Аппаратура и методика гравиметрической съемки

Для проведения гравиметрических работ используют приборы, которые называются гравиметры.

Измерения могут быть: абсолютные и относительные.   Приборы: динамические и статические. К абсолютным относятся методы, в которых измеряются абсолютные, точные значения силы тяжести или горизонтальные градиенты и градиенты, характеризующие кривизну уровенной поверхности. Относительными являются методы, в которых определяется приращение ускорения силы тяжести в любой точке относительно предыдущих пунктов.  В динамических способах является период, частота или время движения тела в гравитационном поле. В статических способах наблюдается изменение положения равновесия тела под действием силы тяжести.

1. Динамические:

· Маятниковые гравиметры Приборы основаны на измерении периода колебания маятника, который связан с ускорением свободного падения следующим выражением: Измерив, период колебания маятника в двух точках, можно определить относительное значение силы тяжести, при этом  длина маятника должна быть определена с высокой точностью. Маятниковые гравиметры позволяют определить как абсолютные, так и относительные значения силы тяжести. Очень редко для проведения очень точных съемок, на опорных пунктах высокого класса измеряют абсолютные значения силы тяжести с помощью маятниковых гравиметров.

· Баллистические гравиметры. Они основаны на определении времени и пути падения тела, правильной геометрической формы. Время свободного падения тела связано с силой тяжести следующим выражении ем. Баллистический гравиметр позволяет произвести абсолютные определения силы тяжести. В вертикальной, цилиндрической, вакуумной камере,  высотой примерно 50 см. падает стеклянная призма. Пути падения призмы измеряют с помощью лазерного интерферометра, а время падения – с помощью атомных часов. Пучок когерентного света от лазера с помощью полупрозрачного зеркала разделяется на 2 пучка, которые проходят разные пути, а затем сводятся вместе. В результате наблюдается интерференционная картина, в виде чередования светлых и темных полос.

2. Статические:

· Пружинные гравиметры. Являются статическими приборами, представляют собой обычные весы, которые состоят из пружины, шкалы и постоянной массы. Позволяют определять относительное значение силы тяжести, т.е. ее приращение.

Прибор основан на силе взаимодействия гравитационного поля на массу грузика. Эта сила компенсируется упругой силой пружины. Грузик совершает поступательное движение и равновесие УСП и упругих сил пружины можно записать следующим выражением:    

Т.к. длину пружины невозможно определить с высокой точностью, приборами измеряют только приращения Dg. Для этого в первом пункте наблюдений, где на массу воздействует g₁, определяем длину растяжения пружины l₁. Затем, в точке наблюдения № 2, где на массу действует g₂, определяем длину растяжения пружины l₂ и вычисляем приращение.      

Изменения в разных точках наблюдений, приводят к изменению длины пружины, поэтому, определив DL, можно рассчитать Dg.

· Приборы для измерения вторых производных силы тяжести (вариометры и градиентометры) Для измерения вторых производных потенциала силы тяжести используют приборы – гравитационные вариометры и градиентометры. Для этих приборов используются принцип крутильных весов Кулона, в которых грузики расположены на разных уровнях – крутильные весы второго рода.

Если чувствительная система гравитационного вариометра, находится в неоднородном гравитационном поле, под воздействием разнонаправленных гравитационных сил, которые создают крутящий момент, приводящий к повороту коромысла прибора в горизонтальной плоскости на некоторый угол. Чувствительная система гравитационного вариометра, ведет себя в гравитационном поле подобно стрелка компаса в магнитном поле. В результате происходит закручивание нити отвеса и за счет этого возникает момент упругих сил, уравновешивающий момент гравитационных сил. Угол поворота коромысла зависит от степени неоднородности гравитационного поля и его измеряют с высокой точностью. Эти приборы используют при изучении гравиразведкой, тел сложной формы: соляных куполов, рифогенных структур, разломов.