8.~ Стационарная гравитационная градиентометрия

8.2.1. Крутиnьные весы

Роланд фон Этвёш видоизменил крутильные весы КаБендиша и создал статиче­

ский гравитационный вариометр, который стали применять примерно с 1900 г.

Крутильная система, описанная выше, была изменена таким образом, что масса

тz располагалась на расстоянии h ниже горизонтального коромысла (рис. 8.4). Горизонтальная составляющая силы тяжести, воздействуя на две массы т1 и тz,

вызывает вращающий момент. Крромысло (длиной!) поворачивается до тех пор,

пока противодействующий момент крутильной нити (постоянная кручения т) не

уравновесит этот момент.

Если m1 = тz =т, а остальные массы пренебрежимо малы, то центр масс

измерительной системi.I будет расположен на h/2 ниже точки подвеса коромыс­ ла. С помощью (8. 9б) и с учетом z = h/2 можно получить условие равновесия

крутильной системы в виде

т(д- до)=; ((WyyWxx) sin 2а + 2WJYcos 2а)- т;h (Wzx sin а- Wzy cos а),

Здесь до - нулевое направление коромысла в однородном гравитационном поле

(при незакрученной нити), а д - измеренное направление коромысла в азимуте

а.

Отношение 1/т можно определить в лаборатории, измерив период колебаний коромысла; величины т, 1 и h измеряют непосредственно. Для определения неиз­

вестных WyyWxx. WJY, Wzx, W'Q', а также начального направления до необходи­

мы измерения в пяти азимутах, по возможности равномерно распределенных в

горизоН'Гальной плоскости. Как правило, прибор содержит две чувствительные системы, которые параллельны, но развернуты на 180°. Из-за неизвестного на­

чального направления для второй системы число неизвестных увелиЧивается до

f/2

h /j:h/2-·

шести; для их определения достаточны наблюдения в трех азимутах (0, 120,

2400).

На основании (6.33) можно заключить, что чувствительность системы можно по­ высить, увеличив период колебаний, что, согласно (4.8), означает увеличение J и уменьше­

ние т. Из-за большого периода колебаний время (зависящее от воздушного демпфирования) установки коромысла в положение равновесия, при котором берут отсчет,

увеличивается. В серийных вариометрах период колебаний составлял 20 - 30 мин, а время

успокоения 40- 60 мин. Отклонения в 10- 15 н соответствовали величине градиента

1 не- 2 •

Основными источниками ошибок были быстрые изменения температуры и толчки,

вызванные порывами ветра; несколько меньше сказывались неупругие эффекты в крутиль­

ной нити и сотрясения при траНспортировке. Эти влияния уменьшали конструктивными

и методическими мерами. Крутильную нить изготовляли из платиново-иридиевого сплава

или вольфрама, температурные эффекты ослабляли многослойным металлическим покры­

тием. дл'! предохранения от воздействия ветра и солнечного излучения прибор защищали палаткой; для надежного определения дрейфа по окончании цикла наблюдений вновь на­

блюдали в начальном азимуте. Как правило, угол закручивания определяли оптическим

методом с многократными отражениями светового пучка от зеркала на крутильной нити

либо применяли фоторегистрацию. Процесс измерений (дезарретирование, приведение в

исходное положение, регистрация, поворот в следующий азимут, арретирование) был ав­

томатизирован.

Крутильные весы различных конструкций выпускались, в частности, фирмами «Аска­ ния», Берлин, и «Suess», Будапешт. В 1950-х гг. дальнейшие разработки продолжались в Геофизическом институте им. Роланда Этвё!ша, Будапешт [579]. Вариометр Е-54 имел сле­

мости от типа прибора, метода измерений (наблюдения в дополнительных ази­ мутах, повторные измерения) и расстояния между пунктами за день удавалось отнаблюдать 3 - 8 пунктов.

