Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита
Розглядаються питання оброблення і нагромадження даних електророзвідки. Для аналізу погодженості різних етапів оброблення даних геофізичних досліджень східної частини Українського щита вперше застосована тривимірна комп'ютерна візуалізація. В основу побудови квазітривимірних геоелектричних моде...
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2004
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189882 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита / А.В. Анциферов, В.В. Сухой, Е.М. Шеремет, И.Ю. Николаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 59-73. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859482463434178560 |
|---|---|
| author | Анциферов, А.В. Сухой, В.В. Шеремет, Е.М. Николаев, И.Ю. |
| author_facet | Анциферов, А.В. Сухой, В.В. Шеремет, Е.М. Николаев, И.Ю. |
| citation_txt | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита / А.В. Анциферов, В.В. Сухой, Е.М. Шеремет, И.Ю. Николаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 59-73. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Розглядаються питання оброблення і нагромадження даних електророзвідки. Для аналізу погодженості різних етапів оброблення даних геофізичних досліджень східної частини Українського щита вперше застосована тривимірна комп'ютерна візуалізація. В основу побудови квазітривимірних геоелектричних моделей закладено результати профільних ID і 2D моделей, отриманих у результаті оброблення польових даних методу магнітотелуричного зондування (МТЗ).
The problems of processing and accumulation of electrical exploration data are considered. For the first time a 3D computer visualization is employed for the analysis of conformity of different data processing steps of geophysical research into the Eastern part of the Ukrainian shield. Resulting profile ID and 2D models obtained as a result of MTS field data processing are in the bases of generation of quasi-3D geoelectrical models.
|
| first_indexed | 2025-11-24T15:07:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 550.837:551, 550.372 (477)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ УКРАИНСКОГО ЩИТА
д.т.н Анциферов А.В., инж. Сухой В.В., д.г.-м.н. Шеремет Е.М.,
инж. Николаев И.Ю. (УкрНИМИ Н АН Украины)
Розглядаються питания оброблення < нагромадження даних електророз-
в/дки. Для анализу погодженост I р/зних етатв оброблення дат а геоф/зичних до
служено сх/'дног частини Укра/нського щита вперше застосована тривимсрна
комп'ютерна вЬуалшщя. В основу побудови квазтривилирных геоелектричних
моделей закладено результаты профтьних /О / 2 0 моделей, отриманих у ре
зультатI оброблення польових даних методу магштотелуричного зондування
(МТЗ).
118АСЕ ОР ЕЬЕСТШСАЬ ЕХРЬОКАТЮК БАТА ТО 8ТШ У
ЕА8ТЕШМ РАКТ ОР ТНЕ 1ЖКА1МЕШ 8Н1Е1Л)
АпгИегоу А.У., 8иНо1 У.У., 8Ьегете1 Е.М., ЩкоЫеу 1 .1/.
ТНе ргоЫетз о/ргосеззт § апс/ асситиЫюп о / е1ес1пса1 ехр1огаИоп с/ат аге соп-
зсс/егес/. Рог (ке Дгз1 йте а 3 0 сотриСег итюНзаИоп сз етрЬуес/Дог 1ке апа/узсз о /
сопфогтЧу о/сИДегет с/а!а ргосеззт& з!ерз о /§еоркузка/ гезеагск Ыю 1ке Еаз1ет
раг! о/’ 1ке Окга/пюп зЫе/с/. Кези/Ип§ рго/Ие Ю апс/ 2 0 тос/е/з оЬсатес/ аз а гезик
о/ МТЗ Де/с/ с/аШ ргосеззт§ аге т 1ке Ьазез о/^епегакоп о / риазс-ЗО %еое/ес1гка1
тос/е/з.
Введение
Современные методы геофизических исследований, включающие в
себя процессы накопления, хранения и анализа большого количества дан
ных, должны быть обеспечены средствами компьютерной визуализации
данных в виде двумерных и трехмерных образов. В настоящее время име
ется ряд универсальных программных сред, позволяющих реализовать все
стороны этого процесса. Ниже рассматривается опыт применения этих
сред для данных магнитотеллурического зондирования (МТЗ).
В результате обработки экспериментальных данных программами
для Ш и 2 0 инверсии, вся накопленная информация находится в разных
файлах различного формата. Наша цель - максимально использовать воз
можности универсальных программных сред для обработки и накопления
геофизической информации. Эти программные среды усилиями известных
фирм-разработчиков постоянно развиваются и поэтому никогда морально
не устаревают.
База геофизических данных, в нашем понимании, должна являться
гибкой сисгемой, которая использует любую подходящую программную
среду для нужд своего развития и пополнения, а если необходимо, то и
выполнения нового витка обработки и интерпретации.
