CN113221411B - 针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端 - Google Patents

针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端 Download PDF

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CN113221411B CN202110497457.8A CN202110497457A CN113221411B CN 113221411 B CN113221411 B CN 113221411B CN 202110497457 A CN202110497457 A CN 202110497457A CN 113221411 B CN113221411 B CN 113221411B
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Abstract

本发明属于工程、水文及环境地球物理勘探技术领域，公开了一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端，包括任意形状有损耗介质区域剖分、充电电流强度系数求解及有损耗介质充电电位积分计算。采用单位体积网格剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；建立充电电流强度传输方程组，获取剖分单位在总充电电流强度条件下的充电电流强度系数；以剖分单位体积作为单元点源，计算所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分，获取三维有损耗介质区域充电电位分布。本发明解决了传统任意形状有损耗介质充电电位缺乏数值模拟计算方法的难题，为基于复杂有损耗介质电源的工程、水文及环境地球物理勘探数值模拟、反演及解释提供了方法支撑。

Description

针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端
技术领域
本发明属于工程、水文及环境地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端。
背景技术
目前：充电法是利用天然的或者人工揭露的良导体露头、地下水出露点，直接接上供电电极(一般为正极)，同时将另外一个供电电极置于满足“无穷远”要求的位置，通过两个测量电极观测充电电场变化及分布规律，推测良导体的物性及空间分布。由于充电介质范围与观测电位异常范围形状较为相似，通常可以根据观测电位异常推断实际充电介质范围，常应用于金属勘探详查和勘探阶段、水文地质工程地质调查中地下流体追索等勘探领域。
在实践勘探应用中，若充电体的规模较小或其中心埋深较大时，其充电电场与位于中心的点电源电场较为相近，因而可以使用点电源场电位曲线分布进行中心埋深推断。当充电体规模较大或者其中心埋深较浅，地表观测的充电电场畸变将明显不同于地下点电源电场分布。通常，针对上述情况，传统方法是根据电位曲线的极大值与充电点在地面投影位置不重合关系，判断为非理想导体(不等位体)。而针对不等位体的范围推断，则是建议不同充电点位置供电，配合其他物探方法综合判断不等位体的范围。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)传统充电法原理基于稳定电流场中理想导体(电阻率为零)的等位体前提，如金属矿体或高矿化度地下水，相对周围岩石电阻率很低，可近似看成是理想导体，通常也将非理想导体(不等位体或有损耗介质)近似为理想导体。但实际应用中充电介质的电阻率通常不为零，即实际应用均涉及有损耗介质目标体，而目前尚缺乏一种有效针对有损耗介质充电电位数值模拟的方法。
(2)当前工程、水文及环境地球物理勘探技术领域还未见有针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟的研究报道，因此迫切需要开发一种创新性针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，用以对工程、水文及环境地球物理勘探涉及的复杂有损耗介质电源条件下目标体分布探测及研究工作。
解决以上问题及缺陷的意义为：
本发明针对地球物理勘探领域任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法的技术空白，提出了一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，以解决现有充电法将实际勘探涉及的复杂有损耗介质近似为理想导体导致探测精度低、方法理论适用性差等问题；与现有技术相比，针对地球物理勘探领域复杂有损耗介质开发充电电位数值模拟方法是本专利发明点之一，它为涉及复杂有损耗介质电源地球物理勘探领域提供了一种有效的数值模拟方法；发展针对任意形状有损耗介质有效的充电电位数值模拟方法，为实际勘探应用提供复杂形状有损耗介质充电电场理论支撑，具有非常重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法、系统、终端。
本发明是这样实现的，一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，包括：
步骤一，对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
步骤二，通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
步骤三，通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；将所有点电源产生的电位及电位导数进行积分求和即可求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值。
进一步，所述步骤一具体包括：
