„Образованието е богатство, приложението му – съвършенство.“

Методика за изпълнение на морската гравиметрична снимка. Изпълнението на експедиционните гравиметрични работи се подразделят на следните етапи:

а) подготвителните работи, включват разработката на техническата документация, подготовка на апаратурата за полевата работа, подбора на бланковия материал, инструкциите, навигационните пособия;

б) началните опорни гравиметрични измервания на бреговите и спомагателните брегови опорни гравиметрични пунктове с махални прибори и гравиметри;

в) морска гравиметрична снимка, включваща измервания на силата на тежестта на редовите, контролните, опорните брегови и морски контролни пунктове, полева обработка на материалите от снимката и полеви контрол на резултатите от измерванията;

г) заключителни опорни гравиметрични измервания;

д) камерална обработка на материалите от гравиметричните измервания и съставяне на научно техническия отчет.

Основен документ, регламентиращ изпълнението на гравиметрична снимка се явява научно – техническия проект за провеждане на гравиметричните работи. Той може да бъде съставна част от научно – техническия проект за комплексните океанографски изследвания. Съдържанието на разделите на научно – техническия проект са дадени в инструкция ИГ-78. (Раздели: 1) общи положения; 2) Техническо обоснование на способа на работа; 3) Организация на провеждане на изследванията; 4) Разчет за стойността на изследванията; 5) Приложения.

На основа на проекта се съставя техническото предписание за извършване на морски гравиметрични работи за всеки експедиционен рейс за отделния кораб, което служи като основен ръководен документ за изпълнение.

При изпълнение на МГС в качеството на работни планшети се използват картни мрежи или морски навигационни карти от различен мащаб в проекция Меркатор. Избраната картографска основа трябва да бъде единна за всички видове геофизични работи и промера.

За използваните по-рано определени значения на силата на тежестта в качеството на опорни и контролни гравиметрични пунктове, а също така за изпълнение на полевата обработка на резултатите от измерванията се съставя работен каталог на опорните и контролните гравиметрични пунктове.

В каталога се привеждат:

– геодезичните координати;

– височините на пунктовете на сушата в системата на височините, приета за района на снимката;

– дълбочината на морето за морските пунктове;

– способите за определяне на координатите, дълбочините, височините и тяхната точност;

– значенията на аномалиите на силата на тежестта и точността на тяхното определяне;

– формулата за нормалното значение на силата на тежестта, използвана за изчисление на аномалиите в свободния въздух;

– сведения за приборите, използвани за извършените гравиметрични измервания.

Подготовката на гравиметричната апаратура за рейса се изпълнява в съответствие с изискванията на инструкциите за експлоатация на съответстващия тип прибор. В базата се извършва еталониране, изследване и проверка на приборите.

Преди излизането на море се извършват опорни гравиметрични измервания на бреговите и спомагателните брегови опорни гравиметрични пунктове, които служат за изходна основа при изпълнение на МГС. Бреговите ОГП трябва да бъдат привързани към пунктовете от държавната гравиметрична мрежа от 1 – 2 клас със СКП не по-голяма 0,15 мГал. Спомагателните брегови ОГП се създават на пирсовете и стените. Те се привързват към пунктовете на държавната гравиметрична мрежа или към бреговите ОГП със СКП не по-голяма от 0,15 мГал за наземните гравиметри.

Опорните махални измервания се извършват с цел получаване на изходни величини за периода на колебание на махалото, за контрол на точността на измерванията и качеството на работата на апаратурата. За това непосредствено преди излизане на море се изпълняват 15 серии от наблюдения.

Опорните гравиметрични измервания се извършват с цел получаване на изходни отчети на гравиметъра за изчисляване на увеличението на силата на тежестта на морските пунктове относно изходните ОГП, за определянето на величината и характера на изместването на нулата на гравиметъра на пункта, а също така за определяне на цената на деленията. Продължителността на началните опорни наблюдения са с продължителност 3 – 5 денонощия.

