Gradientometria grawitacyjna
NiegdyĘ obj�ta tajemnicą wojskową metoda wspomagająca sterowanie okr�tami
podwodnymi wyposaŻonymi w pociski balistyczne  dziĘ s"uŻy geologom
do poszukiwania surowców ukrytych pod powierzchnią ziemi
Robin E. Bell
czasie zimnej wojny za"ogi niewielkie zmiany si"y ci�ŻkoĘci w jed- w tym rejonie i wkrótce Ęciągn�li na sie-
"odzi podwodnych po obu nym miejscu (czyli gradient si"y ci�Żko- bie uwag� poszukiwaczy ropy z ca"e-
�stronach Żelaznej kurtyny Ęci) wywo"ane bliskoĘcią masywnych go Ęwiata.
stan "y wobec problemu przeprowadza- obiektów.
nia okr�tów przez ciemne odm�ty oce- Instrument sk"ada" si� z metalowe- Apetyt na sól
anu. Cho� zawsze mog"y w"ączy� sona- go pr�ta z ci�Żarkami na obu koł
cach.
ry, aby wykry� przeszkody lub okreĘli� Gdy si"a ci�ŻkoĘci zmienia"a si� wraz Po d"ugiej przerwie spowodowanej
g"�bokoĘ� wody pod kilem, wiąza"o si� z po"oŻeniem, si"a wywierana na ci�Ża- I wojną Ęwiatową geolodzy amerykał
-
to z wysy"aniem  pingów  charakte- rek przymocowany z jednej strony pr�- scy postanowili wypróbowa� instrument
rystycznych sygna"ów akustycznych, ta nie by"a identyczna z si"ą oddzia"u- E�tv�sa w poszukiwaniach ropy. Przede
które zdradza"y wrogom ich obecnoĘ�; jącą na ci�Żarek po stronie przeciwnej. wszystkim mieli nadziej�, Że pozwoli on
zawaha si� przed tym kaŻdy zdrowo RóŻnica powodowa"a powstanie si"y dotrze� do najbardziej poszukiwanych
myĘlący marynarz floty podwodnej. skr�cającej pr�t podwieszony w Ęrodku celów  struktur geologicznych zwanych
W poszukiwaniu bardziej dyskret- na cienkim drucie. Mierząc wielkoĘ� od- wysadami solnymi. Te podpowierzch-
nych metod wspomagania podwodnej chylenia, E�tv�s okreĘla" zmiany si"y niowe cia"a o miąŻszoĘci przekraczają-
nawigacji, marynarki Stanów Zjedno- ci�ŻkoĘci wraz z po"oŻeniem. Urzą- cej niekiedy 1 km, przypominające kszta"-
czonych i Związku Radzieckiego za- dzenie w�gierskiego badacza, zwane tem grzyby, kryją zwykle na swoich
projektowa"y czu"e instrumenty, które wagą skr�ceł
, by"o pierwszym instru- obrzeŻach duŻe z"oŻa ropy i gazu. Po-
mog"y mierzy� subtelne róŻnice przy- mentem skutecznie mierzącym gradient niewaŻ jednak sól nie zawsze wychodzi
ciągania ziemskiego tam, gdzie wyst�- si"y ci�ŻkoĘci. na powierzchni�, wysady bywają trudne
powa"y podwodne grzbiety lub góry. Poczynania E�tv�sa Ęledzi" kierow- do znalezienia. Sól ma mniejszą g�stoĘ�
Jednak z wyjątkiem fikcyjnego Czerwo- nik w�gierskiej s"uŻby geologicznej niŻ wi�kszoĘ� ska", jej wp"yw na si"� ci�Ż-
nego Paędziernika z powieĘci Toma Clan- Hugo de Boeckh. Zdawa" sobie spra- koĘci jest wi�c równieŻ mniejszy. Zmia-
cy Żaden okr�t radziecki nie zosta" wy- w�, Że jeĘli uda mu si� namówi� E�t- ny tej si"y w kierunku anomalnie niskich
posaŻony w tak wymyĘlny sprz�t. Ze v�sa do wyjĘcia z jego delikatną wagą wartoĘci, czyli odpowiednie gradienty
skomplikowanych urządzeł
zwanych z laboratorium w teren, mogliby zasto- grawitacyjne, mogą okonturowa� zarys
gradientometrami grawitacyjnymi ko- sowa� pomiary gradientu si"y ci�ŻkoĘci zalegającego g"�biej cia"a solnego.
