Компьютерная технология построения плотностных и магнитных моделей земной коры по данным грави- и магниторазведки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Зиновкин, Сергей Владимирович

• Зиновкин, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зиновкин, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

1.1. Компьютерные технологии построения согласованных физико-геологических моделей

1.2. Компьютерные системы построения несогласованных моделей

ГЛАВА II. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ПЛОТНОСТНЫХ И МАГНИТНЫХ МОДЕЛЕЙ

2.1. Способы решения прямых задач гравиразведки

2.2. Алгоритмы решения прямых и обратных задач в спектральной области

2.3. Модифицированный метод Б.А. Андреева

2.4. Классификационные алгоритмы

2.5. Интерполяционные алгоритмы

ГЛАВА III. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛОТНОСТНЫХ И МАГНИТНЫХ РАЗРЕЗОВ

3.1. Интерфейс компьютерной технологии гравитационного и магнитного моделирования

3.2. Создание проекта

3.3. Методика построения моделей плотностных и магнитных разрезов слоистой среды

3.4. Методика построения моделей плотностных и магнитных разрезов блоковой среды

3.5. Учет свойств вмещающей среды

3.6. Расчет прямой задачи

3.7. Сохранение результатов

3.8. Дополнительные возможности программного комплекса

3.9. Программы решения прямых задач

3.10. Программы интерактивной классификации

3.11. Методика построения моделей

ГЛАВА IV. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ПЛОТНОСТНЫХ И МАГНИТНЫХ МОДЕЛЕЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

4.1. Плотностные модели по опорным региональным профилям

4.2. Пример построения плотностных моделей по геологическим разрезам

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компьютерная технология построения плотностных и магнитных моделей земной коры по данным грави- и магниторазведки»

Актуальность работы. Объемная геологическая модель является отображением изучаемого блока земной коры в виде совокупности трехмерных геометрических тел, наделенных широчайшим спектром свойств, включая геологические, петрофизические, геохимические и т.д., при этом решение задачи построения достоверной (адекватной и эффективной) геолого-геофизической модели всегда представляет основную цель геологоразведочного производства.

Реальное достижение этой цели стало возможным именно в настоящее время, когда производительность вычислительной техники, возможности средств визуализации и уровень теоретических исследований в области решения прямых и обратных задач геофизики стали соответствовать сложности задач, решаемых непосредственно в процессе моделирования. Отметим, что если раньше геолого-геофизическое моделирование в основном использовалось при поисках месторождений нефти и газа, в достаточно простых геологических условиях слоистых сред, то сегодня становится актуальной задача моделирования сложных высокогетерогенных геологических сред с сильной дифференциацией свойств горных пород в пространстве.

Построение плотностных и магнитных моделей разрезов земной коры представляет особую актуальность в связи с тем, что данные гравиразведки и магниторазведки в масштабе 1:200 ООО получены практически по всей территории Российской Федерации, а для ряда площадей получены в масштабе 1:50 000. Кроме этого, плотностные модели представляют основу прогноза поисковых исследований на углеводородное сырье и твердые полезные ископаемые при изучении осадочного чехла и кристаллического фундамента. Эффективное решение задачи расчленения пород кристаллического фундамента невозможно без оценки распределения магнитной восприимчивости с глубиной.

Технология построения плотностных и магнитных моделей не возможна без использования способов решения прямых и обратных задач грави- и магниторазведки. Имеющая неоднозначность решения обратных задач грави- и магниторазведки при построении плотностных и магнитных моделей может быть существенно снижена как путем включения в процесс моделирования априорной геолого-геофизической информации о строении земной коры, так и использования современных методов спектрального, корреляционного, регрессионного анализа, оптимальной фильтрации, алгоритмов кластерного анализа и распознавания образов.

Таким образом, создание компьютерной технологии построения эффективных и адекватных плотностных и магнитных моделей земной коры представляет актуальную задачу.

