Аномалия силы тяжести - Gravity anomaly

А гравитационная аномалия разница между наблюдаемым ускорением свободного падения, или сила тяжести, на поверхности планеты, и соответствующее значение, предсказанное на основе модели гравитационного поля планеты. Как правило, модель основана на упрощающих предположениях, например о том, что при самогравитации и вращательном движении планета принимает форму эллипсоида вращения. Гравитация на поверхности этого опорный эллипсоид затем задается простой формулой, которая содержит только широту, и вычитание из наблюдаемой силы тяжести в том же месте даст аномалию силы тяжести.

Значения аномалий, как правило, намного меньше, чем значения самой силы тяжести, так как основные вклады общей массы планеты, ее вращения и связанного с ней сплющивания были вычтены. Таким образом, гравитационные аномалии описывают локальные изменения гравитационного поля вокруг модельного поля. Местоположение с положительной аномалией демонстрирует большую гравитацию, чем предсказано моделью, что предполагает наличие подповерхностной положительной аномалии массы, в то время как отрицательная аномалия имеет более низкое значение, чем прогнозировалось, что свидетельствует о дефиците подповерхностной массы. Таким образом, эти аномалии представляют значительный геофизический и геологический интерес.

Когда гравиметрические измерения были выполнены на топографии над уровнем моря, необходимо провести тщательный процесс редукции, включающий также влияние местных топографических масс, чтобы получить геофизически полезные гравитационные аномалии, которые бывают нескольких различных типов. Четкое определение реакции на местную геологию недр - типичная цель прикладная геофизика.

Причины

Гравитация и геоид аномалии, вызванные различными изменениями толщины земной коры и литосферы относительно эталонной конфигурации. Все настройки находятся под локальным изостатический компенсация при превышении +1000 или -1000 м над контрольным уровнем.

Боковые вариации гравитационных аномалий связаны с аномальным распределением плотности внутри Земли. Локальное измерение гравитация Земли помогает нам понять внутреннюю структуру планеты. Синтетические расчеты показывают, что признак аномалии силы тяжести утолщенной коры (например, в орогенные пояса произведено континентальное столкновение ) отрицательна и больше по абсолютной величине, чем в случае, когда утолщение влияет на всю литосфера.

В Аномалии Буге обычно отрицательны в горы потому что они уменьшают притяжение горной массы примерно на 100 миллигалл на километр высоты горы. В больших горных районах они даже более негативны, чем это, из-за изостазия: плотность горных корней ниже по сравнению с окружающими земная мантия, вызывая дальнейший дефицит гравитации. Типичные аномалии в Центральные Альпы равны -150 миллигал (-1,5 мм / с²). Скорее локальные аномалии используются в прикладная геофизика: если они положительные, это может указывать на металлический руды. На масштабах между целыми горными хребтами и рудными телами аномалии Буге могут указывать на типы горных пород. Например, тренд северо-восток-юго-запад в центре Нью-Джерси (см. Рисунок в следующем разделе) представляет собой грабен из Триасовый возраст в значительной степени наполнен плотным базальты. Соляные купола обычно выражаются на гравиметрических картах как минимумы, потому что соль имеет низкую плотность по сравнению с породами, которые вторгается куполом. Аномалии могут помочь отличить осадочные бассейны чья заливка отличается по плотности от заливки окружающей области; видеть Аномалии силы тяжести Великобритании и Ирландии Например.

Геодезия и геофизика

В геодезия и геофизика, обычная теоретическая модель - это гравитация на поверхности опорный эллипсоид Такие как WGS84.

Чтобы понять природу гравитационной аномалии из-за недр, необходимо внести ряд поправок в измеренное значение силы тяжести:

В теоретическая гравитация (сглаженная нормальная сила тяжести) следует удалить, чтобы оставить только локальные эффекты.
В высота точек, где было сделано каждое измерение силы тяжести должны быть сведено к опорной точке, чтобы сравнить весь профиль. Это называется Коррекция на открытом воздухе, и в сочетании с удалением теоретической силы тяжести оставляет аномалия свободного воздуха.
нормальный градиент силы тяжести (скорость изменения силы тяжести при изменении высоты), как в свободном воздухе, обычно 0,3086 миллигал за метр, или Градиент Буге 0,1967 мГал / м (19,67 мкм / (с² · м), что учитывает среднюю плотность породы (2,67 г / см³) под точкой; это значение находится путем вычитания силы тяжести из-за Тарелка буге, что составляет 0,1119 мГал / м (11,19 мкм / (с² · м)) для этой плотности. Просто мы должны скорректировать влияние любого материала между точкой, где была сделана гравиметрия, и геоид. Для этого мы моделируем промежуточный материал как состоящий из бесконечного количества пластин толщиной т. У этих плит нет поперечных изменений плотности, но каждая плита может иметь другую плотность, чем та, которая находится выше или ниже нее. Это называется Поправка Буге.
и (в особых случаях) a цифровая модель местности (DTM). Поправка на рельеф, вычисленная на основе модельной структуры, учитывает эффекты быстрого бокового изменения плотности, например край плато, скалы, крутые горы и т. д.

(Буге) карта гравитационной аномалии состояния Нью-Джерси (USGS)

Для этих сокращений используются разные методы:

Гравитация меняется по мере удаления от поверхности Земли. По этой причине мы должны компенсировать аномалия в открытом воздухе (или аномалия Фэй): применение нормальный градиент 0,3086 мГал / м, но без модели местности. Эта аномалия означает смещение точки вниз вместе со всей формой местности. Этот простой метод идеально подходит для многих геодезических приложений.
просто Аномалия Буге: снижение только градиентом Бугера (0,1967). Эта аномалия обрабатывает точку так, как если бы она находилась на плоской равнине.
изысканный (или же полный) Аномалия Буге (обычное сокращение Δграмм_B): DTM считается максимально точным с использованием стандартного плотность 2,67 г / см³ (гранит, известняк). Аномалии Буге идеальны для геофизика потому что они показывают эффекты разных камень плотности в недрах.
- Разница между ними - дифференциальный гравитационный эффект неровностей местности - называется эффект местности. Он всегда отрицательный (до 100 миллигалл).
- Разница между Аномалия Фэй и Δграмм_B называется Редукция Буге (привлечение местности).
специальные методы как у Пуанкаре -Добыча, используя внутреннюю гравитацию градиент около 0,0848 миллигал на метр (848 нм / (с² · м) или 11 ч⁻²). Эти методы действительны для силы тяжести внутри скважины или для специальных геоид вычисления.

Спутниковые измерения

Карта гравитационных аномалий от GRACE

Крупномасштабные гравитационные аномалии могут быть обнаружены из космоса как побочный продукт спутниковых гравитационных миссий, например, GOCE. Эти спутниковые миссии направлены на восстановление подробной модели гравитационного поля Земли, обычно представленной в виде сферически-гармонический расширение гравитационного потенциала Земли, но также производятся альтернативные представления, такие как карты волн геоида или аномалий силы тяжести.

В Восстановление силы тяжести и климатический эксперимент (GRACE) состоит из двух спутников, которые могут обнаруживать гравитационные изменения на Земле. Также эти изменения могут быть представлены как временные вариации аномалии силы тяжести.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Хейсканен, Вейкко Алексантери; Мориц, Гельмут (1967). Физическая геодезия. W.H. Freeman.