Painovoiman tutkimus

Painovoiman tutkimus

Pääteema	geofysiikka

Painovoimatutkimus on geofysiikan tutkimusmenetelmä , joka perustuu Maan rakenteen tutkimukseen mittaamalla painovoiman kiihtyvyys ja sen ensimmäinen ja toinen derivaatta - gradientti [1] . Painovoiman muutos avaruudessa johtuu geologisten kappaleiden tiheyden heterogeenisyydestä [2] .

Sitä käytetään maan muodon tutkimiseen [3] , mineraaliesiintymien etsimiseen (öljy ja kaasu [4] , kivihiili [5] , malmi [6] ja muut [7] ), maankuoren ja ylävaipan kartoittamiseen. [8] , joka erottaa syvät siirrokset ja globaalit tektoniset rakenteet. Gravitaatiotutkimuksesta on olemassa maa- ja porareikä (maanalainen) versio [9] .

Laitetta painovoiman kiihtyvyyden mittaamiseen kutsutaan gravimetriksi , mittayksikkö on Gal (nimetty Galileo Galilein mukaan), joka on 1 cm / s².

Kuvaus

Gravitaatio

Painovoima (vetovoima) - Maan koko massan luoma voima, joka vaikuttaa yksikkömassaan, muodostaa painovoimakentän intensiteetin . Painovoima on Newtonin painovoiman ja inertiakeskipakovoiman vektorisumma , joka syntyy Maan pyörimisestä oman akselinsa ympäri. Painovoima on näin $F_t$ $F$ $C$

g=-G{\frac {M}{R^{2}}}+\omega ^{2}a

$g$ - painovoiman kiihtyvyys tai painovoiman kentänvoimakkuus, - Maan massa, - Maan säde, - Maan pyörimisen kulmanopeus , - etäisyys painovoimakentän mittauspisteestä Maan pyörimisakseliin [2 ] . $M$ $R$ $\omega$ $a$

Yllä oleva kaava pätee, jos maapallo on tasatiheyksinen pallo, mutta kuoren ja vaipan geologiset kappaleet eroavat tiheydeltä ja houkuttelevat kohdetta havaintopisteessä eri vahvuuksilla. Siksi riittävän suuressa kappaleessa, jonka tiheys on kasvanut tai pienentynyt, painovoiman kiihtyvyys on erilainen.

Painovoima on aina suunnattu Maan keskustaan ja keskipakovoima aina Maan pyörimisakselin normaalia pitkin. Napalla, jossa arvo on 0, ei ole keskipakovoimaa ja painovoiman kiihtyvyys on 983 Gal, päiväntasaajalla keskipakovoima on suurin ja = 978 Gal [2] . $a$ $g$

Normaali kenttä

Gravitaatiokenttä viittaa potentiaalikenttiin , potentiaalin arvo on yhtä suuri $W$

W=-G{\frac {M}{R}}+{\frac {\omega ^{2}}{2}}a

Saman potentiaalisen (ekvipotentiaalin) pintaa, joka osuu karkeasti yhteen merenpinnan kanssa, kutsutaan geoidiksi . Painovoimavektori on suunnattu kaikkialle pitkin normaalia geoidin pintaan. Homogeeniselle maapallolle, joka esitetään sferoidina, jokaisessa pisteessä lasketaan painovoiman kiihtyvyyden normaaliarvot ${\näyttötyyli \gamma _{0))$

\gamma _{0}=-{\frac {\partial W}{\partial n))

Normaalin painovoimakentän laskemiseen käytetään Clairaut-kaavaa :

\gamma _{0}=g_{e}(1+\beta \cdot sin^{2}\phi -\beta _{1}\cdot sin^{2}2\phi )

Neuvostoliiton ja Venäjän painovoimatutkimuksessa normaalipainovoimakentän laskemiseen käytetään Helmertin kaavaa .

\gamma _{0}=978031(1+0.005302\cdot sin^{2}\phi -0.000007\cdot sin^{2}2\phi )-14

Cassinis- kaava (vuoden 1980 versio) on laajalle levinnyt ulkomailla [10]

\gamma _{0}=978032.7(1+0.0053024\cdot sin^{2}\phi -0.0000058\cdot sin^{2}2\phi )-14

Kaikissa kaavoissa painovoiman kiihtyvyys lasketaan milligaleina.

