Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Раздел 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ




 

№ 1 (+ заочное)

Задание. «Составление схемы структурной связи «Адрон - система «Земля-Луна»» и создание базы физико-химических и др. параметров по разделам: Адрон, Вселенная, Галактика, Черные дыры ,Звезды, Солнечная система, Солнце, планеты».

Исходные данные:

Земля: RЗ =6371 км, MЗ = 5.976 ×1021 т; r =5.517 г/см, ω = 7.29211·10-5с-1;

ωр = 50.25’’/год; H=1/305.51

Галактики: всего 1014; форма: эллиптические, спиральные, линзовидные,

неправильные

Солнце: Излучает энергию 3.9 ×1020 МВт, нормальный карлик, желтый

цвет; Rc = 696265 км; Rядро = 0,3 Rc; Mc = 2 ×1027 т; r = 1,41 г/см3

(ядро 150 т/см3); t0 = 14 млн.°С, Vc = 250 км/c. Состав: водород

70%, гелий 27%, тяжелые эл-ты 3%; время обращения вокруг

центра Галактики 212 млн. лет

Галактика Млечный путь: ~ 200 млрд. Звезд с общей m = 3×1038 т; V = 600 км/c;

D = 100 тыс. свет. лет; Толщина 1 тыс. свет. лет

Звезды: Масса всех звёзд Галактики m = 97% ; 0,1 Mc< MЗвезды<10 Mc; Mc =

2×1027 т

Адрон: Т = 10-44с, D = 10-33 см, r = 1093 г/см3, t0 =1033 0К

Солнечная система: Облако имело массу 2 – 3 Mc; Т = -220°С; Состав: водород,

гелий, азот, кислород, пары воды, метила и углерода;

пылинки: оксид кремния, магния, железа.

Планеты: Тела с m = 1017 – 1026 т; Меркурий, Венера, Земля, Марс,

Пояс астероидов, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон,

10-ая планета, Облако астероидов Оорта

Вселенная:

Эра адронная – Взрыв; Т = 10-44 - 10-4 с; D = 10-33 - 109 км, r = 1093 - 1015, t0 =

1033 - 1012; Состав: барионы, мезоны

Эра лептонная - Т=10-4 - 10 с; D = 109 – 3×1012 км, r = 1015 – 1.5×105,

t0 = 1012-1010 0К; Состав: мюоны, электроны, позитроны,

нейтрино, антинейтрино, фотоны

Эра излучения - Т=10с – 106 лет D = 3×1012- 6×1020 км, r = 1.5×105-10-20,

t0 = 1010-3×103 0К; Состав: электроны, протоны, ядра гелия,

фотоны

Эра вещества - Т=106- 2×1010лет D = 6×1020-2×1023км, r =10-20- 3×10-29 г/см3,

t0 = 3×103 0К; Состав: атомы, квазары, черные дыры, галактики,

звёзды, планеты

Примечание: D – поперечные размеры Единицы измерения: 1 а.е. = 149600000 км

r - плотность объекта (тела) 1пк(парсек) = 206265 а.е. = 3.26 св. лет

0К – температура в градусах Кельвина 1 св. год = 9.46·1012 км

m – масса объекта (тела)

M (Mc, MЗ) – масса Солнца, Земли

R (Rc, RЗ) = радиус Солнца, Земли

ω – угловая скорость Земли

ωр – прецессия Земли

V – скорость вращения

Содержание работы:

1. Составить схему структурно-подчиненной связи космических систем во времени, начиная с Большого взрыва и завершая планетами, в частности, Землей.

2. Построить график для эр Вселенной. По оси абсцисс отложить следующие равные доли величины времени: 1 с, 10 с, 1 год, 103 лет, 106 лет, 109 лет, 1012 лет, а по оси ординат – размер эр также равными долями: 1 см, 1 км, 103 км, 106 км, 109 км, 1012 км, 1015 км, 1018 км, 1021 км, 1024 км. Для каждой эры провести границы значений (горизонтально и вертикально) до их пересечения. Каждую эру заштриховать или закрасить.

Дать анализ современного состояния Вселенной. Обосновать, в какой фазе она находится – сжатия, расширения?

