مختصری در مورد روش ثقل سنجی

اساس روش گرانی سنجی بر پایه رابطه مشهور قانون جاذبه نیوتن است.طبق این قانون هر جسمی به جرم Mمی‌تواند به هر جرم دیگری که از آن فاصله معینی دارد نیرویی به نام نیروی جاذبه یا گرانی اعمال کند.

روشن است سیاره زمین نیز مشابه یک جرمی بزرگ می‌تواند به هر جسم دیگری که روی سطح آن است و یا در فاصله معینی از آن قرار دارد، نیروی جاذبه اعمال کند. طبیعی است که هر چه جرم جسم بزرگتر و یا چگالی آن بیشتر باشد مقدار این نیرو نیز بیشتر است.
به بیان دیگر سنگ‌ها و کانی‌هایی که چگالی بیشتر دارند میزان کشش گرانی آن‌ها زیادتر است. سنگ‌هایی که در مقایسه با سنگ‌های اطراف خود چگالی بیشتری دارند میدان گرانی زمین روی آنها بیشتر است در حالی که بر روی توده سنگ‌هایی که چگالی کمتری دارند کمبود گرانی قابل تشخیص و ثبت است. این تغییرات میدان گرانی زمین در اثر وجود بی‌هنجاری‌ها ی محیطی را آنومالی یا بی هنجاری گرانشی گویند. این بی‌‌هنجاری‌ها برای تشخیص منابع زیرزمینی از قبیل مخازن نفتی – منابع کارستی – حفره‌های زیرزمینی و تغییرات سنگ‌شناسی ناشی از ناپیوستگی‌هایی مانند گسل‌ها وسیله مناسبی‌اند.

همانطور که می‌دانید اعمال نیروی گرانی از سوی زمین بر جسمی که روی سطح آن یا بالای آن قرار دارد به آن جسم شتابی می‌دهد که به آن شتاب سقوط آزاد یا شتاب گرانی گویند. تغییرات شتاب گرانی با نیروی گرانی متناسب است.اندازه‌گیری همین تغییرات شتاب گرانی در کاوش های ژئو فیزیکی از اهمییت بسزایی برخوردارند.

واحد اندازه‌گیری گرانی سنجی معمولاً بر حسب میلی گال یا میکرو گال بیان می شود. علاوه بر تغییرات چگالی تغییرات ارتفاع نیز می تواند بر میزان گرانی تاثیر بگذارد به گونه ای که افزایش ارتفاع نیز می‌تواند موجب کاهش مقدار گرانی شود.
بنابرین انجام دادن عملیات ترازیابی یا ارتفاع سنجی نقاط اندازه‌گیری قبل از شروع عملیات گرانی سنجی ضروری است.

کاربرد روش ثقل سنجی
در این روش اندازه‌گیری تغییرات میدان جاذبه زمین در نقاط مختلف آن انجام می شود. با توجه به وابستگی میان میدان جاذبه و چگالی توده‌های مختلف زیرسطحی، با ثبت میدان جاذبه می‌توان مواد معدنی با چگالی بیشتر یا کمتر از سنگ‌های درونگیر آن ها را کشف نمود. این روش را می‌توان در سطح زمین یا در داخل تونل‌های زیرزمینی اجرا نمود. در اکتشافات هیدروکربنی این روش به همراه روش مغناطیس سنجی به عنوان یک ابزار شناسایی کاربرد دارد. اجرای این روش ارزان‌تر از روشهای لرزه نگاری و گران قیمت‌تر از سایر روش‌های ژئوفیزیکی است. در مطالعات مهندسی و باستان‌شناسی خصوصاً برای کشف حفره‌های زیرزمین کاربرد ویژه دارد. ژئوفیزیکدانان به وسیله گرانی‌سنج، تفاوت‌های اندک سنگ‌های زیرین زمین را بر اساس وزن آن‌ها مشخص می‌کنند.توسعه و کاربرد گرانی‌سنج برای اندازه گیری صحرایی به اوایل دهه 1930 مربوط است.
در روش ثقل سنجی، همانند روش‌های مغناطیس سنجی، رادیومتری و برخی روش‌های الکتریکی، اندازه‌گیری میدان با چشمه طبیعی زمینی انجام می شود.
اولین بار گالیله در حدود سال 1589 تاثیر شتاب جاذبه زمین بر روی اجسام با وزن‌های مختلف را کشف نمود. پس از او نیز کپلر قوانین حرکت سیارات را اثبات کرد و بدنبال او نیوتن قوانین عمومی جاذبه زمین را در سال 1685 گزارش نمود.
پییر بوگر طی سالهای 45-1735 بسیاری از روابط اساسی ثقل سنجی از جمله تغییرات شتاب جاذبه با ارتفاع، عرض جغرافیایی و... را بدست آورد.
در سال 1901 اولین برداشت ثقل‌سنجی توسط رونالدفون اوتوس روی دریاچه یخی والاتون انجام شد و به تدریج این روش مطالعاتی گسترش یافت. اولین اکتشاف ژئوفیزیکی نفت در دسامبر سال 1922 با اندازه‌گیریهای ثقل سنجی در میدان نفتی اسپین دلتا اجرا شد.

دستگاه‌های گرانی‌سنجی

اولین دستگاه اندازه‌گیری میدان جاذبه (آونگ مرکب) در سال 1817 توسط کاپیتان هنری کِیتِر ابداع شد.

دستگاه های اولیه از نوع پایدار بوده‌اند. این دستگاه‌ها به طور کلی توسط نوع حساس‌تر ناپایدار جایگزین شده اند و فقط از لحاظ تاریخی اهمیت دارند.
تمام گرانی‌سنج ها، اساساً ترازوهای مکانیکی بسیار حساسی هستند که در آن‌ها جرمی توسط یک فنر نگهداری می شود. تغییرات جزئی گرانی سبب حرکت وزنه در مقابل نیروی بازگرداننده فنر می‌شود. در نوع پایدار نیاز به تقویت قابل ملاحظه تغییرات بسیار کوچک فنر وجود دارد.عمل تقویت ممکن است مکانیکی، نوری، الکتریکی یا ترکیبی از آن‌ها باشد.

گرانی‌سنج‌ها

گرانی سنج‌های ناپایدار که به ناپایا، یا نا ایستا هم معروفند دارای یک نیروی بازگرداننده منفی هستند که نظیر نیروی گرانشی در مقابل فنر بازگرداننده عمل می کند. این دستگاه‌ها اصولاً در حالتی از تعادل ناپایدارند و لذا حساس‌تر از انواع پایدارند.
مزایا: قابلیت حمل، استحکام، سرعت در قرائت
معایب: حجیم و سنگین بودن، حساسیت به تغییرات دما، فشار، تغییرات کوچک مغناطیسی و لرزه ای