Способ установки гравитационных вариометров при производстве гравиметрических наблюдений Советский патент 1947 года по МПК G01V7/08 

OojiacTb прил1е1-1ени; гравитационного метода сильно ограничивается тем условиг л, что наблюдения с гравитационным вариометром могут произзодитьо лишь в тех случаях, когда К-;Оны дневного рельефа не нревышают 8-10.

Объясняется это тем, что суш.еству;-ощие методы учета влияния ре.;ьефа разработаны для случаев, когда уклоны рельефа вблизи от при(5ора lie превышают 0,1. При крутом рельефе топографические поправки по своей величине обычно значительно превосходят значения гравитапионных аномалий, и величина этих поправок определяется с большой погрешностью из-за неоднородности п;готности пород, образующих рельеф, и возможны случаи, когда исследуемое гравитационное поле перестает удовлетворять основному условию теории вариометра о постоянстве значения вторых производных гравитационного потенциала внутри участка, занятого крутильными весами.

Предметом настоящего изобретения является способ установки гравитационного вариометра, обеспечивающий производство из:,1.ерекий градиентов силы тяжести незан;1с;;мо от клона дневного рельефа.

Способ заключается в то.м, что гравитационный вариометр устанавливают своим основанием в центре ци: индрической формы выемки, выполненной в г ентре хорошо выравиеиний искусственной горизонтальной площадки.

Установка прибора должна

пыть такова, чтобы центр тяжест

крутильной системы оказался на у

товне этой площадки и, одновре :1енн

о, на

уровне наклонной плоскости, расположенной за ее пределами.

Гравитационный вариометр в принципе представляет собою крути.ньныг весы весьма малых размеров, помещаемые непосредственно вблизи земной поверхности в центре небольшой, но весьма тщательно выравненно ;, горизонтальной площадки, в пределах которой рельеф не оказывает влияния на показания прибора. В этом случае можно доказать, что влияние остальной части рельефа на показания прибора s ряде случаев будет ничтожно и во всяко, случае .может быть легко учтено простейшили способа.1и.

Чтобы уяснить это положение следует обратить внимание на обстоятельства, известные из теории учета влияния рельефа и из практики гравитационных работ с вариометром.

Влияние рельефа на вторые производные гравитационного потенциала практически ограничивается площадкой, радиус которой прямо пропорционален высоте инструмента над поверхностью земли в точке наблюдения.

ПоэтоЛ)у на практике при высоте кнструлаента порядка I м предельный радиус площадки, влияние которой следует учесть при выводе топографической поправки, обычно не превосходит 50-JOO м, а в ряде случаев более простого рельефа и при вычислении только градиентов силы тяжести может быть уменьшен до Ю-18 м. Таким образол, предельный радиус Imax плошадки, принимаемой в расчет при Зчете влияния рельефа, определяется следующим соотношением:

10/:й/™;с ;ЮО/.

Отсюда можно заключить, что предельный радиус действующей плошадки рельефа может быть уменьiJieH, если уменьшить высоту инструл1ента над подверхностью земли.

Основная часть влияния рельефа в большинстве случаев сводится к влиянию наклонной плоскости с ук.юном, равньш среднему уклону действующей площадки рельефа. Последнее явление в особенности проявляется при наблюдении на скатах возвышенностей, что очень часто встречается в практике гравитационных работ. Можно без особого ущерба отказаться от измерения так называемых кривизн 2Uxy и И/1 и ограничиться измерением и рассмотрением градиентов силы тяжести. Рассмотрим влияние рельефа, ограниченного наклонной плоскостью, ограниченной радиусами 1 и /,, для случая, когда

и

Для этого воспользуемся формулалш Б. В. Кумерова:

2л

1 / Uxz - I ° -286

12

В Ыа J fp(l)di-, h

2i I /

Uyz - I В sin ada;

(/) --31

(l + i-H

в цилиндрической системе координат, определяется соотношениями:

X I cosa, sina, Z - Л

с началол в центре тяжести крутильных весов.

Полагая в этих формулах: О, Н El cosa, где е - tg угла наклона плоскости к горизонту, найдел, пренебрегая в разложении функции 5 членом с четвертой и высшими степенями отношения

4- : S knae In () COS а

L 1 /

t/, (/, 0.

IaKHAi образом, допуская что центральная площадка в радиусе 1- горизонтальна, приходим к выводу о ТОЛ1, что остальная часть земной поверхности, имеющая форму наклонной плоскости, за пределами указанной площадки не оказывает влияния на показания крутильных весов, так как радиус / может быть взят сколь угодно большим.