59
Обработка и накопление данны х М ТЗ 1
П оследовательность этапов обработки данны х 1
Построение геоэлектрических моделей на основе данных магни?^
теллурического зондирования (МТЗ) многозвенный процесс, состоящ ая
накоплении и обработке больших потоков магнитотеллурической инф0 1
мации. Можно выделить следующие этапы в этом процессе:
1) регистрация аппаратурой непосредственных измерений ш
процесса на исследуемом участке; щ
2) спектральная обработка измеренных временных рядов - Вь,
числение корреляционных и автокорреляционных функций для электрик
ских и магнитных каналов; 11
3) вычисление импеданса и его «трансформант» в зависимости од
частоты, характеризующих различные параметры исследуемого объекта; 1
4) построение одномерных (Ш ) моделей в результате формаль
ной инверсии частотной зависимости электрических характеристик в ряд
зависимости удельного электрического сопротивления разреза от «эффек
тивной» глубины; 1
5) построение графических образов трансформант импеданса и
результатов одномерной инверсии, в виде разрезов вдоль профилей иссле
дуемого участка, и в виде карт распределения параметров на заданной глу
бине участка; I
6) формирование стартовых двумерных моделей и, на их базе,
осуществление расчета двумерных моделей путем проведения 2В инвер
сии на основе специализированных программ;
7) анализ всей совокупности частотных зависимостей трансфор
мант для одномерных и двумерных моделей.
От качества обработки информации на каждом из перечисленных
этапов зависит достоверность построения двух и трехмерных геоэлектри-'
ческих моделей участка. Конечно, при построении моделей обязательно!
должна использоваться дополнительная, так называемая, априорная ин
формация, например, данные скважинного каротажа или других методов
зондирования; структурного и литологического анализа геологической об-|
становки участка.
Остановимся подробнее на том, что в нашем случае служит средой
программирования и предварительной обработки данных МТЗ. За основу;
взят фирменный пакет для научных и инженерных расчетов - Ма1Ь-1
саб, уегзюп! 1.0а, среда которого позволяет организовывать циклические!
вычисления, выполнение расчетов по условию, и программные зоны мно-1
гократного выполнения расчетов однотипных данных, не уступая по этиаД
показателям программированию на любом языке высокого уровня. Осо-1
бенно важным достоинством среды Мабюаб служит наглядность процесса!
создания алгоритма расчета, позволяющая контролировать каждый шаг!
вычислений.
В среде МаШсаб нами разработан программный конвейер, позво-1
ляющий известным образом автоматизировать процесс предварительной
60
машинной обработки данных МТЗ. Перечислим эти этапы обработки.
Алгоритм обработки МТЗ данных [1-3] состоит из ряда как традици
онных, так и оригинальных этапов и реализован в программе [2], разрабо
танной для среды Ма1Ьсаё [4]. В программе использован метод Уэлча [5]
статистического усреднения по частично перекрывающимся выборкам для
вычисления спектральных плотностей. Программа выполняет:
ввод 4-х временных рядов (двух электрических Ех, Еу и двух
магнитных Нх, Ну) реализации М Т-процесса с первичных записей аппара
туры МТЗ;
разбиение каждой реализации на совокупность наполовину пе
рекрывающихся выборок одинаковой длины, при этом длина реализации
определяется конкретными частотными диапазонами;
многоэтапную фильтрацию МТ-процесса в пределах каждой
выборки путем центрирования процесса и низкочастотной фильтрации (с
вычитанием кубического полинома третьей степени, подбираемого мето
дом наименьших квадратов), повторного центрирования и заключительной
фильтрации с помощью окна Натолла [5] для ограничения влияния конеч
ного интервала выборки;
вычисление по отфильтрованной выборке коэффициентов ряда
Фурье с помощью встроенных в М айюаё функций; оценка соответствую
щих авто- и взаимных спектров;
статистическое осреднение авто- и взаимных спектров путем
вычисления среднего арифметического, с контролем стационарности МТ
процесса по близости итоговых спектров при разной организации выборок;
высокочастотную фильтрацию («выкусывание») в спектраль
ных оценках отдельных участков, соответствующих узким линиям техно
генных помех, (например, гармоник кратных 50 Гц), с последующей ли
нейной интерполяцией на интервалах выкусывания с берегов выкусыва-
ния;
вычисление обычной, частной и множественной когерентно
стей между соответствующ ими электрическими и магнитными каналами
(например, Ех-Н у), характеризующих качество линейных связей, выражае
мых матрицей импеданса 2 \
вычисление компонент импеданса 2 для двух альтернативных
статистических оценок: импедансной (1) и адмитансной (2), имеющих раз
ную чувствительность к помехам в электрических и магнитных каналах;
частотное сглаживания компонент тензора 2 с помощью встро
енных в Ма1Ьсаё функций зирзшооШ и кзтоойц использующих адаптив
ный алгоритм сглаживания с Гауссовым ядром;
фазовую коррекцию амплитуд главных компонент тензора 2 на
основе известной формулы Вайдельта [6, 7], устанавливающей прибли
женную связь между фазой и амплитудой импеданса;
стыковку (с весовым осреднением) значений модулей и фаз
компонент импеданса в среднечастотном диапазоне, с их перекрывающи
мися значениями в низкочастотном и высокочастотном диапазонах, кото-
61
рая необходима для обеспечения непрерывности импеданса по частил
результирующем общем диапазоне частот;
сглаживающую проекцию полученных оценок импедацЯ
итоговую сетку, которая имеет частоты, изменяющиеся в геометриче! ̂
прогрессии;
каталогизацию итоговых частотных зависимостей пгт,
^ ~ лН0й
тензора импеданса как основного объекта дальнейшего анализа и инвевс
материалов МТЗ при построении геоэлектрических моделей. 1
Рассмотрим ключевое звено представленной схемы обработки - ^
зовую коррекцию амплитудных компонент импеданса, которая повыщ^
надежность построений импедансных кривых.
