Jeżeli m = 1 to E = g. Jeżeli chcemy mierzyć natężenie ziemskiej siły ciężkości (E) to możemy to czynić mierząc przyspieszenie ziemskie, gdyż liczbowo natężenie równe jest przyspieszeniu ziemskiemu.
Czyli jest pewnego rodzaju niechlujność w formułowaniu tego grawimetrycznego zagadnienia ale używane są wymiennie (wiedząc, że to są nieścisłości) ziemska siła ciężkości i natężenie ziemskiej siły ciężkości. Czyli mówiąc siła ciężkości wyrażam to w jednostkach nie siły, ale przyspieszenia. W układzie SI jednostką przyspieszenia jest m/s2. W grawimetrii funkcjonują jednostki nielegalne, gale lub 1/1000 gala. To jest na cześć pana Galileusza. To jest równe 10 -2 m/s2. miligal zapisuje się mgal. To oczywiście jest 10-5 m/s2.
Siła ciężkości jest wektorem – jak każdy wektor może zostać rozłożona na składowe. Mówimy o składowych siły ciężkości. Możemy sobie ją rozpisać w układzie x, y, z albo dowolnym kierunku s (2). Najczęściej znaczenie ma składowa z, ale w pobliżu masywów górskich czy budowli wchodzą składowe x i y.
Gradient siły ciężkości – to zmiania siły ciężkości na pewnym kierunku (3).
Gradient pionowy oznacza pomiar na różnych poziomach. Pomiar na dwóch różnych wysokościach nazywa się gradientem wieżowym. Stosujemy gradienty gdy chcemy odciąć pewne głębokości. Jeżeli badamy uskoki w podłożu krystalicznym na głębokości 1 – 1,5 km, to dwa metry będą bez znaczenia. Te gradienty na powierzchni mają znaczenie przy płytkich strukturach, np. jakiś kawernach. Zęby wydobyć coś na 3 km to można na samolocie zrobić pomiar dodatkowy.
Na powierzchni ekwipotencjalnej natężenia ziemskiej siły ciężkości są takie same. Takich powierzchni jest nieskończenie wiele. Jedna z nich nazywa się geoidą. Czyli to powierzchnia ekwipotencjalna przechodząca przez średni poziom mórz i oceanów. Ona jest chropowata. Na to wpływają niejednorodności budowy Ziemi. Dlatego wprowadzono elipsoidy obrotowe. To jest powierzchnia nad którą się odwzorowuje dane kartograficzne i grawimetryczne. Następnie jest coś takiego jak elipsoida geocentryczna1. Ona ma uśredniać jak najlepiej dopasować się do geoidy. Z nią jest powiązana cała sieć geodezyjna EUREF to jest europejski system odniesienia.
Normalna wartość ziemskiej siły ciężkości (do tego musi być też zatem anomalna) to jest taka wartość która byłaby dla założonej szerokości geograficznej na powierzchni elipsoidy odniesienia. Przy koncepcji normalności Ziemi jak gdyby wygładzono do koncentrycznych powłok warstwa na warstwie, z których każda jest jednorodna izotropowa. Można by wtedy określić zależnie od szerokości normalne pole (5). Przy biegunach największe. Czyli na równiku to jest 9,78. Jeżeli rośnie ϕ to wzrasta nam przyspieszenie. Na biegunie to jest około 9,83 po podstawieniu do wzoru (5) ϕ = 90 stopni czyli sinϕ = 1.
Następna rzecz to pomiar siły ciężkości. Jak to zmierzyć? Czyli trzeba posiadać masę próbną, ciężarek który przyjmujemy za jednostkowy. Do pomiarów można wykorzystać wszystkie zjawiska fizyczne, które zależą od przyspieszenia ziemskiego. Siłą równoważącą jest siła sprężyny.