采用笛卡尔直角坐标系，取坐标系Z轴垂直向上，则根据右手螺旋法则确定X轴和Y轴方向；确定包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域在坐标轴X、Y、Z方向规则空间分布范围为0～100cm、0～30cm、0～-6cm，采用规则长方体网格将上述规则计算区域在X方向上按一定间距剖分为M＝101个网格节点，Y方向上按一定间距剖分为有N＝31个网格节点，及其Z方向上按一定间距剖分为有Q＝7个网格节点；坐标系三轴方向剖分网格节点长度允许各不相同，间距剖分长度d＝1cm满足d≤L/10，其中，L为水平长方体三维有损耗介质在各坐标轴方向的展布长度，包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域被剖分为(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元；
按水平长方体三维有损耗介质在坐标系内的空间分布，确定在(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元中对应自身空间分布的Nm＝600个网格单元，Nm＝600个任意形状三维有损耗介质剖分网格单元对应Nm＝600个单元点电源；
水平长方体三维有损耗介质在坐标轴X方向上分布节点坐标为xi，Y方向上分布节点坐标为yj，Z方向上分布节点坐标为zk，其中，i＝1,…,Mx；j＝1,…,Ny；z＝1,…,Qz，Mx、Ny及Qz分别为X、Y及Z方向分布节点数；水平长方体三维有损耗介质剖分单元网格中心坐标为(xi+dx,i/2,yj+dy,j/2,zk+dz,k/2)，dx,i、dy,j及dz,k为坐标轴X、Y及Z方向第i、j及k个剖分网格间距；
充电点位置S坐标为(xs,ys,zs)＝(50,15,-3)cm，供电点供电电流强度为Itotal＝1安培；水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率；PI＝3.1415926；剖分单位网格视为点电源，电流强度记为Iq，q＝1,…,Nm，为步骤二待求充电电流强度系数；地面观测点为坐标为(xa,ya,za)＝(0:1:100,15,0)cm，a＝1,…,A；A＝101为观测点数量；uq,a、
Figure BDA0003054996000000041
分别为剖分单位网格q视为点电源对第a个地面观测点引起的电位值及其在X方向到数值；Ua及
Figure BDA0003054996000000042
分别为水平长方体三维有损耗介质在第a个地面观测点引起的总电位值及其在X方向的导数值，即步骤三待求解水平长方体三维有损耗介质在地面引起的总电位值和导数值。
进一步，所述步骤二具体包括：
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时，水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq，q＝1,…,Nm：
Figure BDA0003054996000000043
其中，dz＝dz,q,dy＝dy,q,dx＝dx,q分别为第q个剖分网格单元在坐标轴Z、Y、X方向长度；dsz＝dx,q·dy,q,dsy＝dx,q·dz,q,dsx＝dy,q·dz,q分别为第q个剖分网格单元垂直于坐标轴Z、Y、X方向边界面积；ny＝Ny-1,nz＝Qz-1分别为水平长方体三维有损耗介质在坐标轴Y、Z方向剖分网格单元数；λq为包含计算区域距离、电阻率因素的综合加权参数：
Figure BDA0003054996000000044
其中，rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离。
进一步，所述步骤三中有损耗介质充电电位积分计算包括：
根据步骤二所计算得到的水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数，按公式(3)计算各剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数：
Figure BDA0003054996000000051
其中，rq,a为第q个剖分单元网格点电源中心到第a个地面测点的距离，xq,xa分别为第q个剖分单元网格点电源中心坐标X轴位置和第q个地面测点X轴位置，|·|表示取绝对值；再根据公式(4)对所有剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数值进行积分计算，获得水平长方体三维有损耗介质在地面测点引起电位及电位导数值：
Figure BDA0003054996000000052
其中，Nm＝600为水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格总数。
本发明的另一目的在于提供一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟系统，包括：
单位体积网格剖分模块，用于对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
充电电流强度系数分配模块，用于通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
损耗介质充电电位及电位导数值获取模块，用于通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；并求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；
求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端执行所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
本发明的另一目的在于提供一种金属勘探详查和勘探阶段、水文地质工程地质调查中地下流体追索勘探的探测仪，其特征在于，所述探测仪执行所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明是一个新型数值模拟算法，根据步骤二所设计的一种特殊的充电电流强度在有损耗介质剖分网格单元点电源系数计算公式，步骤三采用剖分网格单元点电源引起电位异常积分算法，实现了针对地球物理勘探领域复杂有损耗介质开发充电电位数值模拟在可行性及精度上的统一。
