big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Развитие гравиметрии в СССР

Гравиметрия является одним из разделов наук о Земле, в котором рассматривается земное гравитационное поле и способы определения его характеристик. Проблемы, составляющие предмет гравиметрии, лежат на границе наук, изучающих физические свойства и структуру Земли, и наук, изучающих ее форму и размеры. Величина ускорения силы тяжести является одной из важнейших физических констант, широко используемых в самых различных областях науки и техники: в метрологии, астрономия, физике, геодезии, геофизике и во многих других. Изучение гравитационного поля Земли дает возможность получить данные о внутреннем строении Земли и ее форме. Без хорошего знания гравитационного поля Земли невозможен расчет траекторий движений искусственных спутников и ракет.

В геодезии и геофизике результаты гравиметрических определений стали использоваться сравнительно недавно. В дореволюционное время многие русские ученые пытались привлекать методы гравиметрии к решению задач, касающихся влияния неоднородностей строения земной коры на геодезические измерения. Так Б. Я. Швейцер, Ф. Я. Слудский и другие ученые блестяще доказали влияние Московской гравитационной аномалии на уклонение отвеса. Русскими геодезистами накапливались наблюдения за величиной силы тяжести в различных районах России (Н. Д. Павлов, И. И. Стебницкий, П. К. Залесский и др.) и за ее пределами (например, П. Ф. Литке во время его кругосветного путешествия). Все эти работы не были подчинены какой-либо единой задаче, проводились от случая к случаю и имели скорее общепознавательный характер, чем преследовали цель решения какой-либо научной проблемы.

Определенную направленность исследования по гравиметрии в нашей стране впервые получили в 1916—1919 гг., когда профессором Московского университета П. К. Штернбергом было предпринято изучение Московской гравитационной аномалии. Этими работами было положено у нас начало использованию методов гравиметрии как в разведочных, так и геодезических целях.

Следующим этапом в развитии советской гравиметрии было изучение Курской магнитной аномалии, возглавлявшееся П. П. Лазаревым. Именно тогда была создана школа советских геофизиков, обогатившая науку решением крупнейших проблем (А. А. Михайлов, П. М. Никифоров, Л. В. Сорокин, Н. Н. Парийский и др.). Там впервые в СССР гравиметрические данные были использованы для решения вполне конкретной задачи — установления основных параметров тела, создающего гравитационную и магнитную аномалии.

Ясные представления о важности гравиметрических определений для целей геодезии, в первую очередь для коррекции астроопределений за влияние местных возмущений гравитационного поля, побудили осуществить крупный государственный акт — провести общую гравиметрическую съемку территории СССР. Впервые в истории гравиметрии территория площадью более 22 млн. км2 была покрыта гравиметрической съемкой, выполненной по единой инструкции, едиными, хорошо научно и технически обоснованными методами. Эта огромная работа (пункты наблюдения располагались в среднем через каждые 30 км) потребовала весьма больших затрат и времени. Полностью общая гравиметрическая съемка была завершена после окончания Великой Отечественной войны.

К началу 30-х годов стала очевидной большая эффективность применения гравиметрического метода для поисков полезных ископаемых — нефти, газа, угля. Гравиметрический метод давал возможность быстро намечать перспективные районы для детального изучения и поисков месторождений. Именно гравиметрии мы обязаны открытием многочисленных месторождений нефти на Апшероне, в Доссоре, на средней Волге, на Севере, в Западной Сибири, на Сахалине, в Средней Азии и многих других районах.

Выполнение общей гравиметрической съемки и необходимость покрытия больших площадей детальными съемками с разведочными целями потребовали создания большого парка приборов и большого числа высококвалифицированных специалистов. В основном приходилось работать с устаревшими, часто сильно изношенными приборами иностранных фирм. Отечественных приборов практически не было. К концу 30-х годов стало возможным осуществить мелкосерийное производство отечественной гравиметрической аппаратуры. Была выпущена серия маятниковых приборов и вариометров, которые, несмотря на малый опыт нашего приборостроения, не уступали зарубежным образцам.

