Геодезические и геофизические модели

Гравиразведка-1

Гравитационное поле

1. Гравитация

универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами

 

2. Гравитационное поле

Физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

 

3. Гравиразведка

Геофизический метод, основанный на изучении поля силы тяжести с целью исследования геологического строения земной коры, поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.

 

4. Поле силы тяжести

Область пространства, в которой каждой точке соответствует некоторое определенное значение силы тяжести.

 

5. Сила тяжести

Равнодействующая силы тяготения и центробежной силы вращения Земли вокруг оси, отнесенная к единице массы тела.

 

6. Единица измерения силы тяжести и чему она равна в СИ

Гал. 1 Гал = 1 см/с² = 0.01 м/с²

7. Дольная единица измерения силы тяжести и чему она равна в СИ

миллиГал. 1 мГал = 10^-3 Гал = 10^-5 м/с².

 

8. Величина ускорения свободного падения на полюсах

9.832 м/с² = 983.2 Гал = 9.83*10⁵ мГал

 

9. Величина ускорения свободного падения на экваторе

9.78 м/с² = 978 Гал = 9.78*10⁵ мГал

 

10. Как и на сколько различаются сила тяжести на экваторе и на полюсах

Сила тяжести больше на полюсе. Больше на 0.052 м/с² (5.2 см/с² = 5.2 Гал)

 

11. Средняя плотность: Земли, земной коры и в центре Земли

5.5 г/см³, 2.7 г/см³, 12.3-12.6 г/см³.

 

12. Приливные изменения силы тяжести

Изменения, вызванные изменением взаимного положения Земли и других небесных тел, главным образом Луны и Солнца.

 

13. Неприливные изменения силы тяжести

Изменения, которые могут вызываться перераспределением масс внутри Земли, связанным с происходящими геологическими процессами (включая извержения вулканов). Связаны с радиоактивным разогревом, конвекцией, колебаниями атмосферного давления, сезонными выпадениями осадков, колебаниям уровня грунтовых вод и др.

 

14. Чем ближе к экватору, тем суточные изменения силы тяжести больше или меньше?

Больше

 

15. Максимальные высоты (м) и скорости (км/ч) морских приливов

Высоты до 9 м, скорости до 40 км/ч

 

16. Изменение силы тяжести от полюса к экватору за счет центробежной составляющей

За счет центробежной составляющей 3.4 Гал

 

17. Изменение силы тяжести от полюса к экватору за сплюснутости Земли

За счет сплюснутости 1.8 Гал

 

18. Изменение силы тяжести при перемещении на 1 м по высоте

0.3 мГал

 

19. Максимальная амплитуда лунно-солнечных возмущений

0.4 мГал

 

Петрофизические свойства

20. Что такое петрофизика

Петрофизика – раздел наук о Земле. Петрофизика изучает физические свойства горных пород, взаимосвязи их между собой и с физическими полями Земли.

 

21. Три главных типа горных пород

Осадочные, магматические, метаморфические

 

22. Какие породы слагают кристаллический фундамент

Магматические и метаморфические породы

 

23. Наиболее часто встречаемая плотность горных пород

1.2 - 4.7 г/см³

 

24. Плотность магматических пород

Повышается от кислых разностей к основным и ультраосновным по мере уменьшения содержания лёгкого кремнезёма и постепенного увеличения содержания тяжёлых элементов

 

25. Кислые магматические породы: содержание кремнезема и плотности

Кремнезема 64-78%; плотности 2.5 – 2.7 г/см³

 

26. Основные магматические породы: содержание кремнезема и плотности

Кремнезема 44-53%; плотности 2.8 – 3.0 г/см³

 

27. Ультраосновные магматические породы: содержание кремнезема и плотности

Кремнезема менее 44%; плотности 3.0-3.3 г/см³ и выше

 

28. Плотность метаморфических пород

Плотность от 2400 до 3400 кг/м³. Зависит от состава пород, вида и степени метаморфизма.

 

29. Пример снижения плотности при метаморфмизме

Снижение плотности на 20-40% при гидротермально-метасоматических изменениях,

 

30. Пример увеличения плотности при метаморфмизме

В ходе контактового метаморфизма.

 

31. Значения плотности осадочных пород

1200-3000 кг/м³, наиболее часто 1700-2700 кг/м³.

 

32. Факторы, влияющие на плотность осадочных пород

Пористость, влажность, фациально-литологические и тектонические факторы

 

33. Истинная плотность горной породы

Сумма массы твердой, жидкой и газообразной фаз, деленная на сумму их объемов

 

34. Плотность минералогическая

Масса твердой фазы, деленная на ее объем

 

35. Как изменяются с глубиной пористость, плотность и скорость продольных волн.