Gravitaatiokentän gradientit

Painovoimatutkimuksessa käytetään koordinaattijärjestelmää, jossa akseli on suunnattu alaspäin geoidin normaalia pitkin, akseli on suunnattu pohjoiseen ja akseli on suunnattu itään. Näin ollen painovoimagradientit , ovat painovoimapotentiaalin toisia osaderivaataita , kun taas painovoiman kiihtyvyys on potentiaalin ensimmäinen osaderivaata suhteessa . $z$ $x$ $y$ ${\displaystyle W_{xz))$ ${\displaystyle W_{yz))$ ${\displaystyle W_{zz))$ $z$

$W_{z}={\frac {\partial W}{\partial z))=g$

$W_{xz}={\frac {\partial W_{z)){\partial x))$

$W_{yz}={\frac {\partial W_{z)){\partial y))$

$W_{zz}={\frac {\partial W_{z)){\partial z))$

Painovoimakentän gradientit osoittavat, kuinka nopeasti kenttä muuttuu vaaka- ( ) ja pystysuunnassa. Gradienttien mittayksikkö on etvos , 1 Oe = 10 -9 s -2 = 0,1 mGal/km. ${\näyttötyyli x,y}$

Anomaliat ja vähennykset

Gravitaatiopoikkeama on voimakiihtyvyyden mitatun ja normaaliarvon välinen ero

{\displaystyle \delta g_{a}=g-\gamma _{0))

Koska mittauspiste ei sijaitse geoidilla, painovoiman kiihtyvyyden mitatut arvot korjataan, eli niitä pienennetään. Muutoksia on useita.

Korjaus vapaalle ilmalle - Fayn vähennys ( , m - kenttämittauspisteen korkeus) $H$

\delta g_{a}=g-\gamma _{0}+0,3086H

Korjaus vapaalle ilmalle ja välikerrokselle - Bouguer-pelkistys ( - kivien keskimääräinen tiheys geoidin ja mittauspisteen välillä, g/cm 3 ) $\sigma$

\delta g_{a}=g-\gamma _{0}+(0,3086-0,0419\sigma )H

Maaston korjaus

Kivien ja malmien tiheys

Kivien tiheys riippuu niiden koostumuksesta, huokoisuudesta, kosteudesta ja huokostäytteen tiheydestä. Kiveä muodostavien mineraalien tiheys vaihtelee välillä 2,5 - 3,2 g / cm 3 , matalahuokoisten kivien tiheys on lähellä sitä

Muistiinpanot

↑ Arkistoitu kopio . Käyttöpäivä: 31. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 1. helmikuuta 2016. (määrätön)
↑ 1 2 3 L.M. Gorbunova, V.P. Zakharov, V.S. Muzylev, N.M. Onin. Geofyysiset etsintä- ja etsintämenetelmät / toim. V.P. Zakharov. - L .: Nedra, 1982. - S. 46-73. — 304 s.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 484.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 499.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 505.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 511.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 529.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 489.
↑ Course of gravitation exploration, 1980 , s. 533.
↑ A.V. Pugin. Painovoiman tutkimus. Osa 1 . PGNIU:n elektroninen kirjasto . PSNIU (2019). Haettu 22. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2021. (määrätön)

Kirjallisuus

Mironov V.S. Gravitaatiokurssi. - L .: Nedra, 1980. - 543 s. - 5800 kappaletta.
Blokh Yu. I., Kalinin D. F., Mikhailov V. O., Tsirel V. S. Repressed oppikirja painovoiman etsinnästä // Geophysical Bulletin. 2015. Nro 2. S. 37-41.

Linkit

Gravity Gradiometry Today and Tomorrow , South African Geophysical Association , < http://www.sagaonline.co.za/2009Conference/CD%20Handout/SAGA%202009/PDFs/Abstracts_and_Papers/difrancesco_paper1.pdf > . Haettu 27. kesäkuuta 2011. Arkistoitu22. helmikuuta 2011Wayback Machinessa

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)