POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 46630 KI.KI. 42 c, 44 internat. G 01 c Biuro Dokumentacji Projektów Geologicznych*) Kraków, Polska Sposób modelowania grawimetrycznego cial dwuwymiarowych Patent trwa od dnia 15 listopada 1961 r.Potrzeba ciaglego coraz bardziej dokladnego poznawania budowy geologicznej skorupy ziemskiej pociaga za soba koniecznosc stalego udoskonalania i rozwijania geofizycznych me¬ tod poszukiwawczych tak w kierunku zwiek¬ szania doskonalosci przyrzadów pomiarowych jak i sposobów interpretacji wyników. Za¬ obserwowane na powierzchni ziemi zjawiska geofizyczne poddawane sa coraz glebszej anali¬ zie interpretacyjnej celem uzyskania jak naj¬ wiecej danych o rozpoznawanej jednostce geo¬ logicznej. Dokladna analiza zaobserwowanych geofizycznych wielkosci wymaga jednak bardzo duzego nakladu pracy, na sikutek czego czesto bywa pomijana. Dlatego tez istnieje ciagla daz¬ nosc do mechanizacji i automatyzacji obliczen wystepujacych przy interpretacji zaobserwowa¬ nych wielikosci geofizycznych. Zróznicowanie pod wzgledem gestosci utworów skalnych wcho- •) Wlasciciel patentu oswiadczyl ze twórca wy¬ nalazku jest nugr imz. Alfons Kozera. dzacych w sklad skorupy ziemskiej powoduje istnienie anomalii grawimetrycznych na po¬ wierzchni ziemi. Znajac z obserwacji obraz i charakter pola grawitacyjnego na badanym obszarze, mozna podjac próbe okreslenia cha¬ rakteru struktur geologicznych danego obsza¬ ru oraz stwierdzenia obecnosci kopalin uzytecz¬ nych i sposobu Ich ulozenia. Jednym ze sposo¬ bów interpretacji anomalii grawimetrycznych jest metoda {polegajaca na zapoznaniu sie z wy¬ nikami badan geologicznych i grawimetrycz¬ nych oraz na zalozeniu stosownie do tych wy¬ ników pewnego schematu lub modelu budowy geologicznej rozpatrywanego obszaru. Dla tok przyjetego modelu znajduje sie na drodze ra¬ chunkowej obraz rozkladu sily ciezkosci A g i porównuje sie go z obrazem zaobserwowanym w terenie. Powtarzajac te czynnosc kilkakrotnie dla róznych modeli, mozna droga iteracji dopro¬ wadzic do odszukania wlasciwego modelu ciala zaburzajacego jednorodny osrodek skalny. Zgod¬ nosc obrazu obliczonego teoretycznie z zaobser-mmmym Jeot <* pewnego stopnia miara slusz¬ nosci przyjetego modelu., Tego rodzaju interpretacja wymaga oblicza¬ nia na powierzchni ziemi zmian sily ciezkosci A g dla kazdego modelu oddzielnie, przy czym w odniesieniu do jednorodnych bryl o prostym ksztalcie obliczen dokonuje sie najczesciej we¬ dlug teoretycznych wzorów, które w wielu przypadkach narzucaja bardzo pracochlonne obliczenia. W odniesieniu do bryl o zlozonych ksztaltach, dokonuje sie równiez niekiedy obli¬ czen za. pomoca wzorów przy zastosowaniu elek¬ tronowych marizyn ma«ema^cznych. Opisany sposób interpretacji jako bardzo pracochlonny i zmudny znajduje na' ogól rzadko zastosowa¬ nie, przy czym sposobem tym obliczano bardzo niewielka ilosc modeli dla danego przypadku.Przedmiotem wynalazku jest sposób modelo¬ wania struktur geologicznych na drodze rachun- kowo^mechanicznej, w oparciu o dane grawi¬ metryczne, stanowiace wynik pomiarów na po- wtattdmi ziemi. Sposób ten odnosi sie do dwu¬ wymiarowych zaburzajacych cial