Измерването на силата на тежестта на море имат следните особености:

– на показанията на морските гравиметрични прибори действат не само ускорението на силата на тежестта, но също така и отклонението на ускорението и наклона на прибора за сметка на клатенето и вибрациите на кораба, при което смущенията превъзхождат допустимата погрешност на измерване на силата на тежестта в стотици и хиляди пъти.

– провеждането на измервания в широк диапазон на изменение на силата на тежестта в продължителни по време рейсове, което определя необходимостта от високо точно еталониране на морските гравиметри и постоянен контрол за стабилността на техните параметри в течение на целия рейс;

– необходимостта от непрекъснато или дискретно определяне на дълбочините на морето, координатите на гравиметричните пунктове, курса и скоростта на кораба с цел отчитане на ефекта на Етвеш;

– влиянието на динамичните въздействия на чувствителните елементи на гравиметрите и на жиро стабилизираните платформи във вид на ефект на Гарисон и крос – каплинг – ефекта;

– снимката на море се изпълнява с подвижни платформи (кораб, подводна лодка, дълбоководни апарати, буксируема гондола, а също така от леда и летателни апарати), което определя значителните различия в използването на апаратурата и методиката на снимката.

В зависимост от отдалечението на района на снимката от брега, дълбочината на морето и изискваната точност за МГС се използват следващите техническите средства: махални прибори, дънни, подводни и надводни гравиметри.

В дълбоководните морета и океани работите се извършват от борда на кораба, подводната лодка или дълбоководния апарат с използването на надводните или подводни гравиметри и махални прибори, а също така от леда с използването на наземни широко диапазонни гравиметри и махални прибори.

За повишаване на точността на измерването при извършването на МГС се предвиждат редица методични мерки:

– измерванията се извършват при амплитуда на отклонение на ускорението, не превишаващо допустимите за дадения тип прибори;

– снимката се изпълнява в група от три и повече гравиметъра, в изключителни случаи се допуска снимката да се извърши с два гравиметъра;

– снимката в континенталния шелф, като правило се извършва с кораби, с водоизместване не по-малко от 800 – 1000 т., а в отдалечени райони в Световния океан – с кораби, с водоизместване не по-малко от 3000 т.

Резултатите получени с помощта на морски гравиметри обикновено се представят във вид на гравиметрични пунктове, определени на галса през равни промеждутъци от време.

Необходимата продължителност на измерване на морски гравиметричен пункт зависи, от една страна, от характера на гравитационното поле и скоростта на кораба, и от друга страна, от величината и характера на отклонението на ускорението, конструкцията и параметрите на честотата на филтрация на гравиметъра.

Измерването на силата на тежестта се изпълнява на ход на кораба едновременно от група установени на кораба гравиметри.

Гравиметричните измервания се извършват на постоянен курс, скорост и дълбочина на потапяне (за подводни лодки).

За 15 – 50 мин. (в зависимост от типа на жиро платформата и гравиметъра) до подхождането до точката на началото на измерване корабът трябва да е легнал на зададения постоянен курс (галса) и да се движи с неизменна скорост и включена жиро платформа.

С достигането на точката за начало на измерването се включва гравиметъра и се записват в журнала – времето за началото на измерването, курса, скоростта, номера на галса (морския пункт) и други необходими сведения.

Сместването на нулата на пункта на гравиметъра при надводна гравиметрична снимка се контролира по пътя на сравняване на резултатите от измерванията на гравиметрите на контролните пунктове, а също така със значенията на силата на тежестта на спомагателните, бреговите, корабните и морските ОГП, където силата на тежестта е била определена с махални прибори или наземни гравиметри.

При изпълнението на гравиметричните работи на море и в океаните с подводни лодки, опорните гравиметрични пунктове се създават на брега, на дрейфуващ лед и на надводни кораби в закрити от вълнение акватории като се използват автоматизирани махални прибори със СКП за единично измерване от 1,5 мГал за АМП-1 и 1 мГал за ПМД.

