Выявление отдельных факторов, влияющих на вариации гравиметрического поля



В публикации приведены результаты научно-практического исследования, в котором были выявлены некоторые факторы, влияющие на вариации гравиметрического поля.

Ключевые слова: вариации гравитационного поля, гравиметрические измерения, взаимосвязь вариаций гравиметрического поля и углов наклона гравиметра.

Приведены результаты исследования, в котором были выявлены некоторые факторы, влияющие на вариации гравиметрического поля. Исследование было проведено геологической партией, организованной студентами и преподавателями кафедры геофизики СГУ [1]. Для сбора данных была использована система Autograv, у которой в ходе снятия замеров электронные датчики угла наклона обеспечивают большую точность. Гравиметр фиксировал в своей памяти выходные сигналы, поступающие от датчиков, установленных на измерителях с высоким разрешением.

В нескольких точках учебного корпуса была выполнена серия гравиметрических измерений. Первая запись сделана в течение 2012 года, -прибор располагался в учебном кабинете, на первом этаже, на площадке, опирающейся на внешнюю капитальную стену. Вторая запись сделана в период 2014–2015 года. Во время второй записи прибор располагался на фундаменте подвального помещения учебного корпуса. Фундамент подвала представляет собой площадку, залитую бетоном и находящуюся на насыпном грунте перекрывающим некогда существовавшее здесь болото. Фундамент самого здания опирается на более глубоко лежащие горизонты, чем фундамент подвала.

Далее была произведена ревизия долговременных записей, проведенных в автоматическом режиме при снятии дрейфа нулевой линии, и дополнительно проанализированы изменения углов наклона гравиметра. По данным записям были построены графики взаимосвязи вариаций гравиметрического поля и углов наклона гравиметра.

Анализ первой группы графиков показал, что линии изменения угла наклона прибора в пространстве в подавляющем большинстве случаев повторяют линии вариаций гравиметрического поля Земли. Минимальные уровни сигнала были синхронны с вариациями гравитационного поля. Это позволило сделать вывод о том, что существует квазифункциональная детерминистская связь между изменениями углов наклона прибора и вариациями гравитационного поля Земли.

Представленная на второй группе графиков картина получилась более сглаженной, между вариациями гравитационного поля и углами наклона связь гораздо менее заметна. По полученным данным сделан вывод об относительной независимости между фундаментами самого здания и фундаментом его подвального помещения, который далее нашел фактическое подтверждение. Кроме того, на второй группе графиков отсутствовала синхронность данных, хотя был отмечен более высокий уровень флуктуации кривых. Следует отметить, что наиболее резким изменениям угла наклона прибора соответствовала возрастающая динамика исследуемого параметра.

Приняв здание корпуса, за абсолютно неподвижный объект относительно Земли были построены графики проекции центра масс на плоскость, проходящую через центр земли и перпендикулярную отрезку, опущенному из учебного корпуса к центру Земли для учебного кабинета, представленные на рисунке 1.

Рис. 1. Смещение центра масс, в плоскости перпендикулярной отрезку, опущенному из корпуса СГУ в точку центра Земли, выраженного в угловых секундах, при условии неподвижности корпуса. Для учебного кабинета

На графике представлено движение центра масс относительно корпуса. Каждым отдельным цветом выделено колебание точек в разные сроки исследуемого периода.

На рисунке 2 представлен аналогичный график, сделанный для подвального помещения. График представляет собой спираль, закручивающуюся в полуспиральные дуги. Данное перемещение кривых связано лунно-солнечными вариациями гравитационного поля.

Рис. 2. Смещение центра масс, в плоскости перпендикулярной отрезку, опущенному из корпуса СГУ в точку центра Земли, выраженного в угловых секундах, при условии неподвижности корпуса. Для подвального помещения

Графики движения центра масс, построенные для подвального помещения, показали иную картину направлений смещения центра масс, нежели, графики, построенные для учебного кабинета.

Подобное расхождение может объясняться различными свойствами горизонтов, на которых опираются фундаменты исследуемых помещений. Фундамент подвала опирается на горизонт, представляющий собой грунт с неплохой текучестью, и, таким образом, имеет свойства более легко центрироваться под действием изменяющихся во времени сил приложенных к нему, за счет вариаций гравитационного поля. Конструкция здания опирается на более глубокий геологический горизонт со значительно меньшей текучестью грунта, который менее подвержен влиянию внешних воздействий и поэтому более жёстко реагирует на приложенные к нему силы.

Таким образом, в результатах представленных исследований видны колебания оси Земли и их влияния на объект, опирающийся своими фундаментами на различные грунты. Подобные исследования в области практической гравиразведки в направлении изучения связи между вариациями гравитационного поля и углами наклона гравиметра способны предложить принципиально другой метод геодезических изысканий, который обеспечит более стабильный мониторинг устойчивости сооружений и геологических структур.

Литература:

1 Аницкий П. А. Проведение геодинамического мониторинга на месторождениях нефти и газа. / П. А. Аницкий. — Саратов: СГУ, 2019. — 60с.

2 Волгина А. И. Прогнозирование залежей нефти и газа по вариациям силы тяжести. / А. И. Волгина. — Москва: ВНИИОЭНГ, 1992. — 100с.

3 Дробышев М. Н. Совершенствование методических приемов оценки вертикального перемещения точек — земной поверхности: диссертация кандидата технических наук. / М. Н. Дробышев — Москва: ВГУ, 2016. — 130с.

4 Тимофеев В. В. Взаимосвязь вариаций гравитационного поля и смещения эффективной точки датчика гравиметра. / В. В. Тимофеев, Е. Н. Волкова — Воронеж: ВГУ, 2020. — 37с.