rzysta"y tylko amerykał
skie okr�ty pod- do wykrywania interesujących struk- W 1924 roku geolodzy z Amerada
wodne z pociskami balistycznymi. Przez tur geologicznych pod powierzchnią Hess Corporation dokonali pierwszego
wiele lat gradientometry stanowi"y pil- ziemi. Plan si� powiód": E�tv�s i de historycznego odkrycia: pomiary gra-
nie strzeŻoną tajemnic� wojskową  te- Boeckh wykonali w 1901 roku seri� dientów grawitacyjnych za pomocą wa-
raz geolodzy cywilni, takŻe ja, uŻywają doĘwiadczeł
. gi skr�ceł
E�tv�sa wykaza"y obecno�
podobnych instrumentów do precyzyj- Z początku najwaŻniejsze by"o stwier- cia"a solnego pod powierzchnią ziemi.
nej lokalizacji ukrytych g"�boko pod zie- dzenie, czy naturalny gradient si"y ci�Ż- Potem przysz"a ca"a seria odkry�, szyb-
mią z"óŻ ropy i gazu. koĘci b�dzie wystarczająco duŻy, aby ko nast�pujących jedno po drugim. Geo-
Co ciekawe, usi"owania wspó"cze- oddzia"ywa� na wag� skr�ceł
. Do lodzy zacz�li stosowa� gradientometry
snych geologów zmierzające do wyko- pierwszych testów wybrali zamarzni�- grawitacyjne do kartowania bardziej
rzystania tej niegdyĘ zastrzeŻonej dla te jezioro. Rozumowali, Że jeĘli instru- skomplikowanych podziemnych utwo-
wojska techniki nawiązują do pierw- ment dzia"a"by prawid"owo, otrzymana rów. Waga skr�ceł
pos"uŻy"a najpierw
szych pomiarów si"y ci�ŻkoĘci. W 1890 mapa geologiczna powinna odwzoro- do skartowania struktury geologicznej
roku w�gierski fizyk, baron Roland von wywa� ukszta"towanie dna jeziora do- zapadających si� ska" osadowych zde-
E�tv�s, dokona" tych pomiarów w no- brze znane z sondował
wykonanych formowanych przesuni�ciami formacji
watorski sposób, pos"ugując si� prostym latem poprzedniego roku za pomocą solnych i poprzecinanych uskokami, na
urządzeniem. Inni dziewi�tnastowieczni zawieszonego na linie próbnika. Gdy której zbudowane jest obecnie miasto
fizycy wykorzystywali zmiany w okre- wyniki otrzymane z pomiarów wagą Houston. Do 1935 roku badanie pod"o-
sach wychylenia wahad"a do pomiaru skr�ceł
naniesiono na map�, geolodzy Ża za pomocą gradientów grawitacyj-
niewielkich zmian si"y ci�ŻkoĘci powo- i geofizycy z radoĘcią stwierdzili, Że nych sta"o si� w poszukiwaniach ropy
dowanych p"ywami ksi�Życowymi i s"o- otrzymany zarys dna jeziora odpowia- naftowej rutynową praktyką.
necznymi. Przyrząd E�tv�sa by" jed- da rzeczywistoĘci. Przystąpili wi�c do Mimo początkowych sukcesów czas
nak bardziej czu"y: pozwala" mierzy� trudniejszych badał
geologicznych chwa"y gradientometrii grawitacyjnej
56 �WIAT NAUKI Sierpieł
1998
Za zgodą Magyar �llami E�tv�s Lor�nd Geofizikoi Int�zet
OBUDOWA DRUTU
SKRóCAJŃCEGO
PIERWSZY GRADIENTOMETR (z lewej) typu zna-
nego jako waga skr�ceł
zosta" zaprojektowany
przez w�gierskiego fizyka, barona Rolanda von
E�tv�sa, pod koniec XIX wieku. Przetestowa" on
ten instrument zimą 1901 roku, badając wraz ze
wspó"pracownikami rozk"ad masy w skorupie ziem-
skiej na zamarzni�tym Balatonie (powyŻej).