При работа на подводна лодка точността на измерване се достига също при постоянна скорост и курс, при дълбочина на потапяне не по-малка от 100 м., при отклонение на ускорението до 3 мГал и клатене до 3°.

До началото на измерването лодката трябва да се е потопила на зададената дълбочина. Наблюденията започват не по-рано от 10 мин. след като лодката се е потопила и легнала на зададения курс при постоянна скорост. Изменението на параметрите за движение на подводната лодка се допуска само след като бъде блокирано карданното окачване и бъде изключен прибора.

При МГС могат да се използват също така наречените гравиметри (в случая за работа от дрейфуващ лед). Освен това, гравиметрите със специална конструкция влизат в комплекта на бордовата аерогравиметрична апаратура, използвана за снимка над морето в прибрежните райони. Гравиметрите от специалните типове конструкции се намират също така в състава на навигационните комплекси на подводните лодки за осигуряване определянето на мястото в подводно положение по параметрите на ГПЗ.

Снимка с дънни гравиметри се изпълнява в зоните на континенталния шелф, в плитководни морета и на езера с кораби, стоящи на котва. Снимката се осъществява с отделни рейсове, които трябва да завършват на опорни пунктове.

При изпълнение на дънна снимка се създава мрежа от опорни пунктове, която се привързва към държавната гравиметрична мрежа от 1 и 2 клас.

С цел осигуряване на надеждни повторни измервания, опорните пунктове се избират в райони със спокоен релеф на дъното, плътен грунд и малък хоризонтален градиент на силата на тежестта.

Пунктовете трябва да се съвместяват със закрепени в акваторията обекти (маяци, знаци, буйове) или хидротехнически съоръжения, а при отсъствия на такива – временно се закрепват буйове. Дълбоководните опорни пунктове могат да не се закрепват.

Основен тип рейсове, при извършване на дънна снимка се явяват еднодневните. Допуска се увеличаване на продължителността на рейса до два дена (при стабилен характер на сместването на нулата на пункта на гравиметъра).

Наблюденията на опорната мрежа трябва да се водят по схема, осигуряваща достатъчно надежден отчет на това сместване и пълно съблюдаване изискванията на ръководните документи.

Методиката за морските дънни гравиметрични наблюдения се заключават в следното:

1) След установката на гравиметъра на дъното се измерва дълбочината на морето.

2) Изпълняват се две серии отчети, между които гравиметърът се приповдига и наново се спуска на дъното. Разминаването между отчетите не трябва да превишава удвоената погрешност на единичното измерване.

3) За външен контрол във всеки пореден рейс се повтаря измерването на един – два пункта от предишния рейс.

Снимката на плитководието се извършва на прибрежни участъци от морето и езерата, където е невъзможно да се провеждат наблюдения с дънни и надводни гравиметри.

Работите се извършват с използването на наземни гравиметри, които се установяват на специални триножни стативи, спускани на дъното.

В отделни случаи снимка от 5-ти клас в прибрежната зона може да се изпълни с летателен апарат – самолет или въртолет. Районите на използване на аерогравиметричната снимка се ограничава от възможността за точното определяне на поправката на Етвеш, която е допустима за практиката погрешност и може да бъде определена само с използването на високо точни радио навигационни системи.

МГС се съпровожда от систематична поправка за резултатите от измерванията и надежден полеви контрол.

Полевия контрол се осигурява чрез:

– едновременно използване на група гравиметри и сравнение на резултатите от измерванията;

– изследвания на апаратурата до началото на рейса и след това с неговото завършване;

– извършване на опорни наблюдения в началото, края на снимката и в определени промеждутъци от време в процеса на снимката;

– изпълнение на наблюдения на контролните морски гравиметрични пунктове;

– прокарване на контролни профили;

– сравнение на резултатите от работата с гравиметрични карти;

– регулярна проверка за правилността и пълнотата на записите, а също така чрез оформянето на работните документи;

– съвременна полева обработка на материалите от снимката.

