Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора

Запропонований метод проведення якісної та кількісної інтерпретації вихідних магнітометричних даних на основі використання аналітичної апроксимації потенціальних полів та деякої сукупності похідних вищих степенів. У процесі досліджень було вирішено наступні задачі: виконано побудову числової моделі...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Лапина, Е.П., Михеева, Т.Л., Панченко, Н.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2016
Schriftenreihe:	Геофизический журнал
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125229
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора / Е.П. Лапина, Т.Л. Михеева, Н.В. Панченко // Геофизический журнал. — 2016. — Т. 38, № 6. — С. 160-172. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125229
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1252292025-02-09T21:11:08Z Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора Localization of geological objects according to magnetometric data with application of algorithms of automated selection Лапина, Е.П. Михеева, Т.Л. Панченко, Н.В. Запропонований метод проведення якісної та кількісної інтерпретації вихідних магнітометричних даних на основі використання аналітичної апроксимації потенціальних полів та деякої сукупності похідних вищих степенів. У процесі досліджень було вирішено наступні задачі: виконано побудову числової моделі аномального поля, обчислені трансформанти магнітного поля та проведена якісна інтерпретація отриманих результатів, виконано моделювання локальних аномальних джерел. Розроблене програмно-алгоритмічне забезпечення, опробуване на модельних прикладах та реальних магнітометричних даних, отриманих для району Алуштинсько-Батумської аномальної зони в акваторії Чорного моря. The method of carrying out quality and quantitative interpretation of basic magnetometric data on the basis of use of analytical approximation of potential fields and some set of derivative highest degrees is offered. In the course of the researches the following tasks are solved: creation of numerical model of the anomalous field is executed, transformant of magnetic field are calculated and quality interpretation of the received results is carried out, modeling local the anamalous of sources is executed. The developed software is tested on the model examples and magnetometric data obtained for the region of the Alushta and Batumi anomalous area in the water area of the Black Sea. 2016 Article Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора / Е.П. Лапина, Т.Л. Михеева, Н.В. Панченко // Геофизический журнал. — 2016. — Т. 38, № 6. — С. 160-172. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125229 550.8 DOI: doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i6.2016.91904 ru Геофизический журнал application/pdf Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Запропонований метод проведення якісної та кількісної інтерпретації вихідних магнітометричних даних на основі використання аналітичної апроксимації потенціальних полів та деякої сукупності похідних вищих степенів. У процесі досліджень було вирішено наступні задачі: виконано побудову числової моделі аномального поля, обчислені трансформанти магнітного поля та проведена якісна інтерпретація отриманих результатів, виконано моделювання локальних аномальних джерел. Розроблене програмно-алгоритмічне забезпечення, опробуване на модельних прикладах та реальних магнітометричних даних, отриманих для району Алуштинсько-Батумської аномальної зони в акваторії Чорного моря.
format	Article
author	Лапина, Е.П. Михеева, Т.Л. Панченко, Н.В.
spellingShingle	Лапина, Е.П. Михеева, Т.Л. Панченко, Н.В. Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора Геофизический журнал
author_facet	Лапина, Е.П. Михеева, Т.Л. Панченко, Н.В.
author_sort	Лапина, Е.П.
title	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
title_short	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
title_full	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
title_fullStr	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
title_full_unstemmed	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
title_sort	локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate	2016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125229
citation_txt	Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора / Е.П. Лапина, Т.Л. Михеева, Н.В. Панченко // Геофизический журнал. — 2016. — Т. 38, № 6. — С. 160-172. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.
series	Геофизический журнал
work_keys_str_mv	AT lapinaep lokalizaciâgeologičeskihobʺektovpomagnitometričeskimdannymsispolʹzovaniemalgoritmovavtomatizirovannogopodbora AT miheevatl lokalizaciâgeologičeskihobʺektovpomagnitometričeskimdannymsispolʹzovaniemalgoritmovavtomatizirovannogopodbora AT pančenkonv lokalizaciâgeologičeskihobʺektovpomagnitometričeskimdannymsispolʹzovaniemalgoritmovavtomatizirovannogopodbora AT lapinaep localizationofgeologicalobjectsaccordingtomagnetometricdatawithapplicationofalgorithmsofautomatedselection AT miheevatl localizationofgeologicalobjectsaccordingtomagnetometricdatawithapplicationofalgorithmsofautomatedselection AT pančenkonv localizationofgeologicalobjectsaccordingtomagnetometricdatawithapplicationofalgorithmsofautomatedselection
