26(21分)
如图,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油,假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ。石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔,如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向,当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏高,重力加速度在原坚直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”为了探寻石油区域的位置和石油储量,常利用P点到附近重力加速度反常现象,已知引力常数为G
(1)?设球形空腔体积为V,球心深度为d远小于地球半径R,PQ=x求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常
(2)?若在水平地面上半径L的范围内发现,重力加速度反常值在δ与kδ,k>1之间变化,且重力加速度反常的最大值出现在半径为L的范围的中心,如果这种反常是于地下存在某一球形空腔造成的,试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积
(1)逆向思维。填满岩石就回到正常值,则反常就是这部分岩石的引力引起的!
GMm/r^2=m△g,△g=GM/r^2
M是这部分岩石的质量M=ρV,△g=GM/r^2=GρV/r^2
r^2=d^2+x^2
重力加速度在原坚直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”
重力加速度反常△g'=△gsin∠PQO=△g*d/r
=GρVd/r^3=GρVd/[√(d^2+x^2)]^3=GρVd/(d^2+x^2)^(3/2).
(2)对照图:
重力加速度反常的最大值出现在半为L的范围的中心,则重力加速度反常最大值kδ就是在P点!最小值δ就是在Q点!PQ=x=L!
S=GρVd/(d^2+L^2)^(3/2)
x=0就是最小值:kδ=GρVd/(d^2)^(3/2)=GρV/d^2
k=kδ/δ=[(d^2+L^2)^(3/2)]/d^3=[(d^2+L^2)/d^2]^(3/2)
=[1+(L/d)^2]^(3/2)
1+(L/d)^2=k^(2/3),L/d=√[k^(2/3)-1],d=L/√[k^(2/3)-1].
kS=GρV/d^2
V=kδd^2/Gρ=kδL^2/Gρ[k^(2/3)-1].