Особенно широкое развитие гравиметрические работы получили в период Отечественной войны и после нее. Нужно было форсировать разведку на нефть и газ. К тому времени гравиметрические исследования заняли прочное место в геодезии, создав новое направление — физическую геодезию. Удовлетворение все возрастающих требований к повышению точности гравиметрических измерений могло быть обеспечено только применением новых, быстродействующих гравиметров, начавших входить в практику зарубежных стран.

Первые опытные серии отечественных гравиметров были изготовлены в 1946—1947 гг. Это был первый крупный успех советского приборостроения, связанный с огромной работой, проделанной В. В. Федынским, М. С. Молоденским, А. М. Лозинской. В 1949 г. С. А. Поддубным и Н. Н. Самсоновым на одном из ленинградских заводов был начат выпуск отечественных кварцевых гравиметров, которые по тому времени обладали хорошей стабильностью и по точности почти не уступали аналогичным приборам, выпускаемым западноевропейскими фирмами.

Несколько позже в Москве в результате интенсивных исследований, развернутых во Всесоюзном научно-исследовательском институте разведочной геофизики группой К. Е. Веселова, были разработаны кварцевые гравиметры высокой чувствительности и налажено их серийное производство. Эти приборы в настоящее время широко используются для гравиметрических съемок самого различного направления.

Развитие детальных гравиметрических съемок, покрывающих нередко площади, измеряемые многими сотнями тысяч квадратных километров, потребовало создания единой сети опорных пунктов, с помощью которой все съемки могли бы быть приведены в единую систему. Для решения этой задачи нужно было разработать специальную аппаратуру и методы работы, а также прибегать к авиатранспорту, так как при построении опорной сети требовалось вести измерения в широком диапазоне с большой точностью. Эта задача была осуществлена под руководством Ю. Д. Буланже и М. Е. Хейфица коллективом гравиметристов Института физики Земли Академии наук СССР и Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии. В короткий срок были созданы широкодиапазонные гравиметры и первоклассные маятниковые приборы. Совместное их использование дало возможность за четыре года создать высокоточную опорную сеть на всей территории Советского Союза и территории дружественных соседних государств. Эти работы полностью были закончены уже в 1958 г., много раньше аналогичных работ, выполняемых на Западе. По своей жесткости опорная сеть Советского Союза не только не уступает, а скорее превосходит лучшие опорные сети, созданные в США и Европе.

Учеными нашей страны внесен немалый вклад в разработку аппаратуры и методов определения силы тяжести на море. Для этой цели еще в 1936 г. Л. В. Сорокиным был создан оригинальный маятниковый прибор, с помощью которого были выполнены определения силы тяжести на Черном, Охотском, Баренцевом морях, а также в Тихом и Атлантическом океанах. В связи с большой важностью изучения гравитационного поля морей и океанов эти работы в послевоенные годы получили широкое развитие. Так, в Институте физики Земли Академии наук СССР под руководством С. Е. Александрова и Ю. Д. Буланже в 1956 г. был создан оригинальный морской шестимаятниковый прибор, предназначенный для работ на подводных лодках и надводных кораблях. С этими приборами были выполнены многочисленные определения силы тяжести в Атлантическом океане и в антарктических водах. В последние годы в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) группе специалистов, руководимой М. Е. Хейфицем, удалось создать образцы оригинальных морских маятниковых приборов с автоматизированным управлением и с автоматизацией наиболее трудоемких вычислений. Крупным успехом является создание прибора с четвертьсекундными маятниками с принудительной стабилизацией и компенсацией значительной части горизонтальных ускорений.

Немало сделано и в области создания морских гравиметров. В Институте физики Земли под руководством Е. И. Попова удалось создать несколько образцов морских кварцевых гравиметров. В основу этих разработок были положены оригинальные теоретические соображения, высказанные К. Е. Веселовым, о возможности использования в качестве датчиков кварцевых гравиметров с большим затуханием.