(2)本发明解决了传统任意形状有损耗介质充电电位缺乏数值模拟方法的难题，算法结构简单，实现过程简便，设计合理，计算结果稳定可靠，可广泛应用于工程、水文及环境地球物理勘探领域涉及的复杂有损耗介质充电电位数值模拟计算，为基于复杂有损耗介质电源的工程、水文及环境地球物理勘探数值模拟、反演及解释等提供了方法支撑。
附图说明
图1是本发明实施例提供的计算流程示意图。
图2是本发明实施例提供的算例设计模型三维示意图。
图3是本发明实施例提供的算例设计模型三维网格剖分图。
图4是本发明实施例提供的算例设计模型过充电点二维剖面示意图。
图5是本发明实施例提供的算例设计模型充电电位计算结果(New method)与已知物理模拟结果(Physical modeling)对比图。
图6是本发明算例设计模型充电电位X方向导数计算结果(New method)与已知物理模拟结果(Physical modeling)对比图。图5、6中，cm表示厘米，Ω.m表示电阻率单位：欧姆.米，mV/mA为电压单位：毫伏每毫安培，mV/(mA.cm)为电压导数单位：毫伏每毫安培.厘米。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，下面结合附图以及具体实施例对本发明作详细的描述。
实施例
如图1所示，本发明提供的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法包括以下步骤：
步骤一：水平长方体有损耗介质区域剖分
参照图2，采用笛卡尔直角坐标系，取坐标系Z轴垂直向上，则根据右手螺旋法则确定X轴和Y轴方向。参照图3，确定包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域在坐标轴X、Y、Z方向规则空间分布范围为0～100cm、0～30cm、0～-6cm，采用规则长方体网格将上述规则计算区域在X方向上按一定间距剖分为M＝101个网格节点，其Y方向上按一定间距剖分为有N＝31个网格节点，及其Z方向上按一定间距剖分为有Q＝7个网格节点。坐标系三轴方向剖分网格节点长度允许各不相同，其间距剖分长度d＝1cm应满足d≤L/10，其中，L为水平长方体三维有损耗介质在各坐标轴方向的展布长度，如此，包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域被剖分为(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元。
按水平长方体三维有损耗介质在坐标系内的空间分布，确定其在(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元中对应自身空间分布的Nm＝600个网格单元，Nm＝600个任意形状三维有损耗介质剖分网格单元对应Nm＝600个单元点电源。
水平长方体三维有损耗介质在坐标轴X方向上分布节点坐标为xi，Y方向上分布节点坐标为yj，Z方向上分布节点坐标为zk，其中，i＝1,…,Mx；j＝1,…,Ny；z＝1,…,Qz，Mx、Ny及Qz分别为X、Y及Z方向分布节点数。水平长方体三维有损耗介质剖分单元网格中心坐标为(xi+dx,i/2,yj+dy,j/2,zk+dz,k/2)，dx,i、dy,j及dz,k为坐标轴X、Y及Z方向第i、j及k个剖分网格间距。
参照图3，充电点位置S坐标为(xs,ys,zs)＝(50,15,-3)cm，供电点供电电流强度为Itotal＝1安培，参照图4，水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率可允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率；PI＝3.1415926；剖分单位网格视为点电源，电流强度记为Iq，q＝1,…,Nm，为步骤二待求充电电流强度系数；地面观测点为坐标为(xa,ya,za)＝(0:1:100,15,0)cm，a＝1,…,A；A＝101为观测点数量；uq,a、
Figure BDA0003054996000000081
分别为剖分单位网格q视为点电源对第a个地面观测点引起的电位值及其在X方向到数值；Ua及
Figure BDA0003054996000000082
分别为水平长方体三维有损耗介质在第a个地面观测点引起的总电位值及其在X方向的导数值，即步骤三待求解水平长方体三维有损耗介质在地面引起的总电位值和导数值。
步骤二：充电电流强度系数求解
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时，水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq，q＝1,…,Nm：
Figure BDA0003054996000000091
其中，dz＝dz,q,dy＝dy,q,dx＝dx,q分别为第q个剖分网格单元在坐标轴Z、Y、X方向长度；dsz＝dx,q·dy,q,dsy＝dx,q·dz,q,dsx＝dy,q·dz,q分别为第q个剖分网格单元垂直于坐标轴Z、Y、X方向边界面积；ny＝Ny-1,nz＝Qz-1分别为水平长方体三维有损耗介质在坐标轴Y、Z方向剖分网格单元数；λq为包含计算区域距离、电阻率因素的综合加权参数：
Figure BDA0003054996000000092
其中，rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离。
步骤三：有损耗介质充电电位积分计算
根据步骤二所计算得到的水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数，按公式(3)计算各剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数：
Figure BDA0003054996000000093
其中，rq,a为第q个剖分单元网格点电源中心到第a个地面测点的距离，xq,xa分别为第q个剖分单元网格点电源中心坐标X轴位置和第q个地面测点X轴位置，|·|表示取绝对值。再根据公式(4)对所有剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数值进行积分计算，获得水平长方体三维有损耗介质在地面测点引起电位及电位导数值：
Figure BDA0003054996000000101
