Принципы и технология обработки и интерпретации потенциальных полей при изучении глубинного строения земной коры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.12, кандидат технических наук Липилин, Александр Владимирович

• Липилин, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Липилин, Александр Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОЛОГИИ И ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

1.1 МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

1.2 ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ИЗУЧЕНИИ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

2.1 ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ О ГЛУБИННОМ СТРОЕНИИ

2.1.1 ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ

2.1.2 ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

О ГЛУБИННОМ СТРОЕНИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ

2.1.3 КОМПЛЕКС ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

2.1.4 ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ О ГЛУБИННОМ СТРОЕНИИ ЗЕМЛИ

2.2 МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

2.2.1 ФОРМИРОВАНИЕ АПРИОРНОЙ МОДЕЛИ

2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ ПОМЕТОДНЫХ МОДЕЛЕЙ

2.2.4 ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МОДЕЛЕЙ

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ

3.1 ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ, ФУНКЦИОНАЛЬНОГО И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

3.2 АЛГОРИТМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МНОГОУРОВНЕВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

3.3 АДАПТАЦИЯ И МОДИФИКАЦИЯ ИМЕЮЩЕГОСЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Принципы и технология обработки и интерпретации потенциальных полей при изучении глубинного строения земной коры»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема комплексной интерпретации геофизических данных при изучении глубинного строения земной коры связана с необходимостью поиска новых подходов к геокартированию, выделению крупных нефтегазоносных провинций и рудных поясов.

Получение новой и более полной информации при изучении глубинного строения территорий определяется использованием новейших разработок в области автоматизированной обработки и комплексной интерпретации геоданных.

В настоящее время изучение глубинного строения Земли с использованием потенциальных полей исключительно ориентируется на геометрическое положение границ раздела сред, определяемых по данным сейсморазведки и, в основном, глубинного сейсмического зондирования. Это приводит к существенной зависимости данных интерпретации потенциальных полей от сейсмогеологической модели. В то же время, источники гравитационных и магнитных аномалий не всегда являются таковыми для сейсморазведки и наоборот.

Опыт также показывает, что использование данных потенциальных полей для площадного районирования территории, определения глубины проявленности выделенных блоков и их плотности, может существенно влиять на интерпретацию данных сейсморазведки.

Следовательно, становится актуальной разработка технологии комплексной интерпретации данных, которая учитывала бы при создании комплексной модели результаты независимой интерпретации отдельных геофизических методов и соответствующих им моделей.

Целью проведенных исследований является разработка компьютерной технологии обработки и интерпретации потенциальных полей при комплексном изучении глубинного строения земной коры.

Основными задачами работы являлись:

1. Определение основных методологических принципов комплексной интерпретации данных потенциальных полей при изучении глубинного строения земной коры.

2. Разработка методического обеспечения обработки и интерпретации потенциальных полей при комплексном изучении глубинного строения земной коры.

3. Создание технологии комплексной интерпретации потенциальных полей на базе ГИС-технологий и ее апробация при решении практических задач.

Научная новизна

1. На основе определения общеметодологических принципов комплексной интерпретации потенциальных полей при изучении глубинного строения осуществлен выбор модели геосреды и разработана методика обработки и интерпретации данных с использованием критериев адекватности модели реальной среде.

2. Разработана структура и состав математического обеспечения компьютерной технологии комплексной интерпретации геофизических полей на базе ГИС-технологий с широким использованием адаптивных процедур фильтрации по установлению источников потенциальных полей.

3. Разработан алгоритм компенсирующего фильтра Колмогорова-Винера, позволяющий исключить влияние верхней части разреза при обработке многоуровенных наблюдений потенциальных полей.

Практическая значимость

Практическое значение работы состоит в развитии технологии комплексной интерпретации потенциальных полей при изучении глубинного строения земной коры и в построении плотностной модели по геотраверсу Уралсейс-95.