Дискретността на опорните наблюдения на ОГП не трябва да надвишава 28 – 30 денонощия, а при снимка с помощта на МГК – до 45 денонощия. Промеждутъчните опорни наблюдения се извършват, като правило, във времето на престой в пристанище на брегови и спомагателни брегови ОГП с цел привързване на профилите на МГС. При това, при тези махални измервания се изпълняват 15 серии наблюдения, а при гравиметричните измервания, опорните наблюдения се извършват с продължителност не по-малка от 2 – 3 денонощия.

При отсъствие на възможност за извършване на опорни наблюдения на спомагателните брегови ОГП се създават корабни ОГП. При това неговите координати трябва да бъдат известни със СКП не по-малка от 100 м. Корабните ОГП се създават в пристанища, гавани или бухти с помощта на махални прибори със СКП не по-голяма от 1,5 мГал.

Във вид на изключения се допуска също така привързването на профилите на МГС да се извършва към морски площни и единични ОГП.

Площен морски ОГП – това е участък от морето с площ не по-малка от 10×10 км., на която е извършена площна снимка 1-ви или 2-ри клас.

Единичен морски ОГП – това е морски гравиметричен пункт, на които са изпълнени нееднократно измервания на силата на тежестта.

Морските ОГП се създават средно един пункт на 10 -15 млн. кв. км., като правило, в не аномалните морски райони, където хоризонталния градиент е по-малък от 1 мГал на миля, с помощта на дадените гравиметри със СКП 0,3 мГал или с помощта на автоматизирани махални прибори от подводна лодка със СКП 1-3 мГал. Методиката по привързване към морски ОГП е изложена в ИГ-78.

Освен привързването на профилите на гравиметричната снимка към ОГП в хода на работа, се осъществява контрол на снимката на контролните гравиметрични пунктове.

Независимите контролни пунктове позволяват установяването на систематичната погрешност на измерванията, присъща като цяло за цялата съвкупност от измервания в експедицията. Техния брой в рейса трябва да бъде не по-малък от 10.

Допълнително се оценява погрешността на определяне на навигационните параметри и погрешността на снимката, бавно изменящи се във времето, а също така се дава оценка на величината на смущенията на нулата на пункта на гравиметрите, което позволява да се получат измервания на повторните контролни пунктове. При площна снимка тяхното количество трябва да е не по-малко от 10-15% от общия брой на пунктове в района на снимката.

Възвратните контролни пунктове се използват основно за оценка на някои инструментални грешки при определяне на силата на тежестта за целия комплекс на приборите, установени на борда на кораба, а също така за оценка на точността на определяне на навигационните параметри. Те се определят с периодичност от 10-15 денонощия, а също така в началото и края на снимката на района.

При извършване на площна гравиметрична снимка на равни разстояния един от друг, перпендикулярни на основното покритие се прокарват контролни галси. Разстоянието между тях не трябва да бъде по-голямо от 3 до 5 между галсови разстояния за основното покритие. След оценката за точност контролните галси могат да се използват за изравняване на снимката.

Освен измервания на контролните пунктове, в качеството на полеви контрол се използват сравнени гравиметрични профили на дадена експедиция с отрязъци от профилите от експедициите през предишни години.

През време на извършване на МГС е необходимо да се контролира точността на определяне на навигационните параметри (път, скорост, координати на местата на кораба, дълбочината на морето, височината на гравиметъра над нивото на морето) в точките на измерване на силата на тежестта. Неточното знание на тези параметри може да направи безсмислени точните измервания на силата на тежестта.

Известно е, че повдигането над нивото на морето се съпровожда с намаляване на УСТ. Доколкото при подем на всеки 3 метра УСТ се намалява с 1 мГал, гравиметрична снимка с тази точност няма смисъл, ако не осигурява точност на измерване на височината до 3 м.