first_indexed	2025-11-30T20:53:39Z
last_indexed	2025-11-30T20:53:39Z
_version_	1850250123159797760
fulltext	Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 160 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 Введение. Необходимость получения трех- мерных распределений плотности и намагни- ченности пород диктуется практикой геофи- зических работ и усложнением геологических задач. Поэтому в последние годы интенсивно развиваются новые методы интерпретации по- тенциальных геофизических полей, цель ко- торых — построение трехмерной модели гео- логической среды, адекватной наблюденному полю и имеющейся априорной информации. Основным этапом применения любого гео- физического метода при прогнозировании, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, является геологическая интер- претация аномальных физических полей. Как известно [Старостенко, 1978; Страхов, 1995а,б; 2001; 2007; Кобрунов, 1995; Булах, 1999; 2010; Долгаль, 2002; Блох, 2012; Балк, Долгаль, 2013] и многих других исследователей, современное состояние теории интерпретации геофизиче- ских данных при достаточно высоком уровне ее развития характеризуется неполной адекват- ностью реальной геологической практике. Для обеспечения содержательной количественной интерпретации одним из основных моментов является выбор соответствующей параметри- зации изучаемого объема среды, формирова- ние модельных физико-геологических пред- ставлений. Это требует определенных объе- УДК 550.8 Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора © Е. П. Лапина, Т. Л. Михеева, Н. В. Панченко, 2016 Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина Поступила 14 июля 2016 г. Представлено членом редколлегии И. Н. Корчагиным Запропонований метод проведення якісної та кількісної інтерпретації вихідних магніто- метричних даних на основі використання аналітичної апроксимації потенціальних полів та деякої сукупності похідних вищих степенів. У процесі досліджень було вирішено наступні задачі: виконано побудову числової моделі аномального поля, обчислені трансформанти маг- нітного поля та проведена якісна інтерпретація отриманих результатів, виконано моделювання локальних аномальних джерел. Розроблене програмно-алгоритмічне забезпечення, опробу- ване на модельних прикладах та реальних магнітометричних даних, отриманих для району Алуштинсько-Батумської аномальної зони в акваторії Чорного моря. Ключові слова: якісна та кількісна інтерпретація, обернена задача, аналітична апрокси- мація, магнітне поле, похідні вищих степенів, геологічний об’єкт. мов априорной информации о геологическом строении и петрофизических характеристиках исследуемого района. Уточнение имеющихся модельных представлений выполняется с при- менением эффективных и удобных современ- ных компьютерных технологий, позволяющих проводить построение и визуализацию интер- претационных моделей. Обзор работ в этом на- правлении сделан в публикации [Булах, 1999]. В настоящее время широко применяется про- граммный комплекс интерпретации данных потенциальных полей, предназначенный для автоматизированного введения изображений геолого-геофизических карт с дальнейшим преобразованием в цифровую информацию и последующим выполнением 3D интерпретаци- онных построений [Старостенко и др., 2015]. Принципиально новую генерацию мето- дов минимизации, используемых в приклад- ной геофизике при изучении формы, и про- странственного положения источников поля представляют монтажные алгоритмы решения нелинейных обратных задач гравиразведки и магниторазведки. Основы монтажного подхо- да были заложены в работах А. В. Овчаренко [Овчаренко, 1975] и В. Н. Страхова [Страхов, Лапина, 1976]. Над развитием этого направ- ления также проводились исследования [За- войский, Неижсал, 1979; Булах, Корчагин, ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 161 1989]. Дальнейшие исследования и развитие монтажного метода, рассчитанного на приме- нение при изучении трехмерных геологиче- ских тел и структур, представлено в работах [Балк и др., 1993, 2009]. Концепция монтажного подхода соответствует многим требованиям в современной теории решения обратных задач геофизики. Актуальным вопросом остается усовер- шенствование способов комплексирования приемов качественной и количественной ин- терпретации геопотенциальных полей. При интерпретации гравитационных и магнитных аномалий иногда удобнее использовать не значения наблюденного поля, а их некоторые трансформированные аналоги, полученные вычислительным путем. Под трансформацией здесь понимается некоторое преобразование исходного аномального поля с целью выделе- ния одних его особенностей и подавления дру- гих, менее существенных для решения постав- ленной геологической задачи. Как правило, на основе визуального анализа набора трансфор- мант трассируются предполагаемые контуры аномалиеобразующих объектов в плане, про- слеживаются разделяющие их тектонические нарушения, выделяются источники поля при- поверхностного и глубинного происхождения. Для описания численно заданных наблю- денных полей можно использовать анали- тические выражения, которые позволяют вычислять производные высших степеней и применять их при исследовании локальных аномалиеобразующих объектов, при изучении месторождений нефти и