docSpis treści - Wydawnictwo AGH
download 
Reklamacja Transkrypt
Spis treści - Wydawnictwo AGH
Spis treci 1. Wstêp ................................................................................................................ 15 2. Rozwój grawimetrii zarys historyczny i podstawowe pojêcia ................. 2.1. Pocz¹tki grawimetrii .................................................................................. 2.2. Waga skrêceñ Eötvösa pocz¹tki grawimetrii stosowanej ...................... 2.3. Grawimetria stosowana podzia³ i zakres zastosowañ ............................ 2.4. Grawimetry przyrz¹dy, które zrewolucjonizowa³y pomiary si³y ciê¿koci ............................................................................... 2.4.1. wiatowy grawimetryczny system odniesienia .............................. 2.5. Pocz¹tek i rozwój badañ grawimetrycznych w Polsce ............................. 2.5.1. Badania grawimetryczne na terenach ziem polskich w okresie zaborów .......................................................................... 2.5.2. Badania grawimetryczne w Polsce w latach 19181939 ........................................................................ 2.5.3. Badania grawimetryczne w Polsce w okresie II wojny wiatowej ......................................................... 2.5.4. Rozwój grawimetrii w Polsce po II wojnie wiatowej ................... 19 19 26 28 3. Ziemskie pole si³y ciê¿koci ............................................................................ 3.1. Si³a grawitacji ............................................................................................ 3.2. Si³a odrodkowa ........................................................................................ 3.3. Si³a ciê¿koci ............................................................................................. 3.4. Drugie pochodne potencja³u si³y ciê¿koci ............................................... 3.5. Geoida, elipsoidy odniesienia, geodezyjne systemy odniesienia .............. 3.5.1. Twierdzenie Stokesa ....................................................................... 3.6. Normalna si³a ciê¿koci ............................................................................. 3.7. Si³a ciê¿koci we wnêtrzu Ziemi ............................................................... 3.7.1. Przyci¹ganie grawitacyjne warstwy sferycznej .............................. 3.7.2. Przyci¹ganie grawitacyjne kuli ....................................................... 3.7.3. Przyci¹ganie grawitacyjne wewn¹trz Ziemi ................................... 30 35 37 39 43 47 48 55 56 58 60 60 63 66 69 72 72 74 75 7 8 3.8. Si³y luni-solarne ........................................................................................ 3.9. Potencja³ logarytmowy (logarytmiczny) ................................................... 76 83 4. Przyrz¹dy pomiarowe u¿ywane w grawimetrii stosowanej ........................ 4.1. Elementy teorii i budowy grawimetrów wzglêdnych, sprê¿ynowych, statycznych ....................................................................... 4.1.1. Równanie podstawowe grawimetru ............................................. 4.1.2. Podstawy dzia³ania grawimetrów nieastatyzowanych ................. 4.1.3. Podstawy dzia³ania grawimetrów astatyzowanych ...................... 4.1.4. Astatyzowanie sprê¿yn¹ i mas¹ ................................................... 4.1.5. Astatyzowanie mas¹ ..................................................................... 4.1.6. Astatyzowanie sprê¿yn¹ ............................................................... 4.1.7. Sprê¿yny o d³ugoci zerowej i ujemnej ....................................... 4.1.8. Kompensacja baryczna grawimetru ............................................. 4.1.9. Kompensacja termiczna grawimetru ............................................ 4.1.10. Wp³yw wychylenia systemu grawimetru z poziomu ................... 4.1.11. Elektroniczne uk³ady pomiarowe instalowane w grawimetrach sprê¿ynowych .................................................... 4.1.11.1. Wskanik pojemnociowy przesuniêcia (CPI) ............. 4.1.11.2. Elektrostatyczny pojemnociowy przetwornik przesuniêcia (CDTEF) ............................. 4.1.12. Dryft grawimetru .......................................................................... 4.1.13. Metodyka prac polowych ............................................................. 4.1.14. Justowanie i kalibrowanie grawimetrów ..................................... 4.1.14.1. Justowanie grawimetru ................................................. 4.1.14.2. Kalibracja grawimetru .................................................. 