Достоверность определения компонент импеданса
По предлагаемой схеме обработки, достоверность построения кри.[
вых магнитотеллурического зондирования контролируется величиной ко!
герентности спектров электрических и магнитных каналов. В общем слу.
чае, рассматриваются как множественные (дху, //ух), так и частные код.
рентности (гху, г}1Х), которые в двумерных средах равны обычной когерент
ности {сху, Сух), если измерительные линии электрических и магнитных ка
налов соответствуют осям неоднородностей [8]. Значения когерентностей
характеризуют качество линейной связи между электрическими и магнит
ными каналами и могут быть высокими как для магнитотеллурического
сигнала, так и .для доминирующих помех электромагнитной природы, ха
рактеризующихся устойчивыми линейными связями, отличными от импе
данса плоской волны.
Строго говоря, использовать аппарат спектрального анализа для об
работки случайного процесса можно, если он отвечают гипотезе эргодич
ности и стационарности. Опыт работы по обработке временных рядов МТ
процесса свидетельствует об относительной стабильности определения
матрицы импеданса, хотя естественное электромагнитное поле Земли да
леко не всегда можно представить «стационарным белым шумом». Высо
кие значения когерентности между электрическими и магнитными канала!
ми являются необходимым условием для получения несмещенных оценок
импедансов при относительно невысоком уровне коррелированных шумов
в измерительных каналах.
Различные процедуры осреднения позволяют ослабить влияние “по
мехи” в измерительных каналах и получить несмещенные оценки им п е
данса [8].
В трехканальной схеме определения импеданса, через взаимные й
автоспектры МТ процесса [8, 9], обычно рассматриваются две взаимодо
полняющие оценки:
Импедансная 21:
& = ($ н н ) 5 е н , (1л
62
и адмитансная ТА :
ТА — ($ ЕН) 5ее (2)
здесь 5 б к , 8 н н и $ е н - матрицы, составленные из соответствующих авто- и
взаимных спектров горизонтальных компонент магнитного Н и электриче
ского Е полей.
Надежность определения компонент тензора импеданса контролиру
ется невязками между наблюденными взаимными спектрами $е.
уНу(Ееукх(у^ Еехку(у), Зехк/у), и вычисленными по магнитным каналам
§яя с помощью матрицы X.
65ехку] = Зехку] - (2хх] • 8кхЬу] + 2ху. - 8куку]), б8ехкх] - 8ехкх] - {7хх] • ЗкхИх. + • 8кукх}),
83еукх) - 8еукх] - (2уу. • 8кукх] + 2ух, • ЗИхЬх.), 53еуку] - Зеуку] - {Туу. • 8куку] + 2иху ■ 5/гх/гу^).
где Ты, Тху, 2^, 2 ^ - зависящие от частоты соответствующие компоненты
матрицы импеданса. Для сокращения записи в (3) опущена функциональ
ная зависимость от частоты к, оставлен лишь индекс у, нумерующий час
тоты в пределах рассматриваемого диапазона.
Невязки (3), связанные со значениями множественных когерентно
стей измерительных каналов, служат основой построения доверительных
интервалов при синтезе импедансных и адмитансных оценок.
На низких (< 5Гц) и высоких ( > 400Гц) частотах зондирования со
гласие между этими оценками существенно ухудшается из-за влияния шу
мов-помех. Для этих участков частот применяется процедура фазовой кор
рекции, повышающая достоверность амплитудных оценок импеданса на
этих частотах.
Ф азовая коррекция ам плитудны х оценок импеданса
Довольно часто, в наиболее интересных, с геологической точки зре
ния, участках профилей МТЗ из-за влияния промышленных помех коге
рентность между взаимными парами регистрируемых каналов сильно
уменьшается, что ведет к потере достоверности оценки импеданса. Однако
основная часть кривой зондирования все же обладает требуемым уровнем
когерентности и дает несмещенные оценки импеданса. Для коррекции уча
стков кривых (интервалов периодов) с низкой когерентностью можно вос
пользоваться приближенным дисперсионным соотношением между ам
плитудой и фазой импеданса [6, 7]:
где ф - фаза, |2| - модуль соответствующей компоненты тензора импеданса,
* (3)
(4)
63
Т -п е р и о д .
Это соотношение служит для восстановления «некондиционных»
участков амплитудных кривых по более достоверным значениям фазовых
кривых.