其中，Nm＝600为水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格总数。
本发明提供的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的计算流程图仅仅是一个具体实施例而已。
本发明的另一目的在于提供一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟系统，包括：
单位体积网格剖分模块，用于对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
充电电流强度系数分配模块，用于通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
损耗介质充电电位及电位导数值获取模块，用于通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；并求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值。
下面结合具体与现有技术对比效果对本发明的技术方案作进一步描述。
将本发明提供的针对水平长方体有损耗介质充电电位方法计算的电位曲线及电位在坐标轴X方向导数曲线结果(命名为New method)与已有(参考文献：程志平.电法勘探教程[M].冶金工业出版社,2007,p81,图2-8b)相同模型(图2、图3、图4)水槽物理模拟观测结果(命名为Physical modeling)。参照图5所示为本发明算例设计模型充电电位计算结果(New method)与已知物理模拟结果(Physical modeling)对比图。图6为本发明算例设计模型充电电位X方向导数计算结果(New method)与已知物理模拟结果(Physical modeling)对比图。对比可见，从形态上看，本发明计算结果与已有物理模拟观测结果吻合较好，仅在模型边界附近存在微弱差异，这是由于物理模拟环境与数值模拟环境不能完全一致所导致。以两种数据的拟合相对误差衡量计算结果吻合程度，图5所示电位曲线拟合相对误差为1％，图6所示电位导数曲线拟合相对误差为2％，验证了本发明实施算例的准确性及可行性。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，其特征在于，所述针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法包括：
步骤一，对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
步骤二，通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
步骤三，通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；并求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值；
所述步骤二具体包括：
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时，水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq，q＝1,…,Nm：
Figure FDA0003907523050000011
其中，dz＝dz,q,dy＝dy,q,dx＝dx,q分别为第q个剖分网格单元在坐标轴Z、Y、X方向长度；dsz＝dx,q·dy,q,dsy＝dx,q·dz,q,dsx＝dy,q·dz,q分别为第q个剖分网格单元垂直于坐标轴Z、Y、X方向边界面积；ny＝Ny-1,nz＝Qz-1分别为水平长方体三维有损耗介质在坐标轴Y、Z方向剖分网格单元数；λq为包含计算区域距离、电阻率因素的综合加权参数：
Figure FDA0003907523050000012
其中，rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离，水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率。
2.如权利要求1所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
采用笛卡尔直角坐标系，取坐标系Z轴垂直向上，则根据右手螺旋法则确定X轴和Y轴方向；确定包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域在坐标轴X、Y、Z方向规则空间分布范围为0～100cm、0～30cm、0～-6cm，采用规则长方体网格将上述规则计算区域在X方向上按一定间距剖分为M＝101个网格节点，Y方向上按一定间距剖分为有N＝31个网格节点，及其Z方向上按一定间距剖分为有Q＝7个网格节点；坐标系三轴方向剖分网格节点长度允许各不相同，间距剖分长度d＝1cm满足d≤L/10，其中，L为水平长方体三维有损耗介质在各坐标轴方向的展布长度，包含水平长方体三维有损耗介质和围岩介质计算区域被剖分为(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元；
按水平长方体三维有损耗介质在坐标系内的空间分布，确定在(M-1)×(N-1)×(Q-1)个网格单元中对应自身空间分布的Nm＝600个网格单元，Nm＝600个任意形状三维有损耗介质剖分网格单元对应Nm＝600个单元点电源；
水平长方体三维有损耗介质在坐标轴X方向上分布节点坐标为xi，Y方向上分布节点坐标为yj，Z方向上分布节点坐标为zk，其中，i＝1,…,Mx；j＝1,…,Ny；z＝1,…,Qz，Mx、Ny及Qz分别为X、Y及Z方向分布节点数；水平长方体三维有损耗介质剖分单元网格中心坐标为(xi+dx,i/2,yj+dy,j/2,zk+dz,k/2)，dx,i、dy,j及dz,k为坐标轴X、Y及Z方向第i、j及k个剖分网格间距；
充电点位置S坐标为(xs,ys,zs)＝(50,15,-3)cm，供电点供电电流强度为Itotal＝1安培；水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率；PI＝3.1415926；剖分单位网格视为点电源，电流强度记为Iq，q＝1,…,Nm，为步骤二待求充电电流强度系数；地面观测点为坐标为(xa,ya,za)＝(0:1:100,15,0)cm，a＝1,…,A；A＝101为观测点数量；uq,a、
