CC BY
195
УДК 550.831:006 В.А. Войтенко
ФГУП ПО «Инжгеодезия», Новосибирск
Р.Э. Миникес
СГГ А, Новосибирск
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГРАВИМЕТРОВ
Основные положения метрологического обеспечения гравиметрических съемок в системе бывшего Министерства Геологии, ныне Министерство природных ресурсов (МПР), были разработаны в 50-70-х годах прошлого века. Они соответствовали техническому уровню гравиметрических измерений того времени и до сих пор остались практически на том же уровне, хотя с тех пор существенно повышена инструментальная точность гравиметров, появились новые технические средства для метрологических исследований (наклономерные установки) и разработана методика эталонирования высокоточных гравиметров [1, 2]. Особенно актуальной стала проблема метрологического обеспечения в последние годы в связи со значительным (на порядок) повышением инструментальной точности гравиметров.
Уже с конца 70-х годов точность эталонирования на полигонах перестала соответствовать инструментальной точности гравиметров. Тогда же появились и переданы в производственные подразделения высокоточные наклономерные установки для определения цены деления [1]. Однако, несмотря на непригодность эталонных полигонов для точных определений цены деления [3, 4], они до сих пор используются в гравиметрических подразделениях МПР, что до сих пор узаконено ГОСТом [5].
Причины несоответствия метрологического обеспечения гравиметров современным требованиям, в основном, субъективного характера. Привычка использовать эталонные полигоны для определения цены деления гравиметров, выработавшаяся в организациях МинГео в результате многолетней практики, плюс предпочтение, до сих пор отдаваемое этому методу в руководящих технических материалах МПР, сформировали стойкое предубеждение против метода наклона.
Основные причины, по которым эталонные полигоны непригодны для точных определений цен делений гравиметров следующие.
1. На них невозможно обеспечить необходимый технологический (по температуре) режим эталонирования, то есть невозможно обеспечить постоянную температуру приборов (как того требует ГОСТ) в течение всего периода эталонировочных рейсов.
2. На них невозможно определить нелинейность цены деления.
3. В измеряемых значениях приращений силы тяжести между пунктами полигона, присутствует псевдогравитационная составляющая, которую невозможно отделить от гравитационного сигнала. Она может значительно (на порядок и даже более) превышать инструментальную погрешность гравиметра. Эта составляющая никакого отношения к гравитации не имеет,
она вызвана воздействием эндогенных микросейсмических волн (ЭМС-волн) [6] на чувствительную систему гравиметра в момент измерения. Ее величина зависит от места измерения, изменяется с течением времени, хотя и очень медленно, что обусловлено природой ЭМС-волн, а также зависит от индивидуальных качеств чувствительной системы гравиметра. В работе [7] приведены данные о результатах измерений над заброшенной штольней (глубина 28 м) разными типами статических гравиметров. В результатах гравиметрических определений, выполненных в ПО «Инженерная геодезия» абсолютными гравиметрами ГАБЛ и статическими гравиметрами ГНУ - КВ и ГНУ - КВ2 расхождение между измеренными статическими гравиметрами приращениями силы тяжести и вычисленными по результатам измерений ГАБЛ достигали 0,2 мГал. Чисто гравитационный сигнал от штольни был менее 5 мкГал (5-Ю'8 м/с2). Гравиметр ГВТ показал над штольней аномалию ст = -60 мкГал, а менее чувствительный гравиметр «Уорден» - аномалию а = -130 мкГал. Если эталонные значения разностей силы тяжести определены статическими гравиметрами, то в них также присутствует псевдогравитационная составляющая, существовавшая на момент определений эталонных значений. Есть предположение, что сейсмические волны воздействуют даже на результаты измерений абсолютными баллистическими гравиметрами [8].
Именно поэтому погрешности определения цен делений гравиметров на полигонах зачастую на порядок (!) превышают допустимые ГОСТом [5]. По признанию специалистов ВНИИГеофизики «у двух третей гравиметров наблюдается относительное расхождение между значениями цены деления, определенными наклоном и на полигоне, превышающее Г10- , при объеме выборки порядка 500 гравиметров» [9]. (По ГОСТу допустимое расхождение составляет 3 -10-4).
На рис. 1 показаны результаты определения цен делений гравиметров ГНУ-КВ на полигоне и на наклономерной установке УЭГП. Разбросы между значениями цен делений, определенных в разные годы на полигоне, более чем в 10 раз превышают разбросы значений, определенных на УЭГП.
Рис. 1. Изменение цен делений ГНУ-КВ по определениям:
• - на полигоне; □ на УЭГП
Чем объяснить, что в организациях МПР эталонированию гравиметров не уделяется должного внимания? Возможно, что высокая точность эталонирования не считается условием высокой точности гравиметрических измерений? Даже в нормативно-технических материалах по гравиметрическим измерениям, к сожалению, не уделено должного внимания вопросам метрологического обеспечения. В Инструкции по гравиразведке [10] отсутствуют не только рекомендации по определению цен делений гравиметров, но даже технические требования к точности определения цен делений. Есть только ссылка на ГОСТ 13017-83 [5]. В качестве практического руководства используются «Методические указания по методике поверки наземных гравиметров» [11]. Справедливости ради следует отметить, что и в ГОСТе, и в «Методических указаниях» метод эталонирования наклоном заявлен вроде бы, как равноправный, однако инструкции по эталонированию на полигоне расписаны очень подробно (в ГОСТе на 7 страницах), в то время, как метод эталонирования на наклономерных установках - очень кратко (в ГОСТе мелким шрифтом на 1,5 страницах в приложении).