Если имеем реальную поверхность рельефа типа горного склона и расположим инструмент в центре небольшой искусственно выравненной площадки на этом склоне, то влияние этого рельефа на показания прибора проявляется лишь в той мере, в которой реальная поверхность отклоняется от наклонной плоскости. Этот вывод сохраняет сил} для плоскости и с большим наклона, т. е. применим к подлинному горному рельефу. Для сравнения примем во внимание, что действие рельефа, ограниченного наклонной шюскостью, проходящей через ось у, при обычной высоте инструмента и нри отсутствии горизонтальной плошадки у основания инструмента будет:

{/, Jina sin Sx

И влияние рельефа при ех 10° достигает весьма значительной величины- до нескольких сотен этвешей.

В данном случае берем / 0. Чтобы практически удовлетворить этому условию делают в центре горизонтальной площадки цилиндрическую выемку и помещают в нее вариометр таким образом, чтобы центр тяжести крутильной систел ы оказался бы на уровне горизонтальной площадки и одновременно на уровне наклонной плоскости, расположенной за ее пределами. Ввиду полной симметрии выемки относительно любой осевой вертикальной плоскости ее влияние на показания прибора будет равно нулю и получают случай, эквивалентный рассмотренному выще, для которого сделанные выводы полностью сохраняют силу.

Остается только достигнуть того, чтобы при наблюдениях непосредственно у земной поверхности возможные неоднородности плотности пород, образующих рельеф, не обусловили бы непостоянства вторых производных гравитационного потенциала внутри оболочки вариометра. Этого, очевидно, можно достичь удгеньшением размеров последних. Однако значительное уменьшение размеров крутильной системы, т. е. уменьшение плеча и вертикального расстояния между грузами неизбежно повлечет столь же значительное уменьшение точности показания прибора, если это уменьшение не компенсируется соответствующим изменением других параметров системы, входящих в выражение коэфициента:

, MD Ь ,

где jVJ / xzdm- inin,

/

ш - масса груза, h - вертикальное расстояние

между центрами грузов, / - плечо крутильной системы, D - оптический рычаг, т - крутильный коэфициент нити. Наряду с этим следует обеспечить достаточно быстрое затухание крутильных колебаний системы с тем, чтобы время наблюдения с прибором было не слишком велико.

Если затухание таково, что система находится на границе апериодичности, то, как показывает опыт, время успокоения крутильных колебаний практически не превышает полуторного периода крутильных колебаний Т, причем

7 2.-./

где / С (у -у-) dm.

С точки зрения этого условия нужно стремиться к зменьшению коэфмциента К или к увеличению т - опять-таки до пределов, определяемых допустимой ошибкой наблюдений.

Всем указанньш требованиям в достаточной мере удовлетворяет вариант устройства вариометра, характеризуюшлйся следующими значениями параметров:

т 25 г,

ft 5p см,

,5 см,

т 0,03 г-ел/--сек-. D 300 см,

& 0,02- 10,

2,|/4ЕСЛИ рельеф образован рыхлыми породами, то площадка выравнивается непосредственно; если же рельеф образован плотными коренными породами, то в этом случае площадка выравнивается на искусственной насыпи, приготовленной из тонко измельченного материала, плотность которого в утрамбованном виде не отличается от плотности нород, образующих естественный рельеф. Диаметр площадки, повидимому, можно взять 0,5-1,0 м. Для изготовления цилиндрической выемки в центре площадки можно использовать специального изготовления ручной бур большого диаметра (12-15 см}. В ряде случаев, очевидно, можно будет обойтись и без выелжи и прибор ставить непосредственно на горизонтальную

287

площадк} в центре ее. Высота центра прибора при этом не бздет равна jiyjno, ifo будет выражаться несколькими сантиметрами, что в значительной мере оставит в силе выводы, сде.; энные выше для случая / - 0.

За пределами горизонтальной нлощадкн ироизводитси ниве;1лировка д;1я учета остающейся части рельефа. Этот учет {Б тех случаях, когда влияние рельефа нриходится читьшать) .можно произвести, напртшер, с нолющью иалеток Д-jy; картографического учета ре.чьефа.

Г1 р е /( Л1 е т и 3 о 5 р е т е н и ;

i. Способ устаноБкг-: гравитационных вариол1етров нрк производстве рлвиме7рическ1(х нлб..юдеггпт, о тл и ч а ю щ и и с я т что для возможности нроизводст измерений градиентов силы тяжес ;, наприл1ер, в горных районах, независимо от уклона дневного рельефа, гравита Н-юнный вариометр устанавливают в центральной выемке иск}сственной горизонтальной нлощадки так, чтобы центр тяжести крутильной системы был расположен на уровне искусственной 1-оризонта;;ьнсй плоГЛЙДКИ.

2. Для осуществления сиособа иу ). I применение гравитационного вариометра, центр тяжестг крзтильных весов которого расположен вблизи основания вариол5етра, а расстояние . центрами грузов кргтилыых весов RbfHo.HieHO порядка б см.