 

№ 2 (+ заочное)

Задание .Геолого-геофизический анализ сейсмических скоростей.

Исходные данные: Скоростной сейсмогеологический разрез по одному из районов Западной Сибири.

                Вариант            
 
слой1                              
Vp, км/c 2,58 2,6 2,62 2,64 2,66 2,68 2,7 2,72 2,74 2,76 2,78 2,8 2,82 2,84 2,86
Vs, км/с 1,16 1,18 1,2 1,22 1,24 1,26 1,28 1,3 1,32 1,34 1,36 1,38 1,4 1,42 1,44
h, км 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,1 4,2 4,3 4,4
слой2                              
Vp, км/c 3,68 3,7 3,72 3,74 3,76 3,78 3,8 3,82 3,84 3,86 3,88 3,9 3,92 3,94 3,96
Vs, км/с 1,88 1,9 1,92 1,94 1,96 1,98 2,02 2,04 2,06 2,08 2,1 2,12 2,14 2,16
h, км 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 9,8 9,9 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5
слой3                              
Vp, км/c 6,98 7,02 7,04 7,06 7,08 7,1 7,12 7,14 7,16 7,18 7,2 7,22 7,24 7,26
Vs, км/с 3,98 4,02 4,04 4,06 4,08 4,1 4,12 4,14 4,16 4,18 4,2 4,22 4,24 4,26
h, км 15,4 15,5 15,6 15,7 15,8 15,9 16,1 16,2 16,3 16,4 16,5 16,6 16,7 16,8
слой4                              
Vp, км/c 6,08 6,1 6,12 6,14 6,16 6,18 6,2 6,22 6,24 6,26 6,28 6,3 6,32 6,34 6,36
Vs, км/с 3,48 3,5 3,52 3,54 3,56 3,58 3,6 3,62 3,64 3,66 3,68 3,7 3,72 3,74 3,76
h, км 24,4 24,5 24,6 24,7 24,8 24,9 25,1 25,2 25,3 25,4 25,5 25,6 25,7 25,8
слой5                              
Vp, км/c 6,28 6,3 6,32 6,34 6,36 6,38 6,4 6,42 6,44 6,46 6,48 6,5 6,52 6,54 6,56
Vs, км/с 3,68 3,7 3,72 3,74 3,76 3,78 3,8 3,82 3,84 3,86 3,88 3,9 3,92 3,94 3,96
h, км 34,4 34,5 34,6 34,7 34,8 34,9 35,1 35,2 35,3 35,4 35,5 35,6 35,7 35,8
слой6                              
Vp, км/c 7,28 7,3 7,32 7,34 7,36 7,38 7,4 7,42 7,44 7,46 7,48 7,5 7,52 7,54 7,56
Vs, км/с 4,08 4,1 4,12 4,14 4,16 4,18 4,2 4,22 4,24 4,26 4,28 4,3 4,32 4,34 4,36
h, км 41,4 41,5 41,6 41,7 41,8 41,9 42,1 42,2 42,3 42,4 42,5 42,6 42,7 42,8

Содержание работы:

3. Построить график изменения сейсмической скорости как функции глубины:

V = V(h ) (1.1)

4. Найти формулу, аппроксимирующую реальную зависимость скорости от глубины, и оценить ее точность. Формула может иметь вид:

V = Vоexp(-a h) , (1.2)

где Vo - значение скорости в верхней части разреза, h – текущее значение глубины, a - коэффициент, подлежащий определению.

5. Рассчитать вероятные значения плотности (r) для слоев, отличающихся скоростями распространения упругих колебаний:

r = 0,346Vр + 0.646 (1.3)

6. Оценить гравитационную активность каждого из элементов разреза:

где f = 66.7 ед. СГС, h1,2 - глубины залегания верхней и нижней поверхностей пластов, L = 100 км – условная горизонтальная мощность пласта.

5. Рассчитать коэффициенты отражения pp) и прохождения (прозрачности) pp) изучаемой среды:

Bpp=

 

где r1,2 и V1.2 - плотности и скорости распространения продольных сейсмических волн для двух контактирующих слоев разреза.

