GRAWIMETRIA
1.Jednostki siły ciężkości w badaniach grawimetrycznych.

Geofizyczne jednostki natężenia siły ciężkości:
1 niuton/kilogram = 1 N/kg = 1 m/s

2

,

1 Gal = 10

-2

N/kg,

1 miligal = 10

-3

Gal = 10

-5

N/kg,

1 mikrogal = 10

-6

Gal = 10

-8

N/kg,

1 Etwesz = 1 E = 10

-9

* s

-2

(jednostka drugich pochodnych potencjału siły ciężkości w SI ). (?)

2.Poprawka w badaniach grawimetrycznych.

Anomalia grawimetryczna jest to różnica pomiędzy zmierzoną wartością siły ciężkości
wyznaczoną grawimetrycznie w danym miejscu powierzchni Ziemi a wartością obliczoną
teoretycznie. Wartości siły ciężkości uzyskane w wyniku pomiarów grawimetrycznych nie mogą
być bezpośrednio porównywane ze sobą z powodu ich zróżnicowania ze względu na szerokość
geograficzną, wysokość npm, gęstość podłoża, topografię otaczającego terenu i ew. pływy
ziemskie. Z tej przyczyny wyniki pomiarów siły ciężkości są redukowane do takich wartości, jakie
otrzymalibyśmy na powierzchni normalnej, ewentualnie na innej ekwipotencjalnej powierzchni
odniesienia. W grawimetrii poszukiwawczej stosujemy tzw. redukcję Bouguer’a siły ciężkości;

g

0

= g + (δg

t

+ δg

w

- δg

p

)

g

0

– wartość zredukowana siły ciężkości,

g – wartość pomierzona siły ciężkości,
δg

t

- poprawka topograficzna, uwzględnia wpływ zróżnicowania rzeźby terenu,

δg

w

= 0,3086 * h – poprawka wolnopowietrzna, uwzględnia wpływ różnicy wysokości h [m]

między stanowiskiem pomiarowym i poziomem odniesienia,
δg

p

= 0,0419 * sigma * h – poprawka na płytę (nazywana również poprawką Bouguer’a),

uwzględnia wpływ grawitacyjny kompleksów skalnych o miąższości h i gęstości właściwej sigma,
zalegających między stanowiskiem pomiarowym i poziomem odniesienia.

Anomalią Bouguer’a siły ciężkości nazywamy różnicę między wartością siły ciężkości
zredukowaną do poziomu odniesienia i wartością normalną γ

0

w danym punkcie pomiarowym;

Δg = g

0

- γ

0

Występowanie anomalii siły ciężkości Δg nie równe 0 oznacza obecność tzw. mas anomalnych w
otoczeniu, tzn. niejednorodny rozkład gęstości masy (w grawimetrii poszukiwawczej nazywa się to
kontrastem masowym).

3.Scharakteryzować pole ciężkości.

Natężenie siły ciężkości (stosunek siły do masy) nazywa się krótko polem siły ciężkości, jest
wektorem, który ma taką samą wartość absolutną, kierunek i zwrot jak wektor przyspieszenia
ziemskiego. Wektor natężenia siły ciężkości g w danym punkcie na powierzchni Ziemi;

g = f

N

+ f

C

jest to suma geometryczna wektora siły przyciągania grawitacyjnego f

N

i wektora siły

odśrodkowej f

C .

Ziemskie pole siły ciężkości jest polem potencjalnym, gdyż istnieje funkcja W(r) nazywana
potencjałem pola taka, że pole wektora siły ciężkości jest wyznaczone przez jej pochodne
cząstkowe .

4.Narysuj wykres grawimetryczny nad utworami z uskokiem pionowym.

5.Rozkład siły ciężkości nad wysadem solnym.

Nad wysadem solnym występuje ujemna anomalia grawimetryczna wywołana niedoborem masy
(gęstość soli jest mniejsza niż średnia gęstość skał otoczenia), w wyniku czego w przekrojach
grawimetrycznych rozrysowywany jest lej grawitacyjny.

6.Fizyczne podstawy w metodzie grawimetrycznej.

