Конспект лекций по дисциплине «Прикладная гравиметрия»

, что обеспечило разбраковку аномалий и решение задачи литологического расчленения коренных пород. Исходя из этого можно ожидать, что анализ данных гравиметровых измерений и нивелирования при многоцикловых исследованиях уплотнения грунтов оснований сооружений может также обеспечить положительные результаты. На территории Рудного Алтая применяется широкий комплекс геофизических исследований: измерение естественного электрического поля (ЕП), вызванной поляризации (ВП), метод переходных процессов (МПП), заряд, гравиразведка, магниторазведка, ГИС. Выделение аномальных участков по принципу - поляризуемый, проводящий, плотный, связанный электрически с известными залежами руд - предполагает обеспечение высокой геологической эффективности поисков полиметаллического оруденения. Однако даже такого набора признаков бывает недостаточно для уверенного прогноза из-за сложности и различных особенностей физико-геологических условий региона, порождающих аномальные эффекты, их необходимо учитывать при комплексной интерпретации. Рассмотрим один пример. Внедрение МПП на Рудном Алтае повысило геологическую эффективность геофизических исследований. Метод был направлен не только на прямые поиски проводящих объектов, в том числе полиметаллов. Вертикальное зондирование этим методом позволяло решать одну из актуальных задач - площадное картирование толщины рыхлых отложений. Оказалось, что вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) МПП выявляет такую границу раздела рыхлых и коренных пород, вычисляемый гравитационный эффект от которой учитывает влияние коры выветривания. Проведение комплексных площадных съемок МПП и гравиразведки в Рубцовском рудном районе показало, что ряд зон проводимости соответствует в плане локальным отрицательным гравитационным аномалиям, полученным после того, как был учтен эффект погребенного рельефа по данным ВЭЗ МПП. В дальнейшем выяснилось, что в этом районе многие понижения в погребенном рельефе, в том числе палеорусла, заполнены отложениями песка, насыщенными электропроводящими солевыми растворами. ВЭЗ МПП картировали кровлю этих отложений. Комплексная интерпретация данных двух методов позволила выявить ложные аномалии проводимости и повысить эффективность комплексных геофизических поисков. Высокоточные гравиметрические измерения были включены в комплекс натурных наблюдений на геодинамическом техногенном полигоне в районе строительства Богучанской ГЭС, начиная с 1991 года. Создание полигона было продиктовано необходимостью контроля за сейсмо-тектонической обстановкой, которая может неожиданно измениться в период наполнения водохранилища и эксплуатации гидроузла. Признаками, указывающими на наведенную сейсмичность, могут являться подвижки блоков топографических масс, выявляемые высокоточными геодезическими измерениями, и вариации аномалий силы тяжести, которые отражают проявление микротектоники, деформаций структуры геолого-плотностного разреза из-за изменения трения между отдельными блоками горных пород в связи с поднятием уровня подземных вод, изменением режима их фильтрации. В результате комплексной интерпретации аномалий силы тяжести по двум циклам наблюдений была построена структурно-тектоническая схема участка исследований. При этом выделены слабые по устойчивости, разуплотненные блоки топографических масс, уточнено положение массива долеритов трапповой формации и главных разломов, которые могут быть каналами подвода подземных вод при поднятии их уровня, полученные данные используются при гидрогеологическом прогнозе и оценке динамики подземных вод на фильтрационную устойчивость горных пород. Таким образом, изложенная методология исследований и разработанная методика геологического редуцирования, комплексной разбраковки, качественной и количественной интерпретации аномалий силы тяжести на основе математического моделирования изучаемых объектов, обеспечили достижение высокой геологической и инженерной эффективности прикладной высокоточной гравиметрии. 5. ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ГРАВИМЕТРОВЫХ СЪЕМОК Высокоточные работы требуют учета специфики решаемых задач. Важное значение при этом приобретают соображения экономического характера, что вызывает необходимость совершенствования существующей методики полевых измерений и их обработки. В связи с этим разработаны предложения, направленные на совершенствование методики проведения и обработки результатов высокоточной гравиметрии. 