Методика на наблюденияta при профилни гравиметрични снимки по линии от държавната нивелация на република българия ради Радичев1, Емил Михайлов2, Николай Кирилов1

При изчисляване на надморските височини в Балтийска система, както и при преминаване във височинна система Амстердам на реперите от държавната нивелация (Беляшки, 2008) е необходимо към измерените стойности на превишенията да се прибавят гравиметрични поправки (поправки за непаралелност на ниво повърхнините на нормалното гравитационно поле и поправки за разлика между действителното и нормалното гравитационно поле). Обединената европейска нивелачна мрежа (UELN), в която участва и Република България вече е изравнена. Като окончателен резултат са получени нормални височини и геопотенциални коти (Милев и др., 2008). Използвайки резултатите от нивелиране и измерване на силата на тежестта на Земята по линията на нивелиране, се намира разликата в потенциалите между изходната и определяемата точки.

Геопотенциалната кота (число) се получава по данни от геометричната нивелация и от гравиметричните измервания по реперите. За получаване на геопотенциалните коти (числа) на нивелачните репери се взимат средните стойности на g_ср между реперите и съответните им превишения ∆h_. От формула (1.1) се вижда, че колко по-точно са извършени нивелацията и гравиметрията, толкова по точно се получават геопотенциалните коти (числа). При гравиметрични измервания по нивелачни линии най-производителна е методиката на еднократни измервания с контролни точки. Обикновено измерванията по тази методика се извършват с два статични гравиметъра за по добър контрол на резултатите. Такива са гравиметрите от вида ГАК, ГР/К2, ГНУ-КС или ГНУ-КВ, които са на разположение в Република България. Тези гравиметри са нетермоста-тирани и мащабните им коефициенти зависят от температурата, атмосферното налягане и скаловите им поправки. Същите имат по-голямо изместване на нулите в сравнение с гравиметрите La Coste @ Romberg и Scintrex CG-3 и CG-5.

Действителното изместване нулите на гравиметрите има сложен характер и не може да бъде прогнозирано напълно. Вълнообразното изменение на нулата на гравиметрите с време даже по малко от един час е обусловено от процесите на поляризация на кварцовата система. Замяната на вълнообразната линя на изместване на нулевата точка с права, както се практикува в гравиметрията е приблизително и довежда до понижаване точността на резултатите при високоточни гравиметрични снимки. Точността при еднократни наблюдения е по-ниска отколкото точността при многократни измервания за горепосочения тип гравиметри. Обикновено наблюденията с различни статични гравиметри са съпроводени с големи систематични разхождания на резултатите между тях. Понеже наблюденията с двата гравиметъра се провеждат по едно и също време и при едни и същи условия, разликите имат систематичен и случаен характер и са свързани с техническите особености на приборите и с микросеизмиката създавана от движещите се превозни средства (Милев и др., 2008). Разликите между приборите са обусловени и от криволинейното изместване на нулите им и от колебание мащабните коефициенти на отчетните устройства от транспортиране на гравиметрите.

Тези гравиметри може да се прилагат за детайлни, регионални и маршрутни /профилни/ снимки с разстояния между точките от десетки метри до 10-15 km. и повече.Основни части на всеки гравиметър са: измерителна част със собствения корпус на гравиметъра и външния корпус с топлозащитния стълб за пренасяне на гравиметъра. Цялата измерителна част е поместена в съда на Дюар, обезпечаващ надеждна защита на системата от резки температурни изменения на окръжаващата среда. В гравиметъра е монтиран температурен компенсатор, действащ ефективно в диапазон на температурите от –15⁰ до +15⁰С от точката на пълна температурна компенсация. Средната им грешка на измерване се колебае от ±0,030 до ±0,060 mGal, а при гравиметър ГНУ-КВ тя е до ±0,030 mGal. Гравиметрите на НИГаФ – ЕООД с номера 1514, 689 и 1388, както и гравиметъра на УАСГ номер 524 са със специално изготвени кварцови системи в Гравиметричната лаборатория на гр. Бургас от С. В. Вереда. Такива системи се изготвяха за всички гравиметри в наличност на Геофизичните предприятия. Тези системи са с по-висока чувствителност и точност на отчета около 0,010 милигала. Модернизирането на тези системи се състои в свеждане до минимум величината на пълзене на нулевата точка, неутрализация (йонизация) на електростатическите заряди, съществена компенсация на температурните влияния и премахване на вредни колебания на махалото на системата. Затова при тези гравиметри е най-добре да се използват мащабните коефициенти получени на специални полигони, а не в лабораторни условия в предвид на това, че системите на тези гравиметри видимо изменят своите свойства след като бъдат изведени от състояние на покой /т.е. при транспортиране с автомобил/. Най-добре е еталонирането на тези гравиметри да се прави преди започване на гравиметричните измервания и след завършването им, т.е. два пъти, понеже лабораторията в Бургас и гравиметричната лаборатория в София са унищожени и не е възможно вакуумирането на сега действащите гравиметри в Република България. А както се знае липсата на вакуум в кварцовата система води до изменение на мащабния коефициент, а също така и до по-големи разхождания на резултатите между гравиметрите.