LUNETKA DO ODCZYTU
OBUDOWA RAMIENIA WAGI
POZYCJA
GÓRNEGO CIó�ARKA
okaza" si� krótki. Problem polega" na tym,
Że pomiary by"y niezwykle trudne do wy-
konania. Za"ogi obs"ugujące wag� skr�-
ceł
musia"y równa� z ziemią uprawy na
stumetrowych odcinkach biegnących
w oĘmiu róŻnych kierunkach. W samym
Ęrodku powsta"ej gwiazdy wznoszono
ma"y budynek, w którym umieszczano
instrument  chroniony w ten sposób
przed zak"óceniami powodowanymi wia-
trem lub zmianami temperatury. Inne
ęród"a zak"óceł
to ci�Żkie sprzączki u pa-
sków od spodni, nisko zwisające druty
telefoniczne i pobliskie piwnice. W prze-
ciwieł
stwie do gradientometrów instru-
menty rejestrujące jedynie nat�Żenie si"y
ci�ŻkoĘci (przyrządy, które wesz"y w mo-
d� w latach trzydziestych wraz z geologią
naftową) okaza"y si� znacznie mniej
wraŻliwe na bliskoĘ� róŻnych obiektów,
a ponadto nie wymaga"y ani Ęcinania
drzew, ani stawiania budynków.
PopularnoĘ� badał
za pomocą gra-
dientów grawitacyjnych spada"a rów-
nieŻ dlatego, Że geolodzy mieli cz�sto
k"opoty z interpretacją uzyskanych wy-
ników. Wi�kszoĘ� badaczy wola"a praco-
wa� na prostych izoliniowych mapach
POZYCJA
DOLNEGO CIó�ARKA si"y ci�ŻkoĘci niŻ na szczegó"owych pla-
nach gradientometrycznych, upstrzo-
nych enigmatycznymi liniami i strza"-
kami. Upodobanie geologów do pro-
stych map izoliniowych w po"ączeniu z
"atwoĘcią wykonania pomiarów si"y
ci�ŻkoĘci szybko doprowadzi"o do ca"-
kowitego zaniechania pracy z gradienta-
mi grawitacyjnymi.
Dawniej i dziĘ
Podobnie jak wiedza wielu wspó"cze-
snych geofizyków o gradientometrii gra-
witacyjnej takŻe i moja ogranicza"a si�
początkowo do informacji zaczerpni�-
tych z podr�czników, z przeglądowych
�WIAT NAUKI Sierpieł
1998 57
Za zgodą Magyar �llami E�tv�s Lor�nd Geofizikoi Int�zet
rozdzia"ów dotyczących historii i geofi- "y ci�ŻkoĘci wykonanymi ze statku. Za- grupa polecia"a do Buffalo (stan Nowy
zyki. Mimo to by"am dobrze zoriento- danie polega"o na stwierdzeniu, jak si"a Jork) i odwiedzi"a zak"ady, w których
wana w pomiarach si"y ci�ŻkoĘci. Zain- ci�ŻkoĘci zmienia si� wraz z wysoko- Bell Aerospace (obecnie cz�Ę� Lockheed
stalowa"am na przyk"ad na pok"adzie Ęcią; by" to wi�c rodzaj gradientometrii Martin) produkowa"a gradientometry do
samolotu doĘ� skomplikowany elektro- grawitacyjnej. okr�tów podwodnych. W poprzednich
niczny grawimetr i przelecia"am z nim ChociaŻ takie podejĘcie teoretycznie latach ich produkcja musia"a by� o wie-
nad zachodnią Antarktyką, aby zbada� wydawa"o si� poprawne, wiedzia"am le wi�ksza, w tym czasie jednak za"oga
budow� geologiczną obszaru pokrytego z praktyki, jak trudno b�dzie wykona� liczy"a mniej niŻ 100 pracowników i w
grubą pokrywą lodową. Gradientome- z samolotu pomiary z wymaganą do- ogromnym budynku zdawa"y si� roz-
trią grawimetryczną zainteresowa"am si� k"adnoĘcią. Nawet podczas najspokoj- brzmiewa� tylko nasze kroki. Wygląda"o
jednak ca"kiem przypadkowo. niejszego lotu pomiary si"y ci�ŻkoĘci na to, Że bez sta"ego dop"ywu zamówieł

Cztery lata temu pali"am si� do no- z powietrza nie są ca"kiem wiarygodne, z wojska produkuje si� tam urządzenia
wych zadał
