авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 14 |

«Вольфганг Торге rравиметрия Перевод с английского канд. техн. наук Г. А. Шанурова под редакцией канд. техн. наук А. П. Юзефовича Москва «Мир» ...»

-- [ Страница 10 ] --

лишь абсолютные измерения, то в уравнивании нет необходимости. Выполнить уравнивание сети, в которой сделаны лишь относительные измерения силы тяже­ сти, можно, зафиксировав одно значение (например, принимая значение на g g одном из пунктов как безошибочное);

можно 1 акже уравнять такую сеть как сво­ бодную В последнем случае исходный уровень определяется по аппрокси­ [461].

мации значений силы тяжести на всех пунктах сети.

На рис. приведены измеренные приращения силы тяжести (средние значе­ 9. ния), невязки полигонов и уравненные приращения дg в локальной опорной сети, измеренной с гравиметрами Ла Коста Ромберга. Исходный уровень силы тя­ жести в этой сети фиксируется ее величиной на пункте Акюрейри, связанном с МГСС-71.

Разработаны пакеты программ уравнивания гравиметрических сетей на боль­ ших и мини-ЭВМ. Приведем две разработки Института геодезии Ганнаверского университета.

Пакет программ GNLSA предназначен для большого компьютера CDC Cyber 76/ [764]. GNPREN Программа предварительной обработки выполняет пересчет отсчетов по гравиметрам в единицы силы тяжести и вычисляет поправки за земные приливы (рис. Исправленные отсчеты по гравиметрам записывают на магнитный диск и вво­ 9.3).

дят в главную программу выполняющую совместное уравнивание абсолютных GNLSA, 9.4).

и относительных измерений в сети (рис. Процедура уравнивания основана на пара­ метрическом способе, в котором в качестве измеренных величин принимают разности от Глава Рис. Местная гравиметрическая опорная сеть (масштаб не сохранен) в Северной Исландии, в скоб· 9.2.

ках указано число связей, верхнее число среднее значение измеренной величины, нижнее число - ее уравненное значение (мкм·с- невязки даны в единицах 0,01 мкм·с- (из базы 2 ), данных Института геодезии, Ганновер).

(9.19). (9.9) счетов Система нормальных уравнений строится последовательно, по мере поступления данных. После обращения матрицы коэффициентов нормальных уравнений вычисляют уравненные значения силы тяжести, калибровочных параметров и дрейфа, а (9.10), (9.12);

(9.11) также поправки из уравнивания кофакторную матрицу можно записать 9.2.5).

в память. Эти поправки можно использовать для статистического анализа (разд.

Число относительных измерений практически неограниченно, количество абсолютных зна­ чений не должно превышать а максимальное число относительных гравиметров 31, - 40.

950.

Нанбольшее число неизвестных равно Пакет Программ GRAVIТY был разработан для микрокомпьютера типа НР 9816.

HP-Basic 3. Программы составлены на языке и обеспечивают обработку и оценку данных в квазиреальном масштабе времени. Поэтому качество измерений в сети можно оценивать прямо в ходе полевых работ (рис. 9.5). Входными данными служат файлы результатов измерений (MDAT), параметров калибровки (САЦ и параметров пункта (STAT). Програм­ ма DATAIN служит для формирования и преобразования файлов данных. Программа Калибровочные таблиць изготовителя Разложение приnивного nотенциала Координаты nункта, параметрылриливов Исправленные отсчеты по гравиметру Рис. Блок-схема программы вычисления и учета поправок в грав••метричссю•х наш1ы.х 9.3. [764].

Гравиметрические съемки Иэвестн~18 кеnиброео~Н~.._....,._ _., параметр~•. немэвестн~•е nараметры каnиОровки м ~рейфа Аliсоnютн~•е оnредеnени" силь1 тяжести. значения и ковармацмоннаR матрица 3Ha'I8HMR Уравненн~•е м ковармацмоннаяматрица Рис. Блок-схема программы уравнивания гравиметрической сети 9.4. [764].

PREPRO ADJUST Рис. Блок-схема программы GRAVIТY для микрокомпьютера НР (Институт геоде11111, 9.5. Ганновер).

выполняет предварительную обработку (разд. а программа PREPRO 9.2.3), ADJUST уравнивание результатов, при этом блок содержит дополнительные данные (абсо­ GEN ( лютные значении, веса). При стандартной оперативной памяти компьютера Кбайт) в обработке могут участвовать измерений (абсолютные величины приращения) и 1400 g, может быть до неизвестных. Для предварительной обработки одного измерения с вве­ дением поправки за земные приливы с ошибкой ± 1 (или ± 1О) н м· с- 2 необходимо соот­ ветственно 18 с (или 6 с), а дли уравнивания гравиметрической сети самых больших - 10 мин.

размеров Оценка качества сети м оптимизация 9.2.5.

Методики, разработанные для оценки качества и оптимизации геодезических се­ [511, 638], тей можно использовать и для гравиметрических сетей.

308 Глава О качестве сети судят, с одной стороны, по ее точности и надежности, а с другой- по денежным затратам. Для геодинамических сетей особое значение приобретает их чувствительность при обнаружении временных изменений.

Точность сети описывается кофакторной матрицей (матрицей обратных ве­ сов) Qxx (9.11), позволяющей получить дисперсии отдельных значений силы тяже­ сти g;

по формуле (9.20а) (9.15) (9.16) С использованием и получим выражение для дисперсии приращений gj - g;

:

силы тяжести s5 = + (9.20б) Qjj - 2qu).

ilJ(q;

;

где элементы матрицы q;

;

, Qjj, Qu- Qxx· Надежность сети характеризует степень ее устойчивости по отношению к 9.2.4).

ошибкам математической модели (разд. При геодезических работах высо­ кую надежность обеспечивают, выполняя избыточные измерения при различных 9.2.2).

условиях наблюдений (разд. «Локальную» надежность обеспечивают до­ статочным числом (более двух) контрольных измерений на каждом пункте.

3- При гравиметрических работах ошибки математической модели могут в раз превышать величины, полученные при априорной оценке точности. Для абсолютных из­ мерений это обстоятельство иллюстрируется табл. в разд. Таблица содержит 5.1 5.1.6. 9. данные по региональной опорной сети, созданной с относительными гравиметрами (Ла Коста Ромберга) при неблагоприятных условиях. Эти данные указывают на большие расхождения между результатами, полученными одним и тем же прибором и разными приборами. Они достигают 0,5 мкм·с- 2, что гораздо больше величин, получаюшихся при нормальном распределении. В микрогравиметрической сети (благоприятные условия, ошибка средних значений по внутренней сходиМости ± 0,01 мкм ·с- 2 ) встречаются расхож­ дения, превышающие 0,1 мкм·с- 2 (табл. 9.2).

9.2.

Таблица Изменения средних прирашений Таблица Изменение измеренного 9. 1.

силы тяжести в микросети (МБМВ, Севр) [34] приращения силы тяжести в гравиметрической [598] сети в Северной Исландии Среднее приращение силы тяжести, мкс ·с- Приращения силы тяжести, мкм·с- Прибор Ла Коста-Ромберr Ла Коста-Ромберr G-79 G-85 4- 1- Ла Коста Ромберга 51,71 51,, +0, -0,,92,91 D,,,57,72 D,,,83,63 D -0,,,87,65 Gl -0,,,87,67 G +0,,,92 52,05 G +0, -0, 51, 51, Среднее Среднее Гравиметрические съемки Точность и надежность сети можно оценить статистическими тестами, основанными на вычислении точностных характеристик и определении поправок из уравнивания. С помощью таких тестов оцениваются:

-однородность сети (одинаковая точность по всей сети);

значимость параметров моделей, которые невозможно определить физически (члены калибровочной функции и функции дрейфа более высоких порядков);

- наличие грубых ошибок. Для их исключения эффективен метод контроля гру­ бых ошибок, называемый «data snooping» [19];

- (9.5) по оценкам дисперсионно­ параметры стохастической модели ковариационных компонент [339]. Эта модель особенно эффективна при оцен­ ке отношений дисперсий между достаточно большими и сильно связанными группами измерений (например, выполненными разными приборами);

реже поддается оценке физическая корреляция.

В результате тестирования выявляют слабые участки сети. Их можно уси­ лить, выполнив дополнительные измерения и уточниi3 параметры моделей. Луч­ ше, если при создании сети выполняется постоянный качественный контроль с дополнительными измерениями на слабых участках.

При создании высокоточных гравиметрических сетей (фундаментальные, гео­ динамические сети) рекомендуется использовать методы математической опти­ мизации сети;

соответствующие методики для геодезических сетей уже [238, 600].

разработаны Поскольку в общем случае исходный уровень силы тяже­ сти устанавливается из абсолютных измерений на пункте, условия размещения 9.2.1, которого определены в разд. оптимизации подлежит лишь проект распре­ [236].

деления измерений в сети (создаваемой или обновляемой) При этом целе­ вая функция определяет точностные требования для данной сети (кофакторная матрица которые должны удовлетворять заданным условиям (максималь­ Qxx), ная стоимость). После определения сетевой матрицы А находят весовую матрицу Pu. Если точность отдельных измерений известна, задача сводится к определе­ нию числа повторных измерений для каждой связи.

В качестве целевых функций можно использовать обобщенную точностную характеристику- след матрицы Qxx(tr Qxx) или критериальную матрицу Qxx [20].

Последняя характеризует заданную точность сети;

помимо среднеквадратических ошибок значений g в эту матрицу могут быть также введены' например, точност­ ные характеристики дg, зависящие от расстояния между пунктами. Оптимальное согласование между Qxx и можно получить по методу наименьших квадратов Qxx или с помощью линейного программирования. Затем выполняется оптимизация сети по имеющимся программам уравнивания, в которых точность, получаемая в результате каждого дополнительного наблюдения, максимизируется с каждым шагом. В работе исследована процедура формирования и аппроксимации [590] критериальных матриц для гравиметрических сетей.