Цели и задачи исследования. Создание компьютерной технологии' построения плотностных и магнитных моделей земной коры в двухмерной (2X5) и трехмерной пространствах (2УШ и ЗО), является основной целью исследований.

Достижение цели базируется на решении следующих задач: построение оптимальной структуры базы данных для процесса моделирования и соответствующей программной реализации; разработка оригинальных алгоритмов редактирования геометрических и физических характеристик модели; разработка приемов решения прямых задач и методов оценки параметров анамалиеобразующих объектов, на основе сверточной модели в пространстве и в спектральной области; использование методов кластерного анализа и распознавания образов в процессе моделирования.

Методы, используемые в диссертации. Методологическую основу исследования составляют современные методы математического анализа, теории вероятностей, статистических оценок, многомерной статистики, теории случайных процессов, кластерного анализа, спектрально-корреляционного анализа, оптимальной фильтрации, системного и объектно-ориентированного программирования, вычислительные методы.

Научная новизна исследований определяется: разработкой оригинальных алгоритмов решения прямой задачи грави- и магниторазведки на основе сверточной модели для точечных масс; включением в процесс построения плотностных и магнитных моделей методов автоматической и интерактивной классификации; программной реализацией процедуры построения плотностных и магнитных моделей; созданием плотностных моделей глубинного строения земной коры по опорным региональным профилям, адекватных реальным средам.

Защищаемые положения:

1. Разработанная компьютерная технология построения плотностных и магнитных моделей земной коры, включающая алгоритмы решения прямых задач грави- и магниторазведки на основе сверточной модели для точечных масс, процедуры интерактивного редактирования моделей, графического представления результатов моделирования, оценки эффективности и согласованности модельных построений обеспечивает построение двухмерных и трехмерных плотностных и магнитных моделей земной коры.

2. Предложенная методика построения плотностных и магнитных моделей первого приближения, базирующаяся на оригинальных методах оценки параметров аномалиеобразующих объектов, алгоритмах автоматической и интерактивной классификации, позволяет повысить эффективность создания согласованных физико-геологических моделей земной коры.

3. Использование созданной компьютерной технологии гравимагнитного моделирования позволяет строить эффективные по плотности и магнитной восприимчивости модели глубинного строения земной коры для высоко-гетерогенных слоисто-блоковых сред кристаллического фундамента и осадочного чехла.

Личный вклад. Все положения, выносимые на защиту, выполнены автором или при его непосредственном участии. Автором проведены исследования по разработке оригинальных алгоритмов решения прямых задач гравиразведки и магниторазведки для сеточных моделей. Разработана методика построения плотностных и магнитных моделей земной коры. Создано программное обеспечение для редактирования модельных построений. Разработан оригинальный интерфейс и база данных для сопровождения модельных построений и визуализации результатов моделирования.

В работе использованы адаптированные процедуры трансформаций гравитационного и магнитного полей в спектральной области, предоставленные И.И. Приезжевым, которые используются при решении прямых задач и для оценки параметров аномалиеобразующих объектов [55].

Практическая г^енностъ работы состоит в создании компьютерной технологии по созданию плотностных и магнитных моделей, обеспечивающей обработку данных грави- и магниторазведки в режиме реального времени и внедрением программно-алгоритмического обеспечения во ВСЕГЕИ и РГГРУ.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Зиновкин, Сергей Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования по разработке компьютерной технологии гравимагнитного моделирования, ее тестирование и использование в процессе модельных построений вдоль региональных профилей при изучении глубинного строения земной коры, кристаллического фундамента и осадочного чехла позволили определить основные направления ее дальнейшего развития: создание программно-алгоритмических решений и математического аппарата для оценки адекватности и увязки модельных построений по данным гравиразведки и магниторазведки; дальнейшее совершенствование технологии создание магнитных моделей, учитывающей весь спектр свойств объектов, индуцирующих магнитное поле; включение в процесс моделирования результатов интерпретации данных сейсморазведки и имеющуюся скважинную информацию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зиновкин, Сергей Владимирович, 2011 год

1. Андреев Б А., Закашанский М.С. и др. Курс гравитационной разведки. М.:; Л.: Геолитиздат, 1941, 432с.