Из-за сильного влияния ближних топографических масс измерения с варио­

метром рекомендуется выполнять лишь на равнинной или умеренно всхолмлен­

ной местности. В радиусе 3 м вокруг прибора местность должна быть

практически плоской (влияние наблюдателя, стоящего вблизи прибора, может

превышать 10 не- 2 ). Для вычисления поправки за рельеф выполняли нивелирова­

ние в радиусе 100 м вокруг пункта, влияние более далеких топографических масс

учитывали по топографическим картам (для расстояний до 5 -50 км вокруг пункта); формулы поправок аналогичны (4.26), (4.27). Из-за неточностей поправ­

ки за рельеф в величинах градиентов, подлежащих дальнейшей обработке, обна­

руживались ошибки ± 1О не- 2 •

С1920 по 1940 г. крутильные весы (вариометры) широко использовались в локальных

ирегиональных геофизических съемках (разведка на нефть) на равнинных участках (США,

Северная Германия, грабен Верхнего Рейна), расстояния между пунктами обычно были невелики (100 м - 1 км). Геодезические применении были редкими и состояли в интерпо­

ляции уклонений отвеса, аномалий силы тяжести и определении локального геоида [11, 284]. Эти данные можно использовать и сейчас при составлении. карт аномалий силы тя-

жести [538]. С 1940 г. вариометр больше не мог конкурировать с относительными грави­

метрами.

8.2.2.Измерение градиентов с гравиметрами

Статическими пружинными гравиметрами можно измерять малые приращения

силЬ1 тяжести Lig с ошибкой ±О,1 мкм · с-2, а при высокоточных методиках -

с ошибкой ± 10 им · с- 2 (разд. 6.6). При небольших расстояниях в плане и по вы­

соте составляющие гравитационного градиента (2.39) можно представить в виде

меняют специальные штативы высотой до 3 м с фиксированными или подвиж­

ными платформами (рис. 8.5). При обычной методике по внутренней сходимости

достигают точности в несколько десятков нс- 2 [227]. Среднее из 10 измерений

с гравиметром Ла Коста - Ромберга с электронной системой обратной связи

имеет ошибку ± 10 нс- 2 [569], см. также табл. 6.4,

При измерениях на земной поверхности сильно влияет притяжение топографических масс в окрестностях пункта (разд. 8.1.2). В здании МБМВ (Севр, Франция) обнаружены

в многоэтажном здании. На высоте примерно 40 м нелинейноетЪ вертикального градиента

практически исчезает. На большей высоте он быстро приближается к нормальному. Изме­

рения на высотах 0,5- 1,7 км в вертикальном профиле (аэрогравиметрия) выявили укло­

нения в 1,5 OJo при среднем значении градиента 3073 нс- 2 [266].

Хорошие оценки горизонтального градиента (2.40) дают измерения силы тя­ жести по профилям и площадям при расстояниях между пунктами 10100 м

с учетом поправок за высоту [774]. При этом может быть получена точность

± 1О не- 2 [264]. Горизонтальный градиент может иметь большие значения и не­

линейность в зданиях и на постаментах гравиметрических пунктов, как показано

на рис. 8.8.

Рис. 8.5.

Штатив с nодвижной nодставкой для измерения вертикального гра­ диента силы тяжести с гравиметром Ла Коста - Ромберга (Инсти­ тут геодезии, Ганновер).

что соответствует (8.3). Если полный тензор измерен на профиле, то гравитаци­ онное ускорение в точке Р получается интегрированием по пути РоР :

to

где Ьоускорение в начальной точке Ро в момент to. Чтобы вычислить t = drl dt, необходимо знать пройденный путь r = r(t). Чем выше требования к точнос­

ти градиентометрических данных, тем точнее должны определяться координаты.

Разработаны ятерационные методы для определения орбит спутников и их ме­

стоположения и одновременно гравитационного тензора [573].