После интегрирования формула (4) приобретает вид
(5)
Процедура фазовой коррекции сводится к применению формулы (5)
для рассматриваемых интервалов периодов с последующим пополнением
рассчитанными значениями амплитудных кривых МТЗ, а инструментом ее
настройки является выбор периода Вайдельта - Т„ на участках амплитуд
ных кривых МТЗ, где когерентность высока, например, порядка 0.9 и, со
ответственно оценка модуля импеданса не смещена.
Расчеты выполняются для серии Т,. Процедура коррекции, в прин
ципе, может выполняться для всех компонент тензора импеданса, но нами
используется только для главных импедансов: продольного и поперечного.
Перед процедурой фазовой коррекции осуществляется сшивка участков
импедансных фазовых кривых, получаемых среднеарифметическим осред
нением импедансной и админтансный оценок (область высокой когерент
ности) с участками кривых, соответствующих низкой когерентности, по
лученных по импедансной оценке. Это делается потому, что импедансная
оценка при вычислении фазы импеданса на низких частотах, на наш
взгляд, является более достоверной. Процедура сшивки выполняется при
помощи линейного полинома с соответствующими весовыми коэффициен
тами. Для каждой компоненты тензора используем свои весовые коэффи
циенты, подбираемые в процессе работы. В результате получаем непре
рывные фазовые кривые компонент тензора импеданса, которые затем ис
пользуются при преобразовании (5).
Сам факт выполнения дисперсионных соотношений для тензора им
педанса строго доказан только для одномерных и большей части двумер
ных сред. Для трехмерных сред приводятся соображения в пользу явного
нарушения этих соотношений на приповерхностных контактах хорошо
проводящих сред с блоками высокого сопротивления. Соответственно, не
обходимо обоснование применимости нашего подхода к использованию
дисперсионных соотношений для коррекции модуля импеданса.
Во-первых, результаты фазовой коррекции используются для доста
точно узких интервалов частот. Высокие частоты (> 400Гц) МТЗ, в боль
шинстве случаев, соответствуют верхним частям геологических разрезов,
имеющих мощность в первые сотни метров, и соответствующих рыхлым
пространственно однородным породам - геологическим структурам (отло
жениям), для которых почти очевидна локальная применимость Ш моде
лей и, соответственно, применимость дисперсионных соотношений. Для
64
частот МТЗ порядка 1Гц и ниже сложные, локально трехмерные, про
странственные геологические структуры вырождаются в квазидвумерные
региональные структуры, для которых также очевидна применимость дис
персионных соотношений.
Во-вторых, оценки значений фазы импеданса обычно испытывают
меньшее влияние некоррелированных шумов в измерительных каналах по
сравнению с амплитудными оценками. Для двухканальной схемы опреде
ления импеданса это утверждение очевидно. Если помехи в магнитных ка
налах не коррелированы с электрическими, то в числителе формулы (1)
член, содержащий корреляционную функцию с помехой, пропадает в ре
зультате статистического усреднения, а в знаменателе (1) состоит из сум
мы двух членов: спектральной плотности истинной автокорреляционной
функции, и спектральной плотности автокорреляционной функции помехи,
которые являются вещественными величинами. Таким образом, в двухка
нальной схеме фаза импеданса не испытывает влияния некоррелированных
помех.
В третьих, предлагаемая процедура используется нами для формиро
вания исходных данных в задаче построения 2 0 геоэлектрических моде
лей. Анализ данных по уже построенным моделям показал, что для рас
сматриваемых типов разрезов расхождения между исходными кривыми
кажущегося сопротивления и полученными из модельных фаз не превы
шают первых процентов. Это говорит о взаимной согласованности всей
использованной схемы построения 2Б моделей.
Оценка погрешности определения основных компонент тензора
импеданса в трехмерных средах
Рассмотрим выражение для импедансной оценки компоненты 2ух\
(6)
Фаза данной комплексной величины равна фазе выражения
(7)
Соответственно, из (7) получаем:
(8)
где Фух = аг%(8ЕуНх) - фаза скалярного импеданса при отсутствии шума, а
добавка, равная ^<Р, = агЕ [ 1- ЕуНу н 5 Н ]
Основной вклад в значение фазы (8) дает величина сруХ. Добав
будет отлична от нуля в двумерной среде, если измерительные лит* ^
соответствуют осям структур, или также отлична от нуля трехмернь ** ^
*
’ а Пг.
электрических средах. Обычно модуль отношения
^ЕуНу^НуНх
^ Е у Н х ^ Н у Н у
« 1
этому и добавка является малой величиной. Таким образом, некорре
лированные шумы в электрических каналах не оказывают существенно*
влияния на определение фазы ъх%(21ух).
Влияние шумов по магнитному каналу Ну входит в знаменатель вы.
ражеиия, определяющего добавку д̂ >. к основному значению (р^, и поэто.
му, при росте величины шума в канале, происходит уменьшение величины
этой поправки к значению фазы <рух. Допустим, что шум по магнитном)
полю Ну стал на порядок больше чем полезный сигнал. Тогда значение
модуля И ух незначительно уменьшится, а величина фазы устремится к
В отличие от шумов в канале Ну,шумы в канале Нх будут оказывать суще*
ственное влияние на значение модуля 2 1У, а на фазу нет, если они не корре-
лироваиы с остальными каналами.
