物理讨论题

组长：叶宇光组员：吴烁、吴越、何飞、杨少帅、康莉霞、张文艺、刘鹏林人们对重力的研究早于16世纪中叶，意大利物理学家伽利略（G.Galieo)第一个发现了自由落体定律和第一个测得G的值980cm/s^2，也是第一个知道摆具有一定的摆动周期的人。1887年匈牙利科学家斯坦尔涅克发明了测量相对重力值的振摆仪，到上世纪30年代静力测量仪器得到了迅速发展。到90年代以后，由于动态差分GPS定位(DGPS)技术的发展,使重力探测方法技术又向前迈进了一大步。如目前最为先进的航空重力测量系统在飞机上实现了高精度导航定位,使航空重力测量所必需的垂直扰动加速度修正精度和厄特渥斯改正的精度,有可能达到或好于1mGal的量级,航空重力测量的精度有可能达到或好于1mGal。重力探测是地球物理探的主要方法之一，应用领域主要有：1、地球深部结构；2、区域地质构造；3、研究沉积岩内部构造，为勘探石油、天然气、煤田、岩盐、地下水及其它沉积矿床提供构造方面的依据；4、直接或间接寻找金属或非金属矿床；5、配合其他物探方法进行地质填图；其外，还用于航空航天和军事等领域。它的物性前提是地壳内不同地质体间存在的密度差异。在地球附近的一切物体都将受到2个力的作用：1、地球所有质量对它产生的引力（牛顿万有引力）；F=GMm/r^32、地球自转而引起的惯性离心力C=ω^2r。地球的形状：赤道半径：a＝6378.16km极半径：c=6356.76km椭球体扁率：e=(a-c)/a=1/298.25地球的结构：外地壳：5-90km，平均33km，平均密度2.7g/cm^3壳下层：33-900km，3.32-4.49g/cm^3地幔（中间层）：地壳下层-2900km，3.32-4.49g/cm^3地核：2900-地心，跃变9.69-12.17地球的质量：M＝5.976×10^27g重力加速度和重力场：P＝m.gm-质量,P-重力，g-重力加速度g=P/m单位质量反受重力作用的大小，又称为重力场强度，因此，g既是重力场强度又是重力加速度。厘米克秒与SI制1cm/s^2=1伽（Gal)＝10^-2m/s^21Gal=1×10^-3mGal＝1×10^-6μGal1mgGal=10^-5m/s^21μGal=10^-8m/s^2SI制中：1g.u(GravityUnit)=10^-6m/s^2=0.1mGal重力场的数学表达式：g=F+CF-地球引力场强度，C-离心力场强度F大致指向地心，平均值约980×10^-5m/s^2，C垂直于SN,C最大＝3.39×10^-5m/sZ^2所以，C大约是g的1/300.重力异常（gravityanomaly）由于地球质量分布不规则造成的重力场中各点的重力矢量g和正常重力矢量γ的数量之差。它是研究地球形状、地球内部结构和重力勘探，以及修正空间飞行器的轨道的重要数据。g0值的特征：1、是人们根据需要提出来的,不同的计算公式对应不同参数的地球模型，不是客观存在的；2、正常重力值只与纬度有关，在赤道上最小，在两极最大，相差约50000g.u；3、正常重力值随纬度的变化率在45度时达到最大，而在赤道和两极时最小，为零；4、正常重力值随高度增加而减小，变化率为-3.086g.u/m。相对测量——石英弹簧重力仪观测精度0.3g.u.→0.03mGalWorden重力仪，环球重力仪金属弹簧重力仪观测精度D型0.01g.u.→1μGalG型0.02g.u.→2μGal超导重力仪：利用铌等超导性质，以及在超导体表面形成超导屏蔽电流而产生排斥外磁场的磁矩而设计的，在永久磁场中，小球受重力与磁力的反作用形成平衡，使小球悬浮在空中，随重力的变化，小球也随之上下移动，以此来测量重力的变化。1、地震勘探2、绪论一、地震勘探方法简介1.原理地震:天然地震:地球内部岩浆流动和胀缩产生,大,灾害人工地震:人工震源产生,小,地震勘探地震勘探:人工震源激发地震波，研究其在地下介质中的传播规律，解决地质问题。