На базе таких систем с принудительной стабилизацией было создано несколько образцов морских гравиметров. Используя современные достижения оптики и электроники, в этих приборах удалось почти полностью автоматизировать наиболее трудоемкие вычислительные процессы.

Разработанная аппаратура дала возможность значительно продвинуть наши знания о гравитационном поле морей и океанов. В частности, определения силы тяжести в комплексе с другими геофизическими методами позволили получить уникальные данные о строении земной коры в Индийском океане.

В период проведения Международного геофизического года советские гравиметристы явились героическими участниками исследования гравитационного поля центральной Антарктиды. Небольшой отряд на трех тягачах «Пингвин», возглавляемый молодым советским специалистом С. Н. Щегловым, впервые выполнил гравиметрическую съемку по маршруту протяженностью более 800 км. Через два года эта эпопея была продолжена под руководством Г. Е. Лазарева. Ему удалось выполнить измерения в наиболее труднодоступных районах Антарктиды — вдоль маршрута к полюсу относительной недоступности.

Эти работы вместе с сейсмическими исследованиями дали возможность получить уникальные по ценности данные о характере подледного рельефа Антарктиды и толщине льда. Было доказано, что Антарктида является материком, а не архипелагом.

Советскими учеными впервые были поставлены систематические работы по изучению вековых изменений силы тяжести. Для этой цели использовались высокоточные измерения на сети опорных гравиметрических пунктов. В 30-х годах это были маятниковые определения, с 1950 г.— гравиметровые.

Пункты для изучения вековых изменений выбирались как в сейсмически активных районах (Кавказ, Средняя Азия, Прибайкалье, Камчатка), так и в асейсмических (Европейская часть СССР, Западная Сибирь). Этими работами, выполненными под руководством Н. Н. Парийского и Ю. Д. Буланже, доказано, что на Кавказе за время с 1905 по 1955 г. изменений силы тяжести нет. Если они и есть, то лежат в пределах точности измерений — порядка ± 2—3 мгл. Такой же вывод получен для интервала времени с 1950 по 1965 г. по пунктам, расположенным вдоль 56 параллели северной широты на протяжении от Риги до Петропавловска-Камчатского (Казань, Свердловск, Омск, Красноярск) и по пунктам Средней Азии — Ашхабад, Душанбе, Ташкент, Алма-Ата, Балхаш. В этом случае постоянство силы тяжести характеризуется ошибкой ± 0,08 мгл.

Широкое использование гравиметрии в области прикладных наук, в физике, метрологии выявило настоятельную необходимость в знании абсолютной величины силы тяжести с точностью порядка ± 1 • 10-6 и даже выше. Перед второй мировой войной определениями, сделанными Куком в Теддингтоне(Англия), была выявлена ошибка в принятом значении g для мирового исходного пункта в Потсдаме. Эта ошибка достигает величины порядка 13-1О~6. Это обстоятельство побудило многие страны предпринять новые определения абсолютной величины силы тяжести. Ученые Советского Союза живо откликнулись на эту международную инициативу и провели соответствующие определения одними из первых во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии в Ленинграде (ВНИИМ). Измерения велись тремя методами: классическим, с помощью оборотных маятников различной массы, и двумя новыми — методом свободного падения жезла в вакууме и свободного падения тела в несвободно падающей камере. Результаты по тому времени (1953 г.) имели весьма высокую точность. По совокупности результатов, полученных этими методами, сила тяжести во ВНИИМе была определена со средней ошибкой всего лишь порядка ±0,4 мгл. Это был крупный успех, получивший широкое международное признание.

За 50 лет существования Советского государства советская гравиметрия прошла большой путь. Наши ученые твердо занимают передовые позиции в теоретических исследованиях; их методические разработки, как правило, на ряд лет опережают аналогичные работы, проводимые в западных странах. Первые 10—15 лет мы не имели своей аппаратуры, теперь мы ее создаем сами. По ряду показателей она не только не уступает лучшим образцам зарубежных фирм, но часто и превосходит их.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.