Таким образом, влияние не коррелированных шумов в магнитных!
канатах приводит к потере информации о влиянии трехмерных включений
в структуре геоэлектрического разреза на величину фазы импеданса, со
храняя при этом информацию о двумерных неоднородностях.
Рассмотрим влияние шумов в адмитансной оценке продольной ком
поненты матрицы импеданса, которая имеет выражение
ТА =У* о
НхЕу
^ Е уЕ х^ Н уЕ у
^ Н уЕ х^ Е уЕ у У
( ̂ $Н уЕ х $ Н уЕ у
\-1
^ Н уЕ х^ Н хЕ у )
(9)
Для фазы этой компоненты имеем аг%{7Лух) - <р + А<ра, где
А <ра = аг§
<4 О
I ЕуЕх НуЕу
А 'Н уЕ х^Е уЕ у )
^ Н уЕ х ^ Н уЕ у
^ Н уЕ х ^ Н х Е у )
ч - 1 \
(Ю)
Видно, что некоррелированные шумы магнитных каналов на опреде
ление модуля 7ЛУх существенного влияния не оказывают.
Вклад некоррелированных шумов по электрическому каналу Еу наН
ходится в числителе выражения для модуля (9). Аналогично анализу, прО'1
веденному выше для магнитных полей можно заключить, что некоррели-1
рованные шумы по электрическим каналам существенно влияют на значе
ние модуля 7Аух, в то время как значение фазы стремится к значению (рух.
Аналогичные выводы о влиянии шумов в измерительных каналах
можно сделать и для 2ху второй основной компоненты матрицы импедан
са.
66
Формальная Ш инверсия
Используя м етод контролированных итераций, в рамках Ш гради
ентных моделей, нами автоматизирован процесс пересчета кажущихся со
противлений, зависящ их от частоты или периода зондирования, в сопро
тивления, зависящ ие от глубины [10]. Этот пересчет называется формаль
ной Ш инверсией [2].
По скорректированным кривым рп(Т) - продольного кажущегося со
противления проводится решение обратной задачи в классе кусочно
непрерывных сред [2], по аналогии с подходом Бердичевского и Дмитрие
ва [7].
Основные действия, выполняемые при этом:
1) ввод данных о главных значениях матрицы импеданса для каждой
точки профиля и интерполяция этих данных на соответствующую рабочую
геометрическую шкалу частот;
2) выполнение сглаживания кубическим сплайном в двойном лога
рифмическом масштабе для модуля сопротивления и в логарифмическом
масштабе частоты для фазы импеданса;
3) по трансформанте Молочного - Ле Вьета или Ниблетга [7, 10]
осуществляется построение стартовой модели на геометрической шкале
глубин, соответствующей выбранной частотной сетки. Расстояние между
узлами этой шкалы и есть толщины пластов слоистого разреза, величины
сопротивлений которых определяются рассматриваемым алгоритмом. Ес
ли трансформация частот в шкалу глубины не дает монотонного возраста
ния «эффективной» глубины зондирования с увеличением периода, то та
кие участки кривых принудительно упорядочиваются по возрастанию глу
бины;
4) организация контролируемого итерационного поиска распределе
ния удельного сопротивления с глубиной р(Н), Для этого на каждом шаге
итераций по формуле Ваньяна-Липской [7] решается прямая задача опре
деления модельных кажущихся сопротивлений. Отклонение значений
текущего рГ к от полевых данных р*, сглаженных согласно пункта 2, кор
ректирует с помощью задаваемых коэффициентов значения текущих мо
дельных рт(Н) в каждом из слоев горизонтально-слоистом разрезе (итера
ция инверсии).
5) после каждого шага итераций выполняется сплайн-сглаживание
модельных значений в двойном логарифмическом масштабе. В ходе вы
полнения итераций процесс сглаживания р тк можно контролировать,
уменьшая параметр, задающий степень гладкости сплайн-интерполяции,
что, на наш взгляд, эквивалентно процедуре уменьшения параметра регу
ляризации в традиционных устойчивых методах решения обратных одно
мерных задач путем минимизации соответствующего функционала невяз
ки и использования добавки - сглаживающего стабилизатора [7]. Для по
вышения устойчивости алгоритма расчета в определении сопротивлений
Л пластов в ходе итерационного процесса вводятся ограничения на диа-
67
пазон возможного изменения определяемых значений р [ (аналог рой-1
метрики функционала). В результате расчета определяется р асп р ед ^
удельного сопротивления с глубиной для каждого пикета профиля- ^
6) при формировании исходных данных для выполнения расчегп а
инверсии осуществляется выбор подходящей шкалы интервалов величиЧ
р(Н). Разным интервалам этой шкалы присваиваются разные буквеЗ
цифровые символы-коды. В сформированной таким образом итог Л
матрице Ш~ инверсии, численные значения р(Н) для каждого узла маЯ
цы заменяются на соответствующий буквенный символ-код. В дальней^
эта матрица используется в формировании стартовых данных к програ^
20- инверсии. Кроме того, для расчета бимодальных моделей формируй
ся данные кажущегося сопротивления в формате ввода к программы д,.