В отличие от измерений на неподвижном основании при работе в динамиче­ ском режиме приборная топацентрическая система координат движется относи­ тельно системы координат, фиксированной в пространстве; при этом возникают

линейные ускорения подвижного носителя и его повороты [481]. В соответствии

с (7.31) связь ускорения в инерциальной (i) и топацентрической (!) системах коор­

теперь содержит составляющие угловой скорости подвижной системы коорди­

нат. Таким образом, возникают члены, описывающие кориолисова и '!ентробеж­

ное ускорения, а также вращательное ускорение, поскольку величина О не будет пренебрежимо малой. И наконец, а; - это вектор линейного ускорения начала

координат.

По аналогии с (7 .29) введем для измеряемой величины вектор удельной силы f. Получим

Величина а; является равнодействующей гравитационной силы Ьс в центре масс

и других внешних сил а7 (торможения спутника в атмосфере, давления солнечно­

го излучения):

а; = (Ьс + а·);.

Если в соответствии с (8.4) разложить вектор ь, в ряд и отнести его к центру

масс, то удельная сила для системы с обратнрй связью (r, = t, = О) будет описы­

ваться соотношением

Образуя, согласно (8.5), разность ускорений, измеренных парой акселеромет­ ров, получим основное уравнение градиентометрии на подвижном основании:

(8.17)

Таким образом, влияние негравитационных поступательных ускорений в разности исключа~ся.~Если же градиентометр стабилизирован в инерциальном простран­ стве, то О = (} = О и члены, описывающие вращения, также исключаются. В ло­

кально-уровенных измерительных системах, которым отдается предпочтение в

настоящее время, для разделения гравитационного тензора и членов, связанных

свращательными движениями, используют структурные характеристики тензо­

ров в (8 .17) совместно с дополнительными данными об ориентации (гиро­

система).

В различных известных конструкциях градиентометров используется разное

число пар акселерометров с различным расположением; измеряют до девяти

компонент тензора. Разрабатываются традиционные электронные схемы, а так­ же схемы, использующие эффект сверхпроводимости. Измерения выполняются со сравнительно большой частотой (например, через 1 с), перед последующей об­

работкой результаты осредняются (например, за 10 с).

Чувствительность акселерометров при наземных измерениях должна быть

3 · 10- 4 не- 2 • Поскольку величины градиентов и возмущающих ускорений вели­

ки, необходимо, чтобы приборы имели большой динамический диапазон. И нако­

нец, повышенные требования предъявляются к калибровке (стабильность во

времени) и надежности учета дрейфа. Из-за большого влияния близрасположен­

ных масс системы (до 100 не- 2 ) должны вводиться соответствующие поправки.

При измерениях на спутниках высокая чувствительность системы к ориентации

в пространстве и угловым скоростям требует, чтобы ориентация учитывалась

уменьшится до 10- 4 не- 2 • Из-за большого nо11Юка информации при измерениях

(выходной сигнал градиентометра, информация о местоположении и ориентации, время) обработка в реальном масштабе времени сводится лишь к накоплению

данных и первичному контролю. Последующая обработка предусматривает кали­

бровку, введение поправок, фильтрацию данных и их интегрирование для получе­ ния аномалий силы тяжести. Для измерений на самолете или спутнике

необходимо также аналитическое продолжение данных на земную поверхность.

Градиентометры для измерений на подвижном носителе стали разрабатывать с середины 1960-х гг. [204]. Работы с ними в основном не вышли за рамки лабо­

раторных испытаний, хотя одна из самолетных систем готова к проверке на кон­

трольном полигоне (разд. 8.3.2). Применеине спутниковых градиентометров станет возможным в середине 1990-х гг. (разд. 8.3.3).

8.3.2.Наземнан и аэроградиентометрин

Фирма «Белл» (Bell Aerospace-Textron, Буффало, Нью-Йорк) разработала систему

для градиентаметрической съемки GGSS, предназначенную для работы на авто­

машине или самолете. В настоящее время (1987 г.) система проходит испытания

[166, 229].

Ось

вращения

Вращающийся Акселерометр

у

ДИСI<

Рис. 8.9.