4.1.14.2.1. Kalibracja grawimetrów na bazach ........... 4.1.14.2.2. Kalibracja grawimetru przez jego pochylanie ................................ 4.1.14.2.3. Kalibrowanie grawimetru przez zmianê masy bezw³adnej jego systemu .................. 4.1.15. Zasada dzia³ania i budowa grawimetrów Askania GS-11, GS-12 ........................................... 4.1.16. Grawimetry astatyzowane z systemem kwarcowym Wordena ..... 4.1.16.1. Grawimetr Wordena ...................................................... 4.1.16.2. Inne grawimetry kwarcowe z systemem Wordena ....... 4.1.16.3. Grawimetr Scintrex Autograv CG-3 ............................ 4.1.16.4. Grawimetr Scintrex Autograv CG-4 ............................ 4.1.16.5. Grawimetr CG-3/3M Autograv .................................... 4.1.16.6. Grawimetr Scintrex Autograv CG-5 ............................ 4.1.16.7. Grawimetr GNU-KVK ................................................. 85 85 87 88 90 91 93 94 97 98 99 102 103 104 105 109 114 116 117 117 118 119 120 121 124 124 127 128 130 130 130 131 4.1.17. Grawimetry astatyzowane sprê¿yn¹ metalow¹ z systemem LaCosteaRomberga ............................................... 4.1.17.1. Grawimetr LaCosteaRomberga ................................. 4.1.17.1.1. Grawimetry LCR-G i LCR-D .................... 4.1.17.1.2. Grawiton EG .............................................. 4.1.17.2. Morskie i powietrzne grawimetry LaCosteaRomberga ................................................... 4.1.17.3. Grawimetry LaCosteaRomberga do rejestracji zmian luni-solarnych si³y ciê¿koci ........................................ 4.1.17.4. Grawimetr otworowy LaCosteaRomberga (BHGM) .................................... 4.2. Elementy teorii i budowy grawimetrów wzglêdnych, dynamicznych, strunowych ....................................................................... 4.3. Balistyczne grawimetry s³u¿¹ce do absolutnych pomiarów si³y ciê¿koci ............................................................................................. 4.3.1. Metoda swobodnego spadku grawimetry balistyczne (grawimetr Fallera FG-5) ................................................................ 4.3.2. Metoda podrzutu i spadku, tzw. metoda symetryczna (grawimetry absolutne FG-5-L J.E. Fallera i ZZG Z. Z¹bka) .............................................................................. 4.3.2.1. Grawimetr FG-5-L J.E. Fallera ......................................... 4.3.2.2. Grawimetr ZZG Z. Z¹bka ................................................. 4.4. Pomiary drugich pochodnych potencja³u si³y ciê¿koci ........................... 4.4.1. Waga skrêceñ Eötwösa ................................................................... 4.4.2. Gradientometry przyrz¹dy pochodne od wagi skrêceñ Eötwösa ............................................................... 4.4.3. Pomiar drugich pochodnych potencja³u si³y ciê¿koci za pomoc¹ grawimetrów sprê¿ynowych ......................................... 4.4.3.1. Gradient poziomy si³y ciê¿koci ....................................... 4.4.3.2. Gradient pionowy si³y ciê¿koci....................................... 4.4.3.2.1. Rzeczywisty gradient pionowy si³y ciê¿koci .................................................... 4.4.3.2.2. Wie¿owy gradient pionowy si³y ciê¿koci ...... 4.4.4. Balistyczny gradientometr absolutny ............................................. 4.4.5. Gradientometria lotnicza, morska i satelitarna ............................... 5. Redukcje pomiarów grawimetrycznych i anomalie si³y ciê¿koci ............. 5.1. Poprawka luni-solarna si³y ciê¿koci ........................................................ 5.2. Algorytmy i modyfikacje poprawki topograficznej si³y ciê¿koci ........... 5.2.1. Sposób obliczania poprawki topograficznej si³y ciê¿koci wed³ug S. Hammera ........................................................................ 131 131 135 135 136 137 138 139 142 143 147 147 147 149 150 156 158 158 160 161 164 171 171 173 174 176 178 9 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.2.2. Poprawka topograficzna si³y ciê¿koci w punktach le¿¹cych nad/pod powierzchni¹ terenu ....................... 5.2.3. Poprawka urbanistyczna si³y ciê¿koci .......................................... 5.2.4. Poprawka topograficzna wie¿owego gradientu pionowego si³y ciê¿koci ................................................................................... 5.2.5. Poprawka urbanistyczna wie¿owego gradientu pionowego ........... 5.2.6. Metoda triangularyzacyjna obliczania poprawki topograficznej si³y ciê¿koci ................................................................................... 