Figure FDA0003907523050000031
分别为剖分单位网格q视为点电源对第a个地面观测点引起的电位值及其在X方向到数值；Ua及
Figure FDA0003907523050000032
分别为水平长方体三维有损耗介质在第a个地面观测点引起的总电位值及其在X方向的导数值，即步骤三待求解水平长方体三维有损耗介质在地面引起的总电位值和导数值。
3.如权利要求1所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法，其特征在于，所述步骤三中有损耗介质充电电位积分计算包括：
根据步骤二所计算得到的水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数，按公式(3)计算各剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数：
Figure FDA0003907523050000033
其中，rq,a为第q个剖分单元网格点电源中心到第a个地面测点的距离，xq,xa分别为第q个剖分单元网格点电源中心坐标X轴位置和第q个地面测点X轴位置，|·|表示取绝对值；再根据公式(4)对所有剖分单元网格点电源在地面测点引起的电位及电位导数值进行积分计算，获得水平长方体三维有损耗介质在地面测点引起电位及电位导数值：
Figure FDA0003907523050000034
其中，Nm＝600为水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格总数。
4.一种针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟系统，其特征在于，所述针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟系统包括：
单位体积网格剖分模块，用于对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
充电电流强度系数分配模块，用于通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
损耗介质充电电位及电位导数值获取模块，用于通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；并求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值；
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时，水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq，q＝1,…,Nm：
Figure FDA0003907523050000041
其中，dz＝dz,q,dy＝dy,q,dx＝dx,q分别为第q个剖分网格单元在坐标轴Z、Y、X方向长度；dsz＝dx,q·dy,q,dsy＝dx,q·dz,q,dsx＝dy,q·dz,q分别为第q个剖分网格单元垂直于坐标轴Z、Y、X方向边界面积；ny＝Ny-1,nz＝Qz-1分别为水平长方体三维有损耗介质在坐标轴Y、Z方向剖分网格单元数；λq为包含计算区域距离、电阻率因素的综合加权参数：
Figure FDA0003907523050000042
其中，rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离，水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率。
5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
对任意形状三维有损耗介质区域，采用单位体积网格进行剖分，将充电三维区域离散为多个单位体积网格；
通过建立充电电流强度传输方程组，求解方程组获取剖分单位体积网格在总的充电电流强度条件下各自分配的充电电流强度系数；
通过以每个剖分单位体积作为单元点源，进行所有剖分网格单位点源的充电电位三维积分计算，获取三维有损耗介质区域充电电位分布；
求解得到有损耗介质充电电位及电位导数值；
根据公式(1)计算在供电电流强度Itotal充电时，水平长方体三维有损耗介质区域剖分单元网格点电源电流强度系数Iq，q＝1,…,Nm：
Figure FDA0003907523050000051
其中，dz＝dz,q,dy＝dy,q,dx＝dx,q分别为第q个剖分网格单元在坐标轴Z、Y、X方向长度；dsz＝dx,q·dy,q,dsy＝dx,q·dz,q,dsx＝dy,q·dz,q分别为第q个剖分网格单元垂直于坐标轴Z、Y、X方向边界面积；ny＝Ny-1,nz＝Qz-1分别为水平长方体三维有损耗介质在坐标轴Y、Z方向剖分网格单元数；λq为包含计算区域距离、电阻率因素的综合加权参数：
Figure FDA0003907523050000052
其中，rs,q为充电点到第q个剖分单元网格点电源中心的距离；水平长方体三维有损耗介质区域剖分电阻率允许随剖分单元网格位置变化而变化，记为ρq＝1Ω.m，q＝1,…,Nm；ρb＝15Ω.m为围岩介质电阻率。
6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～3任意一项所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
7.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端执行权利要求1～3任意一项所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
8.一种金属勘探详查和勘探阶段、水文地质工程地质调查中地下流体追索勘探的探测仪，其特征在于，所述探测仪执行权利要求1～3任意一项所述的针对任意形状有损耗介质充电电位数值模拟方法。
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