Результаты оптимизации сильно зависят от вида целевой функции, припятой модели ошибок измерений (например, зависимости измеренных приращений си­ лы тяжести от длительности транспортировки), а также от налагаемых ограни­ чений. Поскольку моделирование некоторых ограничений затруднено (максимальная продолжительность наблюдений за рабочий день, плохие условия транспортировки), результаты оптимизации необходимо анализировать крити 310 Глава чески и при необходимости корректировать;

желательно решать эту задачу по­ [457].

следовательными приближениями При создании фундаменrrшльной гравиметрической сети ФРГ 1976 г. оптимизация была выполнена с помощью линейного пршраммирования последовательным мето­ [61] дом [760];

ее результаты в значительной мере определили окончательную структуру сети k = 21 пункта с приближен­ (разд. Планирование основывалось на использовании 9.2.6).

ными значениями g и на 4 пунктах абсолютных измерений (±0,15 мкм·с- 2 ). Пункты предстояло соединить 40 связями с относительными гравиметрами (ошибка среднего из 16 измерений ±0,05 мкм·с- 2, ошибка единичного измерения ±0,2 мкм·с- 2 ). При после­ довательной оптимизации точность сети характеризовалась среднеквадратической ошиб­ кой силы тяжести:

= So ~rQ,, - (9.21) Sg --.

k Целевая функция задавалась следующим образом:

tr Qo- tr Q;

max. (9.22а) = С;

Здесь и кофакторюIе матрицы величин сиЛы тяжести, полученных для начально­ Qo Q;

i го решения и после наблюдения стоимостью с;

. В качестве стоимостного параметра ис­ пользовалось время, необходимое для одной гравиметрической связи (расстояние s;

):

.., s.,~ = LJ.l;

(h) = С;

1,О ~ + (9.22б) k(k - 1) : Систематический анализ всех возможных связей позволяет определить опти­ мальное место i-го измерения в сети, а последовательная обработка всех запланирован­ ных измерений в конце концов определяет структуру сети. Пренебрежение с;

приводит к удвоению вре,менных затрат из-за многочисленных перекрывающихся измерений без су­ щественного повышения средней точности сети (9.21).

Опыт создания презиционных гравиметрических сетей многократными изме­ рениями с несколькими тщательно калиброванными гравиметрами Ла Коста Ромберга позволяет определить общий хаvактер распределения точности;

он ил­ 9.6. В люстрирован рис. будущем благодаря созданию пунктов абсолютных из­ мерений можно. будет существенно снизить рост ошибок при увеличении величины дg (или соответственно при увеличении времени транспортировки).

(мкм·с-2) Ошибка6g 1, Рис. 9.6.

Точность уравненных прнраwеннй си­ лы тяжести в высокоточной сети, по­ строенной с несколькими калиброван­ ными гравиметрами Ла Коста Ромберrа.

Гравиметрические съемки Национальные гравиметрические сети 9.2.6.

Создание национальных гравиметрических сетей начиная с конца столетия можно условно разделить на три этапа, каждый из которых имеет свои особенности.

rr.

До 1930-х национальные сети строились в Потедамской системе относи­ тельными маятниковыми измерениями (разд. В дальнейшем стали все 9.1.1).

больше применять пружинные гравиметры. При создании фундаментальных се­ тей вначале использовали и маятниковые измерения, однако в конце концов их роль свелась к определению гравиметрических калибровочных базисов. Начиная с 1970-х гг. начали создавать новые национальные сети, привязывая относитель­ ные измерения к сети МГСС-71 либо используя совместно относительные и абсо­ 9.1.2).

лютные измерения;

при этом число абсолютных измерений росло (разд. По­ строение новых гравиметрических сетей стало особенно необходимым вс.;

1едствие:

- появления системы МГСС- 71 ;

- утери заметного количества пунктов имеющихся сетей;

-повышения требований к точности и надежности сетей;

- возрастающего интереса к мониторингу временных измерений силы тяжести;

возможности использовать новые абсолютные и относительные приборы и новые методики.

Национальные гравиметрические сети, как правило, делят на несколько клас­ сов;

сети разных классов создаются последовательно, а при их обработке значе­ ния силы тяжести на пунктах высших классов считают твердыми для пунктов более низких классов (разд. Преимущества такой иерархической структуры 9.2.4).

в том, что гравиметрические данные могут использоваться до завершения по­ следнего этапа сгущения сети. Среднее расстояние между пунктами опорных се­ тей в значительной степени определяется территорией страны (для фундаментальной гравиметрической сети это км, в сети 1-го класса­ 100- несколько десятков километров, в сети 2-го класса- около км, в сети 3-го класса- несколько километров). Приведем примеры.

В Федеративной Республике Германии гравиметрическая опорная сеть 1976 г.

была создана Немецким геодезическим исследовательским институ­ (DSGN 76) [639]. том под эгидой Немецкой геодезической комиссии Сеть состоит из пунк­ та, каждый из них имеет три пункта-спутника;

на пунктах выполнены 9.7).

абсолютные определения Институтом метрологии (Турин) (рис. Согласно оптимизации сети, были сделаны гравиметравые связи. Все они измерены 1-2, 2- дважды инезависимо в последовательности двумя бригадами, каждая из которых располагала двумя гравиметрами Ла Коста Ромберга;

всего полу­ чено приращений силы тяжести. Пункты закреплены металлическими марка­ 9.8);

ми в пилонах или фундаментах зданий (рис. как правило, пункты располагались в капитальных общественных зданиях;

пример описания пункта 9.4.1. приведем в разд. Общее время измерений составило дней. В результате уравнивания по методу наименьших квадратов величины силы тяжести получены с ошибкой ±0,06- 0,11 мкм·с- 2 ;

максимальное приращение силы тяжести (8000 мкм ·с- 2 ) определено с ошибкой ± 0,15 мкм ·с- 2 • Последующие измерения предполагается проводить примерно каждые 10 лет.

312 Глава Северное Баnтийское море море 54°N км 100 Рис. (левый). Гравиметрическая опорная сеть Федеративной Республики Германии 9.7 1976 (DSGN76) [692].

Рис. (правый). Марка пункта гравиметрической опорной сети (ФРГ).

9.8 Геодезические ведомства выполиили сгущение сетями трех классов.

DSGN В табл. приведеиы информация о nлотности пунктов и другие данные для 9. земли Нижняя Саксония (47 000 км 2 ) [285]. Гравиметрические пункты совмещены с центрами плановых и высотных опорных сетей;

для укрепления пунктов 1-го 9. и 2-го классов имеются пункты-спутники. На рис. приведена схема гравимет­ DHSN рической сети 1-го класса в Нижней Саксонии. Сеть ФРГ 1-го класса была полностью измерена и уравнена в системе DSGN 76 с применением соответ­ ствующей ковариационной матрицы;

сеть содержит 289 пунктов, которые опре­ делены с ошибкой ±0,08- 0,14 мкм·с- 2 [132].

Сети предшествовали маятниковая сеть, которая создавалась начиная с DSGN г. Потедамским геодезическим институтом для обеспечения гравиметрической съемки Германии (около пунктов с шагом 50- 100 км) [596] (разд. а также Немецкая 100 9.3.6), гравиметрическая опорная сеть DSGN 62 [374]. Последняя содержала пункта маятни­ 43 ( ковых пунктов, измерения с гравиметрами Аскания, Северная Америка и Уордена), она была построена с по г. в виде петель большой протяженности и приведена в 1950 Потсдамскую систему (± 1 мкм·с- 2 ).

В США гравиметрическая опорная сеть, состоящая из пунктов (у каждого не менее трех пунктов-спутников), была создана Береговой и геодезической съем Гравиметрические съемки Рис. Сеть, класса земли Нижняя Саксония, Федеративная Ресnублика Германии 9.9. 1-ro (385].

кой США в и обновлена в с гравиметрами Ла 1966-1967 rr. 1975-1976 rr. Коста- Ромберга;

измерения выполняли по схеме петли. После уравнивания по­ лучена точность ±0,2 мкм·с- 2 • Абсолютные измерения силы тяжести образова­ ли Среднеконтинентальный калибровочный базис от Форт-Дейвис, Техас, до Грейт-Фолс, Монтана (диапазон силы тяжести 16 000 мкм·с- 2 ). Национальная геодезическая съемка Национального управления США по изучению океана и ат­ мосферы, а также ГИдрографический и топографический центр Боенно­ картографического агентства МО США планируют создание фундаментальной абсолютной гравиметрической сети;

она будет служить отсчетной для всех от­ [531] 9.10). 11 носительных измерений (рис. Сеть состоит из основных и допо­ лнительных пунктов, среднее расстояние между пунктами км. Измерения выnолняются абсолютным гравиметром (разд. В Канаде националь­ JILA 5.2.3).

ная гравиметрическая сеть также укрепляется пунктами абсолютных определений [403].

1985 Китайская гравиметрическая опорная сеть г., содержащая пунктов, была создана в Государственным геодезическим и картографиче 1982- 1985 rr.

Таблица Гравиметрические сети сгущения земли Нижняя Саксония 9.3. [385] Число Класс Плотность Число Метод Продолжительность приборов наблюдений измерений пунктов пунктов ~] 111000 км 2 Разности год 1-2, 2-1 - 1-й 1/100 км 2-й В треугольниках -5лет 115 км 3-й Измерения схеме лет -9000 1- 2 no - nетли nрофилям no в nрямом и обратном наnравлениях Глава 314 Рис. Проект rравиметрйческой оnорной сети абсолютных оnределений США: nервокласс­ 9.10. t. - [531J.

ные, о nервоклассные доnолнительные, о- второклассные nункты ским бюро Она включает пунктов абсолютных определений [650]. (±О, 1 мкм ·с- 2 ). Относительные измерения сделаны с 9 гравиметрами Л а К оста - Ромберга по схеме петли ( ± 0,2 мкм ·с- 2 );

выполнены связи с внешними, пунктами сети МГСС-71 которая не распространялась на территорию Китая. Ре­ зультаты уравнивания имеют ошибку ± 0,08 мкм ·с- 2 (для максимального прира­ шения силы тяжести ошибка равна ±О, 13 мкм ·с- 2 ).

Региональные и локальные гравиметрические с"Ъемки 9.3.

Цели работ, распределение пунктов 9.3.1.

Региональные и локальные гравиметрические съемки выполняют для решения за­ дач геодезии, геофизики и геодинамики (разд. Для трансформации и 4.2- 4.4).

