Excel在《石油重磁勘探》教學(xué)過程中的應(yīng)用①

摘 要:《石油重磁勘探》課程是石油院校地質(zhì)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，但是由于學(xué)生在高等數(shù)學(xué)方面的知識相對欠缺，在教學(xué)過程中，學(xué)生對于許多較抽象的問題理解困難。本文在分析重磁場復(fù)雜性及Excel軟件特點的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了Excel在實現(xiàn)磁化球體磁場的復(fù)雜計算及繪圖顯示中的過程，探索了Excel在《石油重磁勘探》教學(xué)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，Excel強大的計算及圖形顯示功能，大大提高了課堂效率，使得比較抽象的問題變得非常易于理解，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

關(guān)鍵詞:Excel重磁勘探磁化球體垂向分量總強度異常

中圖分類號:P628文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0137-02

1 引言

《石油重磁勘探》課程作為石油院校地質(zhì)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，從原理、儀器、野外工作方法、資料處理解釋等多方面詳細(xì)地闡述石油物探中的重力勘探、磁法勘探的內(nèi)容，并對這些勘探方法在國內(nèi)外油氣勘探方面的應(yīng)用和研究做出較全面的介紹[1]。地下地質(zhì)體密度、磁性分布的不均勻性，導(dǎo)致了石油重磁勘探中研究對象的復(fù)雜性。地下地質(zhì)體在地表形成的重力場、磁力場的特征非常抽象，加之本專業(yè)學(xué)生在高等數(shù)學(xué)方面的知識相對欠缺，故在教學(xué)過程中，學(xué)生對于這些抽象的問題不易理解。尤其是被磁化的地質(zhì)體所形成的磁場，其表達(dá)式比較復(fù)雜，參數(shù)也較多，計算也很不方便。若采用多媒體教學(xué)法，運用常用的Excel軟件的強大計算及圖形顯示功能，可以使同學(xué)們易于理解課程中類似的非常抽象的問題，提高課堂效果，而且可以使同學(xué)們將已學(xué)過的計算機基礎(chǔ)知識與工程實例結(jié)合起來，調(diào)動學(xué)生的積極性和培養(yǎng)學(xué)生善于思考解決工程實例的興趣。

筆者簡要分析了石油院校地質(zhì)學(xué)專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)以及重磁場的復(fù)雜性，闡述了Excel軟件的計算及繪圖特點，詳細(xì)介紹了Excel在實現(xiàn)磁化球體磁場的復(fù)雜計算及繪圖顯示中的過程，探索了Excel在《石油重磁勘探》教學(xué)中的應(yīng)用。

2 Excel的特點

1992年，Microsoft公司推出了Windows環(huán)境下的Microsoft Excel 4.0，它是具有新一代電腦軟件特色的電子表格軟件，具有功能強大、易學(xué)易用的特點[2]。目前，Excel成為了一款廣泛應(yīng)用的辦公軟件，它易于操作，使用方便，而且還具有比較強大的數(shù)學(xué)計算、圖形顯示等功能[3]。

Excel具有強大的計算功能，能夠快速復(fù)制公式，操作簡單方便，大大減少計算量，而且可以根據(jù)需要自定義函數(shù)，定義的函數(shù)可以保存用于解決此類問題。Excel還具有計算結(jié)果自動更新的功能，若在計算過程中某一參數(shù)或數(shù)據(jù)輸入有誤，只需更改此參數(shù)或數(shù)據(jù)后，計算結(jié)果及其相關(guān)的圖形顯示便自動更新。

3 應(yīng)用實例

3.1 磁化球體磁場表達(dá)式

在自然界一些有限大小的地質(zhì)體，如礦巢、巖珠及近似等軸狀的地質(zhì)體，當(dāng)中心埋深比其直徑大很多時，它們在地面產(chǎn)生的磁場特征與球體磁場特征近似。如圖1所示，設(shè)球體中心埋深為R，磁化強度為M，球體半徑為r，體積為v，球心坐標(biāo)為Q(0，0，R)，球心到空間任一點P(x，y，z)的距離ρ=[x2+y2+(z-ζ)2]1/2。當(dāng)剖面為南北方向時，其磁場的垂向分量Za、總強度異常△T的表達(dá)式為:

(1)

(2)

其中μ0為真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7H/m，I為磁化傾角。

3.2 Excel實現(xiàn)步驟

第一步，把上述表達(dá)式(1)和(2)推導(dǎo)為最簡單的表達(dá)式，使得表達(dá)式中除了坐標(biāo)變量x之外，其余符號皆為需要給定數(shù)值的參數(shù)或者是已知的常數(shù)。

第二步，在Excel軟件中，按一定的間距，建立一列坐標(biāo)變量x的值。

第三步，在單元格中輸入計算式子，利用復(fù)制、粘貼等簡單操作計算不同磁化傾角的Za、△T值。

第四步，根據(jù)計算結(jié)果，繪制Za、△T剖面圖。

3.3 應(yīng)用效果

設(shè)定球體中心埋深R為100m，磁化強度M為10A/m，球體半徑r為20m，磁化傾角分別取0°、30°、45°、60°及90°，獲得不同磁化傾角的磁化球體Za、△T剖面計算數(shù)據(jù)，利用Excel軟件繪制出相應(yīng)的圖件(圖2～4)。從計算到繪制圖件，操作簡單，速度快，效率高，并且若改變某個參數(shù)，圖形便自動更新。從以下幾幅圖件中可以看出，不管是磁化球體被不同磁化方向磁場磁化后的Za及△T剖面變化特征，還是同一磁化球體Za、△T剖面特征的對比，圖形顯示非常直觀，一目了然，使得比較抽象的問題變得非常易于理解，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

4 結(jié)語

從以上介紹的利用Excel計算磁化球體Za、△T剖面數(shù)據(jù)及其圖形顯示可以發(fā)現(xiàn)，利用Excel進(jìn)行《石油重磁勘探》課程的輔助教學(xué)操作簡單，便于學(xué)生理解和接受。Excel強大的計算及圖形顯示功能，大大提高了課堂效率，使得比較抽象的問題變得非常易于理解，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃仲良.石油重·磁·電法勘探[M].北京:中國石油大學(xué)出版社，2008.

[2] 王艷麗.Excel軟件在大學(xué)物理實驗中的應(yīng)用[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報，2004.

[3] 陳華，楊蕊.Excel在文科高等數(shù)學(xué)教學(xué)和實驗中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2007.