20 - инверсии.
Построение 2 0 моделей
Для построения двумерных моделей применяется метод устойчиво!
робастной инверсии [11, 12], которая реализована в программе 1ЫУ21
группы ЕМ 80РТ (Варенцов И. М., Голубев Н. Г. Руководство пользовав
ля, редакция 20.12.96) для моделей с кусочно-постоянным распределением
электропроводности, т.е. с фиксированной геометрией блоков и слоев гео
электрического разреза. Обратная задача геоэлектрики решается с исполь
зованием совместной инверсии скорректированных продольных рп(7) |(
поперечных р^(Т) кажущихся сопротивлений для Н и Е поляризаций элек
тромагиитного поля - бимодальные модели. Модель возбуждается полем
плоской вертикально падающей электромагнитной волны.
Априорными данными для программы ПЧУ2В являются начальная
модель, состоящая из блоков с фиксированной геометрией и различными
удельными электрическими сопротивлениями, составленная по комплекс)
данных МТЗ. Подбор вектора р сопротивлений осуществляется с учетом
оценок погрешностей, инвертируемых данных и априорной модели.
Нами разработаны интерфейсные программы для автоматизации пе
рехода к формату ввода данным для программы 2В моделирования. Разра
ботаны также программы, преобразующие результирующие расчетные
данные 2 0 моделирования листинга программы ПЧУ20 в формат в в о д а к
программным средам ЗшТег и Коск\Уогк2002, для получения двумерной и
трехмерной визуализации расчетов площадных исследований методом
МТЗ.
Трансформация данных геофизических исследований в о с т о ч н о й
части Украинского щита для их обработки разными программами
Для визуализации и анализа большого объёмы геофизических дан*!
ных приходится решать типичную задачу трансформации накопленных
данных, хранящихся в большом числе файлов разного формата, в данные,
помещаемые в большое количество других файлов, но уже другого форма'
та. При этом попутно выполняются простые вычислительные процедура
формирования новых данных.
68
Так, например, для построения карт разрезов средствами программы
ЗигГег Усгьюп 8.00 корпорации ОоШеп Зо^Ьуаге необходимо обеспечить
соотв етств ую щ ую трансформацию расчетных данных в формат ввода к
этой программе.
Подключение мощной программы Коск\\^огк$2002 корпорации
Коск^аге для построения разнообразного набора двумерных и трехмер
ных образов в задаче обработки геофизической информации потребовало
обеспечить трансформацию наш их данных, в данные, имеющие формат
ввода к этой программе.
Набор данны х по исследуемому участку непрерывно уточняется, по
полняется и анализируется, поэтому описанная трансформация данных не
однократно выполняемая работа, а своего рода инструмент интерфейса,
предназначенный для обслуж ивания пополняемых данных, позволяющий
оперативно преобразовывать исходные данных для их использования со
ответствующими наборами обрабатываю щ их универсальных программных
сред.
Для обеспечения возможности работы с нашей базой данных в рам
ках программы Яоск\Уогк82002, все ранее накопленные данные исследова
ний по восточной части У краинского щ ита были переведены в формат ис
ходных данных к этой программе. Сюда вошли: координаты точек МТЗ,
данные по величине каж ущ егося сопротивления, данные Ш и 2Б инвер
сии, данные по тектоническим нарушениям региона.
В результате создано новое полное представление данных геофизи
ческих исследований по восточной части Украинского щита, обеспечи
вающее работу програм мы Яоск\Уогк82002 с целью построения двух- и
трехмерных образов, наглядно представляющих распределение соответст
вующих параметров и обеспечиваю щ их надежный визуальный контроль
накопленных данных.
Если учесть, что программа Яоск\Уогкз2002 предоставляет своим
пользователям интерф ейс с таблицами Ехсе1 и возможность экспорта дан
ных в другие известные программы, то эту программу и формат хранения
её данных можно рассматривать, как мощное самостоятельное средство
накопления и хранения геофизических данных - базу геофизических дан
ных.
К вазитрехм ерны е геофизические модели
И спользование квазитрехмерны х моделей на этапах обработки
МТЗ
Для иллю страции предлагаемого подхода к накоплению базы геофи
зических данны х, построен ряд квазитрехмерных моделей, отражающих
три этапа обработки ранее полученных данных МТЗ (данные из фонда
ГКГУ «У кргеология», Ц ентральной геофизической экспедиции, 1986г.).
Трехм ерная визуализация кажущихся сопротивлений, продольного
удельного сопротивления, в компактном наглядном виде представляет
достоверность эксперим ентального материала, качество его предваригель-
69
ной спектральной обработки.
Трехм ерная визуализация результата ф орм альной Ш инвеп
ж ущ егося продольного удельного сопротивления в компактном нагл^ 1
виде представляет пространственное распределение сопротивления 1
имную согласованность полученны х проф ильны х локальны х Ш модел 1
рамках общ ей квазитрехмерной картины .