6.Установить наиболее сильную сейсмическую границу разреза..

7.Сопоставить результаты анализа акустической и гравитационной активности выделяемых геофизических границ разреза.

 

№ 3

 

Задание. Приближенная оценка упругих констант изучаемой геологической среды на основании сейсморазведочных материалов.

Исходные данные: сейсмогеологический разрез – данные лабораторной работы №2.

Содержание работы:

1. Рассчитать коэффициенты отношения скоростей распространения продольных) (Vp) и поперечных (Vs) сейсмических волн для всех структурных элементов разреза:

K= Vp/Vs (3.1)

2. Для наиболее крупных структурных элементов геосейсмического разреза оценить следующие параметры:

а) отношение констант Ламе (λ и μ):

 

(3.2)

 

 

б) плотность ρ : r = 0,346Vр + 0.646 (формула 1.3 из лаб. раб. 2)

в) модуль сдвига:

μ = VS2·ρ (3.3)

г) постоянную λ = q μ , (3.4)

д) коэффициент Пуассона:

 

 

(3.5)

 

е) модуль Юнга: E = 2Vs2ρ(1+σ) (3.6)

3. Сделать заключение о характере изменения упругих модулей с глубиной и указать элементы разреза, в наибольшей степени подверженные разрывным дислокациям.

 

№ 4 (+ заочное)

Задание 1. Рассчитать плотность ( ) внутри Земли для фиксированных глубин по формуле Роша:

= 11,35(1-1,07ri2) , где ri = 1 – r//R3 (4.1)

 

вар-т  
  r/, км
   
   
   
   
   
   
   
   
   
                                                                 

по формуле Лежандра:

 
 


, где ri = 1 – Dhi/R3 (4.2)

 

если ri- относительное удаление от центра Земли;

Dhi – толщины слоев сейсмической модели земной коры (исх. данные лаб. раб. 2). Даны в км.

Dh1 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,1 4,2 4,3 4,4
Dh2 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Dh3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3
Dh4
Dh5
Dh6

 

и по формуле Гельмерта:

= 11,75(1 - 1,04ri2 + 0,275ri4), где ri = 1 – r//R3 (4.3)

вар-т  
  r/, км
   
   
   
   
   
   
   
   
   
                                                                 

R3 – радиус Земли.

Полученные результаты необходимо представить в виде совместных графиков, где по оси абсцисс откладывается расстояние, по оси ординат – рассчитанные значения плотности. Дать анализ расхождению (в %) значений плотности в интервалах пересекающихся (или близких к этому) расстояний r/.

 

№ 5

Задание. Расчет основных интегральных характеристик Земли: массы Мземли и главных моментов энерции С иА.

Общие положения: А. Моментом энерции данного тела называется отношение момента силы к вызываемому им угловому ускорению. Единица измерения момента энерции в системе СИ: кг×м2. Момент элемента массы Dm, движущегося по окружности радиусом r, равен J=r2×Dm. Для тела с непрерывным распределением массы используется интегральное представление

Б. Геоид является поверхностью постоянного геопотенциала U0. В каждой точке Земли полный геопотенциал складывается из потенциала силы тяжести V и члена, зависящего от вращения Земли:

где w - угловая скорость вращения Земли;

r, j - координаты точек на земной поверхности.

На земной поверхности ускорение силы тяжести направлено по нормали к геоиду.

Исходные данные:

RЗемли = 6371 км (средний радиус Земли);

rср = 5.517 г/см3 (средняя плотность Земли);

G = 6.67×10-8 см3/(г×с2) = 6.67×10-11 см3/(г×с2) (гравитационная постоянная);

H = 1/305.51 (константа);

J2 = 1.0827×10-3 (константа);

а = 6378,2 км (экваториальный радиус Земли);

ji = 00, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800;

w = 7.29211×10-5 с-1 (угловая скорость Земли).

Содержание работы:

 

7. Вычислить полярный момент инерции Земли:

8. Вычислить экваториальный момент инерции Земли А из выражения:

9. Вычислить значения поверхности геоида:

где

4. Вычертить поверхность геоида для 4-х четвертей, вынести на его поверхность условные материки и указать направления ускорения силы тяжести для углов j = 00, 300, 600, 900. Дать пояснения. Отметить (жирными линиями) главные оси моментов инерции С и А.