Защищаемые положения

1. Анализ особенностей изучения глубинного строения земной коры и общеметодологических аспектов комплексной интерпретации геолого-геофизических данных позволяют сформулировать основные принципы, определяющие методическое обеспечение применения геофизических полей при комплексном изучении глубинного строения.

2. Оценка условий применимости геофизических методов и методика независимой интерпретации потенциальных полей при формировании комплексной модели являются основой создания компьютерной технологии комплексной обработки и интерпретации геофизических данных при изучении глубинного строения земной коры.

3. Технология обработки и интерпретации геолого-геофизических данных, реализованная в среде ГИС, является эффективным средством построения моделей глубинного строения, а также служит базой при создании автоматизированных мест геофизиков и геологов по решению задач комплексной интерпретации при изучении глубинного строения земной коры.

Реализация и апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной геофизической конференции (Санкт -Петербург, 1995г.), Международной конференции и выставке (ЕАГО, SEG, EAGE, Москва, 1997г.), International Geological Congress (China, 1996 ).

Публикации и личный вклад в решение проблемы. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором.

По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных

работ.

Основные теоретические, методические и технологические результаты получены непосредственно автором. На основе анализа методологических аспектов комплексной интерпретации геолого-геофизических данных и оценки физических возможностей и ограничений геофизических методов определены основные принципы и методика обработки и интерпретации геофизических полей, которые позволили реализовать информационное и аналитическое наполнение созданной компьютерной технологии. Определено место использования новых алгоритмов адаптивной фильтрации, многоуровневого характера наблюдений и построение апостериорной модели, что обеспечивает формализованные оценки результатов выполненных исследований по изучению глубинного строения изучаемого региона.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 104 страницы машинописного текста. Список литературы включает 74 наименования.

Автор выражает глубокую признательность д.т.н. Черемисиной E.H. за консультации, к.т.н. Галуеву В.И., а также Пимановой H.H. , Левину A.C. и Малининой С.С. за методическую помощь при создании технологии и оформлении результатов.

Заключение диссертации по теме «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», Липилин, Александр Владимирович

Основные результаты работ заключаются в следующем: ¡.Проанализированы особенности геоинформации и методологические аспекты комплексной интерпретации потенциальных полей при изучении глубинного строения земной коры.

2. На основе обзора существующих автоматизированных систем и пакетов прикладных программ, используемых при изучении глубинного строения земной коры, а также с учетом особенностей геоинформации установлены принципы и необходимые требования при создании технологии комплексной обработки геолого-геофизических данных. Определены основные функциональные модули технологии комплексной интерпретации потенциальных полей.

3. Предложена технология комплексной интерпретации, обеспечивающая сведение основных задач геолого-геофизических исследований к конечному набору операций и реализующих их алгоритмов.

4. Использованы новые алгоритмы в области интерпретации многоуровневых наблюдений и оценки адекватности полученных физико-геологических моделей реальной среде.

5. Построена пометодная интерпретационная модель глубинного строения земной коры по геотраверсу Урал-сейс на базе предложенной ГИС-технологии комплексной интерпретации потенциальных полей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Липилин, Александр Владимирович, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамович И.И., Клушин И.Г., Петрохимия и глубинное строение Земли, Л. Недра, 1978г.

2. Авербух А.Г. Проблемы методологии комплексных геофизических исследований. В сб. «Вопросы методологии интерпретации геофизических данных в прикладной геофизике» М., 1996г., Изд. РАН-ЕАГО, с. 64-68.

3. Автоматизированная обработка комплексных аэрогеофизических данных с применением АСОМ - АГС/ЕС. Сб. Научных статей Л. 1987., 86 с.

4. Андреев Б.А. Геофизические методы в региональной структурной геологии. Л. Недра, 1965г.

5. Блох Ю.И. Количественная интерпретация гравитационных и магнитных аномалий. Учебное пособие.М., МГГА, 1998г., 87 с.

