Способ установки гравитационных вариометров при производстве гравиметрических наблюдений

 

ссг

Класс 42с, 44

ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сло-.oá установки гравитационных вариометров при ироивводстве

1равмметрических наблюдений заявлено о9 мая 1944 гола в Комитет по делам геологии СССР аа ¹ 9929 (3327391

Опубликовано 31 августа 1947 гола

9<) г! PiCTb 11РИМ !- ЕIII!:I I РавнтаЦ11ОН

ИОГО метода сильнО ОгоаничиВается тем условием, что наблюдения с гравитац.онным вариометром могут п1ронзврдиться лишь E тех случаях. когда уклоны дневно о рельефа не поевышают 8 — 10= .

Ооъясн-:ñòñb это тем, что суш-CTB) 1O1ÖHC МЕТОДЫ УЧЕТа ВЛИЯНИ11 р."- .ьефа разработань; для случаев когда уклоны рельефа Вблизи от прибора пе I!peBB!HIaioT 0,1. Пр. крутом рельефе топограф .ëåcêèå поправки Io своей величине обычно значительно превосходят значения гравитационных аномалий, и вел лина этих поправок опр деляется с большой погрешностью из-за неоднородности и;:отности пород, образующих рельеф, и Возможны случаи, когда исследуемое гравитационное поле перестает удовлетворять основному условию теории вариометра о посто .нстве значения вторых производных гравитационного потенциала внутри участка, занятого крутильными весами.

Предметом настоящего изсоретения у1вляется спОсОб $ cTBHQBKH граВитационного вариометра, обеспечивающий производство измерений градпоптов си.::ы тяжести и: з:.;-:.: ;.мо От, клона дневногс репье@а.

Способ закл1очаетс> 3 том, что гравитационный вариометр устана1- л-вают своим основанием в центре

:! ИНДРИсIЕСКОЙ фсРМЫ ВЫЕМК11, ВЫ110. ненной в .",.-итре хорошо выравнеш Ой нск; сственной гор11зснталь11О:.

ЩВДК11.

Установка приоора должна б1:1;- ТакоВа. чтосы центо тяжести кр, тильнсй системы оказался на уровне этой площадки и. ОдноьремеHH. . на

% рсв11с наклон11ст,: плосксс 111 пас положенной за ее пределам1..

Гравитационный вариометр В поипципс прсдстаВ.1яет сооо10 hpv Tè. 1ьные весы весьма ма Ib!x размеров. псмещаемы непосредственно вблизи земной поверхностп в центре небольшой, но весьма тщательно выравненной1, горизонтальной п.1ощадки, в пр гдов лах которой релье!о не оказыьает

Влиян:11 на показания прибора. этом случае можно доказать..-1то влияние остальной част1 рельефа на показания прибора В р.-.де случаев будет ничтожнома 1о и Во всяко случае может быть легко учтено Нростейшиа 11 cHocGI)B.;!ï.. о $092

Чтобы уяснить это положение следует обратить внимание на обстояельства, 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.

Поэтому на практике при высоте инструмента порядка 1 л нредельный радиус площадки, влияние которой следует учесть при выводе топографической поправки, обычно н е превосходит 50 — l00 л, а в ряде случаев более простого рельефа и при вычислении только градиентов силы тяжести может быть уменыцен до

10 — 18 м. Таким образом, предельный радиус 1„- площадки, принимаемой в расчет при учете влияния рельефа, определяется следующим соотношением: 01:. lòàx. =. 001 °

Отсюда можно заключить„что предельный радиус действующей площадки рельефа может быть уменьшен, если уменьшить высоту инструмента над подверхностью земли.

Основная часть влияния рельефа и большинстве случаев сводится к влиянию наклонной плоскости с уклоном, равным 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 2UÄy и УА и ограничиться измерением и рассмотрением градиентов силы тяжести. Рассмотрим влияние рельефа, ограниченного наклонной плоскостью, ограниченной радиусами l u l.„ для случая, когда

1 ((У(и 1((l.