. W paędzierniku, na po- poniewaŻ samolot zawsze podlega pew- tylko po to, aby pokrywa"y si� warstwą
czątku letniego antarktycznego sezonu nym pionowym drganiom. Szybko wi�c kurzu. Niektórzy z zatrudnionych inŻy-
terenowego, mia"am urodzi� drugie wyt"umaczy"am koledze, Że ustalenie nierów proponowali uŻycie czu"ych in-
dziecko, rozgląda"am si� wi�c za czymĘ, gradientów na podstawie pomiarów strumentów do pomiaru "adunku prze-
co nie wymaga"oby d"uŻszego pobytu o tak wysokim poziomie szumu b�dzie jeŻdŻających ci�Żarówek, nie uda"o im
w terenie. Szukając porady, zajrza"am najprawdopodobniej niemoŻliwe. Jed- si� jednak sprzeda� tego pomys"u. Tak
do biura mojego wspó"pracownika, Ro- nak jeszcze tego samego wieczoru przy- wi�c nasz zamiar zastosowania tych
gera N. Andersona, który bada" p"asko sz"o mi do g"owy, Że problem mogą roz- urządzeł
do poszukiwał
ropy wzbudzi"
zalegające cia"a solne w Zatoce Meksy- wiąza� gradientometry grawitacyjne nie ma"e zainteresowanie.
kał
skiej, czasami tworzące rozleg"e po- uŻywane na okr�tach podwodnych. Do- Z pomocą Johna J. Bretta (wówczas
krywy. Te przypominające puszyste ko"- wiedzia"am si� o tych instrumentach od emerytowanego inŻyniera dobrze zorien-
dry puchowe warstwy cz�sto maskują producenta grawimetru, którego uŻy- towanego w tajnych wojskowych projek-
niŻej leŻące struktury  obiekt zaintere- wa"am nad Antarktyką. Nowoczesne in- tach badawczych) namówiliĘmy wkrótce
sowania geologów naftowych, usi"ują- strumenty wojskowe mają po szeĘ� par kierownictwo Bell Aerospace, U.S. Navy
cych je kartowa� standardowymi me- wirujących czujników grawitacyjnych i kilka firm naftowych, aby pomog"y nam
todami sejsmicznymi. (W metodach mierzących ca"kowity gradient si"y ci�Ż- stwierdzi�, czy gradientometry grawita-
sejsmicznych, podobnie jak w badaniach koĘci (trójwymiarową wielkoĘ� z pi�cio- cyjne dostarczy"yby nowych informacji
morza echosondami, wykorzystuje si� ma niezaleŻnymi sk"adowymi). o roponoĘnych formacjach geologicznych
penetrujące fale dęwi�kowe.) Anderson Zasadniczą sprawą by"o to, czy kilku pod Zatoką Meksykał
ską. Do testowa-
zapyta", czy mog"abym przelecie� z mo- zapalonym geologom uda si� dotrze� do nia wybraliĘmy obszar znajdujący si�
im grawimetrem nad obszarem jego ba- otoczonej tajemnicą wojskową techno- w odleg"oĘci oko"o 130 km na po"udnio-
dał
i porówna� wyniki z pomiarami si- logii. Przed up"ywem tygodnia nasza wy wschód od Nowego Orleanu  wy-
st�powa"o tam wielkie cia"o solne kszta"-
tem przypominające but. Geolodzy z
firmy Texaco dostarczyli map ukrytych
Kierunek gradientów grawitacyjnych
struktur geologicznych sporządzonych
Granice z"oŻa solnego potwierdzone
na podstawie wyników badał
sejsmicz-
wierceniami
nych przeprowadzonych w tym rejonie,
Przypuszczalna granica z"oŻa solnego
a U.S. Navy zgodzi"a si� zmierzy� gra-
Z"oŻa ropy naftowej
dienty si"y ci�ŻkoĘci na tym obszarze za
pomocą wojskowego gradientometru za-
Kilometry
instalowanego na jednym ze swoich stat-
ków badawczych. Jakakolwiek róŻnica
mi�dzy anomaliami grawimetrycznymi
wynikającymi z danych sejsmicznych
a wynikami nowych badał
gradientome-
trycznych stanowi"aby waŻne odkrycie
geologiczne w tym rejonie.