Принцип вращающегося гравитационного градиенто­

метра [336).

Основными частями системы являются три ортогональных гравитационных

градиентометра, установленные с наклоном в 35° на трехосной гироплатформе

для непрерывной ориентации в топацентрической системе координат, связанной

с гравитационным полем. Каждый градиентометр содержит две пары акселеро­ метров фирмы Белл (расстояние О,1 м), установленных ортагональна по краю диска (диаметр 0,2 м); их измерительные оси ориентированы по касательной к

диску (рис. 8.9). Ускорение пробной массы, укрепленной на маятниковом подвесе,

Измеряется двумя кольцевыми емкостными датчиками, расположенными по обе стороны от этой массы. Выходной сигнал датчиков усиливается и преобразуется в ток. Ток подается в катушку для возвращения пробной массы в нулевое поло­ жение. Величина тока является мерой ускорения [336]. Диск медленно вращается

(0,25 Гц), что порождает вынужденные гармонические колебания, при этом вы­

ходной сигнал градиентометра модулируется с частотой, равной удвоенной ча­

стоте вращения. При совместном движении и демодуляции выходных сигналов компенсируются такие систематические ошибки, как дрейф, различия масштаб­

ных коэффициентов, неортогональность осей датчиков. Для каждого градиенто­

метра формируется линейная комбинация выходных сигналов акселерометров.

Если измерительная система определенным образом ориентирована относитель­

но приборной системы координат (ось z совпадает с осью вращения), то справед­

где Z,- угловая скорость вращения диска. Различные линейные комбинации вы­

ходных сигналов трех градиентометров позволяют получить все компоненты

тензора градиентов. Поступательные возмущающие ускорения какого-либо влия­

ния не оказывают.

Система фирмы Белл содержит также приемаиндикатор спутниковой системы

GPS, обеспечивающий в сочетании с акселерометрами и гироплатформой инфор­

мацию о местоположении и ориентации, блок регистрации данных, компьютер и источник питания (рис. 8.10). Система с кондиционером предназначена для ра­ боты в автомобильном фургоне, который в свою очередь можно разместить в

самолете (С-130) для измерений в воздухе.

Для обработки результатов можно применять различные методы, однако при

выполнении обширных программ большой объем данных требует совершенство-

Рис. 8.10. Платформа геодезического гравитаuионного градиентометра (GGSS), установленная на стол Скорсби для лабораторных калибровок (фотография прелоставлена фирмой «БелЛ>> и Геофи­

зической лабораторией ВВС США).

вания стандартных методов (например, среднеквадратической коллокации)

(разд. 4.3 .2) [337]. Окончательная обработка результатов заключается в определе­

нии выходного сигнала градиентометров, интегрировании, редуцировании ре­

зультатов на отсчетную поверхность и совместном использовании с наземными

данными.

Оценить точность измерений можно по результатам их моделирования и по моделям

40 км/ч (автомобиль) или 400 км/ч (самолет) выходная информация выдается соответ­ ственно с шагом 100 м или 1 км. Чтобы распределение ошибок измерений было наиболее благоприятным, применяемая схема предполагает наблюдения по прямолинейным профи­

лям (длина < 100 км), образуюшим сеть с опорой на исходные пункты. При плошадных

± 1 нс- 2) на высоте 10 км и при расстоянии между профилями 0,3° среднее значение ано­ малий по трапециям 5' х 5' и 15' х 5' можно определить с ошибкой ±30 мкм · с- 2•

Программа испытаний была выполнена в 1987 г. [336].

8.3.3.Спутниковая градиентометрия

В настоящее время разрабатываются гравитационные градиентометры, которые основаны на традиционных или сверхпроводящих устройствах и будут установле­

ны на спутниках, планируемых на 1990-е гг. [758]. Спутники будут запущены на

практически круговые полярные орбиты с высотами от 160 до 250 км. Полагают, что за 6 мес работы средние значения аномалий силы тяжести (по трапецИям

1о х 1о и 0,5° х 0,5°) при разрешении 10050 км будут получены с ошибкой

±2050 мкм · с- 2• Приведем примеры разработок, основаиных на разных при­

нципах.

