WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI"

Kamil Malinowski
4 lat temu
Przeglądów:

1 YBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI Ćwiczenie 4: Grawimetria poszukiwawcza. Badanie zaburzenia grawitacyjnego oraz zmian drugich pochodnych gradientowych. prof. dr hab. inż. Janusz Bogusz Zakład Geodezji Satelitarnej i Nawigacji

2 Grawimetria nauka zajmująca się pomiarami przyspieszenia ziemskiego g, tj. natężenia pola siły ciężkości, a także ich wykorzystaniem w technice i naukach przyrodniczych. zakres grawimetrii wchodzą pomiary zmian pola siły ciężkości w czasie i przestrzeni oraz pomiary pochodnych wyższych rzędów potencjału pola siły ciężkości (gradiometria). yniki pomiarów grawimetrycznych stosuje się głównie do: wyznaczania kształtu Ziemi (geoidy); badania zmian pola grawitacyjnego Ziemi w przestrzeni zewnętrznej (pływy); badania budowy wnętrza Ziemi.

3 Grawimetria stosowana Pod koniec wieku XIX pojawia się przyrząd skonstruowany w 1896 roku przez Loránda Eötvösa ( ) działający na zasadzie wagi skręceń Cavendisha pozwalający na wyznaczenie wartości drugich pochodnych potencjału siły ciężkości.

Charles'a Coulomba, który badał za jej pomocą siły

4 Grawimetria stosowana waga skręceń Cavendisha (skonstruowana została niezależnie przez Johna Michella i Charles'a Coulomba, który badał za jej pomocą siły elektrostatyczne; Henry Cavendish użył jej do wyznaczenia stałej grawitacji G).

5 Grawimetria stosowana wadze skręceń Eötvösa, nazwanej wagą skręceń drugiego rodzaju, ciężarki m1 i m znajdują się na różnych poziomach.

6 Grawimetria stosowana Służy ona do pomiaru gradientu poziomego siły ciężkości (drugiej pochodnej potencjału siły ciężkości). Podaje, jak zmienia się przyspieszenie ziemskie na jednostkę długości w danym kierunku i ma zastosowanie w celach geologicznych. Fakt ten zapoczątkował zastosowanie pomiarów grawimetrycznych do wykrywania złóż kopalin użytecznych oraz innych praktycznych aplikacji.

7 Grawimetria stosowana Tak powstała grawimetria stosowana (poszukiwawcza), wśród której wyróżnia się: grawimetrię geologiczną; mikrograwimetrię; grawimetrię górniczą; grawimetrię inżynierską. Interpretacjom podlegają przeważnie wartości anomalii Bouguera zestawione na zdjęciach grawimetrycznych.

8 Atlas grawimetryczny Polski Czesław Królikowski, Zdzisław Petecki, Atlas Grawimetryczny Polski, (Państwowy Instytut Geologiczny, arszawa, 1995). ykonano go na podstawie szczegółowego zdjęcia grawimetrycznego dla punktów pomiarowych.

9 Atlas grawimetryczny Polski Pomiary na lądzie przeprowadzono w latach (wykonane grawimetrami typu Ascania, Scintre, Sharpe, Soden i orden), pomiary na morzu w latach Dokładność pomiarów na lądzie wynosiła dla sieci podstawowej ±00 nm/s, natomiast dla pomiarów wypełniających ±350 nm/s. Średni błąd pomiaru rzędnej punktu pomiarowego: ±5 cm.

10 Atlas grawimetryczny Polski Anomalie Bouguera były wyliczone dla zarówno stałej, jak i zmiennej gęstości warstwy redukowanej. artości anomalii pierwotnie wyznaczone względem pola normalnego Helmerta zostały przeliczone względem pola normalnego w systemie GRS80.

