🗊Презентация Гравиметрия, или гравиразведка. (Лекция 5)

Гравиметрия Лекция 5.

Гравиметрия, или гравиразведка – метод геофизики, изучающий пространственные изменения силы тяжести. Гравиметрия, или гравиразведка – метод геофизики, изучающий пространственные изменения силы тяжести. Последние обусловлены многими факторами, но геологов интересуют в основном те, которые связаны с неодинаковой плотностью горных пород. Гравиметрия изучает очень слабые вариации ускорения свободного падения g (миллионные доли его полной величины)

5.1 Закон всемирного тяготения

Если одна из масс - большая

Если масс (источников гравитационного поля) несколько

Если тело не точка и не шарик?

Гравитационный потенциал: скаляр вместо вектора

Притяжение слоистой сферической Земли

5.2 Плотность минералов и горных пород

Жидкая фаза

Минералы: плотность зависит от Пористости; Средней атомной массы; Упаковки (ионный радиус, валентность, тип связи) Плотность рудных минералов определяется в большей степени атомной массой, а породообразующих – упаковкой

Классификация минералов по плотности

Магматические породы

Осадочные породы

Метаморфические породы

Метаморфические породы

Метаморфические породы: как правило Первично осадочные породы уплотняются Магматические породы становятся легче Бывают и исключения: (рассланцевание магматических пород без их перекристаллизации и изменения химического состава при слабом динамометаморфизме)

Измерение плотности Гидростатическое взвешивание образцов

Избыточная плотность

5.3 Редукции силы тяжести Единицы измерения: м/с2 – слишком много см/с2=10-2 м/с2 =Гал - тоже слишком много 10-5 м/с2 = 10-3 Гал=мГал

Зависимость силы тяжести от широты: теоретическое описание на основе эллипсоида вращения Референц-эллипсоид – эллипсоид вращения с экваториальным радиусом 6378 км и полярным радиусом 6357 км (сжатие 3.3 10-3); Зависимость поля референц-эллипсоида от широты: γ= γ0(1+с1sin2(φ)+c2sin4(φ)), γ0=9.78031846 м/с2, с1=0.005278895, с2=0.000023462 (модель GRS 1967 г.)

Аномалия силы тяжести

Резюме: последовательность редукций

5.4 Измерение гравитационного поля

Или пружина с рычагом

Необходим “усилитель”- принцип астазированного гравиметра

Смещение нуля гравиметра

Как учесть смещение нуля?

5.5 Интерпретация гравитационных аномалий Простейший случай: аппроксимация реальных геологических объектов телами простой формы Составные тела и их подбор Однозначно ли решение, которое мы получаем?

5.4.1 Аномалии тел простой формы Горизонтальный круговой цилиндр Материальная полуплоскость Уступ Шар

Горизонтальный круговой цилиндр

Складка: модель эквивалентная цилиндру по полю: два столь разных объекта могут создавать тождественно равные поля

Горизонтальная полуплоскость: “гравитационная ступень”

Уступ

Вертикальный пласт

Наклонный пласт

Шар

Резюме

Выводы Знак аномалии Δg определяется знаком избыточной плотности: над относительно «легкими» (σ < 0) объектами фиксируются отрицательные аномалии, а над более плотными (σ > 0 ) — положительные; Экстремальные значения Δg наблюдаются над центрами тяжести этих объектов, а их интенсивность прямо пропорциональна избыточной плотности и обратно пропорциональна для вытянутых тел глубине, а для изометричных тел - квадрату глубины.

Выводы Форма аномалий Буге ( ΔgБ ) на картах и графиках тесно связана с пространственным положением избыточных масс: под вытянутыми (двумерными) аномалиями залегают вытянутые структуры или геологические тела, под изометричными — округлые в плане объекты; Существует аналитическая или статистическая связь между абсциссами характерных точек кривых Δg и глубинами залегания тел, что позволяет, аппроксимируя их телами простых геометрических форм, решать обратную задачу гравиразведки. При этом некоторые параметры, например h, рассчитывают однозначно. Для определения других параметров, например V, требуется привлечение дополнительных данных (избыточной плотности); Чем глубже залегает объект, тем более широкую и расплывчатую (региональную) аномалию создает он на земной поверхности.

5.4.2 Метод подбора – моделирование гравитационного поля

2D подбор по палетке

Подбор поля впадины полем совокупности пластов

5.6 Изостазия а. Рассуждения о механике: брусок и гиря

Толстый и тонкий брусок

Положим сверху брусок с другой плотностью

Если снять нагрузку?

Какие геологические процессы мы моделировали?

Классические модели изостазии

Современная модель

Всюду ли наступила изостатическая компенсация?

Гляциостатическое поднятие Фенноскандии

Финляндия прирастает изостазией! 

Примеры практических работ

Тезисы - гравиметрия Большие или малые изменения g нам интересны? Что такое редукции и для чего они нужны? От чего зависит плотность минералов? Плотность осадочных, магматических и метаморфических пород? Какие параметры источников аномалий можно определить имея только гравитационное поле? Сколь быстро затухает поле с погружением для цилиндра, сферы? Зависит ли амплитуда гравитационной ступени от глубины залегания уступа? Что такое изостазия? Когда она нарушается, по каким признаком об этом можно судить? Есть ли пример нарушения изостазии вблизи от нас?