Французская программа GRAD/0 (Национальное бюро по аэродинамическим

исследованиям и Исследовательская группа по космической геодезии) предусмат­

ривает создание градиентометра на базе традиционной технологии [25]. В этом приборе имеется несколько микроакселерометров, которые расположены симмет­

рично относительно центра масс по углам многоугольника так, что можно опре­

делить полный гравитационный тензор. Трехосные электростатические

акселерометры должны иметь разрешение 10- 12 м · с- 2• При максимальных воз­ муmающих ускорениях около 10- 4 м · с - 2 (на высоте 200 км) прибор должен

иметь динамический измерительный диапазон 108 ; для непрерывного контроля

и калибровки акселерометров предусмотрена бортовая калибровочная система. Примером сверхпроводящего градиентометра является прибор Пайка, со­ зданный в Университете штата Мэриленд, США [520]. Основными элементами этой невращающейся системы служат сверхпроводящие акселерометры. Акселе­ рометр содержит пробную массу на мягком подвесе, магнитный преобразователь и усилитель с низкими шумами (сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство сквид - SQUID) в состоянии сверхпроводимости. Магнитное поле,

создаваемое катушками преобразователя, модулируется при движении пробной

массы, в сквиде происходит детектирование и усиление модулирующего сигнала,

который затем преобразуется в выходное электрическое напряжение. Сверхпроводящая схема позволяет непосредственно суммировать и вычитать

сигналы акселерометров. Это в свою очередь дает возможность измерять компо­

ненты тензора градиентов силы тяжести, а также линейные и угловые ускорения

носителя, необходимые для вычисления поправок. В системах с продольным рас­

положением акселерометров сигналы пропорциональны диагональным элемен­

там V;; тензора и линейным (поступательным) ускорениям. Системы же с

перекрестным расположением акселерометров дают недиагональные элементы и

угловые (вращательные) ускорения (рис. 8.11 ). Объединяя такие акселерометры

в различные конфигурации, можно сконструировать градиентометры для опреде­

ления диагональных элементов тензора или полного тензора. Стремятся полу-

Сверхпроводящий

квантовый

интерференционный nрибор (сквид)

-+ vii

Csepxnpoвo­

ДАЩИЙ квантовь1й

интерференци онный nрибор

~Сквид, (сквид)

IJб-+ линейное

Рис. 8.11. Принuиn сверхnроводяшего rравитаuиоююго градиентометра с nровольным (слева) 11 nерс­

крестным (сnрава) расnоложением датчиков [520].

чить чувствительность порядка 10- 4 нс- 2; вероятно, будет возможно повысить

ее. до 1О- 6 не- 2 , если подвесить пробную массу в силовом поле.

Работа при сверхнизких температурах (под этим сейчас понимают температуру ниже 4,2°К: точки кипения жидкого гелия при давлении в одну атмосферу) дает реальные пре­

имущества (разд. 10.1.5). В этих условиях коэффициент температурного расширения, со­

противление и емкость приближаются к нулю. Поэтому по сравнению с комнатной температурой ослабевают термомеханические процессы, определяющие дрейф, деформа­ цию и диссипацию энергии. Явление сверхпроводимости в электрических проводниках

можно использовать для создания окружающей среды прибора, защищенной от электро­

магнитных воздействий. И наконец, сверхтекучий жидкий гелий, используемый для охлаж­

дения, обладает очень высокой теплопроводностью, что обеспечивает однородное

распределение температуры внутри прибора. Сквид-усилители можно использовать для

регистрации относительных смещений пробной массы с ошибкой 10- 15 м. В этом они

сходны со сверхпроводящими объемными резонаторами, которые также находятся сейчас

в стадии исследовани:й (преобразователь смещения в частоту, выходной сигнал - сдвиг частоты). Таким образом, градиентометры будут иметь базу 0,1 м, чувствительность око­

ло 3 х 10- 4 нс- 2 и большой динамический диапазон.