5. 1. Развитие каркасной опорной сети на основе центральной системы рейсов Детальные и высокоточные гравиметровые съемки, как правило, обеспечиваются развитием двухступенчатой опорной сети - каркасной и заполняющей. На техногенных (строительных) и геополигонах, где проводятся повторные режимные гравиметровые измерения, к каркасной сети предъявляются повышенные требования. Она должна быть жесткой, со значительным числом избыточных связей, обеспечивая не только надежный контроль вариаций силы тяжести во времени на опорных каркасных пунктах, но и качественную по уровню привязку многоцикловых режимных площадных или профильных гравиметровых измерений. В этом случае необходима независимость измерения каждой связи в каркасной сети, что достигается наблюдениями по схеме А-В-А. Для проведения высокоточных площадных гравиметровых съемок при гравиразведке или инженерно-строительных изысканиях (если данные не будут использованы при многоцикловых измерениях) наиболее предпочтительной и, в первую очередь, с экономической точки зрения, является центральная система развития каркасной сети. Эта система предполагает методику наблюдений в рейсах по схеме: А-1-2-... –А, где А - исходный пункт для всех рейсов. Наиболее приемлемой при обработке рейсов является методика вычисления приращений силы тяжести между каждым пунктом опорной каркасной сети и исходным. При этом все приращения силы тяжести будут независимыми друг от друга, ибо ни одно из их значений не может быть определено по значениям других. Если же вычислять приращения от пункта к пункту по ходу рейса, то это может привести к фиктивному завышению числа измеренных связей. Очевидно, что при условии развития сети рейсами с одного исходного пункта в предположении линейного изменения нуль-пункта гравиметров отпадает необходимость в сложном ее уравнивании. Все измеряемые связи будут являться необходимыми, и для получения значений силы тяжести на всех пунктах каркасной сети относительно исходного достаточно вычислить среднее арифметическое каждого приращения из всех рейсов. Реальная ситуация иногда вынуждает использовать два и более исходных пунктов, когда относительно каждого из них развивается центральная система опорных каркасных рейсов. В этом случае исходные пункты между собой должны быть увязаны по жесткой схеме: 1-2-1. Особо следует подчеркнуть, что нежелательно использовать в качестве исходных два и более государственных гравиметрических пункта. Это связано с тем, что при высокоточных гравиметровых съемках погрешность в развитии каркасной опорной сети обычно не ниже, а в ряде случаев выше государственной, вместе с тем, весьма желательно совмещение (по возможности) государственного гравиметрического пункта с опорным (но не с исходным) каркасным. Для получения сети, уравнивание которой оперативно можно осуществить в полевых условиях, необходимо, чтобы все рейсы имели общие (узловые) одну-две точки с предыдущим и последующим рейсами и составляли единую замкнутую петлевую систему (рис. 8). Предлагаемая методика позволяет исключать систематические погрешности в рейсах и производить контроль уравновешенности по внешней (между рейсами) сходимости. Действительно, если предположить, что измерения осложнены только случайными ошибками, то невязки на общих точках в среднем должны составлять , где E' и E" - средняя квадратическая погрешность арифметической средины по внутренней сходимости на пункте в предыдущем и последующем рейсах. E0 - средняя допустимая величина средней квадратической погрешности определения приращения в связи опорной каркасной сети. Практически величина невязки отклоняется от допустимой в меньшую и большую сторону. Последнее указывает на присутствие в рейсах грубых измерений или систематических ошибок. Если невязки какого-либо рейса на общих точках со смежными больше допустимых, но равновелики (в пределах погрешности измерений) и равнозначны, то рейс может быть уравновешен введением постоянной поправки, равной среднему значению величины невязок. При невыполнении этого условия рейс уравниванию не подлежит, должен быть исключен из рассмотрения и перенаблюден. В связи с этим приходится отметить, что еще имеет место практика отбраковки отдельных результатов по принципу сокращения разницы между меньшим и большим. Это является "подгонкой" их под критерий точности. Рис. 8. Пример центральной замкнутой четырехпетлевой системы с реальным положением пунктов (а) и условным (б). 