газа, рудных и неруд- ных полезных ископаемых [Старостенко, 1970; Маловичко, Тарунина, 1981; Костицын, 2002]. В статье представлены результаты приме- нения разработанной в отделе математиче- ской геофизики компьютерной технологии для реализации качественной и количественной интерпретации практических данных аэро- магнитной съемки Алуштинско-Батумской аномальной зоны в акватории Черного моря масштаба 1:1000 000. Теоретические основы использованных ал- горитмов интерпретации. Пусть в некоторых односвязных областях Dj, j=1, 2, …, k, сосредо- точены однородно намагниченные массы, ко- торые обуславливают зафиксированное в точ- ках наблюдений аномальное магнитное поле. В этом поле выбрано n точек и сформирован массив данных: ( ) ( )исх исх, ,i i iU x y z U i= , 1, 2, ...,i n= . (1) Под функцией Uисх(i) будем понимать ано- мальное гравитационное или магнитное поле, их производные или другие трансформанты. В рассматриваемой задаче первоначально было задано аномальное магнитное поле, яв- ляющееся результатом полевых измерений со- временной магниторазведочной аппаратурой: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ), ,n i i i n x y zx y z i T i T i T iΔ = Δ = + +T T i j k , 1,2,...,i n= . (2) При дальнейшем решении задачи исполь- зуются скалярные функции — вертикальная составляющая Z и модуль горизонтальной со- ставляющей напряженности H внешнего от- носительно источников магнитного поля: ( ) ( ) ( )( )1 22 2( ) ( );z x yZ i T i H i T i T i= = + , 1,2,...,i n= . (3) В процессе решения трехмерной обратной задачи магнитометрии в классе стержневых тел [Булах, Лапина, 2002; 2008; Булах 2010] осуществляется истокообразная аппроксима- ция аномального магнитного поля и последую- щее вычисление его трансформант. Выбрана прямоугольная система координат: ее начало расположено на земной поверхности, ось Оz направлена вертикально вниз, тогда плоскость xОy совпадает с дневной поверхностью, если она является горизонтальной. Исходное поле приближается магнитным полем некоторой совокупности элементарных тел. Каждое эле- ментарное тело состоит из трех взаимно пер- пендикулярных материальных стержней. Точ- ка пересечения стержней является центром тяжести тела. Каждый стержень вытянут по направлению соответствующей координатной оси. Общая геологическая модель, состоящая из совокупности стержней, определена после- довательностью параметров: ( ) ( ) ( ){ }, , , ; 2 , 2 , 2 ; , , x y x y z x y z jj j P m c c h t t t I I I= , 1,2,...,j m= , (4) где m — количество элементарных тел, (cx, cy, h) — центры тяжести тел, (2tx, 2ty, 2tz) — длины стержней, (Ix, Iy, Iz) — составляющие вектора интенсивности намагничения стержневых масс. В результате решения обратной зада- чи получим численные значения параметров аппроксимационной модели, позволяющие описать исходное поле ΔТn(i) аналитической Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 162 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 функцией и рассчитать некоторые интеграль- ные характеристики возмущающих объектов. Для проведения качественного анализа ано- мального магнитного поля также используются производные высших степеней [Маркова, Ла- пина, 2013, 2014]. На основании построенной аппроксимационной конструкции путем при- менения соответствующих операторов реше- ния прямой задачи магниторазведки опреде- ляем производные высших степеней для вер- тикальной и горизонтальных составляющих магнитного поля: zT z ∂ ∂ , 2 2 zT z ∂ ∂ , 3 3 zT z ∂ ∂ , 3 zT x y z ∂ ∂ ∂ ∂ , 2 zT z x ∂ ∂ ∂ , 3 2 zT z x ∂ ∂ ∂ , 2 zT z y ∂ ∂ ∂ , 3 2 zT z y ∂ ∂ ∂ и т. д., которые позволяют локализовать положения центров тяжести аномалиеобразующих объ- ектов, разделить близко расположенные друг к другу объекты, а также выделить небольшие и неглубоко расположенные тела относительно более крупных и более погруженных намаг- ниченных объектов. Для уточнения конфигу- рации магнитоактивных источников целесоо- бразно перейти к решению обратной задачи для другой параметризации источников, пред- ставленной 2,5D-многогранниками [Булах и др., 1986]. Каждый источник магнитного поля теперь будет описан последовательностью па- раметров: { }1 2 1 1 2 21 , , ; , ; , , , , ..., ,x y z N NP I I I y y x z x z x z= , (5) где Ix, Iy, Iz — составляющие вектора интенсив- ности намагничения по осям Оx, Oy, Oz; y1, y2 — координаты тела по простиранию; xi, zi — ко- ординаты угловых точек аппроксимирующих контуров в разрезе; N — количество угловых точек (сторон) многогранника. Для решения задачи успешно применяется итерационный метод моделирования – метод автоматизированного подбора [Булах и др., 1976; Булах, 1999; 2006 и др.]