Гравиметрические измерения в зоне контакта континент океан (Приморье, полуостров Гамова, мыс Шульца)

Тимофеев Владимир Юрьевич; Калиш Евгений Николаевич; Валитов Максим Георгиевич; Стусь Юрий Фёдорович; Кулинич Руслан Григорьевич; Ардюков Дмитрий Геннадьевич; Тимофеев Антон Владимирович; Носов Игорь Сергеевич; Сизиков Игорь Сергеевич

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ЗОНЕ КОНТАКТА

КОНТИНЕНТ - ОКЕАН (ПРИМОРЬЕ, ПОЛУОСТРОВ ГАМОВА, МЫС ШУЛЬЦА)

Владимир Юрьевич Тимофеев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3, заведующий лабораторией, тел. (383)335-64-42,

e-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru Евгений Николаевич Калиш

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН), 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, тел. (383)333-25-96, e-mail: kalish@iae.nsk.su

Максим Георгиевич Валитов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева ДВО РАН, Россия, г. Владивосток старший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук

Юрий Фёдорович Стусь

ФГБУН ИАиЭ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Руслан Григорьевич Кулинич

ФГБУН ТОИ ДВО РАН, заведующий лабораторией, Россия, г. Владивосток, доктор геолого-минералогических наук

Дмитрий Геннадьевич Ардюков

ФГБУН ИНГГ СО РАН, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, e-mail: ardyukovdg@ipgg.sbras.ru

Антон Владимирович Тимофеев

ФГБУН ИНГГ СО РАН, младший научный сотрудник, e-mail: timofeevav@ipgg.sbras.ru Дмитрий Алексеевич Носов

ФГБУН ИАиЭ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, инженер-программист, e-mail: danossov@ngs.ru

Игорь Сергеевич Сизиков

ФГБУН ИАиЭ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 1, инженер-конструктор, e-mail: sizikov.i.s@gmail.com

Измерения значений силы тяжести впервые проведены на двух пунктах мыса Шульца. Измерения на пунктах сопровождались измерениями координат и их изменений методами космической геодезии (GPS). Измерения периодически проводятся уже несколько лет, начиная с 2010 года. Решалась редукционная задача геодезии. Результаты измерений позволяют оценить аномальные значения поля силы тяжести в зоне континентальной окраины (Приморье).

Ключевые слова: относительные и абсолютные гравиметры, методы космической геодезии, нормальное значение силы тяжести в различных системах.

GRAVITY OBSERVATION AT CONTIMENT-OCEAN ZONE (PRIMORIE, GAMOV PENINSULA, CAPE SHULTS)

Vladimir Yu. Timofeev

A. A. Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, prosp. Koptyuga, 3, tel. (383)335-64-42, e-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru

Eugenii N. Kalish

Institute of Automation and Electrometry of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (IAE SB RAS), senior scientific worker, Dr., td. (383)333-25-96, e-mail: kalish@iae.nsk.su

Maxsim G. Valitov

V. Il’ichev Pasific Oceanological Institute Far Eastern Branch of Russian Academy of Science (POI FEB RAS), Russia, Vladivostok

Yurii F. Stus

IAE SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Akademika Koptyuga Prsp., 1

Ruslan G. Kulinich

POI FEB RAS, Vladivostok, Russia

Dmitriy G. Ardyukov

IPGG SB RAS, prosp. Koptyuga, 3, Novosibirsk, 630090, Russia, e-mail: ardyukovdg@ipgg.sbras.ru

Anton V. Timofeev

IPGG SB RAS, prosp. Koptyuga, 3, Novosibirsk, 630090, Russia, e-mail: timofeevav@ipgg.sbras.ru

Dmitrii A. Nosov

IAE SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Akademika Koptyuga Prsp., 1, e-mail: danossov@ngs.ru

Igor S. Sizikov

IAE SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Akademika Koptyuga Prsp., 1, e-mail: sizikov.i .s@gmail.com

Gravity observation was developed at two points at Shults cape. We used GPS method for navigation measurement simultaneously. Observation started in 2010 year. Reduction task was solved. Measurement results were used for gravity field testing at continental boundary.

Key words: absolute and relative gravity observation, space geodesy method, GPS-observations, normal value of gravity at different reference system.

Современные средства измерений позволяют определять значения поля силы тяжести с микрогальной точностью. Измерения значений силы тяжести впервые проведены на двух пунктах мыса Шульца (координаты 42.58°N и 131.15°Е, научный полигон ТОИ ДВО РАН, г. Владивосток).

Рис. 1. Положение пунктов гравиметрических измерений на мысе Шульца (подуостров Г амова, Приморье). Смещение пунктов на мысе Шульца относительно пункта Южно-Сахалинск (скорость смещения пунктов, расположенных на Амурской плите, относительно Охотоморской плиты,

эпоха 2012-2013 гг.).

Измерения на пунктах сопровождались измерениями координат и их изменений методами космической геодезии (GPS). Определения периодически проводятся уже несколько лет, начиная с 2010 года. Относительные измерения проводятся гравиметром типа Лакоста-Ромберга (g-phone 111). Абсолютные измерения проводятся с помощью гравиметров Г АБЛ, разработки Института Автоматика и Электрометрии СО РАН (г. Новосибирск). Измерения на уровне go -10-9 .проводятся с учётом приливных эффектов, барических и инструментальных поправок. Имея значения координат и величины силы тяжести на пунктах, решалась редукционная задача геодезии. Результаты анализа позволяют оценить аномальные значения поля силы тяжести в зоне континентальной окраины. При этом нормальное значение силы тяжести вычислялось в старых и новых геодезических координатах. Полученные аномальные значение сопоставлены с известными картами поля силы тяжести на границе океана и суши, отражающими эффекты зоны субдукции.