На практике точность, регламентированная ГОСТом, как правило, не выдерживается. Допуски для точности эталонирования принимаются исходя из точности предстоящей съемки, а не по классу прибора, как требуется по ГОСТ.
Такой подход еще можно было понять при проведении площадных съемок масштабов 1:1 000 000-1:100 000, и, даже, с некоторой натяжкой, 1:50 000. Но для высокоточных измерений он категорически не приемлем.
Такое отношение к метрологическому обеспечению, узаконенное нормативно-техническими материалами, не могло не отразиться в практике подготовки гравиметров к съемкам.
В практической работе гравиметрических подразделений МПР налицо пренебрежительное отношение к точности эталонирования гравиметров. Отсутствует контроль и приемка результатов эталонирования гравиметров. В экспедициях нет отделов технического контроля. Работники гравиметрических подразделений сами исследуют гравиметры, сами у себя принимают работу. Все вопросы качества решает начальник гравиметрической партии. В лучшем случае главный инженер экспедиции. При этом полностью игнорируются требования ГОСТ оценивать результаты исследования гравиметров по классам приборов независимо от точности съемки, для которой предназначаются гравиметры. При этом начальник партии сам решает, соответствуют ли гравиметры точности предстоящих работ. Нетрудно догадаться, какое решение примет начальник партии. Если результаты эталонирования на полигоне расходятся с результатами эталонирования методом наклона, принимаются полигонные.
Все перечисленные недостатки метрологического обеспечения гравиметров отсутствуют в работе гравиметрических подразделений
Роскартографии. Для определения цен делений гравиметров используются наклономерные установки. Полигонные испытания проводятся только для определения точности измерений. «Цель эталонирования на базисе -контроль работы гравиметров в полевых условиях» [2]. Результаты метрологичеких исследований обязательно принимаются (или не принимаются) отделом технического контроля в точном соответствии с нормативно-техническими документами, утвержденными в установленном порядке метрологическими службами.
Такое различие в подходах к выполнению измерений подразделениями МПР и Роскартографии объясняется, на наш взгляд, той ролью, которую играют эти подразделения в народном хозяйстве страны. Главной задачей геодезических служб является производство измерений с необходимой точностью, главной задачей геолого-геофизических организаций является геологическая и инженерно-геологическая интерпретация полученных результатов измерений. И эти службы успешно выполняют свои задачи. Каждая - свою.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Эталонирование гравиметров методом наклона / Козьякова К.Я., Романюк В.А., Рукавишников Р.Б. и др. - М.: Наука, 1979. - 206 с.
2. Инструкция по развитию Государственной гравиметрической сети СССР (фундаментальной и 1 класса). - М.: ОНТИ ЦНИИГАиК. - 1988. - 253 с.
3. Метрологичекое обеспечение гравиметров / Миникес Р.Э., Прихода А.Г. // Геофизический вестник. - 1998. - № 1. - С. 15-18.
4. Эталонирование гравиметров для высокоточных измерений // Геофизическая аппаратура. - 1999. - Вып. 102. - С. 105-114.
5. ГОСТ 13017-83 (СТ СЭВ 5576-86). Гравиметры наземные. Общие технические условия. - М., 1987.
6. О перспективах разведки методом проходящих микросейсмических волн естественного эндогенного происхождения / Дедов В.П., Омельченко О.К., Тригубович Г.М., Филимонов Б. П. // Геофизика. - 2006. - №. 3. - С. 30-40.
7. Инерционные аномалии - новый источник геологической информации / Веселов К.Е., Горин В.П., Глухова Е.В., Науменко-Бондаренко, О.И. // Прикладная геофизика. -1992. - Вып. 127. - С. 54-61.
8. Исследование абсолютного баллистического гравиметра и пути повышения точности измерений / Худзинский Л.Л., Барташевич Л.М., Сорокин В.Л. // Материалы Всерос. науч. конф. «Геология, геохимия и геофизика на рубеже ХХ и XXI веков», Москва.,8-10 окт. 2002. Т. 3. Геофизика. - М.: Регион. обществ.орг. учен. по пробл. прикл. геофиз. - 2002.
9. 9 Комментарии к статье «Метрологическое обеспечение гравиметров» / Стакло А.В., Немцов Л.Д. Геофиз. вестн. - 1998. - № 1. - С. 18-19.
10. Инструкция по гравиметрической разведке. - М., 1980. - 80 с.
11. Методические указания по методике поверки наземных гравиметров. - М.: Мингео СССР, 1987. - 15 с.
© В.А. Войтенко, Р.Э. Миникес, 2007