Póęniej nastąpi"a najtrudniejsza cz�Ę�
eksperymentu. PoniewaŻ stosowany na
(Z�O�E SOLNE) okr�tach podwodnych system gradien-
tometryczny ciągle jeszcze by" tajną
technologią wojskową, zarówno duŻa
(stosunkowo lekkie)
ZDJóCIE GEOFIZYCZNE wykonane w 1917
roku gradientometrem typu wagi skr�ceł

w pobliŻu Hanoweru (Niemcy) wykaza"o,
Że pomiary gradientu si"y ci�ŻkoĘci pozwa-
lają na okonturowanie podpowierzchnio-
wego cia"a solnego o g�stoĘci mniejszej od
otaczających je ska". Istnienie takich cia" za-
burza sąsiednie warstwy ska" osadowych,
u"atwiając gromadzenie si� ropy i gazu w po-
bliskich z"oŻach (obszary zaszrafowane).
MARK GERBER
WSPÓ�CZESNY GRADIENTOMETR (z prawej) uŻy-
wany przez niektóre amerykał
skie okr�ty podwodne
wyposaŻone w pociski balistyczne (poniŻej) ma szeĘ�
par elektromechanicznych czujników grawitacyjnych
zwanych akcelerometrami. RóŻnica odczytów z nie-
co przesuni�tych wzgl�dem siebie akcelerometrów
odzwierciedla lokalny gradient grawitacyjny. Jednak
wartoĘci otrzymane z takich czujników wykazują
z czasem tendencje do b"�dnych odchyleł
. Aby wi�c
uzyska� prawdziwy gradient grawitacyjny, zamienia
si� wciąŻ pozycje zestawionych w pary czujników za
pomocą wirujących platform.
cz�Ę� prac nad planowaniem ekspery- dienty dok"adnie wskaza"y po"oŻenie tej zdj�cia sejsmicznego, nadspodziewanie
mentu, jak i ocena surowych danych od- masy i nadzwyczaj szczegó"owo okre- dobrze wróŻy"o zastosowaniu metod
by"y si� za zamkni�tymi drzwiami i cy- Ęli"y jej kszta"t. Nowo odkryty obiekt by" uŻywanych w marynarce podwodnej
wilni geolodzy nie mogli bra� w nich jednostką skalną o duŻej g�stoĘci i kszta"- do poszukiwał
z"óŻ ropy.
udzia"u. Wobec tego zaj�liĘmy si� opra- tem przypomina" kapelusz.
cowaniem metody, która pozwoli"aby Gdy tylko si� upewniliĘmy, Że inter- Supermiecze na lemiesze
nam interpretowa� gradienty grawita- pretacja gradientów by"a prawid"owa,
cyjne. W pewnym sensie musieliĘmy si� postanowiliĘmy zweryfikowa� nasze Zgodnie z panującym po zakoł
czeniu
czasem boryka� z tymi samymi k"opo- wnioski. BezpoĘrednie badania nie zimnej wojny trendem do komercjaliza-
tami, które napotykali nasi poprzedni- wchodzi"y w rachub�, gdyŻ rozwierce- cji technik badawczych opracowanych
cy w latach trzydziestych. Na szcz�Ęcie nie ukrytych formacji solnych koszto- w celach obronnych rząd Stanów Zjedno-
mieliĘmy komputery osobiste pomoc- wa"oby miliony dolarów. Skontaktowa- czonych odtajni" informacje o wojsko-
ne w rozwiązywaniu zadał
i w ciągu liĘmy si� wi�c z Bryantem E. Kornem, wym gradientometrze grawitacyjnym.