11 Atlas grawimetryczny Polski Atlas składa się z czterech tablic: 1. Mapa grawimetryczna Polski. Anomalie Bouguera, gęstość warstwy zredukowanej.67, skala 1: Mapa grawimetryczna Polski. Anomalie Bouguera, gęstość warstwy zredukowanej zmienna, skala 1: Mapa grawimetryczna Polski. Anomalie regionalne, skala 1: Mapa jednostek grawimetrycznych Polski, skala 1:

12 Interpretacja zdjęć grawimetrycznych 1. Metody jakościowe: metodą średnich; metodą najmniejszych kwadratów z użyciem wielomianów - lub 3-stopnia; metoda analitycznego przedłużania anomalii w górę, metoda analitycznego przedłużania anomalii w dół, metoda wyższych pochodnych pionowych.. Metody ilościowe: metody pośrednie; metody bezpośrednie.

13 Interpretacja zdjęć grawimetrycznych Metody bezpośrednie wykorzystują charakterystyczne cechy rozkładu anomalii siły ciężkości lub jej wyższych pochodnych. Celem tych metod jest wyznaczenie głębokości występowania struktury i jej kształtu. Dzielą się na: 1. metody doboru,. metody punktów charakterystycznych, 3. metody całkowe.

14 Interpretacja zdjęć grawimetrycznych Metody doboru polegają na wykorzystaniu atlasu (albumu) teoretycznych krzywych anomalii, obliczonych dla ciał zaburzających o prostych kształtach geometrycznych. Dla określonej formy ciała zaburzającego atlas zawiera zestaw krzywych teoretycznych w zależności od ustalonego parametru tego ciała. Pomierzoną krzywą anomalii siły ciężkości wykreśla się w układzie i skali atlasu i szuka się zgodności tej krzywej z krzywą teoretyczną, posługując się zestawem takich krzywych, których kształty są zbliżone do kształtu krzywej pomierzonej.

15 Ćwiczenie nr 4 Narysuj wykresy rozkładu zaburzenia grawitacyjnego g [nm/s ] oraz zmian drugich pochodnych gradientowych z oraz zz [1/s 10-9 ] w płaszczyźnie Oz, w promieniu ±100 km nad ciałem zbudowanym z perydotytu, aproksymowanym przez kulę o promieniu R=10 M+N km, znajdującym się na głębokości h 1 =75 km pod terenem płaskim. yznacz wartości zaburzenia grawitacyjnego dla punktów charakterystycznych.

16 Ćwiczenie nr 4 Zaburzenie grawitacyjne: g j = G M r j cosα j g j = G M h 3 ( ) + h j h = h 1 + R

17 Ćwiczenie nr 4 Punkty charakterystyczne rozkładu anomalii: dla dla 0 1 g oraz ma 1 g ma

18 Ćwiczenie nr 4 Punkty charakterystyczne rozkładu anomalii: h h h = h 3 h = h 3 = = h h 3 3

19 Drugie pochodne potencjału Pierwsze pochodne potencjału są rzutami przyspieszenia siły ciężkości na osie,y,z układu odniesienia. Potencjał jako funkcja trzech zmiennych niezależnych ma sześć drugich pochodnych: z y z y z y,,,,, oznaczanych jako: = yy yz z y zz yy,,,,,

20 Drugie pochodne potencjału Drugie pochodne:,, z noszą nazwę gradientowych. yz Odgrywają one ważną rolę w grawimetrii stosowanej, a w szczególności w mikrograwimetrii, gdyż mierząc ich wartości można wykrywać niejednorodności ośrodka skalnego (litosfera) małych rozmiarów (tektonika uskokowa). zz

21 Ćwiczenie nr 4 Pochodne gradientowe: ( ) ( ) ( ) ( ) h h M G z g h h M G g j j zz j j z + = = + = =

22 Zadania rachunkowe przyjmuję do r., do godz CSE.

Podobne dokumenty

WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI

WYBRANE ELEMENTY GEOFIZYKI Wykład 4: Geofizyka środowiskowa i poszukiwawcza. prof. dr hab. inż. Janusz Bogusz Zakład Geodezji Satelitarnej i Nawigacji Prawa autorskie do prezentacji Materiały te przeznaczone