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
|
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 3у 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 (х + |
7х- + |
а-)', |
|
|
||||
7л |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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