Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская Государственная Геодезическая Академия»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

Кафедра астрономии и гравиметрии

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

________________ В.А. Ащеулов

« ____ » _____________ 2012__ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ПРИКЛАДНАЯ ГРАВИМЕТРИЯ

Для подготовки

дипломированного специалиста направления 120100 - Геодезия

(специальность 120103 – Космическая геодезия)

Код квалификации – 65 (инженер)

Новосибирск 2012 г.

1. 
   ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
   

Предмет изучения дисциплины «Прикладная гравиметрия» (ПГ) – высокоточная разведочная и инженерная гравиметрия, объект изучения – локальные аномалии силы тяжести. Поэтому изучение дисциплины ПГ преследует цель дать знания и навыки, необходимые инженеру специальности «Космическая геодезия» при решении прикладных задач в геодинамике, при геодезическом обеспечении поисков и разведки месторождений различных полезных ископаемых, при строительстве и наблюдениях в процессе экспуатации крупных и сложных сооружений: промыслов, ГЭС, АЭС, ГОК, различных инженерных и транспотрных коммуникаций. При этом особое внимание уделяется особенностям топографо-геодезического обеспечения высокоточных гравиметрических работ, развития опорных и заполняющих локальных гравиметровых сетей, редуцирования гравитационного поля и гравитационных аномалий, объемного математического моделирования объесктов исследований в гравитационных аномалиях и их вариациях по времени.

2. 
   ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
   

Дисциплина ПГ должна обеспечить знания и навыки специалисту в области космической, высшей и прикладной геодезии, который должен предствалять и уметь использовать возможности высокоточной гравиметрии совместно с точными геодезическими методами (спутниковыми координатными и нивелирными) при изучении природно-техногенных систем для обеспечения их устойчивого развития в условиях интенсивного воздействия природных и техногенных факторов. Он должен уметь выполнять полевые и камеральные работы с использованием современной аппаратуры и вычислительной техники.

Знание особенностей редуцирования гравитационного поля и гравитационных аномалий в сферическом и плоском вариантах, учет и исключение методических и физических факторов искажения аномалий силы тяжести на указанных этапах обработки и интерпретации результатов гравиметровых измерений призваны обеспечить дипломированному специалисту грамотно и на необходимом уровне решать сложные задачи мониторинга природно-технических систем, прогноза последствий воздействия на них внешних факторов и выработку рекомендаций по их устойчивости и экологически благоприятному функционированию.

3. 
   ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
   

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр
		9
Общая трудоемкость дисциплины	90	90
Аудиторные занятия	51	51
Лекции	34	34
Практические занятия (ПЗ)	–	–
Семинары (С)	–	–
Лабораторные работы (ЛР)	17	17
и (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа	39	39
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
и (или) другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля		экзамен

4. 
   СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
   
   1. 
      Разделы дисциплины и виды занятий
      

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции	ПЗ (или С)	ЛР
	Введение. Гравиразведка. Инженерная гравиметрия.	2
	Нормальная Земля, нормальное гравитационное поле – основные понятия и термины	2
	Основные редукции и аномалии силы тяжести в прикладной гравиметрии, возможность их применения на практике: – физический и геометрический смысл поправок за рельеф; – особенности отражения сферичности Земли в гравитационном эффекте промежуточного слоя.	6		3
	Рациональная методика учета поправок за рельеф: – внутренняя (центральная) зона; – внешняя учитываемая зона; – основы оценки оптимальных условий учета поправок за рельеф: – информационные характеристики расчленения рельефа; – источники погрешностей; – оценочные формулы; – выбор оптимальных условий учета поправок за рельеф.	7		4
	Факторы, вызывающие корреляцию аномалий с высотами точек измерения силы тяжести, исключение их влияния.	4		2
	Математическое моделирование и интерпретация гравитационных аномалий: – изучение плотности – основа моделирования; – рационализация решения прямой задачи; – обеспечение количественной интерпретации локальных аномалий, решение обратной задачи; – комплексная интерпретация результатов геодезических и геофизических работ.	7		2
	Методика гравиметровых измерений: – опорные локальные сети; – заполняющие опорные и рядовые сети.	2		4
	Требования к топографо-геодезическому обеспечению инженерно-гравиметрических исследований: – сходство и различие с гравиразведкой; – режимные (многоцикловые) исследования; – учет влияния техногенных факторов.	2		2
	Заключение	2

1. 
   Содержание разделов дисциплины
   

1. 
   Введение
   

Предмет и цель исследований гравиметрией. Специфика и особенности задач и методов дисциплины в геодезии, разведочной геофизике (гравиразведке), при инженерных изысканиях в строительстве, при эксплуатации крупных инженерных сооружений и на территориях техногенных геодинамических полигонов в многоцикловом режиме. Возможности повышения инженерно-технической, геологической и экономической эффективности высокоточной гравиметрии.

2. 
   Нормальная земля, нормальное гравитационное поле – основные понятия и термины
   

Цель исключения из измеряемого гравитационного поля нормального. Определение понятий редуцирования гравитационного поля, аномалий силы тяжести, редуцирования аномалий, определения их локальной составляющей и вариаций во времени. Система отношения результатов редуцирования в пространстве и времени.