6. Бродовой В.В. Методологические аспекты комплексирования геофизических методов и комплексной интерпретации геофизических данных в рудной геофизике и геологическом картировании. В сб. «Вопросы методологии интерпретации геофизических данных в прикладной геофизике» М. 1996г. Изд. РАН - ЕАГО, с. 29 - 41.

7. Бродовой В.В. Комплексирование геофизических методов. М. Недра, 1991г., 330с.

8. Бугаец А.Н. Применение автоматизированных систем при прогнозе месторождений (на примере твердых полезных ископаемых). В кн.

Применение математических методов и ЭВМ при поисках полезных ископаемых. Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1984, с. 15-17.

9. Булах Е.Г., Маркова М.Н. Подбор геологических моделей по гравитационному полю, осложненному региональным влиянием. Геофизический журнал, 1990, т.12, № 1, с.9-17.

10. Булах Е.Г. О выделении регионального фона при интерпритации гравитационных и магнитных аномалий. Изв.АН СССР, Физика Земли, 1979г., №2, с. 95-99.

11. Бусыгин B.C., Мирошниченко М.В. Выбор информативных признаков в распознавании образов (применительно к задачам геологии). Математические методы в геологии. М., ВИЭМС, 1986,

12. Ванюшин В.А.,Комаров B.C. Специальное математическое обеспечение автоматизированной системы хранения и обработки данных геохимических поисков месторождений нефти и газа. Алгоритмы и программы, вып. 5(54), М., ВИЭМС, 1982г., с.40. ^

13. Ванюшин В.А., Кузнецов O.JI. Концепция изучения недр и использования минеральных ресурсов страны. В сб: Системные исследования проблем природопользования. Всесоюз. конф. "Теория, методология и практика системных исследований." М., 1984г., с. 17-18.

14. Вахромеев Г.С. Основы методологии комплексирования геофизических исследований при поисках рудных месторождений. М. Недра, 1987г.

15. Васильев В.И. Распознающие системы. Справочник. Киев, Наукова думка,

1983, с.422.

16. Воронин Ю.А. К проблеме создания автоматизированной системы для решения задач поиска полезных ископаемых. Применение математических методов и ЭВМ при поиске и разведке полезных ископаемых. Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1973г.

17. Воронин Ю.А. Совершенствование методологических, теоретических и организационных основ поисков и разведки полезных ископаемых в связи с применением математических методов и ЭВМ. Новосибирск, 1976, с. 13О, Препринт, ВЦ СО АН СССР.

18. Воронин Ю.А. Исследование операций при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Новосибирск, Наука, 1983, с.287.

19. Воронин Ю.А. Теория классификации и ее приложения. Новосибирск, Наука,

1984, с.231.

20. Воронин Ю.А. и др. Теоретические вопросы, связанные с применением математических методов и ЭВМ при поиске и разведке полезных ископаемых. Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1977г.

21. Воскобойников Г.М., Начапкин Н.И. Метод особых точек для интерпретации аномальных полей. Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли, 1969г., № 5, с. 24-39.

22. Голиздра Г.Я. Комплексная интерпретация геофизических полей при изучении глубинного строения Земной коры. М., Недра, 1988г., 212с.

23. Голиздра Г.Я. Методология интерпретации данных комплекса геофизических полей. В сб. «Вопросы методологии интерпретации геофизических данных в прикладной геофизике». М., 1996г., Изд. РАН - ЕАГО, с. 85 - 97.

24. Гольдшмидт В.И. Региональные геофизические исследования и методика их количественного анализа". М., Недра, 1979, с.219.

25. Гольцман Ф.Н., Калинина Т.Б. Статистическая интерпретация магнитных и гравитационных аномалий. Л., Недра, 1983, с.248.

26. Горелик А.Л., Гуревич И.Б. Современное состояние проблемы распознавания. М., Радио и связь, 1985.

