Статья на тему Геодезия в геофизике, геодезия и гравиметрия.

Фрагмент текста работы:

Геодезия в геофизике и гравиметрии

Аннотация: В статье рассматривается связь таких смежных наук как геодезия, геофизика и гравиметрия. Изучена степень влияния геодезии на практические формы применения геофизики. Рассмотрена сущность геодезической гравиметрии как одного из разделов геодезии.
Ключевые слова: геодезия, геофизика, гравиметрия, строение Земли, топографические работы, геодезическая гравиметрия, зондирование, исследование скважин

Геодезия опирается на достижения ряда научных дисциплин. Геодезические измерения широко используются в современных научных исследованиях по изучению внутреннего строения Земли и процессов, происходящих на ее поверхности и в недрах. С их помощью фиксируются величины вертикальных и горизонтальных тектонических движений земной коры, изменения береговых линий морей и океанов, колебания уровней последних и т.п. В настоящее время трудно найти практическую область экономики, в которой геодезия и геодезические работы не имели бы существенного значения. Изучением Земли в различных аспектах также занимаются такие дисциплины как география, геология, геоморфология, гравиметрия и геофизика.
Значимость геофизики в геодезии бесспорна. Связь физического и геометрического в геодезии была установлена на основе закона всемирного тяготения Ньютона и теоремы Клеро. В последней устанавливалась зависимость ускорения силы тяжести от астрономической широты. Впервые Ньютон на основе физической концепции определил форму Земли (сжатие) .
Таким образом, по физическим данным стало возможным определять геометрию Земли и наоборот, по геометрическим параметрам — физические величины. Более того, используя результаты градусных измерений Пикара (и его результаты вычислений), Ньютон смог подтвердить и обосновать свое величайшее открытие.
В общем комплексе геофизических работ большая роль принадлежит их топографо-геодезическому обеспечению. Без точных геодезических данных невозможно создать карты, определить координаты и осуществить привязку на местности разведочных скважин, объектов инфраструктуры и эксплуатации месторождений. Топографические работы при производстве геофизических исследований подразделяются на два основных вида:
• работы на открытой местности;
• работы в залесенной местности.
Наиболее прогрессивные на сегодняшний день и перспективные технологии производства топоработ основаны на применении систем спутникового позиционирования (GNSS) для открытых пространств и совместное использование GNSS и тахеометров (TPS) в условиях залесенной местности. Данные технологии позволяют выполнять сгущение опорной геодезической сети, переносить на местность проектное положение пунктов и объектов геофизических работ, определять координаты и высоты точек наблюдения, а также выполнять топосъемку отдельных объектов в едином технологическом цикле.
В геодезии при строительстве также широко применяется такие основанные на геофизике методы как:
• Динамическое зондирование выполняется посредством ручной (возможно, механической) забивки в грунты конуса (зонда). Забивка производится за счет стандартных ударов свободно падающего молота. В процессе зондирования будет фиксироваться величина погружения зонда, это будет зависеть от количества ударов молота, также определяется сопротивление грунтов внедрением конуса.
• Статическое зондирование выполняется с помощью плавного вдавливания конического зонда в грунты. Вдавливание осуществляется за счет применения гидравлических, винтовых или, возможно, реечных домкратов. При погружении зонда делаются непосредственные замеры сопротивления грунтов его внедрению.