nast�pnych kilku miesi�cy, w miar� jak geofizykiem pracującym w Texaco, aby Firmy naftowe mogą obecnie bez ograni-
 oczyszczone pakiety danych (które sprawdzi�, czy nasze wyniki są zgodne czeł
stosowa� t� metod� jako uzupe"nie-
wyklucza"y odkrycie tajemnic wojsko- z jego ostatnimi koncepcjami na temat nie sondował
sejsmicznych. Dotychczas
wych) wy"ania"y si� zza zamkni�tych budowy geologicznej tego obszaru. In- siedem z nich uŻy"o gradientometrów
drzwi, duŻe moŻliwoĘci gradientome- terpretowa" on nowe wyniki badał
sej- grawitacyjnych do badał
struktur pod
trii grawitacyjnej stawa"y si� coraz bar- smicznych, które w"aĘnie wykona"a je- Zatoką Meksykał
ską, które mogą oka-
dziej oczywiste. go firma. Cho� nie sugerowaliĘmy, aby za� si� naturalnymi zbiornikami ropy.
Nasze pierwsze wyniki wykaza"y, Że zwróci" szczególną uwag� na jakikol- Na przyk"ad Edward K. Biegert, geolog
gradienty si"y ci�ŻkoĘci zmierzone przez wiek rejon, zidentyfikowa" uprzednio z firmy Shell, stwierdzi", Że kartując gra-
okr�ty wojenne by"y zbliŻone do obli- przeoczoną struktur� geologiczną dienty grawitacyjne wokó" wysadu sol-
czonych na podstawie danych sejsmicz- w miejscu, na które wskazywa"y rów- nego, moŻe lepiej okreĘli� g"�bokie struk-
nych, póęniejsza analiza ujawni"a jed- nieŻ rezultaty naszych pomiarów gra- tury. Na sporządzonych przez niego
nak osobliwe róŻnice. ChociaŻ na mapie dientu grawimetrycznego. Wynik jego wczeĘniej planach pod"oŻa wokó" pew-
niezgodnoĘ� nat�Żenia si"y ci�ŻkoĘci by- niezaleŻnej analizy takŻe Ęwiadczy", Że nego wysadu spąg soli by" zamazany
"a doĘ� subtelna, sta"a si� ona zadziwia- nowo odkryta struktura przypomina i ma"o wyraęny. Ale dzi�ki informacjom
jąco oczywista, gdy przyjrzeliĘmy si� kszta"tem kapelusz. Pokazanie, Że za uzyskanym z gradientów grawitacyjnych
rozk"adowi gradientów. Pomiary Ęwiad- pomocą pomiarów gradientu grawita- spodnią powierzchni� cia"a solnego da-
czy"y, Że w badanym rejonie wyst�puje cyjnego moŻna skartowa� podpo- "o si� wyraęnie okreĘli�.
wi�ksza masa, niŻ moŻna by"o wnosi� wierzchniowe cia"a solne równie sku- RównieŻ przemys" górniczy jest Żywo
na podstawie badał
sejsmicznych. Gra- tecznie jak na podstawie szczegó"owego zainteresowany sprawdzeniem, czy gra-
�WIAT NAUKI Sierpieł
1998 59
MARK RANKIN Arms Communications
ZA ZGODŃ LOCKHEED MARTIN FEDERAL SYSTEMS
W poszukiwaniu DZIEWIó� SK�ADOWYCH
TRZY SK�ADOWE WEKTORA
SI�Y CIó�KO�CI TENSORA GRAWITACYJNEGO
ostrzejszego obrazu
Gx
omiar gradientów grawitacyjnych, a nie tylko nat�Żenia po-
Gy
Pla grawitacyjnego, pozwala geologom uzyska� wi�cej in-
Gxx Gyx Gzx
formacji o cia"ach skalnych ukrytych pod powierzchnią. Podczas
gdy si"a ci�ŻkoĘci (G) jest opisana matematycznie tylko przez
Gxy Gyy Gzy
trzy elementy (reprezentujące sk"adowe ci�ŻkoĘci w kierun-
Gxz Gyz Gzz
kach x, y i z), gradient wymaga dziewi�ciu odr�bnych wielko-
Ęci. Tworzą one macierz kwadratową przedstawiającą pole
Gz
grawimetryczne w tzw. postaci tensorowej (z prawej).