2. Андреев Б.А., Клушин И.Г. Геологическое истолкование гравитационных аномалий. Ленинград, ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1962, 496с.

3. Аронов В.И. Трехмерная аппроксимация как проблема обработки, моделирования и интерпретации геофизических и геологических данных. // Геофизика, 2000, №4. с.21-25.

4. Бабаянц П.С., Блох Ю.И., Трусов A.A. Изучение рельефа кристаллического основания платформенных областей по данным магниторазведки и гравиразведки. Геофизика, 2003, №6, с.55-58.

5. Белобородов М.А., Боков K.M. и др. ГИС ПАРК (версия 10.0): руководство пользователя. -М.: МФ ВСЕГЕИ, 2009, 333с.

6. Березкин В.М. Метод полного градиента при геофизической разведке. — М.: Недра, 1988, 188с.

7. Березкин В.М., Жбанков Ю.В.,Филатов В.Г., Трайнин П.Н., Булычев Е.В. Методические рекомендации по технологии обработки и интерпретации геофизических данных (ТПОИГД). -М.: изд. Нефтегеофизики, 1992, 80с.

8. Билибин С.И., Перепечкин М.В., Юканова Е.А. Технология построения геологических моделей залежей углеводородов в программном комплексе DV-Geo //Геофизика, 2007, №4, с. 191-194.

9. Блох Ю.И. Интерпретация гравитационных и магнитных аномалий. Учебное пособие. М., 2009. http://sigma3d.eom/content/view/24/2/.

10. Блох Ю.И. Решение прямых задач гравиразведки и магниторазведки. Учебное пособие. -М.: ММГА, 1993, 79с.

11. Булах Е.Г. Прямые и обратные задачи гравиметрии и магнитометрии. Математические методы геологической интерпретации гравиметрических и магнитометрических данных. — Изд. "Наукова думка", Киев, 2010, 464с.

12. Бычков С.Г. Методы обработки и интерпретации гравиметрических наблюдений при решении задач нефтегазовой геологии. Екатеринбург: УрО РАН, 2010, 187с.

13. Вахромеев Г.С., Давыденко А.Ю. Моделирование в разведочной геофизике. -М.: Недра, 1987, 192с.

14. Галуев В.И. ГИС ИНТЕГРО-ГЕОФИЗИКА геоинформационная система интегрированной интерпретации геофизических данных для изучения глубинного строения земной коры//Геоинформатика, 2006, №1, с. 3-9.

15. Галуев В.И., Каплан С.А., Никитин A.A. Технология создания физико-геологических моделей земной коры по опорным профилям на основе геоинформационных систем. — М.: ВНИИгеосистем, 2009, 236с.

16. Геоинформационная система ПАРК (версия 6.01). Введение в систему и технологию, ЛАНЭКО, 2000, 98с.

17. Геологическое строение и закономерности размещения полезных ископаемых. Сибирская платформа. Т. 4 // JL: Недра, 1987. 448 с.

18. Голиздра Г.Я. Комплексная интерпретация геофизических полей при изучении глубинного строения земной коры. — М.: Недра, 1988, 212с.

19. Гольцман Ф.М., Калинин Д.Ф., Калинина Т.Б. Компьютерная технология Mult Alt альтернативной классификации и прогноза по комплексу геоданных. // Российский геофизический журнал, 2000, № 17-18, с. 64-70.

20. Гравиразведка. Справочник геофизика. / Под ред. Е.А. Мудрецовой, К.Е. Веселова, 2-е изд. -М.: Недра, 1990, 607с.

21. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976,511с.

22. Зиновкин C.B., Сикорский В.А. Компьютерная система геолого-математического моделирования рудных тел. VI Международная конференция Новые идеи в науках о Земле 2003г., Москва РГГРУ, 2003, том 4, с. 229.