Пористость уменьшается, плотность и скорость увеличиваются

 

 

Геодезические и геофизические модели

Геодезические модели

36. Модель

Физический или абстрактный образ моделируемого объекта, удобный для проведения исследований и позволяющий адекватно отображать интересующие исследователя физические свойства и характеристики объекта

 

37. Гравиметрический пункт

Пункт с известными значениями координат и силы тяжести

 

38. Фигура Земли в нулевом приближении

Шар с радиусом 6371 км. Модель хорошо подходит для задач, точность вычислений в которых не превышает 0,5 %.

 

39. Фигура Земли в первом и во втором приближении

В первом приближении - эллипсоид вращения, во втором - геоид

 

40. Экваториальный и полярный радиусы Земли.

Экваториальный радиус 6378 км, полярный радиус 6357 км

 

41. Как вычисляется геометрическое сжатие земного эллипсоида (f) и чему оно равно?

f = (a-c)/c , где а – экваториальный, с – полярный радиус Земли

1/f = 298.25

 

42. Потенциал силы тяжести

Функция, градиент которой равен значению силы тяжести

 

43. Уровенная поверхность

Поверхность, в любой точке которой потенциал силы тяжести имеет одно и то же значение.

 

44-а. Геоид

Фигура Земли, образованная уровенной поверхностью, совпадающей с поверхностью Мирового океана в состоянии полного покоя и равновесия и продолженной под материками

 

44-б. Нормальное значение силы тяжести

Значение силы тяжести, соответствующее принятой теоретической модели Земли.

 

45. Всемирные системы геодезических параметров Земли

WGS 84 разработана в США, используется в глобальной навигационной спутниковой системе GPS

GRS80 создан Международной Ассоциацией Геодезии и Геофизики. Основа единой геодезической системы ЕС

ПЗ-90 - Параметры Земли 1990 года - разработана в СССР и России и используется в Глонасс (российский аналог GPS)

 

46. Отвесная линия

Прямая, совпадающая с направлением действия силы тяжести в данной точке

 

47. Земной эллипсоид

Эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для Земли в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных её частей (референц-эллипсоид).

 

48. Уровенный эллипсоид

Земной эллипсоид, на поверхности которого потенциал силы тяжести всюду имеет одно и то же значение.

 

49. Отклонение отвесной линии

Угол между отвесной линией и нормалью к поверхности земного эллипсоида в данной точке.

 

50. Градиент силы тяжести

Вектор, проекции которого на оси в декартовой системе координат численно равны первым производным силы тяжести по этим осям.

 

51. Вариация силы тяжести

Изменение силы тяжести во времени в данной точке.

 

52. Приливная вариация силы тяжести

Вариация силы тяжести, обусловленная гравитационным воздействием Луны, Солнца и планет.

 

53. Неприливная вариация силы тяжести

Вариация силы тяжести, обусловленная причинами, отличными от гравитационного воздействия Луны, Солнца и планет.

 

54. Изостазия

Гипотеза, предполагающая равновесие земной коры, при котором избыток или недостаток масс на поверхности Земли компенсируется соответствующим распределением масс на глубине.

 

55. Изостатическая поверхность

Поверхность на определенной глубине, на которой наблюдается равное гидростатическое давление вышележащих масс.

 

Геофизические модели

56. Физико-геологическая модель (ФГМ)

ФГМ – это совокупность упрощений геометрических и петрофизических свойств геологического разреза.

 

57. Почему в геофизике всегда пользуется моделями

Потому что реальная геологическая среда очень сложна и неоднородна и без упрощений не обойтись

 

58. Три типа упрощений физико-геологической модели

Упрощение: размерности, распределения физических свойств, формы

 

59. Примеры упрощений размерности, распределения физических свойств и формы

Переход к двумерным представления. Переход к слоям с постоянной плотностью. Использование модели антиклинальной структуры (без разрывных нарушений)

 

60. Прямая задачи гравиразведки

Нахождение элементов гравитационного поля по заданному распределению источников

 

61. Элементы гравитационного поля

Потенциал поля; составляющие вектора напряженности (первые производные) по осям координат; вторые производные и др.

 

62. Сила тяжести как производная гравитационного потенциала

Сила тяжести – это первая производная гравитационного потенциала.
Является производной по вертикали

 

63. Есть ли однозначное решение прямой задачи гравиразведки

Да

 

64. Когда наиболее корректен переход к двухмерной задаче гравиразведки

Когда аномалии элементов гравитационного поля носят ярко выраженный линейный характер, т.е. изолинии элементов поля сильно вытянуты в каком-то определенном направлении.

 

65. Обратная задача гравиразведки

Нахождение распределения масс по заданному гравитационному полю этих масс.