 

№ 6

 

Çàäàíèå. Прямая и обратная задачи для однородного шара в гравиметрии.

Исходные данные: Однородный шар свинцовых руд с плотностью s, общей массой М, радиусомRи глубиной залеганияh, равной расстоянию от дневной поверхности до центра шара.

Содержание работы:

1.

 
 

Решить прямую задачу - вычислить значения вертикальной составляющей потенциала притяжения Vz(в мГл)на дневной поверхности от однородного шара в точках наблюденияPiвдоль линии, проходящей через его эпицентр:

гдеri - расстояние от эпицентра до точки вычисленияPiвдоль выбранной линии;текущиезначения riдля вычисления Vz(ri): 0, 25, 50, 75, 100, 125, 150…….. 400, 5000 (в метрах).

Mш– масса шара в граммах, вычисляется по формуле:

Mш= 4pR3sизб/3; (6.2)

R, hци ri– расстояния в см;

G= 66.7õ10-9, см3/(г·с2).

sсв- плотность свинцовых руд,г/см3; sизб=(sсв– 2.7), г/см3;

2. Построить график Vz(ri).

3.

 
 

Вычислить значения вертикальной составляющей потенциала притяженияVznпри тех же условиях, что и в п.1, но по заданному значению амплитуды Vzn в эпицентреVzn(0) = 1.5Vz(0) = Emax:

 
 

4. Построить график Vzn(ri).

5. Решить обратную задачу для Vzn(ri):

à) вычислить значение глубины расположения центра шара по формуле

hn= 1.305r1/2, (6.4)

гдеr1/2– расстояние от эпицентра до точки P, для которой потенциал притяжения равен Emax/2;Emax/2=(Е(0)+Е(400))/2;

 
 

á) вычислить радиус шара по формуле

знаяEmaxиhn.ЗдесьEmaxв мГл, hn– вм, тогдаRn– вм. Теперь находим:

5. Выполнить анализ соотношений hn/h,snnизб/sизби Rn/R, исходя из заданного условия Vzn(0)/Vz(0)=1.5. Объяснить, способны ли вновь рассчитанные параметры пласта создать аномалию, в 1.5 раза превышающую исходную аномалию. Сделать расчет по формуле (6.1).

 

№ 7 (+ заочное)

 

Задание. Расчет прецессии Земли wр, обусловленной приливными влияниями Луны wрL и Солнца wрC.

Исходные данные:

G – гравитационная постоянная, 6.67×10-11, м3/кг×с2;

r- средняя плотность Земли, 5.517 г/см3;

kC – отношение массы Солнца к массе Земли и равно 3.329×105;

kL - отношение массы Луны к массе Земли и равно 0.0123.

W - угловая скорость Земли, 7.29212×10-5 с-1; - согласно варианту

RCрадиус орбиты Земли относительно Солнца, 1.496×108;

RLрадиус орбиты Луны относительно Земли, 384.4×103;

(С-А)/С – динамическое сжатие Земли, 3.2732×10-3;

q - угол наклона подвижной оси Земли относительно вертикальной оси, 23.50.

P.S. Дуга, равная радиусу, имеет 57017¢44¢¢.8 (=) радиан; 1¢¢ = 0.484814×10-5.

Содержание работы:

1. Вычислить величину прецессии Земли в год (wр, ¢¢/год), обусловленной приливными влияниями Луны и Солнца:

 

 
 

wр = wрL+ wрC , где

и

 
 

Указания: вычислить массы Луны (ML) и Солнца (MC) через массу Земли (MZ) и отношения масс Луны и Солнца к массе Земли.

2. Сделать заключение о степени влияния каждого объекта (Луны и Солнца) на прецессию Земли, исходя из отношений:

а = wр/wрL и b = wр/wрС

 

№ 8 (+ заочное)

Задание. Построить поле времен прямой волны и годограф отраженной волны в случае источника, расположенного внутри упругой земной среды.