Трехмерная визуализация результатов 2 В инверсии бимодаль,
моделей^ в компактном наглядном виде представляет пространствен!;
распределение двумерны х разрезов на фоне общ ей квазитрехмерной мол
ли,
Молено рассмотреть множ ество вспом огательны х двумерных сеч*
ний трехмерной модели вертикальны ми и горизонтальны м и плоскостям!
позволяю щ их увидеть «внутренность» квазитрехм ерны х моделей.
Отмечается хорош ая взаимная согласованность всех трех моделей
отношении расположения зон, имею щ их повы ш енны е и пониженные зна
чения величин сопротивления. Из представленного рисунка (рис.1) видно. (
что переход от распределения каж ущ егося сопротивления через построе
ние 11) модели к построению 21) модели сопровож дается уточнением по!
ложення высокоомных коренных пород в восточной части Украинской
щита и сужением зон малых сопротивлений, соответствую щ их разломш
зонам (рис. 1а).
Г еологический ан ал и з к в ази тр ех м ер н ы х м оделей
Применение результатов обработки данных М ТЗ ( Ш и 2П-инверсии1
для геологических образований кристаллического фундамента Восточной
части Украинского щита выразилось в построении региональных геоэлек
трических разрезов Ш и 2 0 ; карт погоризонтного распределения электро
сопротивлений до глубины 50 км; формировании «этажерок», которые
отображают расположение погоризонтных карт значений Ш и 2В электро
сопротивлений друг над другом через заданные интервалы глубин.
Применение программы Яоск\Уогк§2002 позволило отобразить все
накопленные результаты геофизических исследований по этому участку в
виде объемных моделей (рис. 16,в,г). Как видно из рисунков, высокоомные
зоны характеризуют архейские кристаллические образования Приднепров
ского геоблока и Восточно-Приазовского блока, метаморфизованных в
гранулитовые фации. Низкие значения сопротивления присущи кристаЛ'
л ическим породам Орехово-Павлоградской шовной зоны и примыкающим
к ней породам Западного Приазовья.
С точки зрения поисков полезных ископаемых доказано [1, 13, 14]» I
что низкоомные структуры перспективны на обнаружение м е с т о р о ж д е н и й
золота, железа и других металлов.
Заклю чение
В работе описана схема обработки и накопления данных методов
электроразведки МТЗ, формирования базы геофизических данных, имею-
щей внутренние средства визуализации и контроля в виде построения
70
•Г\* Г-*-* точки наблюдения МГЗ
Рис. 1. Горизонтальные срезы распределения величины удельного сопротивления для квазитрехмерной геоэлектриче-
ской модели восточной части Украинского щита: а) тектоническая схема восточной части Украинского щита, относя
щаяся к горизонту “0 км” на рис,а, б. в; б) модель по результатам первичной обработки данных МТЗ (распределение
значений кажущегося сопротивления); в) модель по результатам Ш инверсии данных МТЗ; г) модель по результатам
2В инверсии данных МТЗ. (Наиболее темные участки на моделях - высокоомные области Приднепровского геоблока и
Восточного Приазовья; светлые - низкоомные области, характеризующие разломные зоны - ОПШЗ, Центральное При
азовье, восточную часть Восточного Приазовья).
квазитрехмерных геофизических моделей. Такой подход п р е д л а г а в
визуализации большого объёма как исходных геофизических данных** ^
данных, представляющих определенные этапы их обработки.
Визуализация имеет, с одной стороны, ценность, как средство
пактного наглядного представления геофизических данных, а с д»* |
стороны, служит рабочим инструментом анализа и коррекции всей сх
обработки, позволяющим оперативно оценить согласованность ДеЛ я
расчета с общей наглядной картиной и априорными данными.
В результате проделанной работы сформирована стартовая трехм*
ная модель для проведения расчетов 3 0 инверсии данных по восточн#
части Украинского щита с соответствующей обрабатывающей прогр^'
мой.
Метод МТЗ позволяет разделять электрически неоднородные геоло
гические формации, определять конфигурацию шовных геологических зон
С П И С О К Л И Т Е РА Т У РЫ
1. Азаров К.Я., Белявский В.В., Гошовский С.В. и др. Геоэлектрически?
модели золото-рудных месторождений Украинского щита и Донбасса.
Киев: Знание, 1999. - 160 с.
2. Белявский В.В., Бурахович Т.К., Кулик С.Н., Сухой В.В. Электромаг
нитные методы при изучении Украинского щита и Днепровско-
Донецкой впадины. - К.: Знания, 2001. -227 с.
3. Белявский В.В., Сухой В.В. Технология рудного аудиомагнитотеллу-
риеского зондирования // Разведка и охрана недр. - 2003. - № 2. - С. 38-
47. -М .: Недра.
4. Дьяконов В. МАТНСАО 2000: учебный курс - СПб: Питер, 2000. -
592 с.
5. Марпл мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения:
Пер.с англ. - М.: Мир, 1990. -584 с.