23. Зиновкин C.B., Филатов В.Г., Гласко Ю.В., Овсепян М.Л., Сташевский В.Е. Решение обратной линейной задачи гравиразведки на основе метода регуляризации для системы многоугольников. Геофизика №5, 2005, с. 58.

24. Зиновкин C.B. Интропродолжение и эпигенетическое магнито-минералообразование в нефтегазоразведке: Учеб. пособие для ВУЗов / Соавторы Лобанов A.M., Филатов В.Г., Петров A.B. и др., М.: РГГРУ, 2009, 79с.

25. Игнатьева Т.С. Петрофизическая характеристика разреза среднего протерозоя Онежского полуострова. / В кн.: Геофизические ипетрофизические исследования в Карелии, Петрозаводск, Карельский филиал АН СССР, Институт геологии, 1978.

26. Иксанов И .Я., Каплан С.А., Козлов A.C., Шпекторов A.JI., Хаустов М.Г. Сейсморазведка МОВ-ОСТ в интегрированном анализе и комплексной интерпретации геоинформации // Геоинформатика, 2006, № 3, с. 66-74.

27. Инструкция по гравиразведке. М.: Недра, 1980, 80с.

28. Картвелишвили K.M. Планетарная плотностная модель и нормальное гравитационное поле Земли. — М.: Наука, 1982.

29. Кашик A.C., Кириллов С.А., Ческис B.JI. Решение геологических задач в четырехмерном многопараметровом пространстве // Геофизика: Специальный выпуск «Технологии сейсморазведки-Ii», 2003, с. 3-16.

30. Кобрунов А.И. Математические основы теории интерпретации геофизических данных. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008, 288 стр.

31. Комплексирование методов разведочной геофизики: Справочник геофизика. / Под редакцией В.В. Бородового, A.A. Никитина. М.: Недра, 1984, 384с.

32. Кузнецов О.Л., Никитин A.A., Черемисина E.H. Геоинформационные системы. М.: ИЦ ВНИИгеосистем, 2005, 346с.

33. Кутрунов В.Н., Дмитриевский М.В. Аналог интерполяционного метода крайгинга без геостатистического обоснования. — Вестник ТюмГУ, №3, 2001, с. 208-216

34. Ларин Г.В. Эффективный компьютерный инструментарий геолога и геофизика при изучении нефтегазовых месторождений // Геофизика, 2010, № 3, с. 3-15.

35. Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований. -М.: Недра, 1993, 268с.

36. Матусевич A.B. Объемное моделирование геологических объектов на ЭВМ. -М.: Недра, 1988, 184с.

37. Никитин A.A. Теоретические основы обработки геофизической информации. -М.: Недра, 1986. 342с.

38. Никитин A.A., Петров A.A. Основные процедуры обработки и интерпретации нестационарных геофизических полей. Геофизика №3, 2007, с. 63-70.

39. Никитин A.A., Петров A.B., Зиновкин C.B., Адаптивные процедуры выделения геологических объектов в геофизических полях. Из. Вузов. Геология и разведка, 2006, № 3, с. 50-56.

40. Никитин A.A., Хмелевский В.К. Комплексирование геофизических методов. Изд. ГЕРС, г. Тверь, 2004, 294с.

41. ПАНГЕЯ- 10 лет. Специальный выпуск. Геофизика, 2004, 106с.

42. Петров A.B., Никитин A.A., Зиновкин C.B. Развитие статистических приемов обработки и интерпретации геофизических полей в компьютерной технологии «КОСКАД 3D». Из. Вузов. Геология и разведка 2007, № 7 с.68-74.

43. Петров A.B., Трусов A.A. Компьютерная технология статистического и спектрально-корреляционного анализа трехмерной геоинформации КОСКАД 3D // Геофизика, 2000, № 4, с. 29-33.

