Основные теоретические сведения.

Гравиразведка

Лабораторный практикум

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Гравиразведка” для студентов специальностей 130201 - геофизические методы поисков и разведки МПИ и 130202 – геофизические методы исследования скважин очной и заочной формы обучения.

Томск 2005 г.

УДК 550.83:502.7

Гравиразведка. Лабораторный практикум. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 130201 - геофизические методы поисков и разведки МПИ и 130202 – геофизические методы исследования скважин.

Томск: Изд. ТПУ, 2005 - с.

Составитель: доцент, канд. геол.-мин. наук Гусев Е.В.

Рецензент: доцент, канд. геол.- мин. наук Номоконова Г. Г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию

методическим семинаром кафедры геофизических методов поисков

и разведки МПИ 23 октября 2005 г.

Зав. кафедрой,

проф., д-р геол.-мин. наук __________________ Л. Я. Ерофеев

Лабораторная работа №1

Методы измерения силы тяжести. Устройство гравиметров.

Цель работы: знакомство с принципами измерения силы тяжести и устройством основных типов разведочных гравиметров.

Задание.

Ознакомиться с основными принципами измерений ускорения силы тяжести, изучить устройство чувствительной системы кварцевых разведочных гравиметров, особенности работы с ними и сделать выводы об особенностях методики гравиметрической съемки, ответив на приведенные в конце вопросы. Выполнить письменный отчет.

Основные теоретические сведения.

Измерения ускорения силы тяжести бывают двух видов: абсолютные и относительные. При абсолютных измерениях определяется полное значение ускорения силы тяжести g в пункте наблюдений. Относительные измерения заключаются в определении разности (приращения) Dg силы тяжести между пунктами наблюденний или отношения силы тяжести на двух пунктах g₂/g₁. Для определения Dg сравнивают показания одного и того же прибора на исходном и определяемом пунктах.

Все существующие методы измерения силы тяжести могут быть разделены на динамические и статические. Динамическими называются методы, при которых наблюдается движение тела под действием силы тяжести, а непосредственно измеряемой величиной является время, необходимое телу для перехода из одного фиксированного положения в другое. Статическими называются такие методы, в которых наблюдается изменение положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой силы, уравновешивающей ее, а непосредственно измеряемой величиной является линейное или угловое смещение тела с постоянной массой.

К динамическим методам относятся:

1. Маятниковый метод, основанный на зависимости периода Т свободных колебаний маятника от величины силы тяжести g (формула Гюйгенса):

, (1)

где - длина маятника.

Отсюда .

Обычно длину физического маятника трудно измерить с большой точностью, поэтому используют либо специальные оборотные маятники, либо проводят относительные измерения (если в одном из пунктов известно полное значение силы тяжести g₁). В последнем случае, если измерить периоды качания маятника в двух пунктах Т₁ и Т₂ , то:

Т₁²/ Т₂² = g₂/ g₁, (2)

или g₂= Т₁²/ Т₂² * g₁.

2. Баллистический метод основан на зависимости времени падения тел в вакууме (t) от значения силы тяжести (g):

h = g t² / 2, или g = 2h / t², (3)

где h - высота, с которой падает объект при нулевой начальной скорости.

Из-за требований высокой точности определения величин h и t, только в 60-х годах 20 века, с применением лазерной техники, появилась возможность конструировать приборы для измерения силы тяжести этим методом.

3. Струнный метод основан на измерениях собственных поперечных колебаний струны, натянутой грузом. Частота колебаний (f) идеально гибкой струны определяется:

, (4)

где L - длина струны, M - масса груза, подвешенного на струне, - линейная плотность струны (г/см) отсюда:

. (5)

Этот принцип в абсолютных измерениях не используется из-за сложностей определения эффективной длины реальной струны.

Приборы, созданные на основе рассмотренных выше методов, называются соответственно маятниковыми, баллистическими и струнными гравиметрами. Из-за большого их веса и малой производительности эти гравиметры используются в основном для решения геодезических задач или для создания сети опорных гравиметрических пунктов, на которых измеряются полные значения ускорения силы тяжести g.

Для гравиразведочных целей чаще всего используют статические методы относительных измерений силы тяжести. В этих методах измерения осуществляются по принципу компенсации, т.е. действие силы тяжести компенсируется упругими силами пружин, газов или жидкости и система при действии силы тяжести остается в равновесии. Мерой силы тяжести служит величина компенсирующей силы.

Наибольшее применение в гравиразведке получили статические гравиметры, в конструкции которых для повышения чувствительности системы применен принцип астазирования. Принцип измерений и конструкция чувствительной системы у всех этих гравиметров одинаковы, а внешние различия продиктованы спецификой среды измерений. Основные типы разведочных гравиметров следующие:

1. Для наземных измерений - ГАК-7Т, ГР/К-1, ГР/К-2, -старые обозначения (гравиметр разведочный кварцевый, цифры 1 или 2 обозначают класс точности гравиметра; ГНУ/К-А, ГНУ/К-В, ГНУ/К-С - новые обозначения (гравиметр наземный, узкодиапазонный, кварцевый; А, В, С - классы точности приборов) и др.

2. Донные гравиметры - КДГ - Ш, ГАК - 7ДТ и др.

3. Скважинные гравиметры - ГСК - 110.

4. Морские набортные гравиметры ГМН - К.

По характеру действующих упругих сил гравиметры с пружинными системами подразделяют на приборы с поступательным движением грузика, прикрепленного к пружине (гравиметры первого рода), и приборы с вращательным движением рычага - маятника (гравиметры второго рода). В гравиметрах второго рода использован принцип вертикального сейсмографа академика Н. Б. Голицына. Особенно широкое применение получили гравиметры второго рода, упругая система которых изготовлена из плавленого кварца (кварцевые гравиметры).

Рассмотрим принцип устройства этого типа гравиметров.