27. Губерман Ш.А. Неформальный анализ данных в геологии и геофизике. М., Недра, 1987.

28. Денинг В., Эссиг Г., Маас С. Диалоговые системы "Человек - ЭВМ". Адаптация и требования пользователя. Пер. с англ. М., Мир, 1984. cl 12.

29. Добрынин В.Н., Черемисина E.H. Математические методы и средства вычислительной техники в геолого-прогнозных исследованиях. М.,Недра, 1988. с.111.

30. Добрынин В.Н., Черемисина E.H. Методические вопросы создания программной системы решения геологопрогнозных задач. ВИЭМС, вып.9(:;), 1982, с.1-116.

31. Каждан А.Б., Пахомов В.И. Методологические основы системного анализа многоуровневой геологической информации в прогнозно-поисковых целях. Советская геология 1991г. № 6., с. 72 - 79.

32. Каратаев Г.И., Пашкевич И.К. Некоторые особенности корреляционного комплексирования нескольких геофизических полей. Геофизический журнал, 1990, т.12, №3, с.28-38.

33. Каратаев Г.И., Лобовкин Л.Н. Методы информационного описания геологических объектов. В кн.: Вопросы построения автоматизированных систем обработки комплексов геолого-геофизических данных. Минск, БелНИГРИ, 1984, с.3-33.

34. Клушин И.Г. Комплексное применение геофизических методов для решения геологических задач. Л. Недра, 1968г.

35. Козловский Е.А., Кривцов Е.А., Кривцов А.И. Моделирование рудных месторождений: направления и задачи. Советская геология, 1988г. № 3, с. 3 -8.

36. Коваль Л.А., Приезжев И.И., Овчаренко В.В. и др. Интерпретация комплексных данных методами распознавания и классификации в автоматизированной" системе обработки аэрогеофизических материалов. Геология и геофизика, 1985, №5, с.44-52.

37. Кондратьев O.K. Физические возможности и ограничения разведочных методов нефтяной геофизики.- Геофизика. - 1997г. - №3. - с. 3-17.

38. Кузнецов О.Л., Никитин A.A. Геоинформатика. - М: Недра, 1992.

39. Кунин Н.Я. Комплексирование геофизических методов при геологических исследованиях. - М., Недра, 1972г.

40. Ломтадзе B.B. Программное обеспечение обработки геофизических данных. М., Недра, 1982.

41. Лыхин A.A., Рудаков В.П. Компенсация помех во временных рядах поля подпочвенного радона. - Физика Земли. - 1990. -№7. -С. 107-110.

42. Марченко В.В. Человеко-машинные методы геологического прогнозирования. М., Недра, 1988, с. 232.

43. Никитин A.A. Теоретические основы обработки геофизической информации. М., Недра, 1986. С.-342.

44. Никитин A.A., Петров A.B. Классификация комплексных геополей на однородные области. Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1989, № 3, с. 9.

45. Никитинский В.Е., Бродовой В.В. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. М.,Недра, 1987, с.471.

46. Охтилев М.Ю. Определение и основные свойства одной из модификаций вычислительных схем алгоритмов распознавания. Программирование, 1991, № 6, с.52-53.

47. Пакет прикладных программ ввода, решения первичной обработки и анализа геолого-геофизической информации программной системы решения геолого-прогнозных задач. Алгоритмы и программы, ч. 2, Вып.59830. М., ВИЭМС, 1985, с. 46.

48. Пашко В.Ф., Старостенко В.И. Методы решения прямых и обратных задач гравиметрии и магнитометрии на ЭВМ (по материалам зарубежных публикаций). Обзор ВИЭМС. М., 1982 с.93.

49. Петрищевский A.M. Методика исследования глубинных структур по распределениям центров масс. Прикл.Геофизика, Вып. 104, М., Недра, 1982.