3. 
   Основные редукции и аномалии силы тяжести в прикладной гравиметрии, возможность их применения на практике
   
   1. 
      Физический и геометрический смысл поправок за рельеф.
      

Определение гравитационного влияния промежуточного слоя топографических масс. Характеристика его геометрии и плотности. Специфика учета поправок за рельеф в отличие от поправок за погребенный или подводный рельеф. Обоснование последовательности расчетов на этапах обработки гравиметрических измерений и интерпретации их результатов.

2. 
   Особенности отражения сферичности Земли в гравитационном эффекте промежуточного слоя
   

Вывод и сопоставление точности строгой и приближенных формул притяжения сферического слоя. Оценка особенности проявления сферичности Земли в поправках за рельеф, параллельный и промежуточный слой топографических масс. Обоснование возможности пересчета аномалий Буге («плоское» решение) в неполные топографические («сферическое» решение) и наоборот, недопустимости: а) учета поправок за рельеф с учетом сферичности Земли в редукциях Буге; б) интерполяции поправок за рельеф в плане и по высоте. Обоснование главной роли учета поправок за рельеф при редуцировании гравитационного поля.

4. 
   Рациональная методика учета поправок за рельеф
   
   1. 
      Внутренняя (центральная) зона
      

Определение внутренней (центральной) зоны учета поправок за рельеф. Краткий анализ способов решения. Рационализация решения на основе корреляционного способа.

2. 
   Внешняя учитываемая зона
   

Теоретическое и методическое обоснование метода определения поправок за рельеф на основе возможности представления их величины как суммы двух составляющих: 1) за изрезанность (степень расчленения) рельефа; 2) за превышение топографических масс относительно уровня результативных точек. Доказательство возможности вычисления основных параметров этих составляющих один раз на конкретную территорию и оперативного точного редуцирования силы тяжести по мере определения пространственного положения точек ее измерения.

3. 
   Основы оценки оптимальных условий учета поправок за рельеф
   

Обоснование информационных характеристик расчленения рельефа. Аппроксимация их численных значений дробно-линейными функциями с определением основных параметров. Анализ источников погрешностей за дискретность информации. Получение оценочных формул. Автоматизированный выбор оптимальных условий для определения гравитационного влияния промежуточного слоя топографических масс с необходимой точностью.

5. 
   Факторы, вызывающие корреляцию аномалий с высотами точек измерения силы тяжести, исключение их влияния
   

Физико-геологические факторы. Очередность учета и исключения их влияния при редуцировании гравитационных аномалий – геологическое редуцирование. Субъективно-методические факторы. Необходимость и возможность исключения их влияния на начальной стадии обработки гравиметрических измерений – при редуцировании исходного гравитационного поля. Выбор рациональных условий редуцирования - выделения аномалий силы тяжести.

6. 
   Математическое моделирование и интерпретация гравитационных аномалий
   
   1. 
      Изучение плотности – основа моделирования
      

Краткое изложение примеров обработки данных о плотности горных пород при проведении работ в различных условиях применения высокоточной гравиметрии, обеспечивших значительное повышение ее геологической и научно-технической эффективности. Основы методологии и технологии моделирования объектов исследований в гравитационных аномалиях.

2. 
   Рационализация решения прямой задачи
   

Обоснование методики и технологии вычисления гравитационного эффекта различных границ раздела аномальных масс от вмещающей толщи: а) ограниченных в пространстве; б) имеющих пликативную форму со значительным простиранием в плане. Реализация решения для точек на реальной неровной поверхности.

3. 
   Обеспечение количественной интерпретации локальных аномалий, решение обратной задачи
   

Алгоритм разделения аномалий на основе геологического редуцирования. Обоснование методов решения обратной задачи: а) подбором «подсобных масс»; б) построением условного вертикального разреза изменения значений «кажущейся» плотности; в) оценкой плотности блоков верхней части разреза; г) подбором элементарных тел.

4. 
   Комплексная интерпретация результатов геодезических и геофизических работ
   

Краткий обзор результатов на участках доразведки полиметаллов, железа, бокситов, нефти и газа, строительства и эксплуатации ГЭС, ГОК и нефтепромыслов, на геодинамических полигонах.

7. 
   Методика гравиметровых измерений
   
   1. 
      Опорные локальные сети
      

Особенности развития каркасных опорных сетей в гравиразведке, инженерных изысканиях и при режимных исследованиях на геодинамических полигонах. Обеспечение повышения точности гравиметровых измерений в петлевом способе на основе обобщенного учета криволинейного изменения нульпунктов гравиметров.

2. 
   Заполняющие опорные и рядовые сети
   

Методика развития сетей на основе разностного нуль-пункта гравиметров. Последовательность работ с выбором местоположения пунктов высшей иерархии. Уравнивание измерений на примере рассмотренных способов развития сетей.

