Применение гравиметрии в геологии

Гравиметрия — метод измерения ускорения силы тяжести с целью изучения неоднородностей плотностного строения земной коры и верхней мантии. Она играет ключевую роль в геологических исследованиях, поскольку отражает распределение масс в земной толще.

Измерения силы тяжести позволяют выявлять:

границы геологических структур,
зоны тектонических нарушений,
глубинные разломы и плоскости смещений,
формы залегания интрузивных тел и осадочных бассейнов.

Региональная гравиметрия

На региональном уровне гравиметрия применяется для:

картирования крупных структурных форм (синеклиз, антиклиз),
построения моделей земной коры (по данным глубинных аномалий),
выявления орогенов, рифтов и краевых прогибов.

Плотностные контрасты между континентальной и океанической корой, между платформами и подвижными поясами, фиксируются в виде гравиметрических аномалий — положительных и отрицательных.

С помощью гравиметрических съемок были получены фундаментальные сведения о строении Саян, Тянь-Шаня, Памира, Кавказа и других геодинамически активных зон.

Локальная и детальная гравиметрия

При детальных гравиметрических съемках решаются задачи:

поиска месторождений нефти и газа,
разведки рудных тел,
контроля карстовых и пустотных зон,
инженерно-геологических изысканий.

Нефтегазоносные структуры, например, купола, валики, ловушки, характеризуются плотностными понижениями, соответствующими отрицательным аномалиям силы тяжести. Применение гравиметрии позволяет уточнить формы этих ловушек и границы залежей.

В рудной геологии гравиметрия выявляет высокоплотные интрузивные тела, а также зоны контактов с метасоматозом, минерализацией и прожилками.

Интерпретация гравиметрических данных

Интерпретация гравиметрических данных опирается на качественные и количественные методы:

Качественные методы — анализ контуров аномалий, направлений их вытянутости, градиентов и морфологии.
Количественные методы — моделирование геологических тел с помощью прямых и обратных задач гравиметрии.

Используются аналитические модели (пласт, призма, полусфера) и численные методы (инверсии, МКЭ, МКР). Для повышения достоверности интерпретации гравиметрические данные объединяются с магнитными, сейсмическими и электромагнитными методами.

Компенсация и остаточные аномалии

Гравиметрическая аномалия — результат суммарного влияния всех плотностных неоднородностей на разных глубинах. Для извлечения полезной информации проводится:

редукция к поверхности уровня моря,
введение поправок: аномалия Буге, свободного воздуха, топографическая и изоаномальная,
выделение остаточных аномалий.

Остаточные аномалии наиболее чувствительны к залегающим близко к поверхности телам и используются в поисковых работах.

Аппаратура и точность измерений

Современная гравиметрическая аппаратура делится на относительные (пружинные гравиметры) и абсолютные (на основе интерферометрии, атомных интерферометров) приборы. Повышение чувствительности достигнуто за счёт внедрения квантовых гравиметров, способных регистрировать ускорение силы тяжести с точностью до наногалей.

Особое внимание уделяется компенсации внешних факторов: приливных деформаций, атмосферного давления, вибраций. Лабораторные условия и предварительная калибровка обеспечивают высокую повторяемость и точность данных.

Роль гравиметрии в инженерной геологии и геоэкологии

В прикладной геологии гравиметрия используется для:

изучения оползневых и сейсмоопасных зон,
контроля за устойчивостью склонов и дамб,
выявления пустот, карстов и подработанных территорий,
оценки плотности и однородности грунтов под строительные площадки.

Гравиметрия также применяется в мониторинге изменения массы ледников,
движения магмы под вулканами и даже в системах раннего предупреждения о
землетрясениях при высокоточной регистрации градиентов гравитационного
поля.