. Использованный подход к решению обратных задач сводится к минимизации специально построенных функ- ционалов. С этой целью используется гради- ентный метод скорейшего спуска. Практический пример решения обратной задачи магнитометрии. В 60-х годах XX ст. Я. П. Маловицким, Б. Д. Угловым, Г. В. Осипо- вым в пределах остаточного рифтогенного под- нятия Шатского и Восточно-Черноморского рифтогенного прогиба была выделена крупная Алуштинско-Батумская магнитная аномалия. Рассматриваемая аномальная зона представля- ет собой полосу положительных и сопряжен- ных с ними отрицательных магнитных ано- малий. Общая протяжность зоны составляет более 600 км при ширине до 100 км [Осипов и др., 1977; Геология…, 1987]. Интенсивность отдельных экстремумов внутри этой зоны до- стигает ±(600—900) нТл. Источники аномалии имеют сложную природу [Туголесов и др., 1985; Орлюк и др., 2009]. По мнению авторов работы [Маловицкий и др., 1972] предполага- ется, что аномальная зона отражает крупный глубинный разлом, вдоль которого произошло внедрение магматических пород основного и ультраосновного составов, сформировавших магнитоактивные тела на глубинах от 11 до 20 км. В работе [Земная…, 1975] приведены ре- зультаты расчетов глубины залегания нижних кромок тел в пределах Черноморской впадины, они находятся в диапазоне от 24 до 48 км. Неко- торыми исследователями установлено, что рас- пределение глубинных температур в земной коре Черноморской впадины не предполагает возможности сохранения намагниченности на глубинах свыше 30 км. Расчеты показывают, что изотерма Кюри магнетита (580 °C) здесь расположена на глубинах 25—30 км [Бурьянов и др., 1983]. Существует также предположение об области палеорифта, источники аномалий в котором формируют два структурных уров- ня, резко различающихся по глубине залега- ния [Осипов и др., 1977]. Нижний структур- ный уровень находится вблизи поверхности основания Черноморской впадины. Верхний уровень образуют тела, расположенные на глубинах 5—8 км, т. е. в толще осадочного чехла. Расчеты интенсивности намагничения источников Алуштинско-Батумской аномаль- ной зоны показали, что средняя ее величина составляет около 1,3 А/м, и изменяются от 0,5 до 3 А/м. Вектор намагничения направлен по современному полю Земли. Количественная интерпретация магнитных аномалий Черно- го моря выполнялась различными авторами в предположении, что основные аномалии вы- званы намагниченными изолированными те- лами пластообразной формы, залегающими в толщах практически немагнитных осадочных образований чехла. Решение данной задачи проводилось в не- сколько этапов. I этап. Вычисление поля, обусловленного ап- проксимационной моделью — совокупностью ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 163 стержней. Исходное аномальное поле участ- ка исследований размерностью 11×14 км за- дано вертикальной составляющей вектора напряженности магнитного поля (рис. 1). В аномальном поле зафиксировано n=228 точек на уровне Z=0. При решении задачи применя- лись различные методические приемы: моде- лирование по частям сложных объектов; при различных вариантах закрепления параметров модели; при различных режимах работы про- граммы; многократное решение одной и той же задачи с различными начальными прибли- жениями, модель задавалась как с большим, так и с меньшим числом элементарных тел, которые располагались более глубоко и ближе к поверхности. Для выбора оптимального ре- шения служат максимальное отклонение Δmax и среднее отклонение Δср между исходным и теоретическим полями. В табл. 1 приведены значения уровней глубины залегания источ- ников и значения максимального и среднего отклонений при различных вариантах реше- ния задачи. Проанализировав полученные ре- зультаты, отметим, что в первых двух случаях при глубинах h=25 км и h=20 км приемлемых результатов решения задачи не получено. На уровне глубины h=15 км вычислитель- ный процесс осуществляется медленно как по скорости сходимости функционала, так и по подбору параметров модели. Полученное решение можно считать удовлетворительным. При глубине расположения источников h=10 км подбирались как физические, так и геометрические параметры модели. Получено решение, где глубины центров тяжести ано- мальных источников распределились в интер- вале от 1,5 до 15 км. Далее начальная глубина расположения объектов составляет h=5 км, вариации глубин расположения центров тяжести возмущаю- щих источников расположены в интервале от 3,6 до 5,3 км, нижняя кромка расположена от 5,5 до 8 км. Полученные численные значения параметров модели с достаточной точностью соответствуют наблюденному полю. Выберем модель, состоящую из m=18 эле- ментарных тел на глубине h=2 км. В результа- те решения задачи получена модель, которая наиболее точно позволяет описать исходное аномальное поле аналитическим выражением, значения максимального и среднего расхожде- ний приведены в табл. 1. Точность подбора составляет 3,6 % от максимальной амплитуды поля. Глубины центров тяжести возмущающих источников варьируют от 1,6 до 8 км. Тело с наименьшей глубиной расположено на пе- риферийном участке района исследований. Полученные результаты использованы для построения карты изодинам теоретического поля (рис. 2) и расположения центров тяжести тел подобранной модели в плоскости xОy. На рис. 3, а, б приведены схемы изогипс глубины залегания центров тяжести и нижней кром- ки подобранных источников соответственно. Глубина расположения объектов достигает 10 км. Этот результат по экспертным оценкам является одним из лучших вариантов решения задачи. II этап. Вычисление и анализ трансформант магнитного поля. Используя ранее подобран- ную модель эквивалентных ис- точников магнитного поля, вы- числим функции производных высших степеней и проанали- зируем полученные результа- ты. На рис. 4, а—г представлены карты изолиний производных высших степеней: zT z ∂ ∂ , 2 2 zT z ∂ ∂ , 3 3 zT z ∂ ∂ , 3 2 zT z x ∂ ∂ ∂ . Аномалия zT z∂ ∂ по своей конфигурации согласуется с наблюденным