Prawo powszechnego ciążenia albo prawo grawitacji określa zależność siły działającej między
dwiema masami od wielkości tych mas i ich wzajemnej odległości. Dwie masy przyciągają się
wzajemnie z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas, a odwrotnie proporcjonalną do
kwadratu odległości między ich środkami ciężkości. Współczynnik proporcjonalności łączący tę
zależność nosi nazwę stałej grawitacji. Siła wypadkowa nosi nazwę siły ciężkości lub siły
przyciągania ziemskiego. Siłę stałą wywieraną przez Ziemię na każde ciało pionowo w dół przyjęto
nazywać ciężarem tego ciała.

7.Poprawki fizyczne na rozkład siły ciężkości.

Na rozkład siły ciężkości stosuje się poprawki:
- poprawka wolnopowietrzna (Faye'a) – sprowadza punkt pomiarowy do poziomu elipsoidy
- poprawka na płytę płaskorównoległą – uwzględnia masy leżące między punktem pomiaru a
powierzchnią odniesienia
- poprawka topograficzna – uwzględnia wpływ ukształtowania otaczającego terenu
- poprawka lunisolarna – uwzględnia wpływ oddziaływania Słońca i księżyca.

8.Rozkład sił grawitacji nad szybem górniczym.

9.Fizyczna interpretacja poprawki na siłę ciężkości.

Wartość obliczonych anomalii siły ciężkości pozwala wyciągnąć wnioski o budowie geologicznej
przebadanego rejonu. Anomalia siły ciężkości jest różnicą wartości zredukowanej siły ciężkości a
wartością normalną siły ciężkości w danym punkcie. Wartości normalne są wyliczone dla idealnej
Ziemi w kształcie elipsoidy z jednorodnym rozkładem mas. Stopień niejednorodności w
rzeczywistym rozkładzie mas górotworu można określić na podstawie wielkości anomalii siły
ciężkości. Wyróżnia się anomalie lokalne i regionalne siły ciężkości. Podział ten uwzględnia obszar,
który one obejmują.

10.Definicja natężenia siły ciężkości w redukcji Bouger'a.

Wyznaczenie anomalii Bouguer’a siły ciężkości względem wartości normalnej siły ciężkości
wymaga przeliczenia pomierzonej wartości na poziom odniesienia. To przeliczenie nazywamy
redukcją Bouguer’a i wykonujemy przy użyciu trzech poprawek, tzw. poprawki topograficznej δg

t

,

poprawki wolnopowietrznej δg

w

i poprawki Bouguer’a (tzw. poprawki na płytę) δg

p

;

Poprawka Bouguer’a odejmuje siłę przyciągania wywołaną przez płytę zalegającą między punktem
pomiarowym a poziomem odniesienia. Anomalia Bouguer’a może mieć różne wartości zależnie od
użytej powierzchni odniesienia.

g0 = g + (δgt + δgw – δgp)

Gdzie:
g

0

– wartość zredukowana siły ciężkości,

g – wartość pomierzona siły ciężkości.

11.Zastosowanie metody grawimetrycznej.

Zastosowanie metody daje szczególnie pozytywne rezultaty w badaniach form tektonicznych
ośrodka skalnego, w prognozowaniu wystąpień stref wzmożonych naprężeń i wstrząsów oraz w
wykrywaniu pustek występujących w górotworze wraz z prognozowaniem ich ekspansji ku
powierzchni terenu i zagrażających powstawaniem jej deformacji nieciągłych.

Możliwości metody grawimetrycznej:
- ocena zagrożenia powierzchni deformacjami na terenach pogórniczych, przemysłowych,
- rozpoznanie migrujących pustek, stref obniżonej nośności lub uskoków pod istniejącą lub
planowaną infrastrukturą kolejową lub drogową,
- wykrywanie złóż płytko występujących kopalin,
- lokalizacja podziemnych zbiorników wodnych,
- lokalizacja oraz weryfikacja nieużywanych szybów, szybików oraz innych elementów
infrastruktury górniczej.

12.Poprawka wolnopowietrzna.

Poprawka wolnopowietrzna uwzględnia zmniejszenie siły ciężkości wywołane zwiększeniem
wysokości położenia punktu nad poziomem morza; δg

w

= 0,3086 * h

13.Poprawka topograficzna.

Poprawka topograficzna uwzględnia wpływ zróżnicowania rzeźby terenu . (δg

t

)

14.Poprawka Bouguer'a.