6. \Уе1(1ек Р. ТЬе 1пуег$е РгоЫ ет оГ О еота§пе6с ГпВоскюБоп // 2екзсЬгШ
кхг Оеоркуык. -1972. -Ваш! 38. -8 . 257-289.
7. Бердичевский М .Н ., Дмитриев В.И. Магнитотеллурическое зондирова
ние горизонтально однородных сред. - М.: Недра, 1992. -250с.
8. Семенов В.Ю, Обработка данных магнитотеллурического зондирова
ния. - М.: Недра, 1985. - 133 с.
9. Безрук И.А., Бердичевский М. Н., Ключкин В.Н., Куликов А.В. Приме
нение теории случайных процессов к анализу магнитотеллурическог(
поля // Прикладная геофизика. - 1964. - Вып. 39. - С.75 - 90
10 Ле Вьет Зы Хыонг, Бердичевский М.Н, Обобщение метода Молочного
Секриеру для интерпретации магнитотеллурических зондирований
Изв. АН СССР, Сер. Физика Земли. -1986. -14 8. -с. 100 105.
П.Варенцов И.М. Современные тенденции в решении прямых и оратньг
задач трехмерной геоэлектрики. В кн.: Математическаое моделировани
электромагнитных полей. М., ИЗМИР АН, 1983, с.26-68.
72
л Варенцов И.М. Общий подход к решению обратных задач магнитотел-
1\рики в кусочно-непрерывных средах, Физика земли 2002.№ 11 с .11-
31.
3 Геоэлехтрическая модель Приазовского блока У1Ц /' Белявский В.В.,
Шеремет Е.М., Сетая Л.Д., Николаев Ю.И., Николаев И.Ю., Агарко
ва Н.Г., Мартынов Г.П. “Физико-технические проблемы горного произ
водства” - Сборник научных трудов Института физики горных процес
сов НАН Украины, Донецк: ООО “Апекс” . С.48-57.
14.Связь проявлений рудных полезных ископаемых с глубинным геоэлек-
трическим строением Орехово-Павлоградской шовной зоны Украин
ского щита / Шеремет Е.М., Николаев И.Ю., Федотова Л.А. “Физико-
технические проблемы горного производства” - Сборник научных тру
дов Института физики горных процессов НАН Украины, Донецк: ООО
“Апекс”. С .145-150.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189882 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T15:07:06Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Анциферов, А.В. Сухой, В.В. Шеремет, Е.М. Николаев, И.Ю. 2023-04-29T17:53:54Z 2023-04-29T17:53:54Z 2004 Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита / А.В. Анциферов, В.В. Сухой, Е.М. Шеремет, И.Ю. Николаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 59-73. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189882 550.837:551, 550.372 (477) Розглядаються питання оброблення і нагромадження даних електророзвідки. Для аналізу погодженості різних етапів оброблення даних геофізичних досліджень східної частини Українського щита вперше застосована тривимірна комп'ютерна візуалізація. В основу побудови квазітривимірних геоелектричних моделей закладено результати профільних ID і 2D моделей, отриманих у результаті оброблення польових даних методу магнітотелуричного зондування (МТЗ). The problems of processing and accumulation of electrical exploration data are considered. For the first time a 3D computer visualization is employed for the analysis of conformity of different data processing steps of geophysical research into the Eastern part of the Ukrainian shield. Resulting profile ID and 2D models obtained as a result of MTS field data processing are in the bases of generation of quasi-3D geoelectrical models. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита Usage Of Electrical Exploration Data To Study Eastern Part Of The Ukrainian shield Article published earlier |
| spellingShingle | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита Анциферов, А.В. Сухой, В.В. Шеремет, Е.М. Николаев, И.Ю. |
| title | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита |
| title_alt | Usage Of Electrical Exploration Data To Study Eastern Part Of The Ukrainian shield |
| title_full | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита |
| title_fullStr | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита |
| title_full_unstemmed | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита |
| title_short | Использование данных электроразведки для исследования восточной части Украинского щита |
| title_sort | использование данных электроразведки для исследования восточной части украинского щита |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189882 |
| work_keys_str_mv | AT anciferovav ispolʹzovaniedannyhélektrorazvedkidlâissledovaniâvostočnoičastiukrainskogoŝita AT suhoivv ispolʹzovaniedannyhélektrorazvedkidlâissledovaniâvostočnoičastiukrainskogoŝita AT šeremetem ispolʹzovaniedannyhélektrorazvedkidlâissledovaniâvostočnoičastiukrainskogoŝita AT nikolaeviû ispolʹzovaniedannyhélektrorazvedkidlâissledovaniâvostočnoičastiukrainskogoŝita AT anciferovav usageofelectricalexplorationdatatostudyeasternpartoftheukrainianshield AT suhoivv usageofelectricalexplorationdatatostudyeasternpartoftheukrainianshield AT šeremetem usageofelectricalexplorationdatatostudyeasternpartoftheukrainianshield AT nikolaeviû usageofelectricalexplorationdatatostudyeasternpartoftheukrainianshield |