Для этого воспользуемся формулами Б. В. Кумерова:

2п

1 г

U = — /  costa;

:7

О в цилиндрической системе координат, определяется соотношениями:

x=1союа, 1=1ыпи, Z=h с началом в центре тяжести крутильных весов, Полагая в этих формулах: 1 = 0, Н = el соза, где я — tg угла наклона плоскости к горизонту, найдем, пренебрегая в разложении функции В членом с четвертой и высшими степенями отношения —: В = )счое и -- -/ cos2 cz г

l l, U„,= !У О, Таким образом, допуская что центральная площадка в радиусе 1, горизонтальна, приходим к выводу о том, что остальная часть земной поверхности, имеющая форму наклонной плоскости, за пределами указанной площадки не оказывает влияния на показания крутильных весов, так как радиус l., 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.

3тот вывод сохраняет силу для плоскости и с большим углом наклона, т, е. применим к подлинному горному рельефу. Для сравнения примем во внимание, что действие рельефа, ограниченного наклонной плоскостью, проходящей через ось у, при обычной высоте инструмента и нри отсутствии горизонтальной плошадки у основания инструмента будет:

U,, = ив sin e„

М б9092 и влияние рельефа при,)10 достигает весьма значительной величины — до нескольких сотен этвешей.

В данном случае берем Х =О. Чтобы практически удовлетворить этому условию делают в центре горизонтальной площадки цилиндрическую выемку и помещают в нее вариометр таким образом, чтобы центр тяжести крутильной системы 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 выше, 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 уменьшением 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:

МО

) где И = / xzdm=-тЫ, Ф

m — масса груза

h — вертикальное расстояние между центрами грузов, 1-- плечо крутильной системы, 0 — 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

Т=2л

K= / (x — 1 ) dnt. где

С точки зрения этого условия нужно стремиться к уменьшению коэфпциента К или к увеличению т— опять-таки до пределов, определя:мых допустимой ошибкой наблюдений.

Всем указанным требованиям в достаточной мере удовлетворяет вариант устройства вариометра, характеризующийся следующими значениями параметров:

m=25 г, A=5,5 сл, 1= 1,5 см, т=0,03 г.см - сек — - .

D= 300 сл, Ь= — — =0,02. 10

Т= 2тг

К

Если 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 пород, образующих естественный рельеф. Диаметр площадки, повидимому, можно взять 05 — 1,0 ль

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 выемки и прибор ставить непосредственно на горизонтальную

287

X 69092 площадку в центре ее. Высота центра прибора при этом не будет равна пулю, но будет выражатьс» несколькими са11Т7!метрами, что в:значительной мсре оставит в силе выводы, сде- ° L1HIIhICÑ Вы!Де члЯ СЛ1 Ча11 1 == 11, За пределами горизонтальной площадки производитси нивеллировка длн, 1ета остающейсн части рельефа.

370т ъ чет !в тех с!!учс!Их, к01 @II в. !инние рельефа пр1гходитси учитывать)

:;!Ожно произвести. например, с помощью налетoK . !. !я картогряфи песк 1го x 1ета вли1пии рельеф». ое 1мет и,r)бое,"r нин

1. Способ уста!явки гравитацион:ых вариометров при про гзводстве ,"равиме7рических наб. 1од и -и 0 т л и ч а !О!.ц и и с н т что дл!! во можности произв одс- измерений градиентов силы тнжес . например, в горных районах, независимо от уклона дневного рельефа, гравитационный вариометр устанавливают в центральной выемке искусственной горизонтальной площадки так, чтобы центр тяжести кргп льной системы Оыл расположен !! а уровне искусственной горизонтальной пло1падки.

2. Д!!Я Ос1, Ществлепил спосооа по ! !. l Г1рименение гравитационного вариометра, центр тижест; крутильных весов которого распол жен вблизи

Основания вариометра, а расстояние .чсж!г центрами гр :зов ко,т:!льпых

ПЕЕВ РЬН10 П!Епо ПОРЯДIС11 6 г,!1,