Sytuacja: piaskowiec w otoczenie 2,3 g/cm3. Lokalnie granit 2,7 g/sm3. Obok wysad solny 2,2 g/cm3. Nas solą sprężyna się skróci, a nad granitem wydłuży. Ważne by rozciągliwość tej sprężyny się nie zmieniała. Ona była z kwarcu i miała tak zwaną ujemną długość. Jak się ją puściło to przewijała się na drugą stronę.
Teraz ideowy schemat starego grawimetru (6)
Obecnie używa się urządzenia z kondensatorem2. Jeżeli obniża się masa próbna to pojemność kondensatora maleje i musi być równoważona przez siłę pola elektrycznego, którą można zmierzyć.
Zrobiono w końcu grawimetry w walizeczce firmy kanadyjskiej Sintrex. To akurat jest model CG – 3. Rozmiary to widzimy – to taka niewielka. Zautomatyzowane wszystko hermetycznie, ustawia się, jest klawiatura, system komputerowy, naciska się i on wszystko robi od samopoziomowania się do wprowadzania poprawek na temperaturę powietrza na zewnątrz. Wyświetla wartość siły ciężkości w milivalach. Także położenie punktu zapamiętuje.
Pomiar gradientu robi się tak, że się wchodzi na drabinę po prostu. Tam gdzie siła żywa kosztuje są specjalne windy. Wkłada się w klatkę pomiar na jednym poziomie, winda podjeżdża w górę, pomiar na drugim poziomie.
Jest też związek między siła ciężkości a okresem wahań (7). Także spadanie różnych ciała – balistyczne.
Są pomiary absolutne w danym punkcie. W Poczdamie takie robiono np. w obserwatoriach. Określono że w tym punkcie wynosi tyle i tyle. One funkcjonują w geofizyce ogólnej.
Względne pomiary mają odniesienie w stosunku do innych. Są wykorzystywane przy pomiarach prospekcyjnych. Są dokładniejsze niż pomiary absolutne.
Robi się metodę że jest system optyczny do badania skrzywień mas próbnych – to się nazywa waga skręcen. Mamy dwie masy próbne. To zostało wymyślone na początku XX wieku. Był sobie Węgier Ronald von Etwesch. On bawił się badaniem pływów lunisolarnych Ziemi. Również rzeczy o wiele sztywniejsze mogą się spiętrzać pod wpływem działania księżyca. Wszyscy poza nim bawili się wahadełkami, a on zrobił wagę skręceń. Jednostką bezwzględną jest miligal. Do pomiarów gradientu jednostką mogłaby być mgal na odcinek ale jest jeden Eotvos (1E). to jest 10 -9. s-2. czyli to jest 0,1 mgal / 1 km.
Scintrex starszego typu – pomiar się odbywa w wyrobisku górniczym
Zdjęcie grawimetryczne – wykonanie grawimetrii na pewnej powierzchni.
Są zdjęcia regionalne, półszczegółowe, szczegółowe, mikrograwimetryczne. Przy mikrograwimetrycznych to jest około 1 m odległości między punktami pomiarowymi i siatka punktów jest prosta.
Przy półszczegółówych czy regionalnych np. monoklina przedsudecka to jest kilka punktów na km2. Rejony Leszna, Wschowy, jeszcze tam parę miejscowości. To było tak żeby mniej więcej na 1 km przypadł jeden punkt.
Na pomiary wpływają budynki i morfologia. czyli mamy surowy pomiar - wartość polową. Z grawimetrią musi być zrobiona szczegółowa geodezja niwelacja ternu.
Parametry modelu (8).
Wprowadzanie poprawek redukcyjnych od pomierzonych wartości przyspieszenia ziemskiego. Trzeba sprowadzić wszystkie pomiary na obszarze do równych warunków. Mamy dwa punkty pomiarowe w różnych miejscach (9). Dalej należy zrównać wysokości. Przy dużych pomiarach opuszcza się do elipsoidy obrotowej. Trzeba jednak znać wtedy litologię co jest pod. Przy małych opuszcza się do pewnego ustalonego punktu bazowego. Czyli wprowadza się kolejną poprawkę (10). Z tym jest kłopot że te poprawki muszą zakładać konkretną litologię, która nie zawsze jest znana. Otrzymujemy poprawioną wartość siły ciężkości (11).