полем Zn. Для выделения локальных анома- лий используются вторая производная ано- мального магнитного поля и его производные высших порядков, по графикам вертикальных производных отчетливо выделяются верхние кромки возмущающих объектов, а графики горизонтальных производных имеют экстре- мумы над угловыми точками аномалиеобра- зующих тел. На карте изолиний второй про- изводной 2 2 zT z∂ ∂ прослеживается четкое разделение аномалий, обусловленных близко расположенными объектами, на построенных картах производных 3 3 zT z∂ ∂ и 3 2 zT z x∂ ∂ ∂ (см. Т а б л и ц а 1. Результаты решения задачи при многовари- антном подборе Номер h, км Δmax, нТл Δср, нТл 1 25 222,01 56,58 2 20 205,03 55,39 3 15 99,89 35,85 4 10 73,92 24,51 5 5 74,06 24,36 6 2 64,66 16,67 Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 164 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 Рис. 1. Карта изодинам вертикальной составляющей напряженности магнитного поля Zn, нТл. рис. 4, в, г) хорошо отображены как неглубоко расположенные источники, так и глубинные. В данном случае на картах производных доста- точно четко отмечаются границы отдельных объектов, несмотря на их глубинный характер. Это дает основание предположить о значитель- ной мощности данных объектов. Анализируя построенные карты изогипс магнитного поля (см. рис. 3 а, б) и карты его трансформант (см. рис. 4, а—г), выделяем несколько блоков: пер- вый — нижняя кромка в интервале глубин от 5 до 10 км; второй — на глубине до 10 км; третий — нижняя кромка возмущающих источников на глубине до 9 км. Таким образом, данные результаты под- тверждают полученные ранее и предполо- жения о глубинном характере источников магнитных аномалий, приведенные в работах [Осипов и др., 1977; Геология…, 1987]. Приняв во внимание эти сведения, можно упростить первоначальную геологическую модель, уточ- нить ее параметры и перейти к количественной ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 165 интерпретации аномального магнитного поля. III этап. Выделение и оконтуривание маг- нитоактивных источников. Построение 2.5D-моделей магнитоактивных источников осуществлялось аппроксимацией многоуголь- ными контурами. Такой поход рассматривался ранее для района прогиба Сорокина [Зейгель- ман, Панченко, 2011; Зейгельман и др., 2011]. Для решения задачи выбрана модель началь- ного приближения, состоящая из четырех эле- ментарных тел. При решении обратной задачи точность подбора характеризуется максималь- ным отклонением Δmax=76,77 нТл, и средним отклонением Δср=2,66 нТл, что составляет 0,7 %. Рис. 2. Карта изодинам вертикальной составляющей напряженности магнитного поля nZ ′ , обусловленной аппрокси- мационной моделью (совокупностью стержней), нТл: 1 — местоположение центров тяжести элементов аппроксима- ционной конструкции. Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 166 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 На рис. 5 представлено поле nZ ′ полученное в результате решения обратной задачи и ано- малиеобразующие источники в плоскости xОy. Результаты решения задачи приведены в табл. 2. Таким образом, получена адекватная модель, которая вполне удовлетворяет наблю- денному полю и согласуется с ранее получен- ными результатами других исследователей. Заключение. В статье представлены ре- зультаты интерпретации магнитометрических данных на основе разработанного программно- алгоритмического комплекса с использовани- ем априорной геологической информации. В процессе исследований решены следующие важные задачи: • исходное магнитное поле представлено аналитическим выражением; • вычислены различные трансформанты аномального поля и проведена каче- ственная интерпретация полученных карт; • осуществлена оценка глубинной при- уроченности аномалиеобразующих объектов; • выделены и оконтурены интенсивно намагниченные тела, отождествляе- мые с интрузиями основного и уль- траосновного составов, внедренными по глубинному разлому. Выделенные и оконтуренные по результатам ин- терпретации данных магниторазвед- ки крупные скопления интрузивных пород предположительно могли обе- спечить локальный прогрев вышеле- Рис. 3. Карты изогипс глубин расположения: центров тяжести элементов аппроксимационной модели, км (а) и нижней кромки элементов аппроксимационной модели, км (б). Т а б л и ц а 2. Параметры модели, полученные в результате решения обратной задачи Номер Глубина верхней кромки h1, км Глубина нижний кромки h2, км Интенсивность намагничения I, А/м 1 2 4 0,9 2 3 4,5 1,2 3 3,5 9 0,9 4 3 7 1,3 ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 167 Рис. 4. Карты изолиний высших производных аномального магнитного поля Tz, нТл: а — производная ∂Tz/∂z; б — про- изводная ∂2Tz /∂ 2z; в — производная ∂3Tz /∂ 3z; г — производная ∂3Tz /∂z∂2x, нТл. жащих осадочных отложений. Таким образом, надинтрузивные участки могут оказаться благоприятными для формирования месторождений неф- ти и газа. На модельных примерах и реальных маг- Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 168 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 Рис. 5. Результаты решения обратной задачи магниторазведки: 1 — контуры возмущающих объектов и карта изодинам модельного поля nZ ′ , нТл. исходных данных, т. е. выполнено разделение поля от разноглубинных объектов, получены аномалии от