Гравіметричні методи вивчення гірських порід

Гравіметричні методи грунтуються на вивченні сили тяжіння Землі. Способи її вимірювання побудовано на фізичних явищах, на які сила тяжіння має помітний вплив: вільне падіння тіл, коливання маятника або напруженої струни, рівновага пружинних або крутильних терезів.

Абсолютні вимірювання полягають у визначенні повної величини прискорення вільного падіння (g). Вимірювання називають відносними (статичними), якщо визначають приріст сили тяжіння між двома пунктами спостереження.

Тривалий час визначення g проводили маятниковим способом. Дослідження полягають у вивченні залежності періоду коливань маятника від величини поля сили тяжіння. Абсолютні маятникові вимірювання досить трудомісткі: одне визначення можна проводити протягом доби. Одиниця вимірювання сили тяжіння – Гал (1 см/с² в системі СІ). Названа на честь Галілео Галілея, який вперше отримав прискорення вільного падіння у 1590 р. Середній параметр g визначили в Потсдамі (Німеччина) і він становить 980 665 мГал, на полюсах це значення – 983 200 мГал, на екваторі – 978 000 мГал. У приблизних розрахунках для Землі в цілому g приймають – 981 000 мГал [7].

Вимірювання виконують гравіметрами, маятниковими приладами та гравітаційними варіометрами. Гравіметри – це точні пружинні чи крутильні ваги. З їхньою допомогою вимірюють різницю прискорення сили тяжіння за зміною деформації пружини чи кута закручування пружної нитки, що компенсують силу тяжіння невеликого вантажу. Вимірюють зміну частоти коливання струни, на кінці якої прикріплений вантаж. Поява цих точних приладів для визначення g припадає на 30-40 роки ХХ ст., з цього часу і набула поширення гравірозвідка. Сьогодні для вимірювання g використовують здебільшого балістичні гравіметри, які виконують реєстрацію часу вільного падіння пробної маси в вакуумній камері з відомої висоти.

Отримані значення порівнюють із нормальними показниками гравітаційного поля Землі. Для тлумачення результатів треба знати щільність гірських порід, оскільки це єдиний фізичний показник, на якому ґрунтується гравірозвідка. Різну щільність порід і руд відобразять аномальні значення сили тяжіння. Завдання гравірозвідки полягає у визначенні параметрів поля сили тяжіння, виділення аномальних складових гравітаційного поля та їхня геологічна інтерпретація.

Щільність гірських порід залежить від їхнього хіміко-мінералогічного складу та пористості. Наприклад, щільність вугілля становить 1,1 г/см³; пісків – 1,4-1,7; глин – 2,0-2,2; солей – 2,1; пісковиків – 1,8-2,8; вапняків, гранітів – 2,3-3,0, базальтів – 2,7-3,2 г/см³. Над щільнішими породами фіксують додатні аномалії g, над менш щільними – від’ємні. Витягнута форма аномалій g свідчить про залягання видовжених глибинних структур, ізометрична – на округлі в плані геологічні об’єкти. Чим глибше залягає структура, тим більш розпливчасту гравітаційну аномалію вона утворює на земній поверхні. Глибина досліджень – до 90 км [8].

Гравіметричні методи застосовують для вивчення:

глобальної фігури Землі (знімають супутниковими системами);
формацій гірських порід, положення антиклінальних складок;
потужності земної кори і характеру границі Мохо під гірськими масивами, платформами, океанічними западинами;
проявів куполовидних геологічних структур – рудних тіл, соляних куполів;
простягання видовжених геологічних тіл: вугільних пластів (мають дуже малу щільність), пегматитових, кварцевих, корундових, алмазних жил, родовищ слюд, марганцю, бокситів (велика щільність);
місцезнаходження тектонічних розломів з вертикальним переміщенням сусідніх блоків та їхньої глибини;
сили зчеплення частинок породи – визначають стійкість до денудації схилів.