборот, съемок регионального характера поправки требуют уточнения, а также требуется ввод дополнительных поправок.
В первом приближении считается, что гравитационное поле постоянно, однако реально оно меняется во времени. Медленные изменения связаны с плавными процессами внутри Земли, однако существуют и более быстрые изменения, вызываемые притяжением Луны и Солнца, а также собственными колебаниями Земли, вызываемыми землетрясениями. Силы притяжения Луны и Солнца создают упругие приливы в твердой оболочке Земли, амплитуды которых могут достигать до 70 см. Важно, что в отличие от других причин эти приливы являются периодическими и их амплитуду можно оценить для любого заданного момента времени в любой точке. Поэтому при высокоточных гравиметрических наблюдениях необходимо вводить поправки за притяжение Луны и Солнца, поскольку они могут превышать точность измерений.
|
Определяющую роль при вычислении аномалий Буге играет выбор плотности промежуточного слоя: если плотность принять слишком малой, то возможна прямая корреляционная зависимость значений аномалий от рельефа физической поверхности; если же плотность слоя завышена, то будет наблюдаться отрицательная корреляционная зависимость. При определении аномалий силы тяжести берутся разные варианты плотности промежуточного слоя: средняя плотность осадочного чехла 2,30 г/см3, средняя плотность земной коры 2,67 г/см3, а также истинная (реальная) плотность промежуточного слоя по результатам лабораторных измерений образцов горных пород.
Отсутствие корреляции аномалий Буге с высотами физической поверхности справедливо для небольших по размерам областей. При рассмотрении больших по размерам областей земной поверхности оказывается, что между значениями аномалий Буге и высотами существует достаточно тесная связь, однако если поправку за массы промежуточного слоя не учитывать, то такой связи не наблюдается. Следовательно, образующие земную кору массы в региональном плане не оказывают особого влияния на значения гравитационного поля, что можно объяснить только компенсацией масс: избытку масс над земной поверхностью (горным массивам) соответствует недостаток масс под ней и, наоборот, недостатку масс на дневной поверхности соответствует избыток масс под поверхностью Земли. На явление компенсации масс указывает наличие значительных отрицательных аномалий Буге в горных областях и положительных - в областях с пониженным рельефом. Это обстоятельство привело к возникновению теории изостазии. Под изостазией понимается равновесное состояние, в котором находятся литосфера и верхняя мантия. Согласно этой теории, на некоторой определенной глубине должна существовать поверхность равного давления со стороны вышележащих масс - поверхность компенсации.
Литосфера имеет различные мощности и плотности, подчиняющиеся определенным закономерностям. Одинаковые по площади основания отдельных вертикальных блоков литосферы должны оказывать одинаковое давление на поверхность компенсации. Существует три гипотезы изостатической компенсации - Пратта, Эри и Венинг-Мейнеса. Первые две гипотезы исходят из того, что земная кора состоит из отдельных свободно перемещающихся относительно друг друга блоков.
|
По гипотезе Пратта литосфера состоит из отдельных блоков одинаковой массы, но различной плотности (рис. 12.3, а). Согласно закону Архимеда, блоки одинаковой массы погружаются в магму на одинаковую глубину. Давление на поверхность компенсации S, расположенную на этой постоянной глубине Т от уровня моря, будет одинаковым по всей Земле. Тогда условие равновесия по Пратту можно записать следующим образом - для континентов: ; для океанов: . Здесь - плотность каждого из блоков; Н - высота над уровнем моря; h - глубина моря; 1,03 - плотность морской воды, г/см3.
По гипотезе Эри литосфера также состоит из отдельных блоков, но плотность их одинакова. Блоки плавают в более плотной, но вязкой астеносфере (см. рис. 12.3, б). Согласно закону Архимеда, чем выше блок, тем глубже он погружается в астеносферу. Следовательно, мощность земной коры для горных областей должна быть больше (т.е. существуют корни гор), для океанических областей - меньше. Согласно этой гипотезе, , где и — плотность и мощность коры, и - плотность верхней мантии и глубина погружения коры в мантию. Поверхность одинакового давления в данном случае соответствует глубине погружения самого высокого блока. Из рис. 12.3, б видно, что нижняя граница земной коры является зеркальным отображением физической поверхности Земли - чем выше дневная поверхность, тем глубже залегает нижняя граница земной коры и наоборот.