1 - номер рейса (петли); 2 - исходный пункт; 3 - государственный гравиметрический пункт; 4 - опорные пункты - а, в том числе узловые - б. Реальные погрешности определения приращения силы тяжести связях при этом могут существенно превышать допустимые, в исключительных случаях может отбраковываться грубое измерение, отличающееся от остальных и от среднего арифметического по остальным измерениям на величину более трех значений средней квадратической погрешности () единичного измерения приращения силы тяжести данным гравиметром. Предлагаемая методика измерений и обработки при развитии опорной каркасной сети в виде центральной замкнутой системы имеет определенный резерв для достижения более высокого качества результатов. Это может быть обеспечено дополнительным учетом криволинейной составляющей нуль-пункта гравиметров в рейсах. Предположим, что общая средняя криволинейная составляющая нуль - пункта по всем гравиметрам, участвующим в i-ом рейсе (петле), меняется по параболическому закону. Если продолжительность рейса обозначить через , то с учетом того, что криволинейная составляющая нуль-пункта в начале и конце рейса (на исходном пункте) равняется нулю, будем иметь , (31) где a - неизвестный коэффициент, t - текущее время в рейсе "приведенное" к его началу на исходном пункте, i = 1, 2, ..., n - номер петли (рис. 8). Когда каждая петля системы имеет со смежными по одной общей (узловой) точке и все рейсы в петлях выполняются по ходу часовой стрелки, может быть составлена определенная система из n уравнений с n неизвестными n, (32) где индексы Н и К обозначают отношение к последовательности измерений соответственно на начальной и конечной узловых точек в петле; gi - среднее значение приращения силы тяжести на узловой точке в i - ом рейсе (петле) из измерений всеми используемыми гравиметрами. Определитель системы уравнений (32), имеющий вид , (33) может принимать любые значения, в том числе нулевое. Это указывает на ее слабую обусловленность. Даже если будут найдены неизвестные (), когда , то вычисленные по (31) поправки за криволинейное изменение нуль-пункта гравиметров могут значительно отличаться от реальных значений, основную роль при получении нереальных результатов решения слабо обусловленной системы (32) играют случайные погрешности измерений. Необходимо введение дополнительных условий, которые, преобразуя указанную определенную систему в переопределенную уравнений погрешностей (), могут обеспечить получение надежных результатов. В этом отношении задача может быть решена, исходя из следующих предложений. 1. Увеличение числа узлов перекрытия петель до двух (рис.8,б - в рейсах 2 и 3). 2. Введение жесткого геометрического условия для исключения деформации центральной системы относительно ее варианта с предположением о линейном изменении нуль-пункта гравиметров. Условие может быть также представлено дополни- тельным уравнением погрешности в виде . (34) 3. При возможности совмещения опорного каркасного пункта с пунктом государственной сети, от которого на исходный предварительно передано значение силы тяжести, можно поставить условие сохранения величины приращения силы тяжести между ними в -ой петле () в виде условного уравнения, или уравнения погрешности , (35) где - значения силы тяжести на государственном пункте относительно исходного соответственно из измерений в - ом рейсе и по результатам передачи силы тяжести на исходный. Следует заметить, что возможность введения условия (35) при "весе", превышающем (для всех прочих равных условий) "вес" других уравнений погрешностей в два раза, исключает необходимость первого и второго условий. Второе условие может быть исключено, если первое обеспечивается не менее, чем тремя избыточными узлами во всей замкнутой системе петель. Выбор "весов" уравнений погрешностей производится, исходя из числа измерений на узловых точках, или обратнопропорционально квадратам средних квадратических погрешностей измерений по внутренней сходимости. Не представляет затруднений и составление уравнений погрешностей из системы (32) с учетом (34) или (35) в зависимости от направления рейсов по каждой петле. Определение вектора А неизвестных