各物探均以各种物性为前提，地震勘探依据岩、矿石的弹性，研究地下弹性波场的变化规律。地震波弹性界面路径改变能量吸收旅行时间、速度（t,v）强度、波形改变（A,f,ф）知构造知岩性地震勘探：简称“震探”，浅部地质调查――“浅震”，地震勘查或地震勘察。浅层地震勘探：常用于“水、工、环”地质调查，主要用于解决：工程地质填图、建筑、水电、矿山、铁路、公路、桥梁、港口、机场等各种工程地质问题，因此，多被人称之为：“工程地震勘探”。2.分类据波的类型分:纵波、横波、面波勘探据波传播特点分：反射、折射、透射波法据目的层深度分：浅层n.100m，中层(n.100～n.1000m)，深层n.1000m据勘探目的任务：工程(浅层),煤田,石油,地震测深地震测深:研究大地构造、深部地质问题二、浅震的特点及应用1.特点：工作面积小，勘探深度浅，探测对象规模小，浅部各种干扰因素复杂优点：精度高、分辨率高、抗干扰能力强、仪器轻便2.应用:地震勘探在众多物探中发展最快，应用最多，西方：物探投资90%以上是地震，地震成了物探代名词我国：地震是物探主要手段，论文最多，刊物最多，数字处理发展最快，油田95%是地震发现的。浅震应用广，水、工、环地质调查，岩土力学参数原位测试，人文调查，工业找矿。有关应用范围可用下图简要说明。浅层地震勘探研究地质构造勘探目的层面埋深及厚度地震小区划、砂土液化判定调查地质资源（矿产、天然建材、地下水源等）地层划分和风化层分带探测断层破碎带探测地下洞穴(土洞、溶洞、墓穴)追索砂层及砂砾层中的潜水面确定滑坡的厚度及结构测定纵、横波传播速度测定弹性模量及应变指标确定地基土动力学参数和密度测定坚硬岩石的抗压强度估算岩石各向异性和程度密实（辗实、夯实）度评价定量算出孔隙度和裂隙度测定场地卓越周期桩基检测、地基、坝堤质量评价研究岩（土）体状态及特性图1浅层地震勘探应用范围三、浅震的发展与展望起源于自然地震观测，我国是世界上最早有地震记载的国家，也是第一个设计成功观测地震仪器的国家。公元132年，东汉时期杰出的自然科学家张衡就设计成功了世界上第一台观测地震的仪器――候风地动仪。当时在首都洛阳已经能记录到远在千里之外的甘肃的地震，还能够测定发生地震的方向。但由于封建社会历史条件的限制，妨碍了科学的进一步向前发展。地震理论研究直到十九世纪初，随着西方国家的大工业以及数学、力学和弹性力学的发展，科学家才从理论上证明了纵、横波的存在。在第一次世界大战期间，德国和同盟国双方都做过试验，试图利用三个或更多的机械式地震仪来定位对方的炮兵阵地（后座力产生地震波）。战后，地震波应用于工业就逐步发展起来，在二十世纪20年代，利用初至折射波法曾找到了大量浅的盐丘；从30年代开始，折射波法和反射波法才开始应用于找煤和寻找石油、天然气；第二次世界大战后，随着工程建设项目的大量兴起，地震勘探才在土木工程、矿山工程、交通工程以及其它工程地质中得到应用与发展。我国的浅震发展情况如下：1.浅层折射法50年代末试用，测定岩土波速。60年代末我国生产多道光点式轻便地震仪，光点示波、打纸记录，手工作图进行资料解释80年代使用信号增强型浅震仪，磁带，计算机，自动成图。在工程勘察中的应用：测定覆盖层厚度、基岩起伏情况，测定隐伏断层、破碎带的位置，评价岩体质量和工程地质围岩分类等。2.浅层反射法折射法不足，发展浅反技术。50～70年代，试验阶段，没有多少进展。80年代发展迅速，地矿、铁道、水电、核工业各部门相继研究，包括：震源研制、数据采集方法研究、资料处理方法研究以及处理软件的研制。工作方法有：浅层纵波反射法，浅层横波反射法，反射—折射法联合应用观测系统：共深度点水平叠加、共炮点接收、最佳窗口技术及最佳偏移距技术3.透射波法钻孔或坑道中进行，测定能量衰减规律原位测定地层速度（纵波和横波速度）圈定地层介质速度或能量异常带测动弹性模量、动泊松比等弹性力学参数透射波层折（CT4.工程地震法面波勘探