5.2.7. Poprawka topograficzna si³y ciê¿koci w grawimetrycznych poszukiwaniach struktur geologicznych ...... Poprawka wolnopowietrzna si³y ciê¿koci ............................................... Poprawka i redukcja Bouguera si³y ciê¿koci ........................................... Interpretacja fizyczna poprawek: topograficznej, wolnopowietrznej i Bouguera ................................................................... Anomalie si³y ciê¿koci ............................................................................. B³¹d wyznaczenia anomalii si³y ciê¿koci ................................................ 182 185 189 191 193 197 201 202 203 205 216 6. Mikrograwimetria ........................................................................................... 6.1. Zadania mikrograwimetrii ......................................................................... 6.2. Podstawy metody ....................................................................................... 6.3. Prognozowanie zagro¿eñ dla rodowiska naturalnego powsta³ych w wyniku dzia³alnoci cz³owieka i procesów przyrodniczych ................. 6.3.1. Czasowe zmiany mikroanomalii si³y ciê¿koci jako podstawa prognozowania ekspansji pustek ............................ 6.3.2. Badania tektoniki nieci¹g³ej ........................................................... 217 217 217 7. Grawimetria górnicza ..................................................................................... 7.1. Grawimetria i mikrograwimetria podziemna ............................................ 7.1.1. Redukcje i poprawki ....................................................................... 7.1.2. Zdjêcia (pomiary) wielopoziomowe ............................................... 7.1.3. Pomiary wie¿owego pionowego gradientu si³y ciê¿koci w wyrobiskach górniczych ............................................................. 7.1.3.1. Wykrywanie wyrobisk górniczych i pustek poeksploatacyjnych ............................................. 7.1.3.2. Wyznaczanie gêstoci ska³ otaczaj¹cych wyrobisko górnicze ........................................................... 7.1.3.3. Zintegrowane pomiary Δg i Wzzw,p w wyrobiskach górniczych ................................................ 7.1.4. Podziemny gradient pionowy si³y ciê¿koci .................................. 7.1.5. Pionowe profilowanie grawimetryczne (PPGR) w otworach wiertniczych ................................................................ 237 237 238 242 10 222 226 232 244 244 245 246 247 248 7.1.6. Pionowe profilowanie grawimetryczne (PPGR) w szybach górniczych ..................................................................... 7.1.6.1. Pionowe profilowanie grawimetryczne (PPGR) w szybach górniczych w celu wyznaczenia gêstoci warstw skalnych ................................................................ 7.1.6.2. Pionowe profilowanie grawimetryczne (PPGR) w szybach górniczych w celu wykrycia pustek i wymyæ wystêpuj¹cych za obudow¹ szybu ...................... 7.2. Prognozowanie wyst¹pieñ zjawisk dynamicznych w eksploatowanym górotworze. Problem wstrz¹sów górniczych ............ 7.2.1. Prace pomiarowe ............................................................................. 7.2.2. Prognozowanie stochastyczne ........................................................ 7.2.2.1. Prognozowanie regionalnych przejawów naprê¿eñ .......... 7.2.2.2. Prognozowanie lokalnych przejawów naprê¿eñ ............... 7.2.2.3. Przyk³ad zastosowania metody ......................................... 7.2.2.4. Próby monitorowania wyst¹pieñ wstrz¹sów górniczych za pomoc¹ stacjonarnego, ci¹g³ego pomiaru zmian si³y ciê¿koci .......................................................... 8. Gêstoæ ska³ podstawowy parametr grawimetrii ...................................... 8.1. Definicje podstawowe, znaczenie ciê¿arów objêtociowych ska³ wyznaczanych laboratoryjnie ............................................................ 8.2. Metody grawimetryczne s³u¿¹ce do wyznaczania gêstoci ska³ in situ .................................................................................... 8.2.1. Wyznaczenie gêstoci ska³ w wyrobiskach podziemnych .............. 8.2.2. Grawimetryczne wyznaczanie gêstoci ska³ przypowierzchniowych buduj¹cych rzebê terenu ................. 8.2.2.1. Metoda Nettletona ............................................................. 8.2.2.2. Metoda Parasnisa ............................................................... 8.3. Zwi¹zek prêdkoci fal sejsmicznych z gêstoci¹ ska³ ............................... 9. Pola grawitacyjne form geologicznych i antropogenicznych ...................... 9.1. Pola grawitacyjne bry³ o potencjale newtonowskim ................................. 