Poprawka Bouguer'a (inaczej poprawka na płytę) uwzględnia wpływ grawitacyjny kompleksów
skalnych o miąższości h i gęstości właściwej sigma, zalegających między stanowiskiem
pomiarowym i poziomem odniesienia; δg

p

= 0,0419 * sigma * h. Poprawka Bouguer'a odejmuje siłę

przyciągania wywołaną przez płytę zalegającą między punktem pomiarowym a poziomem
odniesienia .

15.Zadania i metody interpretacji jakościowej w grawimetrii.
Zadania: lokalizowanie obszarów anomalnych, określanie stref wyżów i niżów grawimetrycznych,
oddzielanie anomalii lokalnych i regionalnych
Metody: Polega na wyodrębnianiu anomalii lokalnych z tła anomalii pomierzonych specjalnymi
metodami.

16.Zadania i metody interpretacji ilościowej w grawimetrii.
Polega na tym aby w oparciu o przebieg anomalii oszacować parametry ciała zaburzającego
(kształt, głębokość zalegania, różnice gęstości). Podstawą interpretacji ilościowej jest znajomość
teoretycznie obliczonych anomalii dla ciał o znanym kształcie.
Metody: interpretacja pośrednia i bezpośrednia, doboru (monogramy), punktów
charakterystycznych, analizy częstotliwości, całkowe.

17.Po co stosuje się 2 pochodne siły ciężkości w badaniach geologicznych?
Pozwalają wykrywać w grawimetrii stosowanej płytko zalegające zaburzenia gęstości i
niejednorodności górotworu (np. pustki, kawerny, uskoki) [s-2]. Są pochodne: gradientowe,
krzywiznowe oraz tzw. poziomy gradient siły ciężkości w dowolnym kierunku S.

18.Wartość normalna siły ciężkości.
To wartość siły ciężkości obliczona przy pomocy teoretycznych wzorów, przy założeniu
równomiernego rozmieszczenia mas wewnątrz ziemi. Jest to wartość wynikająca ze wzoru na
potencjał normalny - wartość teoretyczna na poziomie odniesienia. Na biegunach: 9,78 m/s

2

, na

równiku 9,83 m/s

2

.

19.Anomalia siły ciężkości.
Anomalia siły ciężkości w punkcie X na poziomie odniesienia to różnica pomiędzy pomierzoną
wartością siły ciężkości, zredukowaną do poziomu odniesienia g

0

, a wartością normalną na tym

poziomie odniesienia γo: Δg

0

=g

0

- γ

0

. Jeśli anomalia jest dodatnia to występuje nadmiar gęstości. Są:

anomalie wolnopowietrzne (Δg

0

') oraz anomalie Bouger'a (Δg

0'

’).

20.Redukcje pomiarów siły ciężkości (co to jest i dlaczego trza je wykonywać).
Redukcje wykonuje się w celu przeliczenia wartości siły ciężkości na poziom odniesienia. Aby to
zrobić trzeba uwzględnić poprawki: wolnopowietrzną Fay’a δ

1

g (= 0,3086h [mGal]), poprawkę

uwzględniającą masę pośrednią δ

2

g (= -0,0419ς [mGal]), topograficzną δ

3

g, lunisolarną δ

4

g.

21.Zasada działania grawimetru astatycznego.
Mierzy siłę ciężkości względnie. Odznacza się bardzo długimi okresami drgań, masa zawieszona
znajduje się w stanie równowagi chwiejnej. Są czułe na bardzo małe zmiany siły ciężkości, która
powoduje znaczne wychylenia ze stanu równowagi. Dokładność 0,01 mGala.

22.Niejednoznaczność interpretacji ilościowej w grawimetrii + możliwość jej ograniczenia.
Występuje w tej analizie zbyt dużo niewiadomych, dlatego aby ograniczyć ich ilość stosuje się
zakres zmienności. Przyjmuje się za znane: kształt ciała zaburzającego (po dopasowaniu do
wzorca), zasięg głębokościowy ciała, znana jest najczęściej różnica gęstości. W ten sposób można
ograniczyć się do kilku alternatyw. Dla potwierdzenia stosuje się inne metody.

