[发明专利]基于区块大地电性结构的地磁扰动地电场计算方法

权利要求书

1.一种基于区块大地电性结构的地磁扰动地电场计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立区块大地三维电性结构模型：

收集历史大地电磁测深数据资料，获得视电阻率原始数据，按地市级的辖区分区块，建立区块大地三维电性结构模型；

S2、基于麦克斯韦方程的地电场算法：

对给定地磁暴GMD，根据大地的介电常数ε和磁导率μ₀＝4π·10^-7H/m，基于麦克斯韦方程和平面波法计算地磁暴GMD的地电场；

S3、计算地磁暴GMD的地电场分量量值：

根据步骤S1的模型和步骤S2的算法，以及地磁暴GMD强度和方向的变化，计算地磁暴GMD的地电场分量量值；

S4、确定地磁暴GMD的地电场分量的最大值及方向：

根据步骤S3的地磁暴GMD的地电场分量，分析获得地磁暴GMD的地电场分量的最大值及方向；

其中，步骤S2的具体步骤为：选取区块大地三维电性结构模型作为求解区域V，大地水平面、地表下方的水平截断面及大地水平面边界处的截断面构成闭合曲面S；假设大地具有均匀的介电常数ε和均匀的磁导率μ₀，大地电磁感应方程表示为式(1)-式(5)，

其中，▽为梯度算子，B为磁感应强度，为磁感应强度向量，μ₀＝4π·10^-7H/m，为与地面平行的面电流密度，E为电场强度，为电场强度向量，ρ为体电荷密度，σ为电导率，t表示时间；

在假设空气中电导率σ＝0，且大地导体中的传导电流远大于位移电流的条件下，采用直角坐标系建模时，则电场强度E的方程式改写为式(6)，磁感应强度B的方程式改写为式(7)，

其中，ω为角频率，表示沿Z轴方向求二次偏导数，X轴正方向为地面正南方向，Y轴正方向为地面正东方向，Z轴正方向为大地垂直向下方向，j为虚数单位；

设置磁场边界条件为：将大地水平面设为地面边界，底面边界条件E_z＝0，其中，E_z为在Z轴上的分量；

将区块大地三维电性结构模型看作多个电导率水平分量均匀分布的分块模型，且各个分块模型间的电流密度在分界面两侧连续，因此将式(6)改写为式(8)，

其中，k²＝jωμ₀σ，其通解表示为式(9)，

其中，C、D和k为待定系数；

根据式(6)和式(7)得到式(10)，

其中，E_y为在Y轴上的分量，E_x为在X轴上的分量，B_y为在Y轴上的分量，B_x为在X轴上的分量，为X轴正方向的单位向量，为Y轴正方向的单位向量。

2.如权利要求1所述的基于区块大地电性结构的地磁扰动地电场计算方法，其特征在于：步骤S1的具体步骤为：

结合电网运行调度的要求，对省级电网按地市级的辖区对大地进行分区块，利用历史大地电磁测深数据资料，通过对各辖区大地电性结构的分析，把大地三维电性结构模型剖分成n个小区域，每个小区域是一维分层结构，各地市辖区看作多个小区域组成，每个小区域的深度及电性构造根据实际数据进行仿真建模；

通过各辖区自上而下建立分区分块的大地三维电性结构模型，对地磁暴GMD的地电场进行计算，得到区块大地三维电性结构模型；

所述历史大地电磁测深数据资料包括：大地电磁剖面数据和深度电性数据；

所述区块大地三维电性结构模型以地理方位正南方向为X轴，正东方向为Y轴，垂直大地方向为Z轴。