Погрешността на определяне на силата на тежестта, възникваща от неточното знание на височината на прибора на нивото на морето може да се изчисли по формулата

m_gh = 0,3086*m_h . (1)

Погрешността на определяне на силата на тежестта mgf,д (в милигали) на морски пункт заради неточно определяне на неговите координати може да се изчисли по формулата

m_g, = 0,7*m_ * G , (2)

където m_, – СКП на определяне на координатите на морския пункт, мили;

G – хоризонтален градиент на гравитационното поле, мГал/миля. От формула (2) може да се определи необходимата точност за определяне на координатите на мястото на кораба при извършване на МГС.

Тъй като, при извършване на МГС кораба, извършващ измервания, се намира в движение, то се изменя величината на центробежните сили, действащи на чувствителния елемент на прибора (ефект на Етвеш). Поради това в измерените значения на УСТ се въвежда поправка Етвеш, отразяваща изменението на центробежната сила, действаща на чувствителния елемент на прибора, вследствие на собственото движение на измерителната платформа (кораб, самолет и т.н.) относно повърхността на Земята. Поправката Етвеш се изчислява по формула

g_ЭТВ = 7,5 * sin(ПУ) * cos() + 0,0041* V² , ( 3 )

където – ПУ е пътя на кораба;

V – скорост на кораба във възли.

Погрешност на определяне на поправката за ефекта на Етвеш m (в милигали) се изчислява по формулата

По този начин точността на определяне на поправките за ефекта на Етвеш зависи от точността на определяне на скоростта, курса и координатите на кораба.

При МГС е необходимо да се определят навигационните параметри с точност, която осигурява изчисляването на поправките за ефекта на Етвеш с погрешност, не превишаваща половината от случайната погрешност при определяне на аномалиите за дадения клас на снимка.

Като правило, за това е необходимо да се определи:

– средната скорост на кораба с погрешност от 0,1 – 0,2 възела;

– пътя на кораба с погрешност 0,5 – 0,1°;

– координатите на мястото с погрешност от 0,05 до 1 миля в зависимост от хоризонталния градиент на силата на тежестта;

– дълбочината на морето с погрешност до 1%.

Обработката на резултатите от измерванията се подразделя на полева (предварителна) и камерална (окончателна). Като правило, процесът по обработката на резултатите от МГС се автоматизира и се осъществява с широко използване на ЕИТ.

Значението на силата на тежестта на определен морски пункт при махални измервания (в милигали) се изчислява по формулата

g_н = g_оп * S²_o * (1/S²) + g_этв + g_h , ( 5 )

където g_н – значение на силата на тежестта на определяния пункт;

g_оп – значение на силата на тежестта на опорния пункт;

Sо – средно значение на периода на опорния пункт;

S – средно значение на периода на определяния пункт;

g_этв – поправка за ефекта на Етвеш;

g_h – поправка за привеждане към нивото на морето.

Увеличението на силата на тежестта (в милигали) на морския пункт относно изходния пункт при гравиметрови измервания се изчислява по формулата

g = Ф[m_г] – c*t + g_зап + g_дин + g_этв + g_h , ( 6 )

където Ф[m_г] – отчет по гравиметъра, приведен в милигали;

с – скорост на сместването на нулата на пункта, мГал/сут;

t – интервал от време между наблюденията на морския пункт и началните опорни наблюдения, денонощия;

g_h – поправка за привеждане към морското ниво, мГал;

g_зап – поправка за закъснение на показанията на гравиметъра, мГал;

g_дин – сумарна динамична поправка за влияние на наклона на жиро платформата и хоризонталното ускорение, за остатъчния ефект от орбиталното движение на кораба и ефекта от смесен тип.

Значението на силата на тежестта на определяния морски пункт в този случай се изчислява по формулата

g_н = g_оп + g . ( 7 )

При необходимост се изчислява значението на аномалиите на силата на тежестта с редукция в свободен въздух или Буге.

При завръщане от рейса отново се изпълняват опорни наблюдения на същите тези спомагателни и брегови ОГП.