При извършването на гравиметрична профилна снимка най-производителна е методиката, както подчертахме на еднократни измервания с контролни точки. Започва се от гравиметрична точка А минава се през реперите 1, 2, 3, 4, 5, и 6 след което се връщаме отново в А за отчитане преместването на нулевата точка, като преди това се извършва повторно наблюдение на някои от реперите обикновено средния или при шест наблюдавани репера се повтаря третия. Реперите при тази методика ги записваме така: А, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 3, А, 6. Реперите от А до 6 образуват едно звено на гравиметричния ход на измерване. Всяко звено се състои от q точки. При всяко звено се извършват по две или три измервания на първата и последната точки, и по едно на междинните и две на контролните точки. Точките при които имаме изпълнени по две или три наблюдения са работни опорни точки. Броят на наблюденията ( к ) в звеното ( L ) е свързан със следното съотношение съгласно (Любимов и др., 1970):

Изчислява се изместването на нулевите точки на гравиметрите от по-голям брой опорни и работни гравиметрични точки. Както се вижда от таблицата, средните квадратни грешки на звено от 7 до 8 репера, измерено за около 1 час или 1 час и 35 минути са до ±0,100 милигала. При времетраене над 2-3 часа средните грешки скачат под и над ±0,300 милигала. Или до около 1 час изместването на нулите на гравиметрите може да се счита за линейно.

В Евсеев (1957) е показана зависимост на “g” и “∆g_Фай.”от височините Н на гравиметричните точки, съответно:

g = А+В.Н (3.1) и

∆g _Фай.. = А+В.Н (3.2)

Гравиметричните измервания ускорението на силата на тежестта, както подчертахме се извършват по нивелачните линии по еднократна методика с контроли точки. Гравиметрират се по-голям брой работни опорни и контролни точки, за следене работата на гравиметрите с течение на времето и по-добър контрол на резултатите от гравиметричните измервания. Гравиметрирането на реперите по нивелачните линии І клас, се извършва с два гравиметъра, за да се намали обема на систематичните грешки при измерване и да се увеличи контрола на измерванията, тъй като движението на транспортни средства е доста натоварено по пътищата на страната. Понеже наблюденията с двата гравиметъра се провеждат по едно и също време и при едни и същи условия, разликите между тях имат систематичен характер и са свързани с техническите особености на приборите, както подчертахме. Разликите между приборите са обусловени, както от криволинейното изместване на нулевите им точки, така и от колебание мащабните коефициенти на отчетните устройства от изменение вакуума в кварцовите системи на гравиметрите, а също и от транспортиране на гравимет­рите. Гравиметрираните нивелачни линии, както подчер­тахме се привързват към точките от Еталонната гравиметрична мрежа на Република България, която е привързана към базисната мрежа от абсолютни точки (UEGN, 2002) (Милев и др., 2005; 2008). По този начин, чрез извършването на профилни гравиметрични снимки се получават точни резултати за координати, коти и земно ускорение.

Със средствата отпускани за преизмерване на Държавната нивелачна мрежа на Република България І клас и за гравиметрирането й, същата ще може да сгъсти гравиметричната снимка със средна грешка на гравиметриран репер под ±0,300 милигала. Макар и остаряла наличната гравиметрична апаратура в България може да осигури точност от еднократно измерване на репер доста по-малка от ±0,300 милигала. От направените изследвания и еталонирания на гравиметрите през последните години, като по-стабилни и надеждни за гравиметрични измервания и способни да осигурят тази точност се оказват гравиметрите ГНУ-КВ №296, ГР/К2 №1319, ГНУ-К2 №138 и ГНУ-КС №384, собственост на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”. Необходимо и задължително е да се използва каталогът на Еталонната гравиметрична мрежа, намиращ се в Агенцията по геодезия, картография и кадастър от фирмите изпълнителки на гравиметричните работи. Данните от извършваните профилни гравиметрични снимки по нивелачни линии могат да се използват освен за геодезически цели, също така и за геоложки и геофизични цели, както и за по-точно определяне на геоида на Република България, така също и за реамболиране на гравиметричните карти на Република България в мащаби 1:200000 и 1:100000.

Беляшки, Т. 2008. Държавна нивелачна мрежа І клас на България. – Геодезия, картография, земеустройство, 5-6, 8-10.

Евсеев, С. В. 1957. О некоторых зокономерностях гравитацианного поля земли и их значении для геодезии и геофизики. Киев, Изд. АН УССР, 72 с.

Любимов, Г. А., А. А. Любимов, В. И. Павловский. 1970. К выбору оптималной методики гравиметрической съемки способом приращении. – Прикладная геофизика, 58.

Милев, Г., Д. Руес, К. Улрих, К. Василева, Л. Стаянов, Т. Вълев, Е. Михайлов, Н. Димитров. 2005. Абсолютни измервания и гравиметрична система на България. – Геодезия, картография, земеустройство, 5-6, 10-17.

Милев, Г., Г. Вълев, К. Василева, Е. Михайлов. 2008. Национална гравиметрична мрежа на България – Геодезия, картография, земеустройство, 5-6, 4-8.