интерпретации данных о гравитационном поле обычно по· измеренным величи­ нам силы тяжести находят гравитационные аномалии, на основе которых с по­ мошью интерполяции получают единообразное представление поля. Сами значения силы тяжести на земной поверхности необходимы для изучения времен­ 10.1.1.

ных вариаций. Такие исследования рассмотрены в разд.

Плотность пунктов и точность гравиметрической съемки зависят от разме­ ров территории, вида и величины исследуемых особенностей поля силы тяжести или распределения аномальных масс, порождающих это поле. При региональных съемках (национальные гравиметрические съемки, съемки обшего назначения) стремятся к равномерному распределению пунктов, локальные съемки больше ориентированы на выявление особенностей поля;

для некоторых специальных за­ дач выполняют съемку по профилям. При выборе пунктов стараются избегать близких возмущающих масс (например, крутых склонов) и создают такое распре­ деление пунктов, которое было бы представительным как в плане, так и по высо­ те (например, в горной местности пункты не выбирают только в долинах).

Ошибка точечных аномалий определяется ошибками измерений силы тяжести и 9.3.3, 9.3.4).

гравиметрической редукции (разд.

В геодезии для вычисления высот гравиметрического геоида или квазигеоида, а также уклонений отвеса необходимо знать аномалии в свободном воздухе для Гравиметрические съемки всего земного шара. Поскольку сейчас созданы глобальные модели гравитацион­ ного поля, то сбор гравиметрических данных при решении региональных и ло­ кальных задач проводится лишь для исследуемой территории и ее окрестностей (разд. На линиях нивелирования значения силы тяжести требуются 4.2.2, 4.2.3).

для определения ортаметрических или нормальных высот (разд. Для гео­ 4.2.4).

дезических целей гравитационные аномалии нужно знать с ошибкой ±10 мкм·с- 2 при среднем расстоянии между пунктами в несколько километров.

В таком случае можно определять превышения регионального геоида или квазигеои­ па, а также высоты в гравитационном поле на сантиметровом уровне точности, а уклоне­ - lн;

ния отвеса с ошибкой не более остаточные ошибки из-за влияния ± высокочастотных составляющих гравитационного поля не превысят соответственно 0,4" 3.3.2).

ми (разд. В области со сложным рельефом для точного определения 0, уклонения отвеса на пункте необходима дополнительная съемка повышенной плотности [518].

вокруг этого пункта в ближней зоне радиусом в несколько километров Если притя­ жение топографических масс можно учесть по моделям рельефа с высоким разрешением, 5 -10 км.

то расстояние между пунктами съемки может быть до При национальных гравиметрических съемках в целях геофизики желательны расстояния между пунктами в 1 - 5 км;

точность аномалий Буге должна быть 1О мкм ·с- 2 • На больших территориях в начальной стадии съемки плот­ ±5 ность пунктов меньше (шаг 10- 20 км) и располагаются они в основном вдоль дорог;

так же поступают при рекогносцировочных съемках в прикладной геофи­ зике. Локальные съемки выполняют для решения специальных задач геологии (определение глубины кристаллического фундамента, поиск локальных осадочных бассейнов, соляных структур, тектонических нарушений) и при разведке полезных ископаемых (разд. В зависимости от конкретного объекта могут предъяв­ 4.3.5).

ляться специфические требования к шагу съемки, который меняется от 50 до 500 м, и точности измерений от ± 1 до ± 5 мкм ·с- 2 • В угольных районах и при рудной разведке, как правило, расстояние между пунктами составляет несколько десятков метров, а ошибка измерений не превышает ± 1 мкм ·с- 2 • При микрогра­ виметрических исследованиях, создании инженерных сооружений и поиске пустот шаг съемки равен нескольким метрам, а ошибка составляет ±О, 1 мкм ·с- 2 • Если национальная гравиметрическая сеть имеет высокую плотность пунктов 9.2.6), (разд. она может полностью или частично служить региональной гравиметриче­ ской съемкой. Однако создание плотной опорной сети занимает много времени, тогда как пля изучения природных ресурсов требуется быстро оценить данные региональной съемки.

Поэтому чаше всего задачу решают поэтапно путем сбора, предварительной обработки 9.4.2).

и комбинирования данных, предоставляемых различными ведомствами (разд.

Методика с"Ьемки и обработка результатов 9.3.2.

Региональные и локальные гравиметрические съемки выполняют исключительно с пружинными гравиметрами. Удобно, когда к гравиметрическому пункту мож­ но подъехать на автомобиле (рассчитанном на переезды по. шоссе, в некоторых случаях- на автомобиле, пригодном и для бездорожья). В труднодоступных районах возможна транспортировка на вертолете. При локальных и специальных съемках (например, подземных съемках в шахтах) с гравиметром выполняют и 316 Глава Рис. Местная гравиметрическая опорная сеть для региональной съемки;

невя-зки в мк\l·с 9.11. ' (535].

пешие переходы. Для снижения затрат на определение плановых координат и вы­ сот гравиметрические пункты. должны быть совмешены с хорошо закрепленными пунктами геодезических сетей либо должны опознаваться на топографических 9.3.3).

картах (если они имеются на данный район) (разд.

Если национальная гравиметрическая сеть не очень плотная или не обеспечи­ вает точность, нужную для специальных задач, создают опорные сети для де­ тальных съемок. Опорные пункты (с расстояниями км и менее) должны быть легкодоступными и хорошо опознаваться (относительно зданий, дорог, конту­ ров местности). Опорные сети связывают с национальными сетями, измерения выполняют хорошо исследованными гравиметрами с надежным контролем (дву­ кратные измерения), преимущественно по схеме петли;

пример приведен на 9.11 [535].

рис. Значения силы тяжести находят по методу наименьших квадратов (разд. 9.2.4).

Детальная сье.мка, как правило, выполняется в виде простых профилей, при­ вязанных к опорным пунктам. Опорные отсчеты следует брать примерно через каждые два часа, с тем чтобы контролировать смещение нуль-пункта и обнару­ живать его скачки. Невязки распределяют пропорционально времени, а прилив­ ными поправками часто пренебрегают. Такая методика обеспечивает точность по внутренней сходимости ±0,5 мкм ·с- 2, при повышении точностных требований соответственно возрастает объем дополнительных работ.

Вре.мя измерений на пункте составляет всего несколько минут (отыскание пункта, установка прибора, нивелирование, дезарретирование, приведение индекса в нулевое положение, отсчитывание, арретирование, упаковка). Даже при небпа­ гоприятных условиях (сильные микросейсмы) или при соблюдении специальных мер для повышения точности (разд. время работы на пункте не бу­ 6.6. - 6.6.3) дет более мин. В зависимости от условий транспортировкИ за день можно 50 30) определить (при однократном наблюдении) (или пунктов при расстояниях между ними в несколько сотен метров (или несколько км). Для быстрого выпол­ нения детальной съемки можно использовать неисчерпанные возможности верто­ летной гравиметрии (разд. а также наземной и аэроградиентометрии 7.4.2), 8.3.2).

(разд.

Гравиметрические съемки Определение планового положения и высот пунктов 9.3.3.

Плановые и высотные координаты гравиметрических пунктов устанавливают их положение и используются при вычислении гравиметрических редукций. Для определения местоположения можно использовать многие методы геодезии и фо­ тограмметрии. Выбранный метод должен соответствовать требуемой точности с учетом экономических аспектов и рассчитан на имеющиеся материалы (катало­ ги пунктов геодезических сетей, топографические карты, аэрофотоснимки).

В отличие от пунктов геодезических сетей положение гравиметрических пунктов, как правило, не требуется устанавливать с максимальной точностью;

исключение составляют сложные опорные сети, предназначенные для мониторинга временных измерений силы тя­ жести (разд. 10.'1.1). Лучше выбирать такие методы, при которых временные затраты со­ измеримы с затратами на измерения силы тяжести и обеспечивается требуемая точность.

Опыт работ показывает, что геодезическое обеспечение съемки часто недооценивают, осо­ бенно в неизученных районах.

Для определения положения гравиметрических пунктов нужно определить их плановые координаты, с тем чтобы эти пуикты можно было опознавать на кар­ тах, а последующие оценки выполнять в численном виде. При региональных съемках, как правило, Достаточна точность планового положения ± 1О - 100 м (что соответствует ошибкам от мм в масштабе карты 1 : 50 000 до ± 0,4 мм ± 0, в масштабе При локальных съемках может потребоватьси точность 1 : 250 000).

координат ±0,1 - 1 м.

Для вывода аномалий в свободном воздухе и аномалий Буге требуются грави­ метрические редукции, зависящие от плановых координат и высоты пункта (разд. Они зависят также от вертикальной составляющей градиента 3.2.1, 4.3.3).

силы тяжести и плотности горных пород;

вычисление редукций рассмотрено в разд. 9.3.4.

Дифференцируя формулу (3.7б) для редукции в свободном воздухе оgсв.в' по­ лучим зависимость ошибки этой редукции от ошибки определения высоты (9.23) Если d(оgсв.в. = О, 1 мкм ·с- 2 (точность измерения силы тяжести), то высоту нужно находить с ошибкой м. Для вычисления топографической редукции ±0, требуется знать отметку пункта и высоты рельефа. Разделив на части (4.36) объединим поправки за притяжение пластины ognл и редукцию в (4.38), (4.37) свободном воздухе в общее выражение, зависящее от высоты. Дифференцируя это выражение, найдем dНм (3 - 0,0004е)- 1 d(оgсв.в - оgплмкм·с-'· (9.24) = Чтобы получить редукцию с ошибкой О, 1 мкм ·с- (е = 2700 кгм- высоту не­ 2 3 ), обходимо знать с ошибкой м. Для вычисления поправки за рельеф с ошиб­ ±0, кой 1 мкм·с- 2 (равнинный район) или 10 мкм·с- 2 (горы) разрешающая способность и точность топографических моделей (цифровых моделей рельефа) должны быть различными в зависимости от сложности рельефа и расстояния до притягиваемой точки.

Глава В ближней зоне м) либо не должно быть сильных нарушений рельефа, либо (0- ±0,1 - 1 м).