Рисунок 1. Основные параметры зондов для статического зондирования
Методы статического и динамического зондирования позволяют получать оценку несущей способности грунтов, степени их уплотнения в насыпях, а также намывных образованиях; вычислять глубину залегания крупнообломочных и скальных грунтов, определять консистенцию глин и вычислять модуль деформации .
Если говорить о массовости применения геодезических технологий в геофизике в России, а также для полезности их для экономики страны то, в первую очередь, необходимо упомянуть горно- и нефтедобывающую отрасль.
Геофизические исследования скважин представляют собой комплекс физических манипуляций, используемых при исследовании горных пород, окружающих скважину по добыче полезных ископаемых. Помимо этого, геофизические исследования дают возможность контролировать состояние готовности скважины и предупреждать ее техническое повреждение. Исследования подобного рода подразделяются на две группы:
• собственно геофизические скважинные
• способы, относящиеся к каротажу.
В первом случае изучению подлежит межскважинная область, помимо пород, которые вплотную лежат у скважины, а во втором – только слои, которые примкнули к стволу непосредственно. В обоих случаях используется специализированное оборудование, которое служит для проведения реакций горных пластов на те или иные виды воздействий.
К основным задачам, которые могут быть решены посредством геофизического исследования скважины, можно отнести следующие аспекты :
• Определение взаимосвязи между разрезами, вскрытыми в процессе бурения.
• Поиск углеводородных соединений и расчет их свойств, что требуется для разработки проекта залежей полезных ископаемых.
• Технический контроль бурения.
• Контроль готовности скважины и предупреждения возможных рисков.
• Регуляция процесса разработки обнаруженного месторождения.
• Литологические задачи, связанные с составом пластов горных пород и классификации слоев на неколлекторные и коллекторные породы.
• Оценка физических свойств коллекторных участков.
• Решение ряда задач, связанных с наземными действиями при создании и работе скважины.
• Вскрытие горных пластов с высоким уровнем продуктивности для применения новых зарядов.
Изучение фигуры Земли связано с исследованиями ее внешнего гравитационного поля, которые невозможно без использования законов и приборов гравиметрии.
Связь геодезии прежде всего с гравиметрией и астрономией обусловлена формулировкой главной четырежды единой научной задачи геодезии в соответствии с теорией М.С. Молоденского: «Определение во времени поверхности и внешнего гравитационного поля Земли в принятой системе координат».
Тактические задачи геодезии вытекают из её основной научной задачи. Гравиметрия и космическая геодезия предоставляют информацию о внешнем гравитационном поле во времени, астрономия – данные о высокоточной во времени ориентировке системы координат, геодезия (высшая и низшая) – о физической поверхности и элементах гравитационного поля Земли во времени, геодинамика – об изменениях во времени координат пунктов земной поверхности и характеристик гравитационного поля Земли . Все перечисленные виды данных лежат в фундаментальной основе для создания высокоэффективной системы геодезического обеспечения, а также координатно-временного и навигационного обеспечения.
Геодезическая гравиметрия – это раздел геодезии, в котором изучаются теории и методы практического применения результатов измерения силы тяжести в рамках решения научных и практических задач геодезии.
Основное содержание геодезической гравиметрии составляют теории и методы определения внешнего поля потенциала W силы тяжести g Земли по измерениям на земной поверхности S и астрономо-геодезическим материалам. В геодезическая гравиметрия также входит теория нивелирных высот и обработку астрономо-геодезических сетей в связи с особенностями гравитационного поля Земли. Обычно из этого поля выделяют правильное и известное поле потенциала U так называемой нормальной Земли сравнения, представляемой в виде уровенного эллипсоида. Центры масс и оси вращения реальной и нормальной Земли совпадают .
Вывод: Значимость геофизики и гравиметрии в геодезии несомненна. Данные научные дисциплины пересекаются в таких жизненно важных отраслях народного хозяйства как строительство, добыча полезных ископаемых, топографическая и аэрокосмическая сьемка.
Одним из наиболее перспективных направлений использования геодезии в геофизических исследованиях различных скважин является совершенствование тех видов геофизических исследований, целью которых является выявление дебита газовой или нефтяной скважины, а также анализа технической готовности колонны или профилей ее приемистости. Сегодня данные исследования активно внедряют такие технологии как барометрия, подсчет расходов, локаторное исследование, шумометрические действия, а также всевозможные виды каротажных методов: нейронно-спектрометрического, импульсного, дефектоскопического и пр. Контроль над процессом разработки обнаруженных месторождений осуществляется посредством специализированного оборудования, а анализы подвергаются тщательной детализации и расшифровке, в результате чего становится возможным получить максимально точную ясную картину состояния скважины.
Взаимное развитие геодезии и гравиметрии в ближайшем будущем должно привести к созданию комплексных систем измерения координат, ориентации и различных характеристик гравитационного поля, более совершенных, чем те, что используются на сегодняшний день.