9.2. Pola grawitacyjne bry³ o potencjale logarytmicznym ............................... 9.3. Pola grawitacyjne bry³ o kszta³tach regularnych w domenie czêstociowej .......................................................................... 9.4. Obliczanie si³y ciê¿koci nad formami antyklinalnymi i synklinami za pomoc¹ szeregu trygonometrycznego Fouriera .................................... 9.4.1. Antyklina poziomy walec o przekroju parabolicznym ................ 9.4.2. Synklina poziomy walec paraboliczny ........................................ 9.5. Zasady interpretacji ilociowej ................................................................. 9.5.1. Zadanie proste ................................................................................. 252 253 255 259 260 261 261 264 268 271 273 273 282 282 282 282 284 287 291 293 299 316 321 322 324 325 326 11 9.5.2. Zadanie odwrotne ........................................................................... 9.5.2.1. Metody punktów charakterystycznych ............................. 9.5.2.2. Metody analizy czêstociowej ........................................... 9.5.2.3. Metody ca³kowe ................................................................ 9.5.2.4. Metody doboru .................................................................. 9.5.2.4.1. Metody optymalizacyjne .................................. 9.5.2.4.1.1. Programowanie liniowe ................. 9.5.2.4.1.2. Metoda dekonwolucji Eulera......... 9.5.2.4.1.3. Metody strategii ewolucyjnych ..... 9.5.2.4.2. Metody rozwi¹zywania zadañ odwrotnych, niepoprawnie uwarunkowanych ....................... 9.5.2.4.3. Modelowanie symulacyjne ............................... 327 327 328 331 332 333 333 336 338 10. Transformacje pól si³y ciê¿koci .................................................................... 10.1. Pojêcie trendu, anomalii rezydualnych i lokalnych si³y ciê¿koci ......... 10.2. Ogólna postaæ transformacji ................................................................... 10.3. Szczegó³owe postacie transformacji ....................................................... 10.3.1. Anomalie rezydualne si³y ciê¿koci ........................................... 10.3.2. Drugie pochodne pionowe si³y ciê¿koci ................................... 10.3.3. Przed³u¿anie analityczne pochodnych potencja³u si³y ciê¿koci w górê i w dó³ ............................................................................. 10.3.3.1. Punkty osobliwe potencja³u si³y ciê¿koci i jego wy¿szych pochodnych ...................................... 10.4. Metody analizy czêstociowej zdjêæ grawimetrycznych w interpretacji ilociowo-jakociowej .................................................... 10.4.1. Charakterystyki czêstociowe anomalii rezydualnych i regionalnych ...................................................... 10.4.2. Charakterystyka czêstociowa metody wy¿szych pochodnych pionowych si³y ciê¿koci............................................................ 10.4.3. Charakterystyka czêstociowa metod przed³u¿ania analitycznego w górê i w dó³ ............................................................................. 10.5. Inne wybrane rozwi¹zania zewnêtrznego zagadnienia Dirichleta w zastosowaniu do przed³u¿eñ analitycznych ........................................ 10.5.1. Przed³u¿anie analityczne pochodnych potencja³u si³y ciê¿koci metod¹ regularyzacji funkcji A.N. Tichonowa .......................... 10.6. Zasady interpretacji jakociowej aplikacja metod ............................... 10.6.1. Metoda uredniania pól .............................................................. 10.6.2. Aproksymowanie rozk³adu pomierzonych anomalii si³y ciê¿koci wielomianami ...................................................... 10.6.3. Przed³u¿anie analityczne si³y ciê¿koci w górê jako metoda aproksymowania pól regionalnych ........................ 347 347 349 351 351 352 12 339 344 353 357 361 365 366 367 368 370 372 374 378 382 10.6.4. Przed³u¿anie analityczne si³y ciê¿koci w dó³ jako jedna z metod obliczania anomalii rezydualnych .............. 10.6.5. Obliczenia wy¿szych pochodnych pionowych si³y ciê¿koci jako inna metoda rezydualna ...................................................... 10.6.6. Transformacja Fouriera anomalii si³y ciê¿koci jako metoda uniwersalna w interpretacji zdjêæ grawimetrycznych zalety i wady ........... 10.7. Wieloznacznoæ wyników interpretacji badañ grawimetrycznych ......... 382 389 392 397 Indeks rzeczowy ...................................................................................................... 399 Literatura ................................................................................................................ 407 13
