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应用地球物理  2025, Vol. 22 Issue (4): 1094-1108    DOI: 10.1007/s11770-024-1114-7
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波数域三维强磁性体张量数值模拟
李昆,史辉,吴禹橙*,袁建国,赵东东
1.中国四川省成都市西南石油大学地球科学与技术学院 610500 2. 国家油气田地质与开发工程国家重点实验室,中国成都 610500。 3.中国石化集团南方勘探开发有限责任公司,中国四川省成都市610200 4.中国石油西南油气田勘探开发研究院,中国四川省成都市,邮编610041 5.中国广西桂林市桂林电子科技大学生命与环境科学学院,邮编541000
Numerical Simulation of a Three-Dimensional Strongly Magnetic Material Tensor in Wave Vector Domain
Li Kun, Shi Hui, Wu Yu-cheng*, Kang Chen, Zhao Dong-dong
1. School of Earth Sciences and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610500, China. 3. Sinopec Geophysical Corporation Nanfang Branch, Chengdu 610200, Sichuan ,China 4. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, 610041,China 5. School of Life and Environmental Sciences, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541000, China.
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摘要 在磁性体张量数值模拟中,通常忽略退磁效应的影响,但随着磁化率的增大,退磁效应越来越强,磁性体张量的模拟精度逐渐降低。针对上述强磁性体张量模拟问题,本文提出了一种基于波数域的迭代计算方法,该方法从磁位满足的积分方程出发,借助二维傅里叶变换将三维积分问题转换为一维问题,并采用形函数法求解该一维问题。同时,为保证算法的收敛性引入迭代紧算子,在此基础上实现了强磁性体张量的高精度数值模拟。与强磁性球体及球壳模型解析解对比表明,本文方法在较宽的磁化率范围内均具有较好的适用性;在一般强磁化率 (χ=1SI) 下,该方法能够快速收敛,且与模型解析解高度吻合;在较强磁化率 (1SI<χ ≤100SI) 下,该方法经过有限次迭代收敛,同时具有较高的计算精度;在超强磁化率 (100SI<χ≤500SI) 下,该方法的收敛速度与计算精度相对降低,但基本满足计算精度需求。
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关键词强磁   张量   形函数   紧算子   波数域     
Abstract: Demagnetization effects are typically ignored in numerical simulations of magnetic material tensors. However, as the magnetization susceptibility increases, demagnetization effects become more pronounced, thereby gradually decreasing the accuracy of magnetic material tensor simulations. An iterative calculation method based on the wave vector domain is proposed to address this issue in the context of strongly magnetic materials. This method uses the integral equations satisfied by the magnetic potential, employs a twodimensional Fourier transform to convert the three-dimensional integral problem into a one-dimensional problem, and utilizes the shape function method to solve this one-dimensional problem. An iterative tightbinding operator is introduced to ensure the convergence of the algorithm. High-precision numerical simulations of strongly magnetic material tensors are achieved on the basis of this foundation. Comparisons with analytical solutions for strongly magnetic spherical and spherical shell models demonstrate that the proposed method is applicable to a wide range of magnetization susceptibilities. Under normal conditions of strong magnetization (χ = 1SI), the method converges rapidly and closely matches the analytical solutions. At higher magnetization levels (1SI < χ ≤ 100SI), it stabilizes after a fi nite number of iterations while maintaining high computational accuracy. At extremely strong magnetization levels (100SI < χ ≤ 500SI), the convergence speed and computational accuracy of the method decrease relatively, but it still satisfi es the requirements for computational accuracy.
Key wordsStrong magnetism    Tensor, Shape functions    Tight-binding operator    Wave vector domain   
收稿日期: 2024-01-19;
基金资助:本研究项目由国家自然科学基金项目(编号:42204133)、中石油-西南石油大学创新联合体项目(编号:2020CX010201)与中国博士后科学基金(编号:2023MD734163)联合资助。
通讯作者: 吴禹橙 (Email: 1084168105@qq.com).     E-mail: 1084168105@qq.com
作者简介: 李昆,助理研究员,1989年生;2020年获得中南大学博士学位;现就职于西南石油大学地球科学与技术学院;目前主要从事重磁电数值模拟与成像、电震联合成像方向的研究。
引用本文:   
. 波数域三维强磁性体张量数值模拟[J]. 应用地球物理, 2025, 22(4): 1094-1108.
. Numerical Simulation of a Three-Dimensional Strongly Magnetic Material Tensor in Wave Vector Domain[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2025, 22(4): 1094-1108.
 
没有本文参考文献
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