нужно выполнить простейшую топографическую съемку (ошибка высот Для 0,1 кольцевой зоны с радиусами от до км вокруг пункта необходимы отметки рельефа ±5- 10 0,1 км х 0,1 км;

это возможно, если имеются с ошибкой м и разрешением до 1 : 5000 - 1 : 25 000. Влияние зоны с радиусами 2 топографические карты масштабов 50 км можно учесть по модели местности с разрешением 1 км х 1 км (ошибки отме­ ток ± 10- 100 м), такая модель может основываться на картах масштаба 1 : 25 000 1 : 250 000. Для области за пределами 50 км необходимо разрешение 10 км х 10 км ( ± 100 м). Предпочтительно для разных зон использовать разные оценочные алгоритмы [55].

При вычислении аномалий в свободном воздухе и аномалий Буге необходимо находить нормальную силу тяжести -у 0, которая является функцией геодезиче­ ской широты ~. На основании (3.1в) имеем 1 --~~~~ (9.25) d-yo == -.-- d-yo _2 • == dP(pa ) д )'еfЗ Sin 2'{) SШ 2'{) (мс ) Для d-yo == 0,1 мкм·с~ 2 наибольшая требуемая точность (Р == 45°) составит ±0,4" == 12м.

dP== Геодезические методы определения координат и высот можно разделить сле­ дующим образом: методь1 определений по имеющимся картам и аэрофотосним­ кам, методы космической геодезии и традиционные наземные геодезические методы. Для обеспечения региональных и локальных гравиметрических съемок, как правило, выполняют привязку к пунктам национальных опорных сетей. Под­ робные описания способов привязки можно найти в геодезической литературе [64, 243, 258, 377, 626, 691].

Координаты и высоты точек можно взять с топографической карты, если положение гравиметрических пунктов опознается на ней однозначно. По картам масштабов 1 : 25 ()(Х) (1 : 50 000) ± 10( ± 20 плановые координаты можно получать с ошибкой примерно м 50 м), а высоты- с ошибкой ± 1 - 5 м (для точек с подписанными отметками ±0,3 1 м). Для определения координат можно также использовать трансформированные аэро­ фотоснимки масштаба 1 : 10 000 - 1 : 50 000, по стереопарам можно получить высоты пунктов [325]. Фотографии из космоса (станция Space1ab 1) уже сейчас обеспечивают пла­ новые и высотные координаты с ошибкой ± lV м [376]. Пункты обоснования, необходи­ мые для пользования аэрофотоснимками, определяют методами, которые описаны ниже.

Среди методов, основанных на наблюдениях космических объектов, для определения координат гравиметрических пунктов методы геодезической астрономии, требующие 2.1.2).

больших затрат времени, не играют существенной роли (разд. Ошибке определения широты и долготы этими методами ± соответствуют в линейной мере ± м;

в дей­ 1" ствительности эта ошибка на порядок больше из-за неизвестных уклонений отвеса, кото­ рые определены с точностью лишь для некоторых территорий. Большое ± 1" - 2" значение приобрели методы космической геодезии Можно приобрести приемо­ [192, 623].

индикаторы, позволяющие оперативно определять пространствеиные декартовы коорди­ наты пунктов в общеземной геоцентрической системе (разд. Эти координаты 2.1.1 ).

можно преобразовать в геодезические (эллипсоидальные) координаты (широту, долготу, высоту) (разд. Навигационная спутниковая система ВМС США (система Транзит) 2.4.2).

начала работать в штатном режиме с г. и будет функционировать примерно до г.;

при измерении доплеровской частоты с использованием бортовых эфемерид она ± 1О - обеспечивает определение координат с ошибкой м по одному прохождению Гравиметрические съемки ИСЗ;

накапливая измерения в течение нескольких суток, можно уменьшить ошибку до ±3 - 5 м. Из одновременных наблюдений на двух или нескольких станциях, расположен­ ных не далее км друг от друга, разности их координат получают с ошибками 500 ± 0,2 м Вводится в строй (завершение около г.) Глобальная система определения 0,5 [378]. местоположения Новстар в любой точке на Земле можно будет одн~временно на­ (GPS);

блюдать не менее спутников этой системы.

Измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до приемоиндикатора ли­ бо доплеровского сдвига частоты позволят получать координаты пункта в реальном масштабе времени [365, 622]. При использовании кода С/А (coarse acquisition- код моду­ ляции несушей частоты L1), который предназначен для рядовых гражданских пользовате­ лей, местоположение в реальном масштабе времени определяется с ошибкой ± 30 м. При многократных измерениях она уменьшается до нескольких метров. При одновременных наблюдениях двумя или более приемоиндикаторами, установленными на расстояниях друг 10 - от друга в км, приращения их координат определяются с ошибкой в несколько сантиметров, а при расстояниях в несколько сотен километров с дециметровой точнос­ тью. Отметим, что полученные таким образом отметки пунктов представляют собой вы­ соты над эллипсоидом;

при вычислении аномалий силы тяжести от этих высот необходимо перейти к ортометрическим или нормальным высотам, зная соответственно 2.5).

высоты геоида или квазигеоида (разд.

Наземными.методами измерений в~шолняют по существу интерполяцию между опорными пунктами, координаты которых определены национальными геодезическими службами или получены спутниковыми методами. Для определения пространствеиных ко­ ±0,1 - 0,5 10- ординат на больших расстояниях с ошибками м на км можно исполь­ [613, 621].

зовать инерциальные геодезические системы Рекомендуется такие измерения сочетать с GРS-измерениями. При локальных съемках можно использовать метод тахео­ метрии (дециметровая точность). Для определения плановых координат можно приме­ нять классические методы, основанные на измерении расстояний и углов (электронный дальномер и теодолит);

измерения можно выполнять по различным схемам (например, ходами), ошибки определения координат исчисляются сантиметрами или дециметрами.

Особо важно определение высот. Высокую точность м/1 км- м/100 км (±0,01 ±0, и точнее) обеспечивает геометрическое нивелирование, однако оно требует больших затрат времени. Более экономично, особенно в горных областях, тригонометрическое нивелиро­ вание (или тахеометрия);

оно почти на порядок грубее геометрического нивелирования.

Барометрическое нивелирование позволяет определять превышения с ошибкой примерно ±дН(м)/100 при условии, что надежно учитываются изменения атмосферного давления и дрейф прибора (применение барографа, привязка к реперам, использование нескольких ба­ ронивелиров). Характерно, что этот метод не зависит от наличия прямой видимости меж­ ду пунктами;

в этом отношении он аналогичен гравиметрическому методу и потому весьма экономичен. Даже при неблагоприятных условиях (транспортировка на вертолете в пустынях и полярных районах) барометрическое нивелирование обеспечивает точность ±1- 10 [201].

м При обработке геодезических измерений необходимо помнить, что наряду с общезем­ ной системой координат существует множество национальных координатных систем. Они, как правило, не являются геоцентрическими и в качестве поверхностей относимости испо­ льзуют разные эллипсоиды (широта и долгота) и аппроксимации геоида (поверхность на­ чала счета высот). В качестве системы плановых координат используют также плоские декартовы координаты, обычно связанные с некоторой конформной· проекцией. Поэтому возникает необходимость в переходе от одной системы координат к другой, особенно ког­ да сочетают методы космической геодезии с наземными методами и когда пользуются [64]. Параметры перехода (от локальной имеющимися опорными пунктами и картами гео­ системе WGS 84) даны в работе [147].

дезической системы к геоцентрической 320 Глава При определении плановых координат и высот для национальных гравимет­ рических съемок желательно использовать топографические карты в сочетании, если возможно, с аэрофотоснимtсами и дополнительными измерениями в данном районе. На слабоизученных территориях для планового обеспечения рекогносци­ ровочных съемок можно использовать аэрофотоснимки с пунктами спутниковых определений, высоты можно определять барометрическим нивелированием. При детальных высокоточных съемках может потребоваться определение координат спутниковыми методами и/или наземными методами (геометрическое ни­ (GPS) велирование).

Определение плотности 9.3.4.

Для вычисления аномалий Буге и изостатических аномалий необходимо знать плотность топографических масс. Ошибки в определении плотности приводят к фиктивным аномалиям и последующим ошибкам в интерпретации. Знание вели­ чины плотности необходимо и для вычисления аномалий в свободном воздухе с поправкой за рельеф (разд. 4.2.3, 4.3.3).

Плотность глубоких масс описывается плотностными моделями расслоения земной коры. Необходимую информацию о плотности получают в первую очередь по соотноше­ нию плотность/глубина, которую выводят из сейсмических данных;

эта информация мо­ 4.3.3, 4.3.4).

жет уточняться по результатам глубокого бурения (разд.

Для вычисления поправок нужна трехмерная модель реального распределения плотности горных пород. Такая обьемная плотность определяется на основе плотности минерального скелета ем горных пород с учетом содержания в их порах воды р (ОТо) по формуле (9.26) где е.- плотность воды;

предполагается, что в естественных условиях почти всегда наступает насыщение. Объемные плотности основных горных пород и ми­ нералов приведены в табл. (разд. Реально удается моделировать лишь 4.1 4.3.5).

наиболее крупные комплексы горных пород (порядка км 3 ). В этом случае необхо­ димо знать обьемную плотность формации, определяемую объемной плотное тью горных пород с учетом трещин и степени выветривания.

Рассмотрим точность определения плотности, необходимую для вычисления аномалий Буге. Топографическую редукцию можно представить состоящей из по­ правки за притяжение плоского промежуточного слоя ognл и поправки за рельеф (разд. 4.3.3):

ogP дg + ДgБ = g - Н - "'О, - {jg - {jg дН nл р или + ogp дgБ = g- 3,086Н- 0,000419еН 'УО МКМ·С- 2. (9.27) Из этого соотношения следует связь ошибки определения плотности и ошибки поправки за промежуточный слой:

(9.28) Гравиметрические съемки Если поправка необходима с точностью ± 1 мкм ·с - 2, то при Н = 100 м (или 1000 м) допустима ошибка определения плотности ± 24 кг · м- 3 (или ± 2,4 кг· м- 3 ), или в относительной мере 1OJo (или 0,1% ).

