Historia pomiarów grawimetrycznych w Polsce

W powojennej Polsce kilkakrotnie podejmowano o prace nad utworzeniem referencyjnej osnowy grawimetrycznej. Udział w tych pracach brał również obecny Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy (PIG-PIB).

Pierwsza osnowa grawimetryczna 1. klasy została założona na podstawie 18 punktów przez PIG i Instytut Geodezji i Kartografii w latach 1955–1957. Punkty tej osnowy zlokalizowano na lotniskach w celu umożliwienia transportu lotniczego przyrządów pomiarowych i zminimalizowania ryzyka wpływu nieliniowości dryftu grawimetrów na wyniki obserwacji. W 1959 roku osnowę krajową dowiązano do systemu poczdamskiego w punkcie Warszawa Okęcie.
W latach 1957–1962 wcześniejszą osnowę dogęszczono poprzez wprowadzenie do sieci 144 niestabilizowanych punktów 2. klasy, odległych wzajemnie o 50–60 km. Prace nad utworzeniem osnowy były prowadzone przez PIG, Przedsiębiorstwo Poszukiwań Geofizycznych (PPG) i IGiK. Obserwacje zostały wyrównane w IGIK w 1962 roku. Wyniki wyrównania wartości na punktach 1. i 2. klasy z dowiązaniem do punktu fundamentalnego Warszawa-Okęcie i przeniesieniu tym samym międzynarodowego, poczdamskiego poziomu odniesienia na osnowę grawimetryczną Polski uznano za obowiązujące na potrzeby wykonywania badań grawimetrycznych do celów geologiczno-poszukiwawczych. Błąd wyznaczenia wartości absolutnych na punktach osnowy szacowany był na ±0,016–0,062 mGal. Utworzona z udziałem PIG osnowa grawimetryczna Polski po wyrównaniu oparta była na sieci 162 punktów 1. i 2. klasy. System ten określono jako system PIG-62.
W kolejnych latach, w miarę realizacji przez PIG programu obejmującego wykonanie półszczegółowego zdjęcia grawimetrycznego Polski, osnowa grawimetryczna była sukcesywnie rozbudowywana i dogęszczana niestabilizowanymi punktami 3. klasy. Pomiary grawimetryczne na punktach 3. klasy oraz na punktach wypełniających wykonywało ówczesne Przedsiębiorstwo Badań Geofizycznych w Warszawie. Wyrównanie wykonywano również sukcesywnie przez przyłączanie do sieci kolejnych stanowisk zlokalizowanych na obszarach, na których prowadzono bieżącą akwizycja danych grawimetrycznych półszczegółowego zdjęcia grawimetrycznego. Wyrównanie wykonywane było w dowiązaniu do najbliższych lokalnie punktów sieci PIG-62. Pomierzone na całym terytorium kraju punkty 3. klasy (ok. 5000) nigdy nie zostały wyrównane w jednym procesie obliczeniowym, obejmującym wszystkie punkty sieci 3. klasy. Współrzędne punktów sieci 3. klasy określono na podstawie map topograficznych układu „Borowa Góra” w skali 1:50 000 z dokładnością σX = σY = ±50 m.
Zgodnie z uchwałą XV Zgromadzenia Generalnego Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki w Moskwie w 1971 r., w ramach prac prowadzonych przez PIG i Przedsiębiorstwo Badań Geofizycznych (PBG) nad tworzeniem pierwszej komputerowej bazy danych grawimetrycznych w latach 1976–1992 wartości przyspieszenia siły ciężkości punktów osnowy grawimetrycznej zostały ,skorygowane o stałą poprawkę systemu poczdamskiego względem systemu IGSN71. Operację te opisano wyrażeniem:


gPIG-IGSN71 = gPIG-62 – 14.00 mGal


W rezultacie powstał w PIG nowy katalog punktów osnowy grawimetrycznej zawierający dane 162 punktów w systemie grawimetrycznym PIG-IGSN71, o współrzędnych w systemie „1942” opartych na elipsoidzie Krasowskiego.
W 1997roku wprowadzony został w Polsce nowy grawimetryczny system odniesienia POGK97. Osnowa grawimetryczna POGK97 jest oparta na 363 zastabilizowanych punktach podstawowych. Pomiary osnowy wykonano w latach 1994–1997względnymi grawimetrami LaCoste & Romberg o dokładności ±0,010 mGal. Do osnowy włączono 18 punktów podstawowych 1. i 2. klasy, ocalałych z wcześniejszych edycji sieci. Współrzędne punktów sieci określono na podstawie map topograficznych w skali 1:50 000 układu „1942” z dokładnością wyznaczenia współrzędnych σX = σY = ±50 m. Wysokości punktów nie wyznaczono za pomocą niwelacji technicznej. Wyrównanie wartości absolutnych przyspieszenia siły ciężkości przeprowadzono w 1998 roku w Instytucie Geodezji i Kartografii. Sieć wyrównano jako swobodną z punktem odniesienia w Obserwatorium Geodezyjno-Geofizycznym Borowa Góra w nawiązaniu do 6 punktów absolutnych: Borowa Góra, Borowiec, Gdańsk, Koszalin, Książ i Ojców. Wartości przyspieszenia siły ciężkości na tych punktach wyznaczono aparaturą balistyczną i przyjęto je jako bezbłędne w procesie wyrównania. Błąd wyrównanej wartości przyspieszenia siły ciężkości na punkcie osnowy nie przekracza σg = ±0,010 mGal. Założona osnowa została uznana za obowiązującą przez państwową służbę geodezyjną i obowiązuje do dziś (http://www.igik.edu.pl).

graw 03 01

Schemat przęseł osnowy grawimetrycznej Polski POGK97 (http://www.igik.edu.pl)


W latach późniejszych, w miarę powiększania się ilości materiału obserwacyjnego oraz liczby punktów absolutnych wykonano kolejne wyrównania sieci grawimetrycznej Polski. Nowe, nieoficjalne osnowy grawimetryczne określono jako POGK99 oraz POGK04. Rozkład wartości różnic pomiędzy wcześniejszą osnową PIG-IGSN71 a osnową POGK99 oraz POGK04 pokazano na rysunku.

graw 03 02
Rozkład różnic wyznaczenia wartości g na punktach podstawowych osnowy PIG-IGSN71 a osnowami POGK99 oraz POGK04 (http://www.igik.edu.pl)


W latach 2007–2008 Instytut Geodezji i Kartografii prowadził modernizację istniejącej osnowy grawimetrycznej. W ramach modernizacji założono i pomierzono za pomocą grawimetru balistycznego FG-5 nr 230, należącego do Politechniki Warszawskiej, 5 nowych punktów absolutnych, które uzupełniają dotychczasową sieć punktów absolutnych 1. klasy oraz 11 punktów absolutnych zlokalizowanych wzdłuż grawimetrycznych baz kalibracyjnych.
Wszystkie nowozałożone absolutne punkty grawimetryczne zostały przez zespół IGiK dowiązane do punktów krajowej osnowy grawimetrycznej za pomocą pomiarów względnych wykonanych grawimetrami LaCoste & Romberg (http://www.igik.edu.pl).

graw 03 03
 
Aktualny stan podstawowej osnowy grawimetrycznej w Polsce (http://www.igik.edu.pl)

 

Osobnym aspektem jest konstrukcja sieci stacji pomiarowych w Polsce w celu wyznaczenia osnowy grawimetrycznej głównego rzędu. Obecnie w Polsce funkcjonuje 15 stacji absolutnych pomiarów grawimetrycznych (Koszalin, Gdańsk, Piwnice, Borowiec, Książ, Korytnica, Ojców, Lamkówko, Giby, Borowa Góra, Józefosław, Białowieża, Sieniawa, Zakopane i Kasprowy Wierch). Zapewniają one obserwacje na obszarze głównych jednostek geologiczno-strukturalnych Polski. Do zapewnienia pełnego monitoringu grawimetrycznego niezbędna jest budowa dalszych, co najmniej sześciu stacji absolutnych.