изолированных тел и тем самым сложная задача сведена к совокупности более простых. Необходимо отметить, что в общем виде задача не имеет решения, однако в кон- кретной постановке при данном объеме апри- орной информации она может быть успешно решена. В результате получена апостериорная интерпретационная модель геомагнитных не- однородностей, удовлетворяющая как наблю- денному полю, так и априорной геологической информации. нитометрических данных, полученных для района Алуштинско-Батумской аномальной зоны в акватории Черного моря, авторами было успешно опробовано разработанное программно-алгоритмическое обеспечение и определены этапы проведения исследований. Таким образом, показано, что разработанное программно-алгоритмическое обеспечение можно использовать при интерпретации ано- мальных полей, обусловленных геологиче- скими объектами, расположенными как на малых, так и на больших глубинах. В процес- се интерпретации осуществлена декомпозиция ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 169 Список литературы Балк П. И., Долгаль А. С. Конечноэлементные тех- нологии моделирования в гравиразведке. Saar- bru cken: LAP LAMBERT Academic Publ., 2013. 76 с. http://www.lap-publishing.com. Балк П. И., Долгаль А. С., Балк Т. В. Сеточные методы решения обратных задач и опыт их применения при прослеживании дифференцированных ин- трузий по данным гравиразведки. Геология и гео- физика.1993. № 5. С. 127—134. Балк П. И., Долгаль А. С., Христенко Л. А. Теория и опыт применения монтажного подхода к реше- нию трехмерных обратных задач гравиметрии. Геофиз. журн. 2009. Т. 31. № 5. С. 128—141. Блох Ю. И. Теоретические основы комплексной маг- ниторазведки. Москва, 2012. 160 с. http://sigma3d/ com/pdf/books/blokh-complex/pdf. Булах Е. Г. К вопросу о методе подбора при решении обратных задач гравиметрии и магнитометрии. Обзор. Физика Земли. 2006. № 2. С. 72—77. Булах Е. Г. Обзор работ по методам минимизации в обратных задачах гравиметрии и магнитоме- трии. Геофиз. журн. 1999. Т. 21. № 4. С. 5—18. Булах Е. Г. Прямые и обратные задачи гравиметрии и магнитометрии. Киев: Наук. думка, 2010. 462 с. Булах Е. Г., Зейгельман М. С., Корчагин И. Н. Авто- матизированный подбор гравитационных и маг- нитных аномалий: программно-алгоритмическое обеспечение и методические рекомендации. Деп. в ВИНИТИ № 8363-В86. Киев, 1986. 235 с. Булах Е. Г., Корчагин И. Н. Исследование метода последовательных приращений в программах автоматизированного подбора гравитационных и магнитных аномалий. Развед. геофизика. 1989. № 109. С. 107—114. Булах Е. Г., Лапина Е. П. К вопросу о построении ана- литической модели внешнего магнитного поля. Геофиз. журн. 2008. Т. 30. № 2. С. 42—50. Булах Е. Г., Лапина Е. П. Обратные задачи магни- тометрии в классе стержневых тел в связи с построением аналитической модели исходного поля. Геофиз. журн. 2002. Т. 24. № 4. С. 60—70. Булах Е. Г., Ржаницын В. А., Маркова М. Н. Приме- нение метода минимизации для решения задач структурной геологии по данным гравиразведки. Киев: Наук. думка, 1976. 219 с. Бурьянов В. Б., Гордиенко В. В., Кулик С. Н., Логви- нов И. М. Комплексное геофизическое изучение тектоносферы континентов. Киев: Наук. думка, 1983. 174 с. Геология шельфа УССР. Тектоника. Отв. ред. В. Б. Сол логуб. Киев: Наук. думка, 1987. 150 с. Долгаль А. С. Компьютерные технологии обработ- ки и интерпретации данных гравиметрической и магнитных съемок в горной местности. Абакан: ООО «Фирма Март», 2002. 188 с. Завойский В. Н., Неижсал Ю. Е. Декомпозиционно- итерационный метод решения обратной задачи магниторазведки. Геофиз. журн. 1979. Т. 1. № 2. С. 46—52. Зейгельман М. С., Михеева Т. Л., Панченко Н. В. К истолкованию магнитных аномалий над тела- ми рудных габброидов Коростенского Плутона (Украинский щит). Геофиз. журн. 2011. Т. 33. № 1. С. 114—127. Зейгельман М. С., Панченко Н. В. Обратная задача магниторазведки: особенности технологии поис- ка многовариантных решений. В зб.: Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики. Київ, 2011. С. 158—169. Земная кора и история развития Черноморской впа- дины. Под ред. Ю. Д. Буланже, М. В. Муратова, С. И. Субботина, Б. К. Балавадзе. Москва: Наука, 1975. 358 с. Кобрунов А. И. Теоретические основы решения об- ратных задач геофизики. Ухта: Изд. Ухтинский индустриальный институт, 1995. 228 с. Костицин В. И. Методы повышения точности и гео- логической эффективности детальной гравираз- ведки: Избранные труды. Пермь: Изд. Пермского гос. ун-та, 2002. 224 с. Маловичко А. К., Тарунина О. Л. Использование выс- ших производных при обработке и интерпрета- ции результатов геофизических наблюдений. Москва: Недра, 1981. 186 с. Маловицкий Я. П., Углов Б. Д., Осипов Г. В. Некоторые черты глубинного строения Черноморской впа- дины по данным гидромагнитной съемки. Мор- ская геология и геофизика. 1972. № 3. С. 12—21. Маркова М. Н., Лапина Е. П. Высшие производные магнитного поля, их исследование и возмож- ности практического использования для реше- ния задач магнитометрии. В зб.: Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики. Вип. 10. Київ, 2013. С. 81—98. Маркова М. Н., Лапина Е. П. Исследования и воз- можности практического применения высших производных магнитного потенциала для ре- шения задач магнитометрии. В зб.: Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики. Вип. 11. Київ, 2014. С. 102—120. Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 170 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 Овчаренко А. В. Подбор сечения двухмерного тела по гравитационному полю. В кн.: Вопросы нефтя- ной и рудной геофизики. Вып. 2. Алма-Ата: Изд-во Казахского политехн. ин-та, 1975. С. 71—75. Орлюк М. И., Пашкевич И. К., Лебедь Т. В. 3D магнит- ная модель земной коры Азово-Черноморского региона. Геофиз. журн. 2009. Т. 31. № 5. С. 102— 114. Осипов Г. В., Свистунов Ю. И., Терехов А. А. О воз- можной природе Алуштинско-Батумской маг- нитной аномалии на Черном море. Геотекто- ника. 1977. № 1. С. 74—79. Старостенко В. И. Определение вертикальных про- изводных потенциала притяжения по результа- там наблюдений с горизонтальным гравитацион- ным градиентометром. Киев: Наук. думка, 1970. 100 с. Старостенко В. И. Устойчивые численные методы в задачах гравиметрии. Киев: Наук. думка, 1978. 228 с. Старостенко В. И., Легостаева О. В., Макарен- ко И. Б., Савченко А. С. Комплекс программ ав- томатизированной интерпретации данных по- тенциальных полей (GMT-Auto). Геофиз. журн. 2015. Т. 37. № 1. С. 42—52. Страхов В. Н. Интерпретационные процессы в гра- виметрии и магнитометрии — это реализации единого аппроксимационного подхода. Основ- ные идеи и конструктивные принципы. Физика Земли. 2001. № 10. С. 3—18. Страхов В. Н. Об эффективных по быстродействию и точности методах построения линейных ана- литических аппроксимаций в геофизике, геоин- форматике и гравиметрии. Геофиз. журн. 2007. Т. 29. № 1. С. 56—84. Страхов В. Н. Основные направления развития теории и методологии интерпретации геофи- зических данных на рубеже XXI столетия. Ч. 1. Геофизика. 1995а. № 3. С. 9—18. Страхов В. Н. Основные направления развития теории и методологии интерпретации геофи- зических данных на рубеже XXI столетия. Ч. 2. Геофизика. 1995б. № 4. С. 10—20. Страхов В. Н., Лапина М. И. Монтажный метод ре- шения обратной задачи гравиметрии. Докл. АН УССР. 1976. Вып. 227. № 2. С. 344—347. Туголесов Д. А., Горшков А. С., Мейснер Л. Б., Со- ловьев В. В., Хахалев Е. М. Тектоника мезокай- нозойских обложений Черноморской впадины. Москва: Недра, 1985. 210 с. Localization of geological objects according to magnetometric data with application of algorithms of automated selection © E. P. Lapina, T. L. Miheeva, N. V. Panchenko, 2016 The method of carrying out quality and quantitative interpretation of basic magnetometric data on the basis of use of analytical approximation of potential fields and some set of derivative highest degrees is offered. In the course of the researches the following tasks are solved: creation of numeri- cal model of the anomalous field is executed, transformant of magnetic field are calculated and quality interpretation of the received results is carried out, modeling local the anamalous of sources is executed. The developed software is tested on the model examples and magnetometric data ob- tained for the region of the Alushta and Batumi anomalous area in the water area of the Black Sea. Key words: qualitative and quantitative interpretation, inverse problem, analytical approxima- tion, the magnetic field, derivatives of the highest degree, geological object. References Balk P. I., Dolgal A. S., 2013. Finite element modeling technology in gravity. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publ., 76 с. http://www.lap-publishing. com (in Russian). Balk P. I., Dolgal A. S., Balk T. V., 1993. Grid methods for solving inverse problems and experience of their use in pursuit of differentiated intrusions accord- ing to gravity. Geologiya i geofizika (5), 127—134 (in Russian). Balk P. I., Dolgal A. S., Khristenko L. A., 2009. Theory and experience of mounting approach to solving the three-dimensional inverse problems of gravimetry. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ... Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 171 Geofizicheskiy zhurnal 31(5), 128—141 (in Russian). Bloch Yu. I., 2012. Theoretical bases of a complex mag- netic survey. Moscow, 160 p. http://sigma3d/com/ pdf/books/blokh-complex/pdf (in Russian). Bulakh E. G., 2006. On the use of the fitting method in solving inverse problems of gravimetry and mag- netometry. Fizika Zemli (2), 72—77 (in Russian). Bulakh E. G., 1999. A review of studies on methods of minimizing in inverse problems of gravimetry and magnetometry. Geofizicheskiy zhurnal 21(4), 5—18 (in Russian). Bulakh E. G., 2010. Direct and inverse problems of gravimetry and magnetometry. Kiev: Naukova Dumka, 462 p. (in Russian). Bulakh E. G., Zeygelman M. S., Korchagin I. N., 1986. Automated selection of gravity and magnetic ano- malies: software and algorithmic support and me- thodical recommendations. Dep. VINITI number 8363-V86. Kiev, 235 p. Bulakh E. G., Korchagin I. N., 1989. The study of the method of successive increments in the programs of the automated selection of gravity and magnetic anomalies. Razvedochnaya geofizika (109), 107—114 (in Russian). Bulakh E. G., Lapina E. P., 2008. On the construction of an analytical model of an external magnetic field. Geofizicheskiy zhurnal 30(2), 42—50 (in Russian). Bulakh E. G., Lapina E. P., 2002. Inverse magnetomet- ric problems in a class of rod-shaped bodies asso- ciated with setting up an analytical model of the initial field. Geofizicheskiy zhurnal 24(4), 60—70 (in Russian). Bulakh E. G., Rzhanitsyn V. A., Markova M. N., 1976. Application of the method minimizing at the solu- tions problems the structural geology on the data gravimetric prospecting. Kiev: Naukova Dumka, 219 p. (in Russian). Buryanov V. B., Gordienko V. V., Kulik S. N., Log vi- nov I. M., 1983. Complex geophysical study tec- to nosphere of continents. Kiev: Naukova Dumka, 174 p. (in Russian). Geology shelf of USSR. Tectonics. 