Редукции наблюденных значений силы тяжести. Физический смысл поправок Фая и Буге

Гравиразведка основана на изучении (малых возмущений) аномалий поля силы тяжести, которые обусловлены тем, что плотности внутри Земли распределены неравномерно. Разведочное значение ее в том, что многие структурные ловушки находят отражение в гравитационном поле в виде положительных и отрицательных аномалий (так у нефтяных залежей гравитационная аномалия отрицательная из-за отрицательной избыточной плотности по сравнению с вмещающими породами).

В реальных условиях силу тяжести измеряют на поверхности земли, нормальное же значение силы тяжести вычисляют на поверхности геоида. Если наблюденные значения силы тяжести не согласуются с нормальными значениями, то говорят об аномалиях силы тяжести g_a= g_н - _.

Аномалией силыg_a тяжести называется разность между измереннымg_н и нормальным значениями силы тяжести _.

Геоид – это поверхность, совпадающая с невозмущенной поверхностью Мирового Океана (Сфероид – это эллипсоид вращения. Фигура Земли – сфероид R_n=6357 км, R_e=6378 км, М=5.974*10²⁴ кг).

Все наблюденные значения приводят к уровню геоида. Такое приведение называется редуцированием и заключается в введении ряда поправок:

Используются следующие редукции:

1. поправка за высоту или редукция Фая. Она учитывает высоту точки наблюдения над уровнем моря. Нормальное значение силы тяжести: _≈f*M/R², где – гравитационная постоянная, равная 6,673*10^-8 см³/г*с² (СГС), 6,673*10^-11 м³/кг*с² (СИ). После ввода получается:

δg=-2h*(_/R), δg=-0,3086*h – нормальный градиент силы тяжести

_=-0,3086*h, ∆g_Ф=g_H-= g_H-₀+0,3086*h.

Притяжение масс между физической поверхностью и уровнем моря не учитывается, поэтому редукция Фая так же называется поправкой за свободный воздух.

2. поправка за притяжения промежуточного слоя или редукция Буге учитывает плотность слоя, находящегося между наблюденной поверхностью и геоидом.

δg=2П*fsh, δg_Б = 0,0419sh,

где s -плотность промежуточного слоя. Обычно ее принимают осредненной стандартной, равной 2,30 (когда в районе развит осадочный чехол либо в равнинных районах) или 2,67г/см³ (когда карты строятся по крупным регионам и для горных районов). Плотности известны для конкретного района. Притяжение промежуточного (плоскопараллельного) слоя направлено вниз. Оно увеличивает наблюденные значения силы тяжести, поэтому поправка Буге вводится со знаком минус. Полной редукцией или полной поправкой Буге обычно называют комплексную редукцию, включающую поправки за высоту точки наблюдения и за притяжение промежуточного слоя:

δg_Б =(0,3086 – 0,0419s)h

Аномалия силы тяжести в редукции Буге:

Δg_Б=g_Н-γ₀+(0,3086 – 0,0419σ)h

3. поправка за рельеф. Обычно они вводятся в горных районах. Формы рельефа создают отклонения от бесконечно горизонтальных пластин, представления о которых положены в основу редукции Буге.

4. редукция Прея. Используется под водой или под землей ниже поверхности геоида

5. изостатические редукции используются при решении региональных глубинных геологических задач. Применение основано на различных предположениях о распределении масс в земле и учете их влияния.

6. геологические редукции или редукции Буге с переменной плотностью промежуточного слоя. Вводится при высокоточных съемках при решении задач, когда необходимо устранить влияние неоднородностей в верхней части разреза.