23.Czynniki wpływające na siłę ciężkości pomiędzy punktami pomiarowymi.
- odległość od bieguna Ziemi (szerokość geograficzna),
- izostazja (odprężanie, zmiana mas skorupy),
- zaburzenia podłoża (wpływ budowy geologicznej),
- wysokość nad poziomem odniesienia,
- otaczająca rzeźba terenu,
- czynnik antropogeniczny (architektura),
- wartości względne – porównujemy do modelu (geoidy).

24.

Geoida

Powierzchnia ekwipotencjalna potencjału siły ciężkości, która odpowiada średniemu poziomowi
oceanów. Jest to powierzchnia odniesienia w pomiarach grawimetrycznych. Geoidy nie da się
opisać matematycznie, dlatego do określenia kształtu Ziemi używa się pojęcia elipsoidy obrotowej.
Geoida odchyla się od sferoidy (undulacje). W (x, y, z) = const. (rodzina pow. koncentrycznych).

25.Undulacje geoidy
To odchylenia geoidy od sferoidy. Wielkość undulacji odzwierciedla odstępstwa od teoretycznie
wyliczonej dla sferoidy budowy ziemi – jej składu, którego zmiany powodują owe undulacje. Ze
względu na głębokość źródła anomalii wyróżnia się undulacje: kontynentalne (wywołane zmianami
gęstości w płaszczu i wewnątrz Ziemi), regionalne (wywołane zmianami na granicy skorupa –
płaszcz zewn.), lokalne (związane z lokalnymi strukturami).

26.Anomalia siły ciężkości.
Anomalia siły ciężkości to różnica między zredukowaną wartością siły ciężkości w danym punkcie
i odpowiadającą jej wartością normalną w tym samym punkcie. Jako wartości normalne przyjęto te
obliczone dla wyidealizowanej Ziemi w kształcie elipsoidy z jednorodnym rozkładem masy.
Wartości siły ciężkości uzyskane w wyniku pomiarów nie mogą być bezpośrednio porównywane ze
sobą z powodu ich zróżnicowania ze względu na: szerokość geograficzną, wysokość npm, gęstość
podłoża, topografię otaczającego terenu, ewentualne pływy ziemskie.

27.Anomalie dodatnie i ujemne.
Anomalie Δg mogą być dodatnie lub ujemne. Przez anomalie dodatnie i ujemne należy rozumieć
wszystkie te wartości, które wykazują odchylenia od tzw. "tła" grawimetrycznego
charakteryzującego średnie wartości anomalii z danego rejonu badań.
• anomalie dodatnie - np. rudy metali, skały magmowe, metamorficzne, łupki, anhydryty, struktury
o dużych gęstościach.
• anomalie ujemne - np. sól kamienna, węgle, większość skał osadowych, węglowodory, formy
krasowe, pustki, wyrobiska górnicze).

28.Własności fizyczne skał.
Kula ziemska nie jest jednorodna.
Własnościami, które charakteryzują stan fizyczny skał są: gęstość, podatność magnetyczna, opór
elektryczny, sprężystość, promieniotwórczość.
Własności te, a właściwie ich zmiany, powodują określone skutki w przebiegu pewnych zjawisk.
Dlatego też znajomość tych własności ma duże znaczenie w geofizyce stosowanej.

29.Ciężar właściwy, a ciężar objętościowy .
Ciężarem właściwym skały (ciała) nazywamy stosunek ciężaru jej cząstek do ich objętości.
Obliczamy go w gramach na centymetr sześcienny (G/cm3) lub w niutonach na metr sześcienny
(N/m3) według wzoru:

γ = Q / V

Gdzie:
V – objętość cząstek skały;
Q – ciężar cząstek skały.

Ciężarem objętościowym skały nazywamy ciężar jednostki objętości skały w stanie naturalnym z
zawartymi w niej porami, które mogą być wypełnione gazem, cieczą lub innym materiałem.

30.Potencjał pola siły ciężkości.
Pole grawitacyjne jest polem potencjalnym i każdemu punktowi leżącemu w jego obrębie można
przyporządkować określoną funkcję skalarną W. Funkcja ta nazywana jest potencjałem siły
ciężkości. Pole wektora siły ciężkości jest wyznaczone przez jej pochodne cząstkowe .

31.Formy geologiczne i antropogeniczne .