1987. Ed. V. B. Sol- logub. Kiev: Naukova Dumka, 150 p. (in Russian). Dolgal A. S., 2002. Computer technology data process- ing and interpretation of gravity and magnetic sur- veys in the highlands. Abakan: Firma Mart, 188 p. (in Russian). Zavoyskiy V. N., Neizhsal Yu. E., 1979. Decomposition and iterative method for solving the inverse problem of magnetic prospecting Geofizicheskiy zhurnal 1(2), 46—52 (in Russian). Zeygelman M. S., Mikheeva T. L., Panchenko N. V., 2011. On the nature of magnetic anomalies above the bodies of ore gabbroides of the Korosten pluton (the Ukrainian Shield). Geofizicheskiy zhurnal 33(1), 114—127 (in Russian). Zeygelman M. S., Panchenko N. V., 2011. The inverse problem of magnetic prospecting: features search technology of multiple solutions. In: Theoretical and applied aspects of geoinformatics. Kyiv, P. 158—169 (in Russian). The earth’s crust and the history of the Black Sea ba- sin, 1975. Eds. Yu. D. Bulanzhe, M. V. Muratov, S. I. Subbotin, B. K. Balavadze. Moscow: Nauka, 358 p. (in Russian). Kobrunov A. I., 1995. Theoretical basis of the solution of inverse problems of geophysics. Ukhta: Publ. UII, 228 p. (in Russian). Kostitsin V. I., 2002. Methods of improving the accuracy and geological efficiency of detailed gravimetric prospecting: Selected Works. Perm: Perm Stat. Univ. Press, 224 p. (in Russian). Malovichko A. K., Tarunina O. L., 1981. Use of higher derivatives at processing and interpretation results of geophysical observation. Moscow: Nedra, 186 p. (in Russian). Malovitskiy Ya. P., Uglov B. D., Osipov G. V., 1972. Some features of the deep structure of the Black Sea basin according hydromagnetic survey. Morskaya geolo- giya i geofizika (3), 12—21 (in Russian). Markova M. N., Lapina E. P., 2013. Higher derivatives of the magnetic field of the study and the possibility of practical use for the solution of problems magnetometry. In: Theoretical and applied aspects of geoinformatics. Is. 10. Kyiv, P. 81—98 (in Russian). Markova M. N., Lapina E. P., 2014. Research and possible practical applications of higher derivatives of the magnetic potential for solving problems magnetometry. In: Theoretical and applied aspects of geoinformatics. Is. 11. Kyiv, P. 102—120 (in Rus- sian). Ovcharenko A. V., 1975. Selection of section of two- dimensional body on the gravitational field. In: Questions of oil and ore geophysics. Vol. 2. Alma- Ata: Publ. House of the KPI, P. 71—75 (in Russian). Orlyuk M. I., Pashkevich I. K., Lebed T. V., 2009. 3D magnetic model of the Earth’s crust of the Azov- Black Sea region. Geofizicheskiy zhurnal 31(5), 102—114 (in Russian). Osipov G. V., Svistunov Yu. I., Terekhov A. A., 1977. Pos- sible nature of Alushta-Batumi magnetic anomaly on the Black Sea. Geotektonika (1 ), 74—79 (in Russian). Е. П. ЛАПИНА, Т. Л. МИХЕЕВА, Н. В. ПАНЧЕНКО 172 Геофизический журнал № 6, Т. 38, 2016 Starostenko V. I., 1970. Definition vertical derivative of the potential of gravity on the results of observations with horizontal gravity gradiometer. Kiev: Naukova Dumka, 100 p. (in Russian). Starostenko V. I., 1978. Stable numerical methods in problems of gravimetry. Kiev: Naukova Dumka, 228 p. (in Russian). Starostenko V. I., Legostaeva O. V., Makarenko I. B., Sav- chenko A. S., 2015. Software system for automated data interpretation of potential fields (GMT-Auto). Geofizicheskiy zhurnal 37(1), 42—52 (in Russian). Strakhov V. N., 2001. Interpretive process in gravity and magnetic - is the implementation of a unified approximation approach. The basic ideas and constructive principles. Fizika Zemli (10), 3—18 (in Russian). Strakhov V. N., 2007. On effective on speed and accuracy of the methods of constructing the linear analytical approximations in geophysics, geoinformatics and gravimetry. Geofizicheskiy zhurnal 29(1), 56—84 (in Russian). Strakhov V. N., 1995а. Main directions of development of the theory and methodology of interpretation of geophysical data at the turn of the XXI century. Pt. 1. Geofizika (3), 9—18 (in Russian). Strakhov V. N., 1995б. Main directions of development of the theory and methodology of interpretation of geophysical data at the turn of the XXI century. Pt. 2. Geofizika (4), 10—20 (in Russian). Strakhov V. N., Lapina M. I., 1976. Mounting method for solving the inverse problem of gravimetry. Doklady AN USSR (2), 344—347 (in Russian). Tugolesov D. A., Gorshkov A. S., Meysner L. B., So- lovyev V. V., Khakhalev E. M., 1985. Meso-Cenozoic Tectonics levies Black Sea basin. Moscow: Nedra, 210 p. (in Russian).

Локализация геологических объектов по магнитометрическим данным с использованием алгоритмов автоматизированного подбора

Institution

Ähnliche Einträge