Поправка за рельеф линейно зависит от плотности. Если нужно определить эту поправку с точностью 1 мкм ·с - 2, то допустимая относительная ошибка в 1OOJo определении плотности составит для равнинных территорий, а в горных 1%.

районах уменьшится до Для вычисленШI топографической редуiЩИИ используются различные подходы. Как пра­ вило, для больших геологических формаций или даже для всего района считают, что распре­ деление плотности с глубиной однородно;

это приводит к понятию однородной плотности Буге. Часто используют значение плотности 2670 кг· м- 3 (кристаллические горные поро­ ды). По результатам геологической съемки, зная средние значения плотностей (табл. выделяют участки с теми или иными плотностными характеристиками;

4.1), иногда также выполняют специальные определения плотности (см. далее). Так, плотность консолидированных осадочных пород примерно равна 2300 kг ·м- 3, а плотность магмати­ ческих и метаморфических пород - 2700 кг· м- 3 • Из-за смешанного состава горных пород и сильных локальных изменений плотности при региональной съемке не имеет смысла подразделение по плотности кг· м - ДетализацШI плотностной модели по 50 3 [ 656].

глубине возможна, если из результатов бурения, по сейсмическим данным или данным ·геологического профилирования известно вертикальное распределение горных пород. В большинстве случаев форма граничных по.верхностей принимается простейшей (горизон­ тальные и наклонные плоскости). Если вычислять топографическую редукцию, отсчиты­ вая высоту от выбранной поверхности (например, проходяшей через самую низкую точку), то можно уменьшить ошибки аномалий силы тяжести из-за погрешности в принятой плотности глубоких масс. · Для вычисления редукции в свободном воздухе необходимо знать вертикаль­ (9.27) ный градиент силы тяжести дg/дН. Из имеем d(дg/дН)с.z = - - - d(оgсв.в(мс·'· (9.29) н( м) При d(оgсв.в. = 1 мкм·с- 2 и Н= 100 м (или 1000 м) допустимая ошибка гради­ ента ±10 (или ±1) нс- 2, или в относительной мере 0,3% (или 0,03%). Если по­ льзоваться стандартным нормальным значением градиента, ошибка может быть существенно больше (разд. 8.1.2) 0.

В региональных и локальных исследованиях особую роль играют разности аномалий Буге. Поскольку объемная плотность формации и вертикальный градиент силы тяжести изменяются достаточно медленно (исключение составляют зоны разрывов), ошибки из-за гипотезы о постоянных величинах плотности и вертикального градиента сильно коррели­ рованы. При расстоянии между пунктами в несколько километров коэффициент корреля­ 0,5 - 1 [152]. (9.20) следует, ции г вейнчины плотности может составлять Из выражения что в таком случае ошибка разности аномалий существенно уменьшается в (1 - r) 112 раз.

Методы определения плотности подробно описаны в геофизической литера­ [462, 505].

туре Дадим лишь их обзор.

Аномалию в свободном воздухе находят на физической поверхности Земли, пользуясь нор­ 11 ) мальным значением д-у!дН вертикального градиента силы тяжести, поэтому указанная ошибка не возникает. Прим. ред.

Глава Объемную плотность можно определить непосредственно, измерив массу и объем проб горных пород, взятых из молодых выходов пород на поверхность или кернов. Особенно прост гидростатический метод. Образец взвешивают на пружинных весах дважды: сначала в воздухе, а затем погрузив его в воду. Проис­ ходит потеря веса, равная весу воды, вытесненной образцом. Уменьшение веса определяется формулой (9.30а) v где т- масса образца, его объем, тв- масса вытесненной воды. По­ скольку (9.306) то плотность образца будет равна (9.31) где ев- плотность воды.

Взвешивание nозволяет оnределить nлотность с высокой точностью. Однако из-за слабой nредставительности образца небольших размеров (вес его менее нескольких кило­ граммов) результаты сильно меняются как на ограниченном участке, так и по региону.

К систематическим ошибкам nриводят изменения nри извлечении образца из горной фор­ мации (уменьшение давления, nотеря каnиллярной воды). Для восстановления насышения образца водой его nриходится смачивать. Если число взятых образцов достаточно пред­ ставительно для территории, то средняя nлотность горной формации может быть оnреде­ лена с ошибкой ±50- 100 кг·м- 3 (табл. 9.4).

Таблица Плотность горных nород, nолученная взвешиванием их образцов, 9.4.

Северная Исландия [598] Плотность, кг· м Горная порода Количество СредНЯЯ ПЛОТНОСТЬ, кг·м -J образuов пунктов Третичные базальты 27 2 500 - 3 ()()() 5 2 830 ± Третичные туфы 4 19 2 100 2 600 2 330 ± 3 ()()() Кварцевые базальты 14 89 2 100 2 650 ± ГИалокластические 6 40 1 700 2 500 2 100 ± лороды (туфы и брекчия) Объемную плотность формации для структур ограниченной протяженности можно определять по измерениям силы тяжести с использованием соотноше­ ния, связывающего зависимость силы тяжести от высоты с плотностью пород (разд. Этот метод при~еним при измерениях как на земной поверхности, 3.2.2).

так и на вертикальных профилях.

Как показано в работе Неттлтона определение плотности топографи­ [503], ческих структур гравиметрическим методом основывается на предположении, Гравиметрические съемки 2400~ 240~~= --=-~--~ 200 - - 2800 - • 1~ ~ Н(мl ~~~-' о 12 км 2 4 6 8 Рис. Построенный по методу Неттлтона профиль Вадлахейди, Северная Исландия: слои.1 авы 11 J 9.12.

третичных базальтов с туфовыми включениями, nлотность 2700 кг-м-·';

см. табл. 9.3,..:о..:тав­ [599].

ленную по данным что аномалии Буге, вычисленные с истинным значением плотности пород, ведут себя как случайные величины, не коррелированные с высотами пунктов. Возника­ ющую же корреляцию можно устранить, изменяя припятое значение плотности.

Этот метод применим для гравиметрических профилей (рис. 9.12) и для площад­ ных съемок;

оценки можно получить графически или из вычислений [342, 418].

Приняв nриближенное значение плотности Qo по можно вычислить (9.27), nриближенные аномалии Буге дg~. Сравнение их с «истинными» аномалиями, полученными с плотностью Буге (9.32) приводит к выражению дg 6 = дg~- 0,000 419·Н·дg- де МКМ·С- 2, (9.33) og:

е где og~ - поправка за рельеф, вычисленная с плотностью ео. После исключения региональной составляющей (например, среднего значения аномалии) остаточные аномалии становятся близкими к случайным. Если поставить условие, чтобы от­ сутствовала их корреляция с рельефом, коэффициент корреляции должен быть r равен (9.34) где дg 6 и Н- соответственно средние значения аномалии и высоты. Подстав ляя выражение и считая, что для поправки за рельеф достаточна плотность (9.33) ео, получим l:((дg~- дti)(H- Н)) (9.35) = - - - - - ·-·- ----~.

де 0,000419·l:(H- Н) 2 ' могут потребоваться несколько приближений.

324 Глава Одновременно с определением плотности из уравнивания по методу наимень­ ших квадратов можно определить и региональную составляющую поля. Если представить функцию LlgБ поверхностным полиномом, уравнение поправок в со­ (9.27) ответствии с имеет вид n т ~ ~ ~yi- (3,086- 0,000419е) Н- g- ogp +')'О МКМ·С- 2 • (9.36) V= aij }=О i=O В результате уравнивания находят коэффициенты полинома aij и плотность е.

Гравиметрический метод Неттлтона очень эффективный метод определения объем­ ной плотности топографических масс в области с гравиметрической съемкой;

ошибка определения плотности ± 20- 50 кг·м- 3 (т.е. относительная ошибка 1- 20Jo). При ис­ пользовании метода предполагается следуюшее:

- распределение плотности не зависит от рельефа. Если же рельеф определяется строени­ ем нижележащих геологических структур, то метод не работает;

однородное распределение плотности в исследуемой (ограниченной) области;

-достаточно большие (более м) перепады высот н представнтельное распределение гравиметрических пунктов как в плане, так н по высоте;

--'- удовлетворительная модель регионального поля, влияние которого необходимо исклю­ чать нз используемых данных.

Вертикальные гравиметрические профили можно построить в шахтах и сква­ жинах (прнменение скважинных гравиметров (разд. Из измерений 7.1.2)) [398].

силы тяжести в двух точках Р 1 и лежащих на одной вертикали, можно опре­ Pz, делить объемную плотность для слоя (толщина между этими точка­ Llz = zz - ZI) ми (рис. Вычисления выполняются в три этапа. Сначала введеннем 9.13).

редукции og~~n исключают влияние топографических масс (притягиваемая точка Р 1 ), затем для разности высот между Р1 н Р2 вводят редукцию в свободном воз­ духе, и после этого редукцией og~~n восстанавливается влияние масс (притягивае­ мая точка Р2 ). На основании получим (9.27) 9.13.

Рис.

Вертикальный гравиметрический nрофиль (шахтный nрофиль) llЛЯ оnределения nлотности nород.

Гравиметрические съемки или (9.37) (9.37) Переходя к дифференциалам, выражение можно преобразовать в дифферен­ циальное уравнение Пуассона (2.22).

Обьемная плотность пород вычисляется по формуле:

(дglдz)дz - дg + og 0 + og (9.38) е 4-л·Gдz Р Р' = причем вместо дglдz обычно используется нормальное значение 3086 не- 2 • Вертикальные профили, как правило, содержат большее число гравиметрических пунк­ тов. При измерениях в скважинах расстояния между пунктами составляют м.

10- Плотность пород может быть получена из уравнивания, в число неизвестных можно включить также параметры изменения плотности по высоте и аномалию вертикального градиента силы тяжести. При работе в шахтах поправками учитывают влияние полостей.

1OJo.

Относительная ошибка определения плотности пород не превышает В скважинах можно также определять плотность близлежащих пород (в пределах от нескольких сантиметров до нескольких дециметров), используя метод гамма-гамма каро­ тажа, основанного на эффекте Комптона. Гамма-излучение радиоактивного источника те­ ряет часть своей энергии при столкновении с атомами горных пород. Потеря интенсивности излучения, регистрируемого детектором, является функцией плотности пород.


