Гравиразведка

1) Дать понятие метода

Гравиразведка — это способ "просвечивания" Земли с помощью измерения силы тяжести, который показывает, где внутри Земли находятся более плотные или менее плотные материалы, что помогает лучше понять, что скрывается под землей.

2) Решаемые задачи

Основные задачи включают:

1. Изучение крупных тектонических структур, таких как разломы, погружения и поднятия земной коры. Это помогает понимать общее строение территории и определять перспективные участки для разработки.​
2. Поиск нефтегазовых структур. Гравиразведка позволяет обнаружить соляные купола, антиклинали и другие геологические формы, которые могут служить ловушками для нефти и газа, тем самым помогая очертить границы месторождений.​
3. Разведка твердых полезных ископаемых, включая железистые кварциты, хромиты, полиметаллические руды и редкие металлы. Метод выявляет локальные аномалии плотности, связанные с рудными телами.​
4. Изучение тектонического строения нефтегазоносных территорий и геолого-геофизическое картирование кристаллического фундамента, выявление структур, перспективных на черные, цветные и редкие металлы.​
5. Определение формы, размеров и литолого-петрографического строения исследуемых объектов, включая прослеживание разрывных нарушений и локальных структур, благоприятных для скопления полезных ископаемых.​
6. Выполнение инженерно-геологических изысканий, таких как определение мощности ледников, выявление карстовых полостей и зон разуплотнения пород, важных для строительства и инфраструктуры.

3)  Как работает метод

Принцип работы метода:

Гравиразведка основана на измерении ускорения силы тяжести Земли, которая изменяется в зависимости от неоднородности распределения масс в земной коре. Принцип работы метода состоит в следующем: гравиметр — прибор для измерения силы тяжести — фиксирует небольшие вариации ускорения силы тяжести, возникающие из-за различий в плотности горных пород. Эти вариации называются гравитационными аномалиями.

Гравитационное поле Земли представляет собой потенциальное поле, где сила тяжести — это векторная сумма ньютоновской силы притяжения и центробежной силы, обусловленной вращением Земли. Нормальное поле силы тяжести рассчитывается теоретически, а измеренные значения сравнивают с нормой, выявляя аномалии. Они свидетельствуют о наличии неоднородностей в структуре пород, которые можно связать с подповерхностными геологическими объектами, такими как месторождения полезных ископаемых, тектонические разломы и другие структуры.​

Метод позволяет с помощью серии точечных измерений строить карту распределения силы тяжести на исследуемой территории, которую анализируют для выявления геологических особенностей. Особенность гравиразведки в том, что она не требует бурения и подходит для широких территорий, обеспечивая информацию о глубинных структурах на основе измерений на поверхности, в воздухе или на воде.​

Основная идея метода — по измеренным отклонениям ускорения силы тяжести делать выводы о плотностных неоднородностях в земной коре, что важно для разведки полезных ископаемых и геологических исследований.

Принцип работы гравиразведки основан на использовании гравиметра — прибора для измерения силы тяжести. Его основа — статический метод, где отслеживают положение равновесия тела, находящегося под действием силы тяжести и противодействующей упругой силы пружин или нитей. В гравиметре имеется маятник или подвес, который изменяет свое положение в зависимости от локальных изменений силы тяжести, вызванных неоднородностями распределения масс под земной корой.

Когда гравиметр переносится в разные точки исследуемой территории, измеряется ускорение силы тяжести в каждой точке, фиксируются мельчайшие вариации. Эти вариации (гравитационные аномалии) отражают плотностные неоднородности горных пород. Например, плотные тела создают положительные аномалии, а менее плотные слои – отрицательные.

Для повышения точности измерений приборы оснащены специальными механизмами, стабилизирующими положение маятника и компенсирующими влияние наклона прибора. Обычно гравиметр располагают так, чтобы ось вращения маятника и центр тяжести груза находились в одной горизонтальной плоскости, что уменьшает чувствительность к наклону и вибрациям.