Czyli po takim zabiegu mamy wartości już poprawione albo na linii profilu albo na powierzchni xy i w każdym z punktów mam już poprawioną siłę ciężkośći no i wtedy mogę je już porównywać. Faktycznie mamy określić zmiany względne czyli jak siła ciężkości zmienia się wzdłuż naszego profilu czyli na naszym obszarze badan. Najsensowniej jest to liczyć dla każdego z punktów pomiarowych w stosunku do punktu bazowego (12). Liczymy wartości w stosunku do jednego wybranego punktu.
Tam gdzie jest pustka wartości będą ujemne, przy uskoku prawdopodobnie będą wzrastać na skrzydle wiszącym.
Teraz parę przykładów, które wyjaśnią anomalie regionalne i lokalne. Możemy szukać soli, węgla brunatnego. Soli dlatego, że występują najczęściej wśród dosyć ciężkich utworów. Jeszcze jedna zaleta że to duże obiekty. Pustki kawerny i towarzyszące im rozluźnienia skał w nadkładzie. Czyli w sumie mniejsza gęstość. Czyli wyłapywanie anomalnych stref o różnej sile ciężkości, można je kojarzyć jako miejsca wystąpień tego typu .
Śmieci mają małą gęstość w stosunku do leżących obok skał.
Przykład - zrobiono profil grawimetryczny. Mamy ubytek masy do 0,24 mgal. dokładność jest rzędu kilkutysięcznych miliwali. Tu jest 1,5 g/cm3. Czyli teraz musimy założyć model. Przerywana to teoretyczna. Czyli została dobrze dopasowana do polowej.
Algieria – chciano wykonać zdjęcie o charakterze regionalnym 100 km x 100 km. Wykonano zdjęcie grawimetryczne i magnetyczne żeby się zorientować ile tych iopunktó 2759, To jest 1 pkt / 4 km 2. Jako że to duży obszar go było do opuszczone na elipsoide goecentryczną. Dokładność 0,1 mgl. Chodziło o skartowanie czwartorzędu jak nisko sięga. To jest metoda od której się zaczyna. Jest to metoda tania. Magnetyczna też jest tania i ogólna. Chodziło o określenie stylu tektonicznego strefy kontaktu kratonu zachodnio afrykańskiego z platformą panafrykańską. Chciano znaleźć kominy kimberlitowe.
Mamy tu mapę grawimetryczną z anomaliami Bougera. Poprowadzono izolinie co 5 mgali. Wszystkie wartości na mapie są ujemne. Zróżnicowanie wartości jest duże, bo aż 50 miligali. Pod względem tego parametru mapa wykazuje bardzo duże zróżnicowanie. Równoległe zagęszczenia poziomic - to może być uskok. Zrzuty są po kilkaset metrów, a skrzydła wiszące płytko na 100 m na przykład.
Poprawka Faye’a nie uwzględnia jaki to jest materiał. . Widzimy na profilu strefy uskoku. Teraz kwestia oddzielenia anomalii lokalnych od regionalnych. Linia czerwona określa tren regionalny. Matermatycnie bierzemy wielomian drugiego albo trzeciego stopnia i do tej mapy dopasowuje się powierzchnie wielomianową.
Można od anomalii całkowitej odejmować regionalną by otrzymać anomalię lokalną (resztkową, rezydualną)
Dokonano lokalizacji uskoków na podstawie zdjęcia grawimetrycznego i ich zrzut rzędu jednego kilometra i głębokość określono.
Teraz zdjęcie profilowe do poszukiwania pustek. Czerwona krzywa do redukcji Bougera. Delta oznacza ze jest to odniesione do jednego wybranego punktu czyli to są zmiany względne. TO jest biedaszyb.