Исходные данные: Источник сейсмических колебаний расположен под земной поверхностью в точке с координатами Р(0,0,-z), где z = -50 м. Приемники расположены на линии профиля в точках:;

xi(-500, 0, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500), м;

yi(-500, 0, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500), м.

Глубина до отражающей вогнутой границы с радиусом R=-2500 м под точками наблюдения составляет:

hi(800, 900, 1300, 1500, 1800, 1200, 1000, 850, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350), м.

Скорость распространения прямой и отраженной волны Vp(l) равна (для вариантов):

(1)3000, (2)3100, (3)3200, (4)3300, (5)3400, (6)3500, (7)3600, (8)3700, (9)3800, (10)3900, (11)4000, (12)4100, (13)4200, (14)4300, (15)4400), м/с.

Содержание работы:

1.

 
 

Рассчитать поле времен (изохроны) для сейсмических колебаний от источника, расположенного согласно данным (z = -50 м), по формуле:

Для построения поля времен необходимо вычислить радиус r’, откладываемый по горизонтали плоскости (земной поверхности) от эпицентра источника колебаний О’:

 
 

2. Построить изохроны (поле времен) в аксонометрии, зная что t(i) = f(xi,yi,z) = f(r’).

3.

 
 

Вычислить годограф сейсмической волны, отраженной от криволинейной вогнутой границы, заданной данными xi, yi, hi и R при определенной скорости Vp(l) (где l – вариант) по формуле (источник волны находится непосредственно под поверхностью земли):

4. Построить график годографа ti.

Выполнить анализ причины образования у годографа “петли” и показать это на схематическом рисунке.

 

№ 9

 

Задание. Расчет температуры земной и океанической коры Тi на различных глубинах zi относительно уровня моря.

Исходные данные: Заданы а) общие исходные параметры модели:

- тип теплопроводности – решеточный;

- температура поверхности Земли Т0 = 100С;

- температура воздуха Тп = 180С;

- расчетные глубины, км: 20, 30, 40, 50.

б) для земной коры:

- тепловой поток Qз.к. = 0.58х10-6 кал/см2сек;

- генерация тепла на 1 см3 Рз.к. = 1.4х10-13 кал/см3сек;

- коэффициент теплопроводности cземн.кора = (в соответствии с вариантом), (кал/( см·с·К));

в) для океанической коры:

- тепловой поток Qз.к. = 0.75х10-6 кал/см2сек;

- генерация тепла на 1 см3 Рз.к. = 1.15х10-13 кал/см3сек;

- коэффициент теплопроводности cокеан = (в соответствии с вариантом), (кал/( см·с·К));

cокеан: 0.0252(1), 0.0253(2), 0.0254(3), 0.0255(4), 0.0256(5), 0.0257(6), 0.0258(7), 0.0259(8), 0.026(9), 0.0261(10), 0.0262(11), 0.0263(12), 0.0264(13), 0.0265(14), 0.0266(15)

cземн.кора: 0.0152(1), 0.0153(2), 0.0154(3), 0.0155(4), 0.0156(5), 0.0157(6), 0.0158(7), 0.0159(8), 0.016(9), 0.0161(10), 0.0162(11), 0.0163(12), 0.0164(13), 0.0165(14), 0.0166(15)

В скобках приведены номера вариантов.

Содержание работы:

10.

 
 

вычислить величины температуры Тi на различных глубинах zi для земной и океанической коры по теоретической формуле В.А. Магницкого:

 

11. Построить совмещенные графики изменения температуры Тi как функции глубины от zi для земной и океанической коры.

 

12. Вычислить величины температуры Тi на различных глубинах zi для земной и океанической коры по эмпирическим формулам В.А. Магницкого соответственно:

13.

 
 

Построить эмпирические графики Тi на предыдущих Тi.

Сделать заключение о применимости тех или иных формул для расчета температур на основе решеточной теплопроводности, если исходить из условия, что на глубине порядка 100 км температура должна быть близка к температуре плавления базальтов 12000С, но не превышать 20000С.

 

В процесс проработки теоретического материала для лучшего усвоения курса студент заочного обучения должен выполнить контрольную работу. Вариант задания контрольной работы совпадает с последней цифрой зачетной книжки.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 304; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты