Редукции или поправки силы тяжести

В наблюденные значения силы тяжести вводятся редукции или поправки. Введение поправок необходимо потому, что нормальные значения относятся к поверхности земного сфероида. А измеренные значения получены в реальных условиях (в воздухе, земной поверхности, на дне моря, в горных условиях).

Для того, чтобы все наблюдения силы тяжести были сопоставимы, их приводят к одной поверхности - уровню геоида. Это осуществляется введением поправок за высоту, за приближение промежуточного слоя и окружающий рельеф. Эти поправки называются редукциями.

Поправка за высоту

Для приведения измеренного значения к уровню океана вводят поправку за высоту ( g₁). Эту поправку называют поправкой за “свободный воздух” или поправкой Фая. Формула имеет общий вид:

,

где - высота точки наблюдения, м;

0,3086 - величина нормального вертикального градиента силы тяжести, мГал/м

Поправку Фая нужно прибавлять к наблюденному значению силы тяжести в случае, если точка наблюдения находится над уровнем моря, и вычитать, если точка наблюдения лежит ниже его (при донных съемках).

Поправка за применение промежуточного слоя

Поправка за влияние промежуточного плоскопараллельного слоя учитывает влияние масс между горизонтальной плоскостью, проходящей через точку наблюдения и уровнем моря или каким-либо другим уровнем:

,

- абсолютная высота точки наблюдения, м;

- средняя плотность пород в этом слое, г/см³

Если отклонения рельефа местности в районе наблюдения значительны (горные районы), то вводят дополнительно поправку за рельеф .

Массы рельефа, залегающие над горизонтальной плоскостью, создают вертикальную составляющую силы тяжести, направленную вверх, т.е. уменьшающую наблюденное значение.

При опускании рельефа ниже горизонтальной поверхности создается недостаток масс (вместо горных пород нормальной плотности находится воздух), что само по себе ведет к занижению наблюденных значений силы тяжести. Поэтому, поправка за рельеф всегда вводится в наблюденные значения силы тяжести со знаком +, т.е. положительная.

Поправка Буге

Поправка Буге состоит из поправок в свободном воздухе и промежуточном слое

Недостатки поправки Буге состоят как раз в том, что она неточно учитывает влияние масс, расположенных между уровнями наблюдения и приведения. Реальное расположение масс заменяется горизонтальными плоско­пара­лельными слоями. По этой причине может быть большое расхождение между поправками за промежуточный слой и влияния реальных масс. Поэтому, целесообразно вво­дить или учитывать поправку за рельеф.

Изостатические редукции

При обработке геодезических данных возникла мысль о возможности улу­ч­ше­ния результатов при помощи учета действия избытка масс (горных соору­жений) и недостатка масс (глубоких впадин, прогибов). Для согласованности гео­дезических измерений была сформулирована гипотеза изостазии, или гипо­теза равновесного состояния земной коры.

Практически одновременно были сформулированы Праттом и Эйри две гипо­те­зы.

В основе гипотезы Пратта лежит предположение, что в Земле на глубине (T - поверхность компенсации) имеется поверхность, во всех точках которой дав­ле­­ние действует с одинаковой силой.

Гипотеза Эйра состоит в следующем, что в некотором объеме земная кора одинаковой плотности (  0) и под корой лежит некий субстрат (  0), на котором она как бы плавает. Изменение поверхности компенсации изменяется следующим образом: под горами она увеличивается, под океанами - уменьшается. В основе этой гипотезы лежит закон Архимеда.

Гипотеза Венинг-Мейнеса. В основе ее лежит предположение, что земная кора - это упругая пластина бесконечного простирания (явление это не локальное, а региональное). При такой формулировке учитываются силы сцепления между отдельными колонками земной коры. Топографические массы представляют нагрузку, от которой пластина дает прогиб на границе компенсации, вытесняя более плотное вещество субстрата. Эта гипотеза остается на сегодняшний день самой жизнеспособной.

Рис. модельный пример региональной изостазии региональной.

Изостатические редукции

При введении в наблюденные значения силы тяжести изостатические редукции выделяются, среди которых следующие - это поправки за топографию и за компенсацию. Причем, притяжение внешних или топографических масс вычитается, а поправка за компенсацию, т.е. компенсирующие массы, прибавляется. Само собой разумеется, что поправки за свободный воздух также учитываются.

Вычисление этих поправок производится с помощью палеток по методике Хейфорда. При вычислении поправок учитывают следующие условия:

1) – поверхность компенсации относительно уровня моря на глубине 113,7 км;

2) – компенсация рельефа осуществляется полностью или локаль­но;

3) средняя плотность топографических масс равна 2,67 ^г/_см³

При высокоточечных гравиметрических измерениях необходимо вводить поп­равки за притяжение Луны и Солнца, которые могут создавать упругий прилив, при этом фигура Земли деформируется как бы вытягиваясь в эллипсоид с большей осью, направленной в сторону Луны. Принято называть этот эллип­соид приливным. Максимальная амплитуда этого прилива составляет 0,25 м.

Вли­яние солнечно-лунного притяжения учитывается по специально созданным графикам. Максимальная поправка за притяжение Луны составляет 0,25 мГал, а Солнца - 0,1 мГал.