Wykartowano strefę szerszą zagrożoną zapadliskami.
Na Ślasku to jest rzecz dosyć powszechna. Na osiedlu domków jednorodzinnych , samochód w dziurze.
Górnictwo z pod stref kopania złoto, na terenie rolniczym, nagle, czasami jest kwestia że przez jedną noc wypada dziura studnia o niedużych rozmiarach. Zdjęcie grawimetryczne daje materiały do tego gdzie robić te wiercenia kontrolne.
Jest to metoda zbliżona do grawimetrycznej , bo przedmiotem badania jest też pole naturalne. Jest to ziemskie pole magnetyczne, zwane geomagnetycznym. Istnieje szereg metod
Magnetometria to to samo co metoda magnetometryczna. Paleomagnetyzm dotyczy badania skał. Jak zawsze są dwa cele – 1. poznanie pola geomagnetycznego jako takiego 2. zmiany w czasie nazywane wariacjami. Jego wariacje zmiany w czasie na całym globie – to jest robione po to by poznać prawidłowości pola . Co jest przyczyną występowania pola gmagnetycznego. To tez jest ważne że nie jest ono jednorodne. Jeden element to pole o bardzo wolnych zmianach wiekowych – magnes we wnętrzu w jądrze. Jak na to się nakładają szybkie zmiany krótkookresowe od sekund przez minuty doby roczne, one związane są z tym co dzieje się w kosmosie i tór hcu h partiach jonosfery. To jest do poszukiwania w geofizyce stosowanej też.
To może służyć do poszukiwania ferromagnetyków – żelazo, kobalt, nikiel. Również do szukania pewnych elementów strukturalnych takich jak choćby uskoki które zawierają pewnego rodzaju okruszcowanie – mineralizację ferromagnetyczną Nie ma ona znaczenia gospodarczego ale jest tego na tyle że daje to anomalię ferromagnetyczną która można wykryć ski skrować a tym samy skartować uskok. Jeśli chodzi o złoża to jeszcze jedno - do wykrywania i dokumentowania złóż surowców skalnych skała magmowych ultrazasadowych i zasadowych (bazalty).
Także do poszukiwania pewnej infrastruktury metalowej ferromagnetycznej.
W każdej metodzie geofizycznej skały są identyfikowane na podstawie ich własności geofizycznych.
Parametrem które się mierzy jest namagnesowanie np. – jest coś takiego że pewne ciała dają się namagnesować nie nawet przez dotykanie i pocieranie, ale indukcyjne. Namagnesowanie to jest pewna własność, że jeden w polu magnetycznym ulegaja tem a inne nie. Ono jest opisane przez wektor namagnesowania (13).
Namagnesowanie indukcyjne i do tego zbliżamy bieguna ferromagnetyczny i biegunem plus zbliżamy do feromagnetykul i dochodzi do polaryzacji magnetycznej w ciele. ona sprowadza się do. W materii na poziomie cząstek elementarnych są malutkie magnesiki – wirujące elektrony - one wykazują takie dipolami magnetycznymi. One mają pewine biegun dodatni i ujemny. W ogólnym przypadku one są ułożone chaotycznie – ogólne namagnesowanie ciała się znosi. j Statystyka działa w taki sposób że ciało jest namagnesowane. Jeżeli zbliżymy biegun to on je ustawia wszystkie w jednym kierunku. Wówczas ich działania nie znoszą się ale kumulują. One są ustawione w domenach to jest rzędu 1/10 1/100 cm 3. Poszczególne domeny są zwykle jednak chaotyczne. Prezy zlniżen3iu domeny się orientują i łączą (14). W odniesieniu do skał współczesnych polem magnetycznym może być magnes ziemski. Ziemi może indukować małe magnesy związane
elipsoida o środku w środku ciężkości Ziemi.↩
to elementy elektroniczne, służące do gromadzenia ładunków elektrycznych [http://wermutman.w.interia.pl/kondensatory.html]↩