Excel在《石油重磁勘探》教學過程中的應用①

摘 要:《石油重磁勘探》課程是石油院校地質學專業的專業基礎課，但是由于學生在高等數學方面的知識相對欠缺，在教學過程中，學生對于許多較抽象的問題理解困難。本文在分析重磁場復雜性及Excel軟件特點的基礎上，詳細介紹了Excel在實現磁化球體磁場的復雜計算及繪圖顯示中的過程，探索了Excel在《石油重磁勘探》教學中的應用。結果表明，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，提高了學生學習的積極性和主動性。

關鍵詞:Excel重磁勘探磁化球體垂向分量總強度異常

中圖分類號:P628文獻標識碼: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學專業的專業基礎課，從原理、儀器、野外工作方法、資料處理解釋等多方面詳細地闡述石油物探中的重力勘探、磁法勘探的內容，并對這些勘探方法在國內外油氣勘探方面的應用和研究做出較全面的介紹[1]。地下地質體密度、磁性分布的不均勻性，導致了石油重磁勘探中研究對象的復雜性。地下地質體在地表形成的重力場、磁力場的特征非常抽象，加之本專業學生在高等數學方面的知識相對欠缺，故在教學過程中，學生對于這些抽象的問題不易理解。尤其是被磁化的地質體所形成的磁場，其表達式比較復雜，參數也較多，計算也很不方便。若采用多媒體教學法，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，而且可以使同學們將已學過的計算機基礎知識與工程實例結合起來，調動學生的積極性和培養學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學專業學生的知識結構以及重磁場的復雜性，闡述了Excel軟件的計算及繪圖特點，詳細介紹了Excel在實現磁化球體磁場的復雜計算及繪圖顯示中的過程，探索了Excel在《石油重磁勘探》教學中的應用。

2 Excel的特點

1992年，Microsoft公司推出了Windows環境下的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、易學易用的特點[2]。目前，Excel成為了一款廣泛應用的辦公軟件，它易于操作，使用方便，而且還具有比較強大的數學計算、圖形顯示等功能[3]。

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

3 應用實例

3.1 磁化球體磁場表達式

在自然界一些有限大小的地質體，如礦巢、巖珠及近似等軸狀的地質體，當中心埋深比其直徑大很多時，它們在地面產生的磁場特征與球體磁場特征近似。如圖1所示，設球體中心埋深為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的表達式為:

(1)

(2)

其中μ0為真空磁導率，μ0=4π×10-7H/m，I為磁化傾角。

3.2 Excel實現步驟

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

第二步，在Excel軟件中，按一定的間距，建立一列坐標變量x的值。

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

第四步，根據計算結果，繪制Za、△T剖面圖。

3.3 應用效果

設定球體中心埋深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剖面計算數據，利用Excel軟件繪制出相應的圖件(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，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，提高了學生學習的積極性和主動性。

4 結語

從以上介紹的利用Excel計算磁化球體Za、△T剖面數據及其圖形顯示可以發現，利用Excel進行《石油重磁勘探》課程的輔助教學操作簡單，便于學生理解和接受。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，提高了學生學習的積極性和主動性。

參考文獻

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

[2] 王艷麗.Excel軟件在大學物理實驗中的應用[J].遼寧工學院學報，2004.

[3] 陳華，楊蕊.Excel在文科高等數學教學和實驗中的應用[J].科技創新導報， 2007.