Теоретические основы метода На сегодня достоверно

Теоретические основы метода

§ На сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий (не считая поля Хиггса): § Гравитационное; § Электромагнитное; § Сильное (я дерное взаимоде йствие); § Слабое (ответственное за бета-распад атомных ядер и медленные распады частиц)

§ Сила тяжести — сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела. § По определению, сила тяжести на поверхности планеты складывается из гравитационного притяжения планет ы и центробежной силы инерции, вызванной суточным вращением планеты Здесь G — гравитационная постоянная, равная примерно 6, 67545× 10− 11 м³/(кг·с²)

§ Гравита ция (притяже ние, всеми рное тяготе ние, тяготе ние) (от лат. gravitas — «тяжесть» ) — универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. В приближении малых скоростей и слабого гравитационного взаимодействия описывается теорией тяготения Ньютона, в общем случае описывается общей теорией относительности Эйнштейна. Гравитация является самым слабым из четырёх типов фундаментальных взаимодействий. В квантовом пределе гравитационное взаимодействие должно описываться квантовой теорией гравитации, которая ещё не разработана. § http: //www. esa. int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/Earth_s_gra vity_revealed_in_unprecedented_detail

§ Тёмная эне ргия (англ. dark energy) в космологии — вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением § Согласно опубликованным в марте 2013 года данным наблюдений космической обсерватории «Планк» , общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной на 95, 1 % состоит из тёмной энергии (68, 3 %) и тёмной материи (26, 8 %)[3][4][5].

§ Гравиразведка – сокращенное название разведочной гравиметрии. Гравиразведка является одним из методов исследования геологического строения верхних частей Земли. § По методу исследования (изучение гравитационного поля) гравиразведка является составной частью науки об измерении силы тяжести – гравиметрии (от латинского gravitas – тяжесть и греческого µετρεω – измеряю). § Начало гравиметрии связано с именем И. Ньютона, который в 1678 году в работе «Математические начала натуральной философии» сформулировал закон всемирного тяготения.

§ Для земного сфероида Международной ассоциацией геодезии в 1975 г. установлены следующие параметры:

§ Реально на Земле, за счет вращения её вокруг своей оси, помимо сил гравитации действует ещё и центробежная сила Силы, действующие на материальную точку на поверхности Земли Fн - сила Ньютоновского притяжения, R - расстояние между центрами масс m и M, т. е. радиус Земли; P - центробежная сила r - радиус вращения материальной точи ω - угловая скорость вращения Земли. F – сила тяжести.

§ Реально на Земле, за счет вращения её вокруг своей оси, помимо сил гравитации действует ещё и центробежная сила § Величина P изменяется от нуля на полюсе (r=0) до максимума на экваторе. Но даже на экваторе отношение (P/F) ≤ 1/288, поэтому сила тяжести почти целиком определяется силой притяжения, а ускорение силы тяжести практически равно ускорению притяжения Силы, действующие на материальную точку на поверхности Земли

§ Теорема Клеро — закон, описывающий зависимость между параметрами сфероида, силой тяжести на его поверхности и коэффициентами разложения гравитационного потенциала. где G — значение ускорения силы тяжести на экваторе, m — отношение центробежной силы к силе тяжести на экваторе и f — величина сплюснутости земного эллипсоида (где = a — большая полуось, b = малая полуось Земли соответственно).

§ Вышеприведённая формула Клеро для расчёта величины земного тяготения впоследствии была заменена более точным уравнением Сомильяна (выведено итальянским математиком Карло Сомильяна. где для Земли: G = 9. 7803267714 м/с²; k = 0. 00193185138639; e = 0. 00669437999013 § В последствии формула многократно уточнялась. Приведем одну из них – формулу, принятую в 1930 году на международном геодезическом конгрессе в качестве международной (формула Кассиниса): § γ = 978049 (1 + 0, 0052884 sin 2φ — 0, 0000059 sin 2 2φ)

§ В геологии за теоретическую поверхность Земли принята более сложная фигура, чем сфероид, названная геоидом § Геоид можно определить как одну из уровенных поверхностей потенциала силы тяжести. Поверхность геоида совпадает с поверхностью невозмущенного океана, в любой точке которого вектор силы тяжести нормален к поверхности воды над геоидом Сплюснутый сфероид

§ Единицей ускорения в системе СИ является м/с 2. § В гравиметрии традиционно используют более мелкую единицу – Гал, названный так в честь Галилео Галилея (1 Гал= 1 см/с2). В среднем на Земле ускорение силы тяжести g=981 Гал. § Массы изучаемых объектов обычно очень малы (если только не идет речь о строении Земли, как планеты), поэтому в практике гравиметрии и гравиразведки применяется величина в 1000 раз меньшая – миллигал (м. Гал).