При современной технологии и использовании специальных сосудов Дьюара гелий можно поддерживать в жидком состоянии в течение 7090 суток, создаются устройства для более длительного хранения. Эту проблему можно решить также, используя холо­ дильные установки замкнутого цикла или применяя материалы, обладающие сверхпрово­ димостью при более высокой температуре (разд. 10.1.5).

Во второй половине 1990-х гг. НАСА планирует программу измерений со сверхпрово­

дящим гравитационным градиентометром (МСГГ- SGGM) [521]. Комплект прибора МСГГ, по всей видимости, будет состоять из трехосного сверхпроводящего градиентомет­

ра, объединенного с 6-осным сверхпроводящим акселерометром и 6-осным вибратором,

предназначенным для активного управления платформой. Порог чувствительности гради­

ентометра составляет 1О - 4 не - 2; чувствительность акселерометра к линейным ускорениям равна ю- 12 мс- 2, а к угловым ускорениям- 10- 11 рад· с- 2• Прибор будет помещен на

спутнике, свободном от влияния атмосферного торможения (круговая близполярная орби­

та, высота 200 км), и предназначен для глобального изучения гравитационного поля с точ­

ностью 20 - 30 мкм · с- 2 и разрешением 50 км.

9. Гравиметрические СDемки

Гравиметрические съемки различают по охватываемой площади, по расстоиниим

между пунктами и точности измерений, а также в зависимости от их назначении.

Строго говори, измерении силы тижести должны быть отнесены к мировой гра­

виметрической системе (разд. 9.1). Гравиметрические сети образуют мировую, ре­ гиональные и локальные системы опорных гравиметрических пунктов (разд. 9.2).

Дли площадных съемок, выполниемых в целих геодезии, геофизики и геодинами­

ки, эти пункты служат исходными (разд. 9.3). Имеющиеси гравиметрические дан­

ные нариду с другой измерительной информацией накапливаютси в банках данных и отображаютси на гравиметрических картах (разд. 9.4).

Ссылки на источники информации о выполнении и обработке гравиметриче­ ских съемок можно найти в геодезической и геофизической литературе, например

[462, 505, 695].

9.1. Гравиметрические референцнь1е системы

9.1.1.Международнан гравиметрическая стандартизационнан сеть 1971 г. (МГСС-71)

При гравиметрических съемках больших территорий необходимо, чтобы грави­

метрические данные не содержали заметных систематических ошибок. К числу последних относитси, в частности, ошибки в абсолютном значении силы тижести

и долгопериодические эффекты, влииющие на относительные измерении, напри­

мер ошибки калибровки. Поэтому МАГ уже 100 с лишним лет проивлиет боль­

шую активность в создании глобальных гравиметрических референцных систем

[700] (разд. 1.3.2).

ПотсдамскШ/ гравиметрическая система существовала с 1909 по 1971 г. и сыграла важную роль [563]. Она основывалась на абсолютном определении силы тяжести, выпо­ лненном на рубеже 19 - 20 вв. с оборотными маятниками в Потедамском геодезическом

институте; для пункта наблюдений было получено 9,81274 мс- 2 (разд. 5.3.4). Эта система

была распространена по всему миру пересчетом ранее полученных величин g и связями

с относительными маятниковыми приборами, выполнявщимися вплоть до середины 20 в.

До середины 1960-х rr. определенные таким образом национальные опорные пункты слу­

жили исходными для региональных съемок с маятниками и гравиметрами (разд. 9.2.6).

После 1945 г. наблюдатели в западных странах вместо Потедама использовали пункт Бад­ Гарцбург в Западной Германии. Значения силы тяжести в Потедамской системе были за­

выщены примерно на 140 мкм · с- 2, что было вызвано ощибкой в абсолютных измерени-

Систематические ошибки относительных маятниковых измерений могут вызвать искаже­

ния в региональных гравиметрических сетях до 200 мкм·с - 2, а также долгопериодические калибровочные ошибки в несколько десятков мкм·с- 2 на 10 000 мкм·с- 2 (разд. 9.1.2).