Рис. 12.3. Схемы изостазии:
а - по Пратту; б - по Эри; в - по Венинг-Мейнесу
Гипотеза Венинг-Мейнеса учитывает силу сцепления между соседними блоками и представляет усовершенствованную гипотезу Эри, когда литосфера рассматривается в виде некоторой упругой плоской пластины, которая прогибается под действием масс, возвышающихся над уровнем моря (рис. 12.3, в). Особенности гипотез Эри и Венинг-Мейнеса подтверждаются имеющимися сейсмическими данными о глубинном строении земной коры: мощность земной коры под континентами находится в пределах от 30 до 70 км, в то время как мощность океанической коры изменяется от 5 до 15 км. В складчатых областях континентов горы поднимаются над уровнем моря на 4...8 км, а земная кора под ними погружается в среднем на глубину 40...60 км; в платформенных областях континентов земная кора углубляется на 30...35 км.
Схема изостазии является основой для введения специальной поправки при вычислении аномалий силы тяжести - изостатической поправки. Она состоит из двух частей: первая снимает влияние всех масс над уровнем моря - это топографическая поправка (ее не следует путать с поправкой за окружающий рельеф), вторая добавляет влияние компенсирующих масс, поместив их внутрь Земли так, чтобы дополнить земную кору до ее невозмущенного состояния (до постоянной плотности в гипотезе Пратта или до постоянной мощности в гипотезе Эри).
|
После введения этих двух поправок точка наблюдений окажется находящейся в воздухе над лишенной всех неровностей поверхностью Земли. Поэтому для приведения силы тяжести к уровню моря требуется введение поправки за высоту (свободный воздух), равной 0,3086 h. Изостатическая аномалия силы тяжести
(12.28)
Изостатическая поправка обычно уменьшает аномалии силы тяжести и приводит к их сглаживанию. В практике гравиразведки изостатические поправки вводятся только при работах регионального характера.
ПЛОТНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Гравитационные аномалии, как отмечалось выше, возникают только в том случае, если горные породы, слагающие земную кору, различаются по плотности и границы между ними не горизонтальны. Дифференциация пород разреза по значениям плотности определяет возможность применения и эффективность гравиразведки: чем больше различаются по плотности породы, слагающие целевой объект и вмещающие его породы, тем больше гравитационная аномалия, создаваемая этим объектом. Разность плотностей вмещающих пород и пород объекта, создающего аномалию, называется избыточной плотностью.
В гравиразведке приходится рассматривать объемную плотность горных пород, которая определяется как отношение массы т горной породы к ее объему Ω:
(12.29)
В общем случае горные породы - гетерогенные среды, состоящие из веществ в твердой, жидкой и газообразной фазах. Плотность горной породы определяется отношением массы вещества всех трех компонент, слагающих породу в условиях естественного залегания (т.е. при естественных давлении, температуре, влажности и т.п.), к ее объему. Объемная плотность пород зависит от плотности зерен, слагающих скелет , плотности флюида , коэффициента пористости и вычисляется по следующей формуле:
(12.30)
Магматические и метаморфические породы имеют малую пористость (1-2 %), и их плотность определяется в основном минералогическим составом; плотность метаморфических горных пород зависит от вида и степени процессов метаморфизма. Осадочные породы, как правило, характеризуются большим диапазоном изменения пористости (за исключением гидрохимических осадков), и поэтому плотность одних и тех же их разностей изменяется в широких пределах. В табл. 12.1 приведены сведения о плотности магматических, метаморфических и осадочных пород.
Плотность магматических пород увеличивается от кислых пород к основным. У метаморфических пород плотность определяется исходным материалом, а также степенью метаморфизма. Диапазон изменения плотности осадочных пород достаточно широк. Поэтому значения плотности, приведенные в табл. 12.1, ориентировочны. Как правило, плотность одинаковых по литологии осадочных пород возрастает с увеличением глубины их залегания.
Средние плотности, находящихся в породах минерализованных вод 1,05 г/см3, нефти 0,8 г/см3, углеводородных газов г/см3.
Таблица 12.1
|
|
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!