Результаты разных методов определения плотности могут различаться до Расхождения вызваны локальными изменениями плотности и ее отличием 50Jo.

от плотности формации, изменением плотности извлеченного образца от nлотности породы и модельными погрешностями гравиметрического in situ метода (допушение об однородности слоев, использование нормального градиен­ та силы тяжести). Рекомендуется применять разные методы и сочетать их ре­ зультаты.

Морская и аэрогравиметрическая с-ьемки 9.3.5.

В морской и воздушной гравиметрии выполняют квазинепрерывные измерения 7.3).

на подвижном основании (разд. На съемочных профилях накапливается большой объем данных;

в аэрогравиметрии регистрация осуществляется с шагом 1 с, а на море примерно через с. При последующем сжатии информации - при работе на судах и вертолетах получают значения силы тяжести, осредненные на отрезке маршрута около км. Расстояние между профилями выбирается для l каждого проекта и лежит в пределах от до км при работах на море и от 10 1 до 5 км на вертолете. Для определения положения профиля, вычисления по­ правки Этвеша и гравиметрических поправок надо знать координаты носителя, его курс и скорость, а также высоту (самолет) и глубину с привязкой по времени.

Калибровочную функцию гравиметра необходимо определять на базисе. Из-за того что точностные требования для подвижных систем несколько ниже, в боль­ шинстве случаев достаточен лишь линейный масштабный коэффициент 6.4.5).

(разд. Абсолютный уровень силь1 тяжести определяют привязкой к опор­ ным пунктам. Для морской гравиметрии эти пункты создают в портах, в аэро Глава гравиметрии исходные значения получают путем аналитического продолжения силы тяжести на высоту полета над данным пунктом. Повторные привязки в течение съемки помогают выявить (и оценить) долговременный дрейф, иногда скачки отсчетов, а при достаточно большой области съемки можно проконтроли­ ровать и калибровку. Для контроля результатов и повышения точности использу­ ют пересечения профилей, особенно надежные результаты получаются при съемке в виде сетки пересекающихся профилей (рис. В большинстве случаев 9.14).

профили проектируются в направлениях с севера на юг и с запада на восток;

иногда их ориентируют в зависимости от исследуемой структуры (перпендику­ лярно ее простиранию). Невязки в точках пересечения профилей зависят от точ­ ности измерений силы тяжести, поправки Этвеша и определения координат. Эти невязки моделируют полиномами, как функции времени или расстояния, и вы­ полняют уравнивание по методу наименьших квадратов. В большинстве случаев для прямолинейных профилей достаточно ввести в результаты измерений посто­ янную поправку. При измерениях на море расхождения можно уменьшить до ±5- 20 МКМ·С- 2 (разд. 7.4.1, 7.4.2).

Качество морских и аэрогравиметрических съемок в значительной мере опре­ деляется точностью навигационного обеспечения. Точностные требования можно кратко сформулировать следующим образом.

Для определения положения пунктов, как правило, достаточно знать коорди­ ±50- наты с ошибкой м. Для вычисления поправки Этвеша в средних ши­ ротах с ошибкой ± 5 мкм ·с- 2 необходимо соблюдать следующие требования:

скорость судна должна определяться с ошибкой ±0,05 м/с, а курс- с ошибкой скорость самолета необходима с ошибкой ±0,04 м/с, а его курс - с ±0,5°, ошибкой ±0,03° (разд. 7.2.4). Глубины должны измеряться с ошибкой ± 1 - 5 м (при этом ошибка поправки за промежуточный слой не будет превышать 1 4 мкм ·с- 2 ), а высота полета - с ошибкой не более ± 3 м (что соответствует ошибке редукции за высоту ± 10 мкм ·с- 2 ). Более жесткие требования предъявля­ ются к точности определения изменений высоты полета (до ±О, 1 м), если их ис­ пользуют для вычисления вертикальных возмущающих ускорений.

N ~о г----------------------,--~ Испыта­ тельный 9 Морские 1? мили Рис. Морские гравиметрические профили в голландской части Северного моря (Институт геодезии 9.14.

Делфтского технологического университета [660).) Гравиметрические съемки Измерение sz силы тАжес:ти /J,.:;

;

;

:г·~ 9.15.

Рис.

~рО Вычисление аномалии Буге на море: е н- nлотность воды, и nлотность земной коры, nоnравка за рельеф:

bg" Аномалии в свободном воздухе и аномалии Буге на акваториях используют для гео­ физической интерпретации. При вычислении аномалий Буге плотность масс воды допол­ н·яют до стандартной плотности земной коры или плотности, характерной для исследуемой области;

для этого вводят топографическую редукцию. При разделении ее на редукцию за притяжение плоского промежуточного слоя и поправку за рельеф необхо­ димо помнить, что последняя может быть как положительной, так и отрицательной (рис. 9.15). Считая, что плотность земной коры е= 2670 кг·м- 3, а плотность воды е.= 1030 кг·м- 3, из соотношений (4.36) и (4.37) получим АgБ =g + 0,687Т + ogp- -уо мкм·с- 2, (9.39) где Т- глубина, поправка за рельеф.

ogP [168, 321, 624].

Известно много методов навигации морских и воздушных судов Их можно разделить на определения положения (непрерывного или дискретного) и определения скорости и курса. Все они могут базироваться или на внешних навигационных системах (глобальные, региональные, временные локальные), или на автономных. Особую роль играют спутниковые, радионавигационные и инер­ циальные методы, которые часто объединяют в интегральные навигационные системы.

Для спутниковой навигации по всей поверхности земного шара создана Спутниковая NNSS навигационная система ВМФ США (система ТРАНЗИТ). Наблюдения спутников, которые можно выполнять через интервалы в несколько часов (в зависимости от широты ±50- 100 м. Следуюшая новая система- Глобаль­ места) дают координаты с ошибкой (GPS). Система GPS обеспечивает определение ная система определения местоположения масштабе времени (±50 м), скорости (±О, 1 м/с) и привязку местоположения в реальном (±50 [162].

ко времени не) Зная высоты геоида, полученные по глобальным моделям 4.2.2), (разд. можно перейти от решения пространствеиной задачи к определению лишь плановых координат, что и представляет первоочередной интерес для навигации. В таком случае уменьшается время наблюдений и понижаются требования к геометрии созвездия спутников. В прибрежных районах (при удалении от берега до нескольких сотен километ­ ров), установи.в на суше (на исходном пункте) опорный приемоиндикатор, а на судне бортовой приемоиндикатор, методом дифференциальной навигации можно определять их взаимное положение с ошибкой 5 м и менее. После развертывания системы GPS (при­ ± мерно к г.) она обеспечит непрерывную навигацию на всем земном шаре. Если будет открыт доступ к точному коду системы для любого пользователя, то появится возмож Глава ность обойти многие трудности при гравиметрических съемках•. Астрономические опре­ деления координат из наблюдений звезд и Солнца ( ± 2 - 4 км) в значительной мере 9.3.3).

утратили свою роль (разд.

В радионавигационных методах применяют наземные базисные станции, излучающие электромагнитные волны;

сигналы примимаются приемоиндикатором подвижной станции и обрабатываются, реализуя режим линий положения (геометрический способ определения координат с использованием сетки изолиний, например гипербол). Дальность действия и точность зависят от несущей частоты, геометрии линий положения (угла, под которым они пересекаются) и от состояния атмосферы. Существуют различные системы: система Омега кГц, дальность км, ошибка км) является глобальной, большая (10 8000 ±1- часть поверхности Мирового океана входит в зону действия системы Лоран-С (100 кГц, 2000 ± 100 м- 1 км), базисные станции цепочек системы Декка дальность до км, ошибка (100 кГц, дальность до 450 км, ±20- 100 м) установлены по основным судовым фарвате­ рам. Рабочие зоны высокоточных систем ( ± несколько метров), например Силедне (450 МГц) или Хай-Фикс (2 МГц), охватывают прибрежные акватории (до 150 -200 км).

Для локальных съемок можно также применить подвижные системы морской и воздуш­ ной навигации. К их числу, например, относятся система Мини-Рэйнджер (из измерений времени прохождения микроволновых радиоимпульсов определяют расстояния от подвиж­ ной станции до базисных, дальность 180 км, ошибка ±3 м), а также дальномерная систе­ ANA Prakla- Seismos, Ганновер) с односторонним распространением ма (фирма радиоволн. В этой системе, разработанной для морских и аэрогеофизических исследова­ ний, на передающей и приемной станциях установлены атомные стандарты частоты;

+ 8 м/час).

дальность действия системы км, ошибка ± (10 м С использованием судо­ вого радара и антенн, установленных на суше или буях, местоположение судна при удале­ нии на несколько десятков километров можно определять засечкой с ошибкой ±50 м.

Для интерполирования между точками абсолютных или относительных определений координат носителя используют бортовые навигационные средства, независимые от внешних систем. Для определения курса служат компасные системы (магнитные и гиро­ компасы). Скорость судна традиционно определяется с помощью лага (необходимы по­ правки за скорость ветра и морских течений);

на участках с плоским дном можно применить доплеровский гидролокатор, использующий отражение звуковых волн от мор­ 200 ±0, ского дна (при глубинах до м скорость судна определяется с ошибкой м/с). При аэронавигации можно использовать метод доплеравекого радара. Он обеспечивает опреде­ ления курса и скорости относительно земной поверхности на высотах О, 1 - 1 к м, а в соче­ тании с гиросистемой и при интегрировании по времени позволяет определять положение 1'Jfo [63].

относительно исходных пунктов (ошибка не более от длины маршрута) Инерци­ альные навигационные системы представляют собой универсальное средство навигации ±0, (ошибка м/с), однако при увеличении времени наблюдений их ошибки быстро воз­ 4.5.2, 7.5).


растают (разд.

Интегральные навигационные системы сочетают хорошую долговременную стабиль­ ность абсолютных методов определения координат с непрерывностью методов определе­ ния курса и скорости, для которых характерна кратковременная стабильность. Объединив их с автопилотом, можно исключить быстрые изменения траектории на съемочном про Завершен этаn развертывания космического сетмента По состоянию на февраль г.