44. Приезжев И.И. Информационные технологии интерпретации комплекса геолого-геофизических данных для геологического моделирования. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, РГГРУ, 2010, 212с.

45. Приезжев И.И. Построение распределений физических параметров среды по данным гравиразведки, магнитометрии и сейсморазведки. Геофизика №3, 2005, стр. 46.

46. Приезжев И.И. Уточнение геологической модели по данным гравитационного поля на основе критериальных методов решения обратных задач геофизики. Геофизика №1, 2010 стр. 65-68.

47. Романюк Т.В. Некоторые вопросы комплексной интерпретации данных ГСЗ и гравиметрии. Теория и практика интерпретации гравитационных аномалий. М. ИФЗ АН СССР, 1982, с. 26-59.

48. Савинский И.Д. О решении некорректной задачи при пересчете потенциального поля на нижние уровни. Изв. АН СССР, Физика Земли №6, 1967, с. 72-92.

49. Серкеров С.А. Гравиразведка и магниторазведка: Учеб. для вузов. — М.: ОАО Издательство "Недра", 1999, 437с.

50. Серкеров С.А. Корреляционные методы анализа в гравиразведке и магниторазведке. -М.: Недра, 1986, 247с.

51. Серкеров С.А. Спектральный анализ гравитационных и магнитных аномалий. -М.: ОАО Издательство "Недра", 2006.

52. Страхов В.Н. Использование методов теории функций комплексного переменного в плоских задачах гравиразведки и магниторазведки. Учебное пособие. М.: АН СССР, Институт Физики Земли им. О.Ю. Шмидта, 1982, 120с.

53. Страхов В.Н. Основные идеи и методы извлечения информации из данных гравитационных и магнитных наблюдений. — М.: ИФЗ АН СССР, 1979, с. 146-269.

54. Страхов В.Н. Основные направления теории и методологии интерпретации геофизических данных на рубеже XXI столетия. Ч. I // Геофизика №3, 1995, с. 9-18.

55. Хемминг Р.В. Численные методы. М.: Наука, 1968, 400с.

56. Черемисина Е.Н., Митракова О.В., Финкелылтейн M .Я. ГИС-ИНТЕГРО -инструмент постановки и решения природопользовательских задач. Информационный бюллетень № 3, 1988, ГИС-Ассоциация.

57. Черемисина Е.Н., Никитин А.А. Геоинформационные системы и технологии. Учебник для вузов. М.: ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, 2011, 376с.

58. Baranov V. A new method for interpretation of aeromagnetic maps pseudo gravimetric anomalies. Geophysics, 1957, vol. 22 №2, p. 359-383.

59. Bott M.P., Smith R.A. The estimation of the limiting depth of graviting bodies. Geophysical processing, 1958, vol. 6, №1, p. 1-10.

60. Fairhead J.D., Odegard M.E. Advances in gravity survey resolution. // The Leading Edge, 2002, №1, p. 36-37.

61. Fedi M., Rapolla A. 3-D inversion of gravity and magnetic data with depth resolution. Geophysics, 1999, vol. 64, №2, p.452-460.

62. Hammer S. Deep gravity interpretation by stripping. Geophysics, 1963, vol. 28, №3, p. 369-378.

63. Hansen R.O. Gravity and magnetic methods at the turn of the millennium. Geophysics, 2001, vol. 66, №1, p. 36-37.

64. Moraes A.V.R., Hansen R.O. Constrained inversion of gravity fields for complex 3-D structures. Geophysics, 2001, vol. 66, №2, p. 501-510.

65. Silva J.B.C., Medeiros E.W., Barbosa V.C.F. Potential-field inversion: Choosing the appropriate technique to solve a geologic problem. Geophysics, 2001, vol. 66, №2, p. 511-520.

66. Yang Z., Wei Y. The gravity & seismic data joined formation separation technique for deep structure study. // SEG Technical Program Expanded Abstracts, 2005, p. 635-638.