В 19501970 гг. при сотрудничестве разных стран была создана новая миро­ вая гравиметрическая сеть; эта сеть была припята МГГС (резолюция N2 11,

Фаллера с несимметричной схемой измерений и стационарными приборами. Кука в Теддингтоне и Сакумы в Севре (разд. 5.2.1 - 5.2.3). Кроме того, масштаб сети обеспечивалея примерно 1200 последними относительными маятниковыми изме­

МГСС-71 в основном образована примерно 24 000 гравиметровых измерений

(±0,2- 2 мкм·с- 2). Эти измерения были выполнены преимущественно с грави­

метрами Ла Коста - Ромберга; также использовались гравиметры Уэстерн, Се­ верная Америка и Аскания, особенно в Евро-Африканском регионе (разд. 6.5.2- 6.5.4). На рис. 9.1 показано положение пунктов абсолютных измерений, а также основные граниметровые связи большой протяженности с большими величинами t:..g. МГСС-71 содержит 1854 пункта, из которых 500 являются основными;

остальные пункты - преимущественно пункты-спутники (пункты на аэродромах

и другие). Значения g определялись из уравнивания, их точность характеризуется

ошибкой менее ::1:: 1 мкм·с- 2 • Особенно хорошо определены Американский, Евро­

Африканский· и Западно-ТИхоокеанский гравиметрические базисы, простирающне­ ся с севера на юг (раэд. 6.4.5). В отдельных местах возможны систематические

ошибки масштаба ::1:: 1О- 4 и более [707].

Необходимо отметить, что после исключения гравиметрических земных при­

ливов к значениям g в системе МГСС-71 был вновь добавлен постоянный во вре-

Рис. 9. t. Международная гравиметрическая стандартизаuионная сеть 1971 (IGSN71 ); пувкты абсоню1-

ных определений и часть гравиметрических связей [474].

мени член MO/SO (поправка Хонкасало [309]); поэтому опубликованные даннЬ1е

содержат этот зависящий от широты член. Однако в соответствии с решением

МАГ (резолюция N2 15, Канберра, 1979) влияние приливов должно быть полнос­ тью исключено из всех геодезических измерений. Чтобы удовлетворить это тре­

бование, в соответствии с (3.23) в данные МГСС-71 необходимо ввести поправку:

og(MO!SO) = 0,37 (1 - 3 sin2~) мкм·с- 2,

где 'Р- геоцентрическая широта.

Создание МГСС-71 означало возникновение. глобальной гравиметрической ре­ ференцной системы, обеспечивающей достаточную точность при вычислении ано­ малий силы тяжести. Имеющиеся и новые гравиметрические съемки должны быть отнесены к этой системе, что способствует ее контролю и дальнейшему развитию (разд. 9.1.2). Строго говоря, МГСС-71 нельзя использовать для изуче­ ния временных изменений силы тяжести. К ее недостаткам относятся неравно­

мерное распределение пунктов по земному шару, ·а также увеличивающиеся

потери пунктов, расположенных в небезопасных местах (вблизи дорог, в аэропор­

тах). Также нарушает сеть ненадежное закрепление и содержание пунктов.

9.1.2.Гравиметрические свнзи с МГСС-71

Региональные гравиметрические сети можно привязать к МГСС-71 различными

способами.

Для более старых сетей рекомендуется пересчет имеющихся гравиметрических данных, обычно заданных в Потедамской системе. При таком пересчете исполь­

зуют определенное число равноценных пунктов, для которых сила тяжести из­

вестна в обеих системах. В большинстве случаев достаточно линейное

преобразование по формуле

Здесь go -некоторое постоянное значение силы тяжести (наименьшее или среднее

значение для преобразуемой сети). Если имеется более двух равноценных пунк­ тов, то неизвестные а (смещение общего уровня, постоянная поправка) и Ь (масштабный коэффициент) находят из уравнивания.