50. Построение экспертных систем. Под редакцией Хейес-Рот Ф., Утерман Д., Ленат Д. М., Мир, 1987

51. Пути решения проблемы автоматизации хранения, обработки и интерпретации гравиметрических данных. Бережная Л.Т., Любимов A.A., Телепин М.А., Чернов A.A. Разведочная геофизика, Вып. 104. М., Недра, 1986, с.97-104.

52. Реальность и прогнозы искусственного интелекта. М., Мир, 1987

53. Серкеров С.А. Корреляционные методы анализа в гравимагниторазведке. М., Недра, 1986г., 247с.

54. Старостенко В.И. и др. Интерпретация гравитационного поля методом подбора (интерпретационного моделирования) с помощью системы "Человек-ЭВМ". В сб. Вопросы геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. М., ИФЗ АН СССР, 1973.

55. Страхов В.Н. О задачах, решаемых в рамках второй парадигмы в теории интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Физика Земли. -1987 № 3., с.56-68.

56. Страхов В.Н. Становление геофизической кибернетики - фундаментальная проблема разведочной геофизики ближайших десятилетий. ИФЗ. М., 1979, с.-70., Деп.ВИНИТИ, №1941.

57. Тиори Т., Дж.Фрай Проектирование структур баз данных. М., Мир, 1985

58. Тихонов А.Н. О регуляризации некорректно поставленных задач. Докл. АН СССР, т.153, 1963, № 1, с.49-52.

59. Тихонов А.Н. О решении нелинейных интегральных уравнений первого рода. Докл. АН СССР, т.156, 1964, № 6, с.1246-1299.

60. Трошков Г.А. Грознова A.A. К теории и практике интерпретации магнитных и гравитационных полей методом локализации особенностей. М., ВИНИТИ №4151-82 Деп., 1982, с. 156.

61. Ульман Дж. Основы системы баз данных. М., "Финансы и статистика", 1983.

62. Форсайт. Экспертные системы. М., Радио и связь, 1987.

63. Хайкович И.М.,Шванов Ю.А. Статистические модели в обратных задачах геофизики. Геофизический журнал, 1990, т. 12, № 4, с.44-50.

64. Цикритзис Д., Лоховски Ф. М. Модели данных. Финансы и статистика, 1985

65. Цирульский A.B. О решении прямой и обратной задачи гравиразведки. Изв.АН СССР. Сер.Физика Земли, 1974, №7, с.84-90.

66. Чагин М.М. Автоматизированное решение геологических задач классификации. Мат. методы в геологии. Обзор ВИЭМС. М., 1979, с.51

67. Черемисина E.H. О математическом обеспечении ЭВМ для решения задач направления опробования. В кн.: Применение матем.методов и ЭВМ при поисках ПИ. Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1972, с.200-220.

68. Черемисина E.H. Итоги создания и перспективы развития автоматизированной системы решения задач геологоразведки. В кн. Вопросы вычислительной геологоразведки. Новосибирск, 1985, с.35-49.

69. Green C.M., Fairhead J.D. Satellite - graviti. Where we are and what's next. The leading Edge? 1998, v. 17., №1., p. 77-81/

70. Li Y. and Oldenburg D.W., 3-D inversion of magnetic data, Jeohisics, 1996; №2., p 394 - 408.

71. Li Y. and Oldenburg D.W. Separation of regional and residual magnetic fild data. Jeophisics, 1998. №2., p. 431 - 439.

72. Pawlowski R.S. and Mansen R.O. Jravity anomaly separation by Wiener filtering. Jeophisics 1990, V.55., №4.,p. 539 -548.

73. Yale M.M., Sandwell D.T., Herring A.T. What are the limitations of satellite of satellite altimetri?. The Ledding Edgg., 1998.,V.17.№1., p. 73 - 77

74. Yukutake T. Tachinaka H., Separation of the Earth's magnetic fild into drifting and standing parts. Bull. Earthquake Rss/ Just Tokyo Univ. 1969. V.47. №5., p. 65-97.