Element Gxy na przyk"ad jest miarą tego, jak szybko zmienia Gyx
si� sk"adowa si"y ci�ŻkoĘci o kierunku x (Gx) w miar� przesu- Gxy
wania si� w kierunku y. Element Gyz odpowiada zmianie sk"a-
dowej si"y ci�ŻkoĘci o kierunku y (Gy) w kierunku z itd. Ponie- KIERUNEK X
waŻ suma Gxx, Gyy i Gzz musi by� równa zeru, a pozosta"e
elementy mają odpowiednio do siebie pasowa� (np. Gxy rów-
KIERUNEK Y
na si� Gyx), do okreĘlenia ca"kowitego tensora gradientu wystar-
czy tylko pi�� pomiarów.
Kartowanie gradientów grawitacyjnych podnosi jakoĘ� kon-
Gzx
wencjonalnych badał
grawitacyjnych, dając bardziej szcze-
gó"owy obraz powierzchni strukturalnej. Przelatując na przy-
Gzy
k"ad odpowiednio wyposaŻonym samolotem nad górą
(nadwyŻka masy) lub nad wyst�pującym pod powierzchnią
cia"em solnym o niskiej g�stoĘci (z powodu niedoboru masy),
moŻemy zarejestrowa� tylko ledwo uchwytne zmiany nat�Że-
nia pola grawitacyjnego. Przeprowadzone w tych samych wa-
runkach pomiary gradientu natychmiast wykaŻą obecnoĘ�
wspomnianych struktur (poniŻej). Niekontrolowane ruchy samo-
lotu powodują powstanie znacznych zak"óceł
w kaŻdym poje-
Gxz
dynczym profilu grawimetrycznym. Podczas okreĘlania gra-
dientu otrzymywanego z róŻnicy przebiegów z dwóch czujników
Gyz
to ęród"o b"�du jest automatycznie eliminowane.
KIERUNEK Z

SI�A CIó�KO�CI Z GÓRNEGO CZUJNIKA
SI�A CIó�KO�CI Z DOLNEGO CZUJNIKA
RÓ�NICA (GRADIENT SI�Y CIó�KO�CI)
GÓRA
(NADMIAR MASY)
CIA�O SOLNE
O MA�EJ GóSTO�CI
(NIEDOBÓR MASY)
60 �WIAT NAUKI Sierpieł
1998
MARK GERBER
MARK GERBER
LUIZJANA
BADANY OBSZAR
SK�ADOWA Gzz GRADIENTU GRAWITACYJNEGO NATó�ENIE SI�Y CIó�KO�CI
 40  30  20  10 0 10 20 30 40  40  32  24  16  8 0 8 16 24 32
MILIGALE
ETWESZE
MAPY GRAWIMETRYCZNE pomagają geologom naftowym w poszukiwaniach g"�boko ukrytych z"óŻ ropy i gazu pod powierzchnią
ziemi. Na przyk"ad pomiary sk"adowej Gzz gradientu si"y ci�ŻkoĘci wykonane w cz�Ęci Zatoki Meksykał
skiej dostarczy"y dok"adnego
obrazu podpowierzchniowych formacji solnych (z lewej). Natomiast konwencjonalne pomiary si"y ci�ŻkoĘci na tym samym obszarze
pokazują tylko niewyraęny zarys podpowierzchniowej warstwy soli (z prawej). Zdj�cie zosta"o wykonane w 1995 roku na wysokoĘci
delty rzeki Missisipi (lewy górny róg).
