Gravimetrie

Gravimetrie je částí geofyziky, která zkoumá přitažlivou sílu Země. Tato síla se nazývá tíže a je výsledkem působení gravitační síly Země (ve smyslu Newtonova gravitačního zákona) a odstředivé síly, dané rotací Země. Tíže vyvolává tíhové zrychlení, které lze na povrchu Země měřit pomocí kyvadel (např. reverzní kyvadlo) a gravimetrů, pracujících na principu pružnosti spirály nebo torze vlákna.

Poměrně husté měření hodnot tíhového zrychlení na povrchu Země a sledování změn drah družic umožňuje vytvořit model tzv. normálního tíhového zrychlení a z něj např. odvodit tvar geoidu – tělesa blízkého skutečnému tvaru Země. Tato část gravimetrie je součástí tzv. vyšší geodézie.

Průzkumná gravimetrie jako součást užité geofyziky studuje anomálie tíhového zrychlení, tedy rozdíl naměřené hodnoty tíhového zrychlení v daném bodě a normálního tíhového zrychlení. Běžné měření tíhového zrychlení se provádí relativními gravimetry, které měří relativní hodnoty nastavené výrobcem. Absolutní hodnoty zrychlení se vypočítají opakovaným měřením na bodech tíhového pole, na kterých byla absolutní (reálná) hodnota tíhového zrychlení změřena absolutním gravimetrem („padostrojem“). Pro území České republiky jsou hodnoty absolutního tíhového zrychlení dány tzv. realizací tíhového systému S-Gr95 a S-Gr10.

Obr. 1: Setinný gravimetr CG-5 (fa Scintrex, Kanada)

Pro průzkumnou gravimetrii se nejčastěji používá tzv. úplná Bouguerova anomálie (ÚBA), kdy se mimo odpočtu normálního tíhového zrychlení (referenčního elipsoidu WGS-84) ještě zavádí oprava na „volný vzduch“ (Fayova redukce), oprava na Bouguerovu desku (Bouguerova redukce), topografická korekce, oprava na zakřivení Země (Boulardův člen) a korekce na slapy (přitažlivost Slunce a Měsíce). Hodnoty ÚBA jsou ve srovnání s hodnotou tíhového zrychlení velmi malé (cca 100 µm . s^-2 versus 9,8 m . s^-2), přesto ÚBA indikuje geologicky, geotechnicky i archeologicky využitelné informace o změně hustot hornin pod povrchem až do hloubek 5 km, v oblastech silných zdrojů anomálií až do 15 – 20 km.

Hodnoty ÚBA (např. v podobě mapy) obsahují indikace z veškerých hustotních diferencí, obsažených v geologické stavbě. Zaznamenávají indikace zlomů, typů hornin, umožňují představu o plošném rozsahu hornin a o jejich podpovrchovém pokračování a hloubkovém dosahu. Mimo výpočet ÚBA existují další modifikace tíhových map, např. mapy regionálních a reziduálních anomálií a mapy Linsserových horizontálních gradientů, zobrazující tektonickou porušenost území a jeho petrografickou a regionálně geologickou stavbu. Hodnoty ÚBA i dalších anomálií bývají často uváděny v jednotách miligal (mGal; 1 mGal = 10 µm . s^-2). Na území ČR dosahuje ÚBA nejnižší hodnoty -74 mGal v Podkrušnohoří, v oblasti Sokolov – Karlovy Vary díky lehkým granitoidům a podkrušnohorskému zlomovému pásmu. Nejvyšší hodnota ÚBA ve výši +15 mGal je změřena na Moravě, v oblasti Židlochovic. Tato anomálie je vázána na těleso těžkých bazických hornin brněnského masívu.

Jako ukázka je uvedena mapa ÚBA z oblasti karpatské předhlubně, kde je především v levém horním rohu mapy viditelné výrazné zahuštění izolinií, indikující tektonického omezení západního okraje karpatské předhlubně.

Obr. 2: Mapa úplných Bouguerových anomálií na mapovém listu 25-132 Lipník nad Bečvou s označením jednotlivých anomálií (redukční hustota = 2,67 g . cm^-3, krok izonomál tíhového pole = 0,5 mGal, vztaženo na S-Gr95)