коэффициентов () позволяет вычислить вероятнейшие значения силы тяжести (g) в каждом опорном каркасном пункте относительно исходного. Вычисления могут быть выполнены в полевых условиях с использованием микрокалькуляторов. Контролем качества уравнивания каркасной опорной сети является величина средней квадратической погрешности, рассчитанная по внешней сходимости, то есть по невязкам (d) на общих точках (узлах) , (36) где V - число узлов в системе. Практика показала, что учет криволинейности изменения нуль-пунктов гравиметров повышает точность развития сети на 15-35 процентов. Это, при надлежащей оценке качества приборного парка накануне полевых работ, позволяет снизить трудозатраты при развитии каркасной сети на 15-20 процентов или за счет увеличения длины рейсов, или ( что более важно ) за счет снижения допуска к погрешности заполняющей опорной сети. Описанная методика построения опорной сети на основе центральной системы оказалась наиболее приемлемой при исследовании современных гравиметров. Она обеспечивает существенное повышение производительности труда. 5. 2. Построение заполняющих сетей с учетом разностного нуль-пункта гравиметров Развитие опорной (рядовой) заполняющей сети осуществляется, как правило, проложением рейсов однократных гравиметровых измерений несколькими приборами. Рейсы прокладываются между опорными каркасными и промежуточными опорными пунктами. Положение пунктов опорной заполняющей сети может быть определено проектом заранее, а может быть намечено по результатам проложения рядовых рейсов между пунктами каркасной сети, в первом случае густота сети опорных пунктов определяется продолжительностью рядовых рейсов между ними так, чтобы в пределах допуска можно было считать изменение нуль-пункта гравиметров линейным. Во втором случае рядовая сеть развивается раньше опорной заполняющей. Местоположение опорных пунктов заполняющей сети намечается в точках (пикетах) рядовых гравиметрических измерений, соответствующих перегибу графиков изменения разности измеренной ими силы тяжести, Это требует проведения гравиметровых измерений в рядовой сети несколькими гравиметрами одновременно, чтобы в пределах 1-3 минут обеспечить синхронность отсчетов по ним. Весьма важно при этом использовать в рейсе гравиметры, имеющие заметные отличия в характере изменения нуль-пункта, особенно в зависимости от температуры. В противном случае графики разностного нуль-пункта могут не отразить проявление его нелинейности. Подбор приборов, требуемое количество их в рейсе определяются на основе предполевых лабораторных и базисных исследований гравиметров. Из результатов экспериментальных исследований и производственных гравиметровых наблюдений следуют два важных вывода. Во-первых, значительные трудозатраты, связанные с повторными гравиметровыми измерениями по перенаблюдению силы тяжести в пунктах опорной заполняющей и точках рядовой сетей из-за недопустимых расхождений результатов, бывают обусловлены одинаковым качеством наблюдений на исходных и рабочих пунктах (точках) в рейсах. Но влияние этих наблюдений на результаты всего рейса неравнозначно. Погрешности на определяемых пунктах или точках не влияют на качество других, а погрешности измерений на исходных пунктах способны исказить результаты всего рейса, в связи с этим предлагается на исходных пунктах, на которые опирается рейс, а также на потенциально исходных пунктах (узлы пересечения опорных рейсов заполняющей сети, профилей рядовой съемки, точки незапланированного, вынужденного преждевременного завершения рейса) производить повторные гравиметровые измерения. Измерения рекомендуется выполнять в рабочем режиме: 1 - на исходных пунктах по схеме : А-1-А-1-А-1-2-3-. . .; 2 - на потенциально исходных по схеме : А-1-А-1-2-. . . или А-(А-1) - (А-2) - (А-1)-А-(А-1)-А – при незапланированном завершении рейса. Во-вторых, близким к оптимальному варианту развития заполняющей опорной и рядовой сетей является комбинированный вариант определения местоположения опорных заполняющих пунктов. При этом часть из них (разреженная сеть) проектируется заранее, например, в наиболее благоприятных условиях и на некоторых узловых точках. Местоположение других определяется по результатам рядовых рейсов, выполняемых по методике разностного нуль-пункта с проведением повторных измерений на исходных и потенциально исходных пунктах. На рис. 9 