§

§ h – абсолютная высота точки наблюдения в метрах, σ – средняя плотность пород в этом слое в г/см 3

§ В районах с сильно пересеченным рельефом поправка за промежуточный слой становится слишком грубым приближением и возникает необходимость учитывать влияние рельефа с помощью введения дополнительной поправки. § Такая поправка называется топографической или за окружающий рельеф. § При высокоточной съемке возникает необходимость учета притяжения Луны и Солнца. Это дополнительное притяжение возникает приливах в твердой оболочке Земли, и достигает максимальных значений в четверть метра. Влияние солнечно-лунного притяжения учитывают с помощью специальных графиков, полученных по астрономическим данным. Максимальное значение поправки для Луны – 0. 25 м. Гал, для Солнца – 0. 1 м. Гал.

§

§ Сила тяжести есть производная потенциала силы тяжести по направлению к центру Земли. § Первые производные потенциала силы тяжести W представляют собой проекции ускорения силы тяжести на соответствующие координатные оси. В гравиразведке широко используются и вторые производные. – сила тяжести.

§ Под градиентами силы тяжести понимаются вторые производные W, которые характеризуют скорость изменения вертикальной составляющей силы тяжести по соответствующим осям: § Градиенты W xz и W yz называются горизонтальными градиентами, W zz – вертикальным градиентом. Единицей измерения градиентов является этвеш (Е) в, названная в честь венгерского геофизика. Один этвеш соответствует изменению силы тяжести в 0. 1 м. Гал на 1 км.

§ Гравиметр (от лат. gravis — тяжёлый + meter) — прибор для измерения напряженности гравитационного поля. Различают два способа измерения силы тяжести: абсолютный и относительный. В последнем измеряют приращение относительно значения g в некотором исходном пункте. Относительная погрешность определения g гравиметром ~10− 7— 10− 9. § Гравиметры, предназначенные для абсолютных измерений, обеспечивают погрешность 0, 03— 0, 07 м. Гал, полевые для относительных измерений — 0, 1— 0, 01 м. Гал, донные и скважинные — 0, 1— 0, 3 м. Гал, морские — 0, 5— 3 м. Гал, аэрогравиметры — до 4 м. Гал. § В зависимости от метода измерения гравиметры разделяются на статические и динамические.

§ Гравиметр (от лат. gravis — тяжёлый + meter) — прибор для измерения напряженности гравитационного поля. Различают два способа измерения силы тяжести: абсолютный и относительный. В последнем измеряют приращение относительно значения g в некотором исходном пункте. Относительная погрешность определения g гравиметром ~10− 7— 10− 9. § Гравиметры, предназначенные для абсолютных измерений, обеспечивают погрешность 0, 03— 0, 07 м. Гал, полевые для относительных измерений — 0, 1— 0, 01 м. Гал, донные и скважинные — 0, 1— 0, 3 м. Гал, морские — 0, 5— 3 м. Гал, аэрогравиметры — до 4 м. Гал. § В зависимости от метода измерения гравиметры разделяются на статические и динамические.

§ В гравиразведке в основном применяют гравиметры с пружинными чувствительными системами. § + баллистические гравиметры. Принцип действия баллистического гравиметра основан на измерении пути и времени свободного падения тела в вакууме. Этот принцип позволяет использовать естественные (и наиболее точно определенные) стандарты длины и времени. Перемещение падающего тела измеряется интерферометрическим методом - мерой длины служит длина волны лазера

Трехмерная модель гравитационного потенциала Земли

A new marine gravity model of the central Indian Ocean, which is poorly charted and includes the presumed crash site of Malaysia Airlines Flight 370. The red dots represent strong earthquakes.