Разность значений силы тяжести между пунктами определялись двумя методами с помощью относительного и абсолютного гравиметров (рис. 2).

Рис. 2. Измерение на пунктах, расположенных на мысе Шульца в сентябре 2013 года. Определение вертикального градиента на отдельных пунктах и на отдельных точках в подземной камере на горе и проверка масштабного коэффициента относительного гравиметра ЛаКоста-Ромберга перемещением гравиметрах с верхнего пункта к пункту около моря и обратно

Пункты наблюдений были оборудованы на старых артиллерийских капонирах, расположенных в подземной камере на склоне горы и у моря. Согласно данным космической геодезии разность высот между двумя гравиметрическими пунктами составляет 38.953 м. Разность значений силы тяжести между пунктами по абсолютным определениям составила 7969 мкгал. Известно, что постамент относительного гравиметра на ~ 0.1 метра выше (пункт на горе) точки абсолютных определений, градиент в подземной камере составил 290 мкгал на метр, т.е. надо вычесть 29 мкгал, получаем разность 7970.50 мкгал, что до 1.5 мкгал совпадает со значением по ГАБЛу 7969 мкгал.

Исходя из разности высот пунктов и плотности горных пород рассчитаем теоретическое значение разностной величины силы тяжести. Плотность горных пород - гранодиоритов, представленных на мысе Шульца составила 2.73 (в

р£м ). Поправка за свободный воздух и промежуточный слой - аномалия Буге составит:

Ag = 2hg0/r0 - 2nGpch = 308.6 h -114.6 h = 194 h = 194x39 = 7566 мкгал, (1)

где Ag - разностное значение силы тяжести, (2hg0/r0) = у -нормальный вертикальный градиент силы тяжести, h - превышение пункта на горе над пунктом у моря в метрах.

К полученному значению следует добавить топографическую поправку (поправку за рельеф, измерения на склоне горы). Топографическая поправка для пункта на горе (наклонная плоскость, высота h, угол склона I и горизонтальная составляющая R) в нашем случае при I = 18°. R = 133 м, р = 2.73 г / см3 составит:

Ag = п G р R (1 - cos I) = 0.057 R (0.048943) = 371 мкГал, (2)

(~ 5 % от поправки Буге) или 9.52 мкГал/метр для наших пунктов.

Аномалия Буге и поправка за рельеф в сумме дают эффект 7937 мкгал, что в пределах ошибки измерений соответствует измеренным значениям (7969 мкгал из абсолютных измерений и 7970.5 мкгал из относительных).

Далее следует перенести результаты измерений на физической поверхности Земли на референц-эллипсоид. Используя полученные экспериментальные значения коэффициентов для редукции Буге и топографии (203.52 мкГ ал/метр) для этих пунктов проведем пересчёт на нулевую высоту эллипсоида в системе СК-42 и WGS-84. Нормальное значение на референц-эллипсоиде в системе WGS-84 (в редакции 2008 года) находим по соотношению:

g = ge (1 + ksin 29)/(V1-e2sin 2ф), (3)

где k = (bgp / age) - 1; e2 = 6.69437999014 10-3; a = 6378136.6 м -экваториальный радиус Земли, b = 6356752.3 м - полярный радиус Земли, gp = 9.8321849378 м/сек2 - значение силы тяжести на полюсе, ge = 9.7803253359 м/сек2 - значение силы тяжести на экваторе, ф - широта.

Аномалия Буге для пункта у моря (2.5 метра выше уровня воды) в разных системах составит соответственно: (СК-42) +60 мГал и (WGS-84) +35 мГал. Сравним эти значения с известными картами распределения аномальных значений поля (карта аномалий Буге 1967 года масштаба 1:2500000 и карта, полученная миссией GOSE, рис. 3). По карте 1967 года положительные аномалии для этой территории лежат в полосе между изолиниями в 45 и 60 миллигал. Карта, построенная по спутниковым данным, даёт положительные значения в полосе от 20 до 40 миллигал. Положительные аномалии в старой и новой референц-системах отражают аномальное строение земной коры и мантии на границе континент-океан.

60 120 180

90

60

30

0

Рис 3. Фрагмент гравиметрической карты Земли, полученной миссией GOSE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) по спутниковым данным 2009-2010 гг. Стрелкой указан полуостров Гамова.

Значения цветной шкалы в миллигалах

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Н. П. Грушинский. Основы гравиметрии. М.Наука. 1983, 352 с.

2. Гравиметрическая карта Северо-Восточной части СССР и омывающих ее морей. Редукция Буге, Масштаб 1:2500000. Лист карты подготовлен к изданию в 1968 г. Редактор А. Г. Пархоменко. ВНИИ геофизических методов разведки, ГАиШ г. Москва,

Сахалинский комплексный НИИ СО АН СССР.

3. National Geospatial-Intelligence Agency (NGA), USA. Geospatial Science Division. NIMA Technical Report TR8350.2, "Department of Defense World Geodetic System 1984, Its Definition and Relationships With Local Geodetic Systems", Third Edition, 4 July 1997.

Updated 23 June 2004. http://earth-info.nga.mil/GandG/publications/tr8350.2/wgs84fin.pdf

4. GOCE first global gravity model. ESA - GOCE High Level Processing Facility, 30-06-2010. http://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2010/06/goce_first_global_gr avity_model/10084403 -2-eng-GB/GOCE_first_gl obal_gravity_model.j pg

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

GRAVITY OBSERVATION AT CONTIMENT-OCEAN ZONE (PRIMORIE, GAMOV PENINSULA, CAPE SHULTS)

Текст научной работы на тему «Гравиметрические измерения в зоне контакта континент океан (Приморье, полуостров Гамова, мыс Шульца)»