представлены результаты гравиметровых измерений в рейсе, проводимом по методике разностного нуль-пункта, которые показывают, что повторные измерения позволяют: - выбрать серию гравиметровых измерений на исходных и дополнительных опорных пунктах, которые обеспечивают возможность учета линейного изменения нуль-пункта; - наметить оптимальное местоположение минимального числа дополнительных опорных пунктов (в рассматриваемом случае УТ-4, а также УТ-7 - как вынужденный по незапланированному завершению рейса); - обеспечить высокую точность результатов на основе возможности исключения полусистематической погрешности в разностном нуль-пункте. Последнее равнозначно исключению ее при учете изменения нуль-пункта гравиметров, используемых в рейсах. Это наглядно иллюстрируется на рис. 9 сплошной ломаной линией, которой аппроксимируются участки предполагаемого изменения разностного нуль-пункта. Для сравнения пунктиром показано, как отличался бы график разностного нуль-пункта от прямой линии между опорными пунктами, если бы не было повторных измерений. Чтобы обеспечить требуемую точность результатов гравиметровых измерений, пришлось бы дополнительно еще наметить 2-3 опорных пункта. Возможность обеспечения характера случайного отклонения графика разностного нуль-пункта относительно прямой его предполагаемого изменения между опорными пунктами позволяет оперативно производить внешний контроль качества измерения силы тяжести в рядовых рейсах. Для этого, полагая значения отклонения

Похожие:

	Конспект лекций для студентов специальности Прикладная информатика (в экономике) Отличительные признаки высокоэффективных технологий и основные принципы их проектирования		Конспект лекций Специальность 080801 Прикладная информатика в экономике Конспект обычно оформляется на отдельных листах бумаги формата А4 (гарнитура шрифта – Times New Roman, кегль шрифта – 14 пт, межстрочный...
	Конспект лекций для направления подготовки бакалавров «Прикладная информатика» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Конспект лекций по дисциплине правовое регулирование маркетинговой деятельности Опорный конспект лекций по дисциплине правовое регулирование маркетинговой деятельности
	Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций по дисциплине Дисциплина входит в федеральный компонент общепрофессионального цикла и является обязательной для изучения		Конспект лекций Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины «Основы электронной коммерции» студентам очной полной формы обучения...
	Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций по дисциплине Организация перевозок и управление на транспорте. Дисциплина входит в цикл общепрофессиональных дисциплин специальности и является...		Конспект лекций Системы автоматизации документооборота Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины «Основы электронной коммерции» студентам очной полной формы обучения...
	Конспект лекций по дисциплине методика самостоятельной работы студента... Отсутствие таких навыков приводит к тому, что учащиеся чувствуют беспомощность и растерянность при необходимости самостоятельно подготовить...		С. П. Филин Концепции современного естествознания: конспект лекций Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ и...
	Конспект лекций раскрывает содержание и структуру учебной дисциплины... Налоговое право : конспект лекций / сост доцент Р. В. Бобринев; Кузбасский институт экономики и права. – Кемерово, 2011 – 144 с		Конспект лекций по дисциплине «Менеджмент». Перечень качеств личности Учебная практика оформляется в тетради или на листах формата А4 в соответствии с заданиями
	Конспект лекций по дисциплине «История США и Канады» Составитель: Козлов Л. Е., канд пол наук, доцент кафедры международных отношений и американистики		Конспект лекций по дисциплине «Финансы предприятия» Содержание Оборудование: плакаты, карточки со словами, ящик для жетонов, жетоны с изображением клоунов
	Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций по дисциплине Дисциплина входит в федеральный компонент профессионального цикла дисциплин специальности и является обязательной для изучения. Данный...		Рабочая учебная программа по дисциплине конспект лекций по дисциплине Дисциплина входит в цикл общих математических и естественнонаучных дисциплин специальности и является дисциплиной по выбору студента....