Файл: Богданов, В. И. Вычисление гравитационных аномалий от трехмерных тел (графические способы).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 34

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

w.

 

 

 

 

Is (3 COS2 a — i) — z-l

 

 

S

 

 

S

 

S

 

(H+z'-f--

 

dldad z;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w„ - M S S

13 (3 sin2 a — I) — z-l

 

 

 

 

 

 

(l2 +

г2)*/,

 

dldadz;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

f f ! (2z2 —1-)

dldadz

 

 

W.„ =

fa J

J J

Ц-2

Z-MI".

 

 

 

 

 

 

 

И

Г

13 sin a cos a

 

 

 

WX I /

 

 

 

S

ni

 

^

dldadz’

(11)

 

 

 

 

 

 

 

 

(1-2+

22}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

Г

12Z COS а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Г2 + 2“)

 

 

 

 

 

, =

 

 

f

Г

 

Г

122

sill a

 

 

 

 

 

3/a J

\

 

\ —-------dldadz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

( ' “b

)

 

 

 

 

ж =3MSS

/3 (sin2 a — cos2 a)

 

 

 

 

(12.

 

-I5/".

 

dldadz.

Аналогично для

третьих производных

гравитационного потен­

циала будем иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^*,* = 3/0 S

S

 

р2 cos 0 (Зр2 + 3у2 — 5р2 cos2 0)

dpdQdy,

 

S

S

 

 

 

(р2 +

v-)v-

 

 

 

W.,

 

 

 

 

 

 

РУ (Зр2 — 2у2)

dpdQdy;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

(р2+ Г.)’/,

 

 

 

Г Г

Г

о2 sin 0 (Зо2 +

3w2 — 5р2 sin2 0)

dpdQdtj]

И^ = 3/а) J J 2----

 

 

(Р2 +

 

У2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

Г (

 

t

РУ(Р2 + У 2 — 5p2cos20) ,

 

ч— 3/° )

1 ) --------

 

 

 

 

 

 

W

- 8/. j

j

j

 

р’ " п е(';,+ |';„7,.5?,с” ,е)

 

Гf tr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(р2 +

J,S)V.

 

 

(12)

 

WХУУ"~з/а15

$-р2 cos 6(?з—

 

 

dpdQdy;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(р- +

У-)'1'-

 

 

 

_

 

Г

Г

Г р2 sin 0 (р2 — 4у2)

 

 

Wууг — 3/а )

\

)

 

 

(р2 +

!/2)У=

dpdQdy;

W'• т

о, Г Г

Г

Р2 cos 0 (р2 +

у2 — 5р2 sill2 0)

 

 

 

1

 

 

 

 

iFTi^------- dpdQdy;

10


 

УР (P2 + j/2 — 5Psin2 0)

dpdQdy;

 

S S

(P“ + !/'-)''5

 

 

С С С Р sin 0 cos 0

 

l5M )1

(fH. „ .у ,

 

S J

S

 

3z2 — 51- CO S -a)

 

l - CO S a (3/2 +

 

 

 

 

did adz;

Г Г f

l - sin a (3Z2 +

3z2 — 5/,2 sin2 a)

w УУУ =3/aj J }—

(/2 + г ф

dldadz,‘

С Г f zl (3/2 — 2z2)j

W'» = 3/0! 1 J ф Ц ф ф Г dld3d*‘.

 

 

 

V

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

(/2 +

*2)’/,

dldadz

 

 

 

 

 

 

 

f

f

f zZ (/2 +

22 5/2 cos2 я)

W

3/3)

)

)

---------

dldadz;

 

 

V

 

 

(/2 +

a*)7'»

 

 

 

 

 

 

 

 

(13)

 

 

 

/2 CO S a (/2

- j - Z 'X — 5 /2

 

 

 

sin2 a )

**=зМ П

 

 

........

dldadz;

 

V

 

 

 

(12 +

a*)"»

 

ж т

 

S

S

Ш" +

"

~ ‘ dldxdz’

3/0=i

 

 

 

zl

(l-

+

z 2 —

5 / 2 sin2 a )

 

 

 

 

/2 CO S a (/2 — 4 Z 2)

 

 

 

 

j j j ---------------- =£----- dldadz;

 

 

 

V

 

(/2 +

a®)*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2 sin a (Z2 — 4з2)

у гг -

 

s s

 

(/г +

32)%

did jidZi

№-

= 3M

 

 

 

 

 

Г Г (* /3zZ3 sin a COcosS аi

dldadz.

MV-= 3/o j J

J

 

%

 

 

 

 

 

C2 +

22)’

 

Сопоставление формул (7), (8) и (9), (10) и (И), (12) и (13) для ка­ кой-нибудь одной системы коордииат, а также выражений для производных одного порядка в различных системах коордииат ■свидетельствует о сходном их написании. Это позволяет надеяться на возможность построения трехмерных диаграмм, единых для расчета различных производных гравитационного потенциала. Поскольку потенциал и все его производные являются гармони­ ческими функциями, то в точках пространства, не занятых притя­ гивающей массой, должно выполняться условие равенства нулю

•оператора Лапласа [7]:

ДЩ = IV.ra + W yy + w „ = 0.

(14)

11


Уравнение (14) необходимо при вычислении одних производных потенциала по значениям других.