GPS. l) он содержит рабочих и резервных ИСЗ. В отечественной практике широко используется система 24 GPS;

точность мгновенного определения плановых коорди· ГЛОНАСС, во многом схожая с системой нат м;

в феврале 1994 г. система содержала 13 ИСЗ. После завершения развертывания (1995 r.) - она будет состоять из 24 ИСЗ (включая 3 резервных), размещенных в трех плоскостях на высоте 19100 км с nериодом обращения 11,25 ч и наклонением 64,8°.- Прим. ред.

Гравиметрические съемки Источник Морской гравиметр KssЭO ПМТIНМА г---....1...

'---,2 МIМ8М АПА Несrnаженн~оtе ~Г;

::оо=о=мме=том=-,см=~'::-rм ==~=~·г-Г.-f»фо----, "ММСММЙ AIT"'MI( nocrpourwл• Gss ~~б nо · r мен~о1й процессор i ~•!!!nе~к~тро~нм!!!к~м_(;

кiiон;

;

;

;

;

троЮ"n;

;

;

;

;

;

0 с 0"tJ:':.:..~~"~мм.. -;

:. В ~о• бор оnерациИ ~=':, Гмроnмтфор- мзмермтеn~t,Н~А мнтерфейсt.• М1 с бnоком информация Д.ннwе м '-.._д.:;

;

,;

,;

]).

:мектронмкм КОМ8НА1о:~ СГМ*8ННМ Гр88М...Т~КМ М АР'/ГМ8 До8ННW..,. на... гечмоннан ммформацмfl ====...:.~= г-...L..--.1--AII.," коррекции гироскоnа.

iНавмrацмоннlоiЙ информация в ==~ Интерфейс.----------~~~-~ Скорост ~о СVАНОМ М ГIОА8314'18СКОГО CVAМI oбecnr.ettмA IM.-niГ 1 Гnавнwй An" комnwотер l Гnу6мн1 8W....СМНМА Эxol18'f KOOPAtfН8T, текушей ~бoTKtfM Д.та/ерем11 tмеТ8МIТм.JIЦМИ Ч1а..1 A8HHioiX r-----''i НР & Реуn.тот..

1 Гирокомп« Курс CVAНI ~мкм _/Маrнмтнаlll ~~--------~ мта / СмС:ТеМI НIВИГIЦММ т - М обреботкм AIHH..IX ~~====~-------- ПocneAYIOW8" обработка Рис. Схема nолуче1шя ннформашш в морс ко~• rраuнмстрс (uключая.:IKTC\1/,1 1111!111 ;

1111111 9.16. 1...:" обработк11 данных) (материал ф11рмы Гашюuср).

[540] Prakla - Sci,mo,.

филе. Особенно удачным оказалось сочетание спутниковых навигационных систем (ТРАН­ GPS) ЗИТ, и/или радионавигационных систем с компасными блоками и инерциальными [775].

навигационными системами Интегральные системы обеспечивают в любом месте земного шара точность ± 100- 200 м, в прибрежных областях достижима точность не хуже м.

± Измерения глубины выполняют акустическими эхолотами с точностью примерно ±O,IOJo ±0, (на мелководье около м). Высоту полета измеряют, главным образом ис­ пользуя одновременно баравысотомер и радиовысотомер или лазерный высотомер (при полете над водной поверхностью);

на сравнительнонебольших высотах ошибка составляет 1 м. GPS В качестве вспомогательных средств могут использоваться система и инерци­ ± альные геодезические системы;

в будущем эти системы позволят регистрировать и учиты­ вать короткопериодические вертикальные возмущающие ускорения по высокоточным· измерениям вариаций высоты полета.

Обработка морских и аэрогравиметрических съемок выполняется либо на борту носителя, либо после съемки при окончательной обработке. Обработка в реальном масштабе времени служит для текущего контроля и позволяет непо­ средственно в процессе съемки судить о необходимости повторных наблюдений.

На борту носителя необходима мошная система для регистрации, обработки и выдачи информации (в цифровой или аналоговой форме). Для сбора, первичной обработки и фильтрации гравиметрических данных используется центральный Глава процессор. Навигационные и временные данные, поступающие из навигационной системы, служат для контроля гиросистем, для вычисления поправки Этвеша и гравиметрических редукций. Невязки в точках пересечения профилей и аналоговая информация (приращения силы тяжести, поправки Этвеша, аномалии в свобод­ ном воздухе) позволяют качественно оценивать гравиметрические данные. На 9. рис. приведена блок-схема потока информации при обработке наблюдений в реальном масштабе времени. Повысить точность возможно при окончательной обработке благодаря сглаживанию определений курса и скорости, более надежно­ му выявлению грубых ошибок и применению при уравнивании наиболее совер­ шенных моделей. Обработка завершается интерполяцией аномалий силы тяжести 9.4.3).

в узлы координатной сетки и построением карты изоаномал (разд.

Примеры региональных и локальных 9.3.6.

гравиметрических СDемок Рассмотрим некоторые примеры региональных и локальных съемок.

1935- В Германии гравиметрическая съемка была осуществлена в гг. в рамках национальной геофизической съемки под руководством Геологической [125].

службы Связями с пунктом абсолютных определений в Потедаме была со­ здана маятниковая сеть (±5- 10 мкм·с- 2 ). После включения в нее опорных се­ тей, созданных с гравиметрами Тиссена-Шлезенера и Аскания, плотность этой сети была повышена и расстояния между пунктами составили от 2 до 5 км (±1- 3 мкм·с- 2 ) (разд. 9.2.6, 9.3.2). В обширных равнинных районах Германии была также проведена съемка с вариометрами (съемка по профилям, расстояние между профилями несколько километров, шаг по профилю несколько сотен мет­ 8.2.1). ров) (разд. По результатам тыс. измерений силы тяжести были созда­ ны карты масштаба (аномалии Буге). На территории ФРГ съемка была 1:200 продолжена в 1950-х гг. Государственной геологической службой земли Нижняя Саксония (Ганновер). Вслед за построением опорных сетей была выполнена съем­ ка территорий, ранее недостаточно обеспеченных гравиметрическими пунктами либо совсем не изученных. Применялись приборы фирмы «Аскания» и кварцевые пружинные гравиметры ( ± 0,2 - 0,3 мкм ·с- 2 ). По этим данным, включающим также съемки с вариометрами и протяженные локальные съемки, выполненные частными организациями (поиски нефти), создается карта аномалий Буге масшта­ ба 1:500 000 (3 листа) с сечением изоаномал 10 мкм ·с- 2 [538] (рис. 9.17). Значения силы тяжести отнесены к системе МГСС-71, а нормальная сила тяжести опреде­ 1967 3.1.2).

лена в Геодезической референц-системе г. (разд. Притяжение проме­ 166, жуточного слоя вычисляли для сферического сегмента (радиус км) с плотностью 2670 кг· м- 3, влияние топографических масс при вычислении поправ­ ки за рельеф учитывалось на расстояниях до км. В ГДР создание гравиметри­ ческой сети (с гравиметрами Аскания) было завершено в 1961 г. [592]. Она 3 50, 15 и 3 - 4 км), разделена на класса (расстояния между пунктами примерно в последующей региональной съемке среднее расстояние между пунктами соста­ 1, вило км.

Во Франции национальная гравиметрическая сеть была создана Управлением научно-исследовательских работ по геологии и шахтам (Орлеан). Сеть содержит Гравиметрические съемки Рис. 9.17.Фраrмент карты аномалий Буrе ФРГ, М. 1:500000, сечение изоаномал 10 мкм·с- 2 [538].

6 пунктов абсолютных определений;

относительные измерения выполнены че­ тырьмя гравиметрами Ла Коста Ромберга на пункте первого класса и - 51 пунктах второго. После сгущения сетями 3-го и 4-го классов съемка будет содер­ жать примерно тыс. пунктов, на ее основе будут созданы гравиметрические карты Франции масштабов 1:320 000 и 1: 1 000 000 (плотность осадочных пород 2300 кг· м- 3, плотность фундамента 2700 кг· м - 3, сечение изоаномал 1О 100 мкм·с- 2 ).

В США в 1975 г. были начаты совместные работы Общества геофизиков­ разведчиков (SEG), Национальной геологической съемки, Картографического управления МО и Национального управления по исследованиям океана и атмос­ феры. Собраны данные, имевшиеся в различных организациях;

после обра­ ботки составлены карты аномалий масштаба на территорию США 1:2 500 [301]. Карта сечением 50 мкм·с- 2 основана примерно на 1 млн. гравиметриче­ ских пунктов на суше (аномалии Буге, плотность пород 2670 кг· м- 3 ) и примерно на млн. прибрежных пунктов (аномалии в свободном воздухе) в число 0,8 [515];

этих пунктов вошли измерения силы тяжести по линиям нивелирования, выпо­ лненные Национальной геодезической съемкой. Аномалии определены в системе МГСС-71 и Геодезической референц-системе 1967 г. В горных районах поправки за рельеф вычислялись в области радиуса 166,7 км. После анализа и компактного размещения данных был образован путем интерполяции в узлы координатной 4 км файл сетки с шагом цифровых данных, послуживший основой для построе­ [224]. Эта ния изоаномал региональная гравиметрическая карта используется при картографировании положения и строения фундамента, кристаллических пород, 332 Глава структурных и литологических провинций, ослабленных зон земной коры, нару­ шений баланса масс в литосфере, геометрии осадочных бассейнов, а также рас­ пределения экструзивных и интрузивных магматических пород.

Примерам поэтапного создания региональной гравиметрической карты для большой территории может служить карта Индии Национальная программа [3].

гравиметрических работ предусматривает площадную съемку со средним шагом км, опирающуюся на фундаментальную сеть (с шагом км). К г. ре­ 15 -100 55% гиональная съемка покрывала примерно территории страны. Она дополнена специальными геофизическими съемками и измерениями по нивелирным линиям, в результате к г. имелось тыс. пунктов;

распределение пунктов иллюстри­ 1986 рует рис. Гравиметрические данные представлены аномалиями в свободном 9.18.

воздухе, Буге и изостатическими аномалиями.