Более современные гравиметрические сети, связанные с пунктами МГСС-71,

также можно перевести в эту мировую систему, выполнив их повторную обра­

ботку. Результаты измерений в сети уравнивают совместно с величинами силы тяжести в МГСС-71; последние представляют собой квазиизмерения, которые ис­

пользуются с соответствующими стандартными уклонениями (для приведения к

реальной точности их необходимо умножить на V2) и в некоторых случаях кова­

рнациями ошибок (разд. 9.2.4).

В качестве примера приведем преобразование гравиметрической сети 1962 г. Федера­ тивной Республики Германии (DSN62) в систему МГСС-71 (разд. 9.2.6). Параметры преоб­

разования определены из уравнивания, а формула преобразования имеет вид

g(МГСС-71) = g(DSN62)- 150,6 + 29 · ю- 5(g(DSN62)- 9806330) мкм·с- 2•

Остаточные расхождения из уравнивания не превышают 1 мкм·с- 2 [ 149]. Примером лре­

образования опорной гравиметрической сети региона в МГСС-71 является Латиноамери­

канская гравиметрическая стандартизационная сеть 1977 г. (LAGSN77) [445].

С середины 1970-х гr. региональные гравиметрические сети стали создавать,

применяя совместно транспортабельные абсолютные гравиметры и относитель­

ные гравиметры, имеющие ошибки :::1::0,1 -0,2 мкм·с- 2• В таких сетях при срав­

нениях с МГСС-71 могут обнаруживаться расхождения до 1 мкм·с- 2 и различия

в масштабе в несколько единиц 10- 4 • Подобные сети, уравненные как свободные,

можно считать равноценными МГСС-71, если они связаны с достаточным чис­ лом пунктов абсолютных определений (решение Международной гравиметриче­ ской комиссии 1979 г.). При этом исключается необходимость пересчитывать

такие сети для объединения с сетью МГСС-71 , что могло бы снизить качество

новой сети.

9.1.3.Мировая абсолютная гравиметрическая сеть

В настоящее время проектируется сеть пунктов абсолютных измерений высокой

точности ( :::1:: О,1 мкм ·с- 2 и точнее), распределенных по всему земному шару; из­

мерения в сети будут регулярно повторяться (через несколько лет). Основное на­

значение такой сети - слежение за долговременными изменениями силы тяжести

на обширных территориях (разд. 3.4.4). Кроме того, пункты этой сети могут ис­

пользоваться для контроля региональных гравиметрических сетей и служить

опорными пунктами для испытаний и сравнения разных абсолютных грави­

метров.

Для выбора и закрепления пунктов абсолютных определений существуют сле­ дующие критерии [726]:

-геологическая и сейсмическая стабильность;

-гидрологическая стабильность (малые колебания уровня грунтовых вод, удаленность от рек и побережий на несколько километров);

-малые искусственные микросейсмы;

-расположение пункта в специальном помещении на нижнем этаже капитально-

го здания, электроснабжение;

-стабильное основание, не подверженное наклонам (возможно, изолированный

монолит), малые и короткопериодические изменения температуры;

-легкая доступность (связь с транспортными магистралями) и возможность контактов с местными учреждениями (геодезическая или геологическая служ­

ба, научные институты);

-связь с геодезическими станциями наблюдений ИСЗ и пунктами национальных

геодезических сетей для контроля плановых и высотных координат, а также

силы тяжести;

-местный геометрический контроль плановыми и высотными определениями;

- местный гравиметрический контроль привязкой к пунктам-спутникам

(разд. 9.2.1).

Пункты должны быть закреплены постоянными центрами, для них необходи­ мо составить полное описание (разд. 9.4.1). Параметры, необходимые для выво­ да редукций, также должны быть определены и опубликованы (разд. 9.2.3).