dientometry grawitacyjne mogą przy- Fakt ten moŻe otworzy� nowe per- wadzone dawnymi metodami grozi"y
czyni� si� do odkrycia ma"ych cia" rud- spektywy przed badaniami stosowany- zniszczeniem znacznych powierzchni
nych ukrytych pod powierzchnią trudno mi. InŻynierowie australijscy zaprojek- upraw, poniewaŻ grupy geologów prze-
dost�pnych lub zdradliwych terenów. towali juŻ nadprzewodzącą wersj� wagi mierza"y teren wzd"uŻ i wszerz ci�Żarów-
Dotychczas wydawano miliony dolarów skr�ceł
E�tv�sa przystosowaną do po- kami i buldoŻerami, gradientometria gra-
na grawimetry zainstalowane na pok"a- miarów z powietrza. Bell Geospace, fir- wimetryczna dokonywana z samolotów
dach samolotów w nadziei, Że pozwolą ma za"oŻona w 1994 roku z moją i An- w Żaden sposób nie niszczy badanego ob-
one precyzyjnie zlokalizowa� cia"a rud- dersona pomocą, stosuje technologi� szaru. A wi�c podobnie jak okr�t pod-
ne z powietrza, ale drgania latających opracowaną na potrzeby okr�tów pod- wodny Czerwony Paędziernik, który dzi�-
maszyn niweczy"y nawet najwi�ksze wy- wodnych do konstrukcji gradientome- ki gradientometrowi grawitacyjnemu mia"
si"ki. Pomiary gradientów grawitacyj- trów grawitacyjnych, które mogą by� by� niewykrywalny, tak i geologowie
nych są sposobem na obejĘcie tych trud- uŻywane w samolocie. prawdopodobnie b�dą wkrótce dyspo-
noĘci: przyspieszenia spowodowane Dzi�ki tym wysi"kom gradientometria nowa� nowym przyrządem do poszuki-
przez turbulencje powietrza mogą przy- grawitacyjna stanie si� prawdopodobnie wania rzadkich surowców, pozwalają-
pomina� przyciąganie ziemskie, nie równie atrakcyjna dla niektórych geolo- cym na badania nie niszczące Ęrodowiska.
uwidaczniają si� jednak w pomiarach gów jak kiedyĘ dla kapitanów okr�tów
T"umaczy"a
gradientów grawitacyjnych. podwodnych. Podczas gdy pomiary pro- GraŻyna Burchart
Informacje o autorce Literatura uzupe"niająca
ROBIN E. BELL zainteresowa"a si� grawimetrią w 1980 roku po tym, jak w zbudowanej GRAVITY GRADIOMETRY RESURFACES. Robin E. Bell,
domowym sposobem "odzi poŻeglowa"a z Middlebury College w Vermont, aby podją� Roger N. Anderson i Lincoln F. Pratson, Leading
pierwszą prac� w U.S. Geological Survey w Woods Hole (Massachusetts). Przez kilka lat Edge (Society of Exploration Geophysicists), vol.
wykonywa"a pomiary grawimetryczne z okr�tów p"ywających wzd"uŻ brzegów Stanów 16, nr 1, ss. 55 60, I/1997.
Zjednoczonych, po czym przenios"a si� do Lamont-Doherty Earth Observatory w Colum- THE RISE AND FALL OF EARLY OIL FIELD TECHNOLOGY:
bia University, aby zają� si� doktoratem. Tematem pracy obronionej w 1989 roku by"y ba- THE TORSION BALANCE GRADIOMETER. Robin E. Bell
dania metodami grawimetrycznymi zatopionych kraw�dzi kontynentalnych. Obecnie i R. O. Hansen, Leading Edge, vol. 17, nr 1, ss.
Bell jest pracownikiem naukowym w Lamont-Doherty i wspó"dyrektorem instytucji wspo- 81 83, I/1998.
magającej badania aerogeofizyczne w Austin (Teksas). Zajmowa"a si� m.in. kolapsem po- Strona domowa Bell Geospace dost�pna w WWW
krywy lodowej zachodniej Antarktyki oraz zastosowaniem grawimetrii do kartowania pod adresem http://www.bellgeo.com
ropo- i gazonoĘnych struktur geologicznych. PodróŻowa"a po wszystkich siedmiu konty- E�tv�s Virtual Museum dost�pne w WWW pod
nentach, kierując lub wspó"kierując naukowo oĘmioma ekspedycjami badawczymi. Na- adresem http://www.elgi.hu/museum/index.
dal Żegluje, cho� juŻ nie na swojej pierwszej "odzi, którą zaw"adn�"y jej dzieci. htm
�WIAT NAUKI Sierpieł
1998 61
Łród�o: ROBIN E. BELL