8. 
   Требования к топографо-геодезическому обеспечению инженерно-гравиметрических исследований
   
   1. 
      Сходство и различие с гравиразведкой
      

Обоснование необходимости учета аномального горизонтального и вертикального градиента силы тяжести при оценке требований к точности плановой и(или) высотной привязки точек гравиметрических измерений. Предварительное моделирование на примере аппроксимации аномальных объектов телами элементарной формы. Оценка допустимых погрешностей.

2. 
   Режимные (многоцикловые) исследования
   

Расчет допустимых ошибок планового и высотного обоснования точек высокоточной гравиметрии в зависимости от решаемых задач. Введение понятия возможностей гравиметрии с учетом единства пространственной системы: гравиметр – результативная точка – геоструктуры.

3. 
   Учет влияния техногенных факторов.
   

Определение геолого-плотностной модели объекта исследований и его гравитационного эффекта. Изменение их количественных показателей с учетом природно-техногенных перемещений грунтовых, водных, сырьевых масс в межцикловый период. Моделирование объекта исследований в вариациях аномалий силы тяжести с учетом изменения его геоструктуры в пространстве и времени.

9. 
   Заключение
   

Возможности прикладной высокоточной гравиметрии. Пути повышения ее эффективности при гравиразведке, инженерно-геодезических исследованиях в районах строительства и эксплуатации сложных сооружений и коммуникаций, на техногенных геодинамических полигонах при мониторинге устойчивости природно-технических систем.

5. 
   ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
   

№ п/п	№ раздела дисциплины	Лабораторные работы и практические занятия
	4.1	Вычисление гравитационного влияния масс конуса и цилиндра с вырезанным соосным конусом: по точным и по приближенным формулам.
	6.1	Вычисление и оценка точности определения параметров зависимости изменения характеристики изрезанности рельефа местности от степени детальности задания его отметок высот.
	7.1	Уравнивание фрагмента гравиметрической сети опорных пунктов.

6. 
   УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
   
   1. 
      Рекомендуемая литература
      

а основная литература.

1. 
   Панкрушин В.К. Математическое моделирование и идентификация геодинамических систем /монография. [Текст]. – Новосибирск: СГГА. – 2002г. – 423с.
   
2. 
   Панкрушин В.К. Математическое моделирование и идентификация геодинамических систем /монография. – [Электронный ресурс] – Новосибирск: СГГА. – 2002г. – 423с. – http://lib.ssga.ru – официальный сайт научно - технической библиотеки СГГА.
   

б дополнительная литература.

3. 
   Веселов К.Е. – Гравиметрическая съемка. – М.: Недра. – 1986. – 312 с.
   
4. 
   Машимов М.М. Планетарные теории геодезии. – М.: Недра. – 1982 г. – 261 с.
   
5. 
   Каленицкий А.И., Смирнов В.П. Методические рекомендации по учету влияния рельефа местности в гравиразведке (Практическое руководство МинГео СССР). – Новосибирск: СНИИГГиМС.-1981.-180с
   
6. 
   Шимберев Б.П. Теория фигуры Земли. – М.: Недра. – 1975. – 432 с.
   
7. 
   Каленицкий А.И. – О повышении качества проведения и обработки результатов высокоточных гравиметрических съемок. // Вестник СГГА. – Вып. 1., 1996 - с. 15-21.
   
8. 
   Краткий курс лекций А.И.Каленицкий. (электронный вариант)
   

Статьи.

9. 
   Гуляев Ю.П., Каленицкий А.И. Задачи экологического и деформационного мониторинга // Геодезия и картография. – 1996. - №3. – С. 49-51.
   
10. 
    Каленицкий А.И., Гуляев Ю.П. Перспективы гравиметрии в строительстве // Геодезия и картография. – 1993. - №7. – С. 8-11.
    
11. 
    Каленицкий А.И. О требованиях к топографо-геодезическому обеспечению инженерно-гравиметрических исследований // Геодезия и картография. – 1995. - № 7. – С. 12-14.
    

6.2 Интернет-ресурсы

1. http://lib.ssga.ru – официальный сайт научно - технической библиотеки СГГА.

2.http://znanium.com - электронно-библиотечная система научно-издательского центра «ИНФРА-М».

3. http://e.lanbook.com - электронно-библиотечная система издательства «Лань».

4. http://elibrary.ru – научная электронная библиотека.

3. 
   Средства обеспечения освоения дисциплины
   

Топографические и гравиметрические карты, схемы каркасных опорных гравиметровых связей, графики разностных нуль-пунктов гравиметров, табличная информация о цифровых моделях рельефа, круговые палетки, программный комплекс MathCad.

Рабочая программа составлена в соответствии рабочим учебным планом специальности 120103 – Космическая геодезия.

Программу составил:

Каленицкий А.И. – профессор, доктор технических наук, Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА)

Программа рассмотрена на заседании кафедры астрономии и гравиметрии и рекомендована к внедрению в учебный процесс.

Протокол № ____ от « _____ » ____________ 20___ г.

Заведующий кафедрой

астрономии и гравиметрии ________________ И.Г.Ганагина

Программа одобрена Учебно-методическим советом ИГиМ

Протокол № ____ от « _____ » ____________ 20___ г.

Председатель УМС ИГиМ ______________ С.В.Середович