 

66. Классы обратных задач гравиразведки

Задачи: а) рудные; б) структурные в) со сложным распределением масс.

 

67. Рудные обратные задачи гравиразведки

Носитель масс - совокупность конечных односвязных (не пересекающихся) объемов

 

68. Структурные обратные задачи гравиразведки

Носитель масс - слоистая среда. Поверхности раздела не имеют общих точек и звездные относительно бесконечно удаленной точки: любая вертикальная прямая пересекает каждую из них только один раз.

 

69. Обратные задачи гравиразведки со сложным распределением масс

Объединяются распределения масс, характерные для структурных задач и задач типа рудных.

 

70. Единственность решения обратной задачи гравиразведки

Решение в общем случае не единственно, т. е. существуют различные распределения источников поля, порождающие тождественные внешние поля.

 

71. Корректно поставленные задачи

Задача поставлена корректно, если:

а) в заданном классе входных данных решение задачи существует;

б) решение единственно;

в) решение устойчиво, т. е. малым вариациям входных данных соответствуют малые вариации решения.

 

72. Некорректно поставленные задачи

Если хотя бы одно из условий корректности нарушается (решение существует, единственно, кстойчиво), то задача поставлена некорректно.

 

73. Единственность решения обратной задачи гравиразведки

Решение в общем случае не единственно, т. е. существуют различные распределения источников поля, порождающие тождественные внешние поля.

 

74. Эквивалентные распределения масс

Распределения масс с тождественными внешними полями

 

75. Пример эквивалентного распределения масс

Концентрические шары с произвольными плотностями, зависящими только от расстояния до общего их центра, и обладающие одной и той же массой.

 

76. Линейная постановка обратной задачи гравиметрии

Задан конечный носитель масс и по внешнему полю требуется найти распределение плотности по носителю

 

77. Нелинейная постановка обратной задачи гравиметрии

Источники поля заведомо принадлежат некоторой заданной области B (конечной или бесконечной), а поле задано вне В. Требуется найти носитель масс и распределение плотности по носителю.

 

78. Устойчивое решение задачи

В таком решении, малым вариациям входных данных соответствуют малые вариации решения.

 

79. Неустойчивость решения обратных задач

Малым вариациям в поле могут соответствовать большие вариации распределения масс

 

80. Примеры неустойчивости решения обратной задачи гравиразведки

Высокочастотные возмущения границы области, занятой массами постоянной плотности.

Одновременно изменяются и геометрия носителя масс, и плотность

 

81. О чем свидетельствует отсутствие решения обратной задачи

О непригодности принятой математической модели или неправильной постановке задачи.

 

82. Решение у вычислительной задачи устойчивое по входным данным

Если оно зависит от входных данных непрерывным образом.

 

83. Типизация моделей по особенностям представления

- По размерности

- Однородные и неоднородные

- Динамические и статические (Открытые и закрытые)

- Вероятностные и детерминированные

- Дискретные и непрерывные

- Линейные и нелинейные

 

84. Модель среды 0-D

Свойства среды неизменны по всем направлениям.

Пример: однородное изотропное пространство или полупространство

 

85. Модель среды 1-D

Свойства среды изменяются только в 1 направлении

Пример: Горизонтально слоистая среда, вертикально-слоистая среда.

 

86. Модель среды 2-D

Свойства среды изменяются по 2 направлениям

Пример: Бесконечный горизонтальный цилиндр (длина более чем в 5 раз больше ширины)

 

87. Модель среды 3-D

Свойства среды изменяются по 3 направлениям

Пример: Любые трехмерные объекты.

 

88. Модель среды 4-D

Свойства среды изменяются по 3 направлениям и во времени

Пример: Любые трехмерные объекты, характеристики которых меняются во времени.

 

89. Модели открытые (динамические)

Если необходим учет влияния модели на окружающую среду или воздействия внешних условий на модель.

 

90. Модели закрытые, изолированные (статические)

Если не нужен учет влияния модели на окружающую среду или воздействия внешних условий на модель.

 

91. Модель детерминированная

Если для данной совокупности входных значений на выходе системы может быть получен единственный результат.

 

92. Модель вероятностная - для данной совокупности входных значений на выходе могут получаться различающиеся между собой результаты в зависимости от действия случайного фактора

 

93. Модель дискретная

Модель, переменные которой могут принимать счетное множество значений

 

94. Модель непрерывная

Модель, переменные которой могут принимать несчетное множество сколь угодно близких друг к другу значений

 

95. Модель линейная,

Если когда отклик системы на сумму воздействий равен сумме откликов на каждое воздействие

 

96. Модель нелинейная

Когда отклик системы на сумму воздействий НЕ равен сумме откликов на каждое воздействие

 

97. Линейные или нелинейные модели используют в гравиразведке и магниторазведке

Линейные