Для расчета гравитационного эффекта какого-либо тела не­ обходимо в соответствии с поставленной задачей выполнить ин­ тегрирования (7)—(13). При графическом методе вычисления гра­ витационных аномалий интегрирование приближенно заменяется суммированием по всему объему тела. Для этих целей все нижнее полупространство разделяется на элементарные объемные ячейки с одинаковым гравитационным действием, создаваемым каждой

из иих в начале координат [1, 4, 8].

координат

ус­

Для горизонтальной цилиндрической системы

тановим

следующие пределы интегрирования: по

р — от

р,

до

р,.+1, по 0

— от 8 к до 0 А:+1 при изменении углов

от

0 до

■к и по

у —от — b до -)-&. При этом объем элементарного горизонтального цилиндра длиной 2Ъ и симметричного относительно плоскости

XOZ равен 26pdpd0.

Аналогично для вертикальной цилиндрической системы ко­ ординат пределы интегрирования будут следующие: по I — от Z,. до li+1, по а — от аА. до ад.+1 при изменении углов от 0 до 2 к и по z — от 0 до z. Соответственно объем элементарного вертикального цилиндра, верхняя кромка которого совпадает с плоскостью XOY,

анижняя погружена на глубину z, равен zldlda.

Взаключение этой главы приведем таблицу некоторых неопре­ деленных интегралов, с которыми приходится иметь дело при вы­

числении (7)—(13):

dx

■— III +

7х- +

а-)',

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xdx

■= 7х'- -j- a-i

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

7xi + а2

 

 

 

 

 

dx

 

\

In

 

 

 

 

 

x 7 x ‘i

-{-a-

a

 

 

 

 

 

a -j- 7 x'i -j- a2 ’

 

 

Г

 

dx

 

7 x'2 +

a2

 

 

 

J x2 7a;'- -|- a2

 

a~x

 

 

 

7xi + aidx =

 

7xi +

a2 +

In (x -j- 7x4 +

a2),'

(15)

 

 

dx

 

 

x

 

 

 

 

(xi +

aifk

a2 7x‘i +

a2

 

 

 

x d x

 

1

 

 

 

 

(:£2 + a 2У’,,

7 1 2 -f- a2

 

 

 

x^dx

 

=

x -f- 7 ±ь -)- n2

 

 

 

 

(*2 + 0.4) I*

In -----------------

 

u ! -(- a2

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

I

In

 

 

 

a

 

 

Г = yi

a -f 7x4 -J- aA

7x2 +

a2

 

x (xi -)- a2)3/:

 

 

 

 

12


 

dx

 

 

 

 

x

у/ x- -J- я2

 

 

х- (х2 +

я2)'/з

 

 

\ у/ x-

+ a2

 

х

 

 

dx

 

 

 

x

 

1

 

x3

 

 

(х- -j- я2) '3

0,1

\ 7х2 +

я2

^

(ж2 + я2) 3 I ’

 

 

x d x

 

 

 

1

 

 

 

 

 

(х2 +

я2)3'3

 

3 (х2 +

я2)3'3 ’

 

 

 

Г

хЫ х

 

1

 

х3

 

 

 

J

(х2 +

я2)3/з

За2

(х 2 +

a - f 1-

 

 

хЫ х

 

 

я2

 

 

1

 

 

 

(х2 + я2)3/з

(х2 +

я2)3/з

v'x2 +

я2 ’

 

x id x

х -{- v'x2 +

я2

 

 

 

х 3

 

(х2 +

~In

 

 

 

 

\'х 2 -f- а-

3 (х 2 +

а 2)3/г ’

я2)5'3

 

 

 

 

 

dx

 

 

Зя^х

 

12х

4x3

(х 2 +

я 2)’/з

15ali

(х2 +

я2)5/з

v'x2 + я2

(х2 +

я2)3'3

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(х2 +

я2)7'3

 

5 (х2 +

я2)5/з

 

 

x -dx

 

 

Зх)

 

 

хЗ

 

За^х

(х2 +

я2)7'3

i5ai

v'x2 +

а2

(х2 +

я2)3/з

(х2 +

я2)5/зJ ’

x3dx

1

 

Зах*

 

 

яЗ

За

(х 2 +

а 2)7'3

_ (х 2 + а 2)Ь/з

 

(х 2 +

я 2)’'3

V'x2 +

а 2

 

 

x ^ d x

 

 

 

 

 

 

 

 

J

(х2 +

а2)7'3

5а2

(х2 -|- я2)”'3

 

 

Вое интегралы, кроме 1-го, 2-го, 7-го, 12-го, 17-го и 20-го, могут быть вычислены при помощи подстановок Эйлера или же путем под­ становки x = atgt. В последнем случае они сводятся к интегра­ лам от различных комбинаций функций синуса и косинуса. Осталь­ ные интегралы (15) являются табличными или же легко приводятся к ним.

Г л а в а II

ГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ОТ ТЕЛ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Большой интерес, проявляемый гравиметристами к изучению глубинных плотностных неоднородностей в Земле при интерпре­ тации региональных съемок, привел некоторых исследователей к выводу о целесообразности использования при этом потенциаль­ ной функции [9,10,11,12]. Действительно, в аномальном поле гра­

13