При проведении гравиметрических съемок измерения делаются по системе точек, формирующих гравитационное поле исследуемой территории. Для корректировки результатов используют опорные точки с известными значениями силы тяжести, позволяющие компенсировать дрейф прибора и другие искажения.

В итоге по изменению ускорения силы тяжести строится карта аномалий, которая помогает выявить геологические структуры, искать месторождения полезных ископаемых и изучать строение земной коры без бурения и прямого контакта с глубинными объектами. Метод отличается высокой чувствительностью и позволяет охватывать большие территории (наземными, морскими и воздушными измерениями).

Этапы работы:

1) Подготовка к съемке. Перед началом работ выбирают точки наблюдений на местности, формируют сетку измерений в зависимости от масштаба задачи (региональная или детальная съемка). Подготавливают гравиметр, проверяют его калибровку и исправность.

2) Измерение ускорения силы тяжести. В каждой точке прибор устанавливают на ровной поверхности, добиваясь стабильного положения. Оператор ориентирует гравиметр так, чтобы маятник внутри приюравновешивался в нейтральном положении.

3) Фиксация изменения силы тяжести. Гравиметр регистрирует отклонение маятника из-за локальных изменений гравитационного поля, вызванных неоднородностями в плотности горных пород под землей. Отклонение фиксируется микрометром или другими датчиками.

4) Компенсация погрешностей. Для точности учитывают поправки на:

• эффект высоты и рельефа местности;
• временные изменения силы тяжести (например, приливы);
• дрейф прибора и температурные изменения;
• наклоны установки.

5) Повторные измерения. Для надежности часто измеряют в одной точке несколько раз и на соседних опорных пунктах, чтобы учесть системные погрешности и получить относительные значения.

6) Обработка данных. Собранные данные сопоставляют с теоретической моделью нормального гравитационного поля, выделяя аномалии. Эти аномалии интерпретируют для определения геологических структур и поиска полезных ископаемых.

7) Комбинирование с другими методами. Для более точного результата гравиметрические данные часто дополняют магнитометрией, сейсмикой и другими геофизическими методами.

4) Схема измерения

5) Оборудование

1.Классические наземные гравиметры

• Измеряют локальные изменения силы тяжести с точностью до нескольких мГал.
• Пример модели: Autograv CG-5 от компании Scintrex — автономный гравиметр с блоком управления и треножником, широко используемый в наземной разведке.

2.Аэрогравиметры

• Используются на борту самолетов или вертолетов для съемок больших территорий.
• Позволяют измерять поле силы тяжести на ходу с высокой скоростью (100–200 км/ч).
• Пример: аэрогравиметрические комплексы Scintrex и других производителей.

3.Скважинные и подводные гравиметры

• Применяются для измерений в скважинах и под водой.
• Часто конструкция включает кварцевый астатический маятник в водонепроницаемом корпусе.
• Пример: донные гравиметры, применяемые для морских исследований, чувствительная система автоматически ориентируется горизонтально.

4.Акселерометрические гравиметры

• Современные приборы с микроэлектромеханическими сенсорами (MEMS), иногда интегрируемые в комплексные системы.

6) Дополнительные характеристики

Радиус исследований в гравиразведке варьируется от нескольких метров до нескольких десятков, а иногда до сотен километров в зависимости от целей и масштаба исследования. Гравиразведка способна изучать неоднородности на глубинах от нескольких метров (например, при детальном обследовании горных выработок) до порядка 200 километров (например, при исследовании мантии Земли).

Разрешающая способность гравиметра зависит от точности прибора и условий съемки. Современные гравиметры могут измерять изменения силы тяжести с точностью до 0,1-1 мГал (миллигаль), что позволяет выявлять даже небольшие аномалии в плотностном распределении. Однако разрешающая способность по глубине ограничена тем, что более глубокие структуры создают более слабые и сглаженные аномалии на поверхности, что снижает детализацию карт. В среднем минимальный размер объекта, который можно обнаружить, зависит от его глубины: чем глубже залегает объект, тем крупнее он должен быть для надежного выявления.

7) Ограничения метода

Тест