skalnych, czy¬ li o takim ksztalcie, dla którego pole nateze¬ nia sily ciezkosci jest niezalezne od jednej z trzech wspólrzednych przy odpowiednio dobra¬ nym ukladzie.Do cial takich zalicza sie poziomo lezace bry¬ ly skalne o ksztalcie walca lub graniastoslupa, silnie wydluzone horsty pionowe uskoki, oraz wydluzone rowy erozyjne. Grawitacyjny efekt kazdego z tych cial ma identyczna wartosc wzdfcift prostej równoleglej do podluznej jego osi. W praktyce do tego rodzaju klasy bryl, pszyporaadkowac mozna stosunkowo duza ilosc wystepujacych w przyrodzie ukladów mas skal¬ nych. Efekt grawitacyjny takich bryl obliczany tyl dotychczas bezposrednio w odniesieniu do ciala zaburzajacego, przy czym w przypadku bryly o przekroju nieforemnym stosowano bar¬ dzo skomplikowane operacje obliczeniowe.Istota wytiaflazku w odniesieniu do interpre¬ tacji anotntóii grawimetrycznych sposobem ra- t&uiliHOT le}nj*dh porównan jest okreslanie efektu gra- wit*cy*&egD cdata zaburzajacego droga posred¬ nia, poprze* efekt grawitacyjny mas dopelnia- jac^Jfc pBSst&Jmn wokól tego dala. Umozliwia t# p«z*pwwaó^*mie modelowan grawimetrycz¬ na b« toaniecz&osci stosowania maszyn elek- trotwwyeh. Pomocniczt urzadaenie umozliwia- fcp* &mpxwwtomte modelowania sposobem wedlug wynalazku nazywa sie stolikiem inter¬ pretacyjnym.Na rysunku fig. 1 przedstawia wymodelowa¬ ne cialo zaburzajace w otoczeniu podzielonym na warstwy, fig. 2 — przyklad modelowania ciala zaburzajacego na stoliku interpretacyj¬ nym, fig. 3 — stolik interpretacyjny w widoku z boku, fig. 4 — stolik interpretacyjny w widoku z góry, a^fig. 5 — jedna z listewek stolika inter¬ pretacyjnego w widoku z góry.Jezeli pewna znaczna czesc skorupy ziem¬ skiej stanowi jednorodny pod wzgledem gesto¬ sci osrodek skalny i w osrodku tym wyste¬ puje dwuwymiarowe cialo zaburzajace 1 w po¬ staci niedoboru mas, wówczas na powierzchni ziemi efekt grawitacyjny tego ciala wystepuje w postaci anomalii ujemnej w stosunku do oto¬ czenia. W tym przypadku efekt grawitacyjny ciala zaburzajacego 1 moze byc okreslony po¬ przez efekt warstw 7 i 8, które to warstwy wy¬ nikaja z przyjetego podzialu przestrzeni zawar¬ tej pomiedzy plaszczyznami stycznymi do spa¬ gu i stropu ciala zaburzajacego 1. W odniesieniu do kazd,ej z tych pólnieskonczonych warstw 7 i S o zalozonej z góry grubosci, zwanych warstwa¬ mi modelujacymi, oblicza sie jednorazowo efekt grawitacyjny A g, na powierzchni ziemi, przy czym ze wzgledu na to, ze dla pewnych odle¬ glosci od krawedzi 10 i 11 kazdej warstwy jej efekt grawitacyjny mozna uznac za wartosc stala C, obliczen tych dokonuje sie do pewnych skonczonych odleglosci od krawedzi kazdej warstwy.Majac obliczone jednorazowo efekty grawi¬ tacyjne dla poziomych, pólnieskonczonych warstw 7 i 8 o odpowiedniej grubosci, które otrzymuje sie przez podzial przestrzeni zawar¬ tej miedzy powierzchnia ziemi i interesujaca geologów glebokoscia, mozna za pomoca tych efektów okreslic efekt grawitacyjny dla kazde¬ go niedoboru mas wystepujacego w postaci dwuwymiarowego ciala o dowolnych wymia¬ rach i ksztalcie jego poprzecznego przekroju.Do odtwarzania modeli przekrojów cial zabu¬ rzajacych 1 oraz sumowania efektów grawita¬ cyjnych warstw 7 18 modelujacych to cialo sluzy stolik interpretacyjny 2. Plaszczyzna sto¬ lika przedstawia pionowy przekrój osrodka skalnego od powierzchni ziemi do glebokosci 4 km. Wsuwki 3 reprezentuja warstwy mo¬ delujace 7 i 8, przy czym na wsuwkach tych liczby 4, wyrazaja efekt grawitacyjny A g od • powiedniej warstwy modelujacej na powierzch- - 2 -ni ziemi W punkcie, w którym dana cyfra wystepuje. Efekt grawitacyjny odpowiednich warstw modelujacych 7 i 8, wystepujacy na powierzchni ziemi ale poza zasiegiem kazdej z warstw podany jest na wsuwkach 5 i 6 liczba¬ mi 9, przy czyim wsuwka 5 odnosi sie do pra¬ wej strony wsuwki 3, natomiast wsuwka 6 do lewej strony wsuwki 3. Model przekroju ciala zaburzajacego odtwarza sie na stoliku inter¬ pretacyjnym 2 wsuwkami 3 tak, aby krawedzie 10 i 11 tych wsuwek okreslaly w ogólnych za¬ rysach ksztalt zalozonego z góry modelu ciala zaburzajacego, a wsuwki 5 aby stanowily w rów¬ noleglym przesunieciu przedluzenie wsuwek 3 od krawedzi 10 w lewo, wsuwki zas 6 od kra¬ wedzi 11 w prawo (fig. 2 i 4). Na stoliku inter¬ pretacyjnym kazdy zestaw wsuwek 3, 5 i 6 odnosi sie do okreslonej warstwy modelujacej lezacej na odpowiedniej glebokosci.Grawitacyjny efekt ciala zaburzajacego 1 wystepujacego w postaci niedoboru mas w do¬ wolnym punkcie osi x wyznaczajacej kierunek prostopadly do osi podluznej modelu ciala za¬ burzajacego w poziomie, jest równy algebraicz¬ nej sumie liczb znajdujacych sie na linii pro¬ stopadlej do osi ar na wsuwkach 3, 5 i 6, bio¬ racych udzial w odtwarzaniu modelu na stoli¬ ku 2, oraz stalej C, która okresla sie jednorazo¬ wo dla danego modelu wedlug wzoru matema¬ tycznego: C = 2 jt K (h2 — hi), gdzie K = stala grawitacji h 1 = glebokosc stropu h 2 = glebokosc spagu w odniesieniu do mo¬ delu odtwarzanego na stoliku.Dokonujac sumowan tych liczb w kilku lub kilkunastu punktach osi x w rejonie ciala za¬ burzajacego 1 uzyskuje sie przebieg krzywej odzwierciedilajacy efekt grawitacyjny ciala zabu¬ rzajacego 1, która to krzywa powinna pokry¬ wac sie z krzywa uzyskana na podstawie po¬ miarów w terenie. Uklad wspólrzednych dla tej krzywej stanowi cs x z podzialka dlugosci w metrach, oraz os A g z podzialka przyspieszenia w miligalach.W przypadku gdy cialo zaburzajace 1 cha¬ rakteryzuje sie nadmiarem mas, jego efekt gra¬ witacyjny otrzymany sposobem wedlug wvna- lazku na stoliku interpretacyjnym, 2, przejawia sie jako niedobór mas, a powrót do warunków rzeczywistych osiaga sie przez zmiane znaku po¬ szczególnych wartosci krzywej lub odwracajac ja wokól osi a; o 180°.Stolik interpretacyjny umozliwia modelowa¬ nie cial zaburzajacych o wymiarach do 12.000 m. Okreslenie wielkosci tego ciala umozliwia podzialka wyznaczona na krawedziach stolika.Odstep miedzy pojedyncza dzialka odpowiada tu dlugosci 100 m.Obliczenia efektu grawitacyjnego dla poje¬ dynczego modelu ciala1 zaburzajacego o dowol¬ nym ksztalcie jego poprzecznego przekroju, mozna dokonac sposobem wedlug wynalazku w ciagu 15 do 25 minut. Dokladnosc obliczen jest bardzo wysoka, przy czym sposób ten umozliwia zakladanie zmiennych gestosci skaly wraz z glebokoscia a nawet rózne gestosci po obu stronach ciala zaburzajacego. PL