Во многих областях Земли были выполнены.региональные гравиметрические съемки с целью изучения процессов тектоники литосферных плит, эти работы, 4.4.1).

как правило, сочетались с другими геофизическими методами (разд. Отме­ тим региональные исследования в области Центральных Анд (Кордильер), пред­ ставляющих собой классический пример горной формации, образовавшейся в [225] 9.19).

результате субдукции океанической коры под континентальную (рис.

С 1982 по 1986 г. гравиметрами Ла Каста Ромберга было определено около 2600 пунктов на площади 850 х 500 км. Обычно измерения выполнялись вблизи 5 км), транспортных магистралей (с шагом около высоты пунктов определяли, как правило, барометрическим нивелированием с привязкой к нивелирной сети.

Плановое положение находили по топографическим картам.масштаба 1:50 000 Вслед за созданием базы гравиметрических данных, содержащей все 1:500 000.

имеющиеся значения силы тяжести и цифровую модель местности (для трапеций 3' х 3'), была создана карта аномалий Буге с сечением 100 мкм·с- 2 (МГСС-71, ~10-20км 02Окм 90' Е Рис. (левый). Схема региональных гравиметрических съемок Индии по состо11нию на г.

9.18 1986 [3].

Рис. (правый).Гравиметрические профили н аномалии Буrе региональной съемки в Центральных 9. Андах (система МГСС-71, плотность 2670 кr·м- 3 ), сечение сглаженных изоаномал 500 мкм·с- 2 [228].

Гравиметрические съемки М:ц::&~~,;

у til ( z" ИсnаниR д~ 16'. ::;

v {d_.

.с гr '"'-'~. ДНГЛИR,.

z• z•w е• Е ~· о• Рис. Морские гравиметрические nрофили в заnадной части Средиземного моря (1965-1972 rr.) 9.20.

(Обсерватория эксnериментальной геофизики, Триест) [195].

Рис. Аномалии Буге над соляным куnолом Форхоn в Северной Германии, сечение сглаженных 9.21.

изоаномал 10 мкм·с- 2 [631].

плотность пород 2670 кг· м- 3, определение поправки за рельеф в области ра­ диусом 100 км).

В гг. Геофизическая экспериментальная обсерватория Триеста со­ 1965 - вместно с другими организациями выполнила обширную гравиметрическую съемку Средиземного моря. Сложность строения этого региона обусловлена столкновением Африканской и Евразийской литосферных плит. Гравиметрические работы сочетались с наблюдениями отраженных сейсмических волн и измерения­ ми напряженности магнитного поля;

общая протяженность профилей, на кото­ 220 9.20).

рых выполнены измерения, около тыс. км (рис. Результаты nредставлены на картах (аномалии в свободном воздухе и аномалии Буге) с сече­ нием 100 мкм·с- 2 [195].

В качестве примера локальной съемки для прикладной геофизики nриведем гравиметрическую съемку соляного купола Форхоп, выполненную фирмой Prakla- Seismos 9.21).

(Ганновер) (рис. Расстояния между пунктами составляют 1 км, от нескольких сотен метров до высоты оnределяли геометрическим нивели­ рованием, а координаты по картам масштаба 1:25 000. Шаг съемки и точность аномалий Буге ( ± 1 мкм ·с- 2 ) позволяют строить карты изоаномал с сечением в несколько мкм·с- 2 (рис. 9.21).

Хранение результатов измерений 9.4.

Описание гравиметрического пункта 9.4.1.

Описание (формуляр) гравиметрического пункта определяет его положение отно­ сительно местных контуров, а также на топографических картах или аэрофото­ снимках. Особенно важны такие описания для опорных гравиметрических 334 Глава Рис. 9.22. Карточка гравиметрического опорного пункта, состоишая из описательной и документаль· ной частей [639]. Топографическая карта М. 1:50 000 L3724 (1982). (С разрешении Земельного управлении и Управлении топографических съемок Нижней Саксонии - 84 - 687 /88).

Опорная гравиметрическая сеть г. Федеративная Республика Германии 1976 (DSGN76).

4/ Пункт Ганновер, центр Местоположение Институт геодезии, Университет Название 21629А, IGSN71: DSGN62: 3624/57 PS Шифр Металлическая марка с надписью «Schweregrцndnetz 1акреплен­ 1976», Тип центра ная на пилоне высотой м 0, Институт геодезии, Ганноверский университет, Nienbцrger Str. 1, Описание пилон в подземном калибровочном ломешении Hannover 1, Координаты в национальной системе DHDN Координаты =9° 42' 51", 7 в.д. R = 35 48 Л Р = 52° 23' 12"' 4 с.ш. н = 58 Об Высота в национальной системе DHHN н = 54,287 м Гравиметрические съемки пунктов и базисных пунктов региональных сетей, поскольку позволяют легко опознавать их при повторных измерениях и привязке к этим пунктам и, кроме того, контролировать возможные изменения на пункте. Описания пунктов по данным и другой информации из локальных съемок, а также по определениям высот и плановых координат пунктов приводятся в разд. 9.2.1, 9.3.3.

Формуляр опорного гравиметрического пункта состоит из описательной и [639] 9.22).

иллюстративной частей (рис.

Описательная часть должна содержать следующее:

- номер пункта, его название (название местности или района);

- описание положения пункта и его закрепления;

-географическую широту и долготу пункта и плановые координаты (±0,1 ") ( ± 1 м) в национальной системе координат;

-высоту пункта (до нескольких миллиметров) в национальной системе счета высот;

- указание о возможной принадлежности пункта другим гравиметрическим сетям.

Полезно также указывать приближенное значение силы тяжести ( ± мкм ·с- 2 ).

Для пунктов базисной гравиметрической сети необходимо указывать адрес орга­ низации, осуществляющей надзор. И кроме того, следует приводить, если воз­ можно, данные, специфические для каждого пункта (земноприливные параметры, локальный градиент силы тяжести, дополнительную геологическую и гидрологи­ ческую информацию).

Иллюстративная часть должна содержать следующее:

-фотографии гравиметрического пункта и ближайших окрестностей;

- общее описание и абрис с данными привязок и промеров;

- 1: выкопировку из крупномасштабной карты, например масштаба (карты кадастра, карты городов);

- 1:50 000.

выкопировку из топографической карты, например масштаба При пользовании фотографиями, абрисами и выкопировками из крупномасш­ табных карт необходимо обращать внимание на возможные изменения на пункте.

Не столь жесткие требования предъявляются к описанию пунктов сетей сгу­ щения региональных и локальных съемок. Требуется отметить их на топографи­ ческой карте и составить абрис.

Базы гравиметрических данных 9.4.2.

Результаты мировой и региональных гравиметрических съемок хранятся в базах гравиметрических данных. Такие базы должны удовлетворять следующим требо­ ваниям: возможности первичной обработки большого массива данных, поскольку данные поступают более или менее регулярно от различных организаций, в раз­ нообразном виде и разного качества;

возможности обработки и вывода результа­ тов в различных форматах в соответствии с требованиями пользователя.

Возникающие затруднения можно устранить, пользуясь системами управления базой данных Такие системы содержат отдельные программы и подпро­ [716].

граммы, причем возможны их различные комбинации. Помимо разработок Глава Деловые сообщениR Ввод ранеформации : измерительной База данных радуцировение, информации уравнивание Гравиметрм Другие базы Оценка ческая данных nродукциR Рис. 9.23. Уnравление базой гравиметрических данных [79).

основных гравиметрических организаций можно использовать коммерческие вер­ ·сии пакетов программ. ТИпичные функции такой системы иллюстрирует 9.23.

рис. Входные данные (результаты съемок, содержание других баз данных) преобразуются в стандартный формат, вводятся в центральную базу данных и подвергаются контролю качества (исключению грубых ошибок). В процессе внут­ ренней обработки данных они приводятся в единую референцную гравиметриче­ скую систему, в них вводят стандартные редукции, выполняются уравнивание гравиметрических сетей и повторный контроль качества. В большинстве случаев гравиметрические данные представляют в виде аномалий силы тяжести, которые и выдают потребителю. Необходимо обеспечить возможность выдачи полного объема информации в цифровом или аналоговом виде, оперативно и в гибкой форме (в зависимости от различных критериев выбора).

База данных по земному шару существует под эгидой МАГ в Международном гравиметрическом бюро (МГБ, Тулуза, Франция). В ее архивном файле использу­ ( ется стандартный формат знаков) и хранится самая разная информация. Она выводится полностью или избирательно для отдельных источников, стран или территорий (в виде записей на магнитной ленте или распечаток на бумаге);

воз­ можны также последующая обработка данных и их вывод в соответствующем 9.4.3).

формате (разд.

Информация, хранимая в базе данных МГБ, содержит:

- номер источника информации по нумерации МГБ;

- номер блока, широту и долготу;

-точность координат, указание системы координат;

-класс точности (например, пункт национальной сети 1-го класса);

-тип местности (например, суша, поверхность моря), высоту пункта и ее точ ность, способ определения высоты;

- измеренное значение силы тяжести (до О, 1 мкм ·с- 2 ), дополнительную инфор Гравиметрические съемки мацию о силе тяжести (например, инструментальные поправки, поправку Этвеша), точность измерения силы тяжести;

-систему отсчета (например, МГСС-71), исходные пункты, калибровочные параметры;

- аномалию в свободном воздухе и аномалию Буге (1 мкм ·с- 2 ), их точность, информацию о поправке за рельеф и припятом значении плотности, величину поправки за рельеф;

-название прибора для измерения силы тяжести, условия измерений;

- изостатические аномалии;

-скорость судна, поправку Этвеша;

- время наблюдений;

-шифр пункта (в соответствии с оригиналом);

- код страны, источник исходной информации, порядковый номер.

Различными организациями США и других стран созданы не только регио­ нальные базы гравиметрических данных;

геолого-океанографические службы со­ 1.3.2, 1.3.1).

брали гравиметрические данные на акватории (разд. Во многих странах существуют национальные гравиметрические базы данных. Часто они содержат также первичную гравиметрическую информацию и все результаты уравнивания (уравненные значения силы тяжести с их ковариационной матрицей, 9.2.3, калибровочные параметры, поправки в результаты измерений) (разд.

9.2.4).



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 14 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.