Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Космический мониторинг приповерхностного теплового поля земли 11
1.1. Физические основы ИК-съемки 11
1.1.1. Общие положения 11
1.1.2. Электромагнитное излучение, спектр, источники излучения 13
1.1.3. Тепловой баланс поверхности Земли 21
1.1.4. Природа помех в тепловом излучении поверхности Земли 22
1.1.5. Сбор и обработка данных ИК-съемки в геоинформатике 26
1.2. Электронный банк данных дистанционной информации на примере снимков NOAA 28
1.2.1. Дистанционные данные NOAA 28
1.2.2. Предварительная обработка космических изображений NOAA 31
1.2.3. Логическая структура банка данных 40
1.2.4. Алгоритмическое и программное обеспечение банка данных 42
1.3. Предварительная обработка дистанционных данных для получения пространственно-временной тепловой картины напримере снимков NOAA 46
1.3.1. Проблема получения полной картины распределения температурного поля 46
1.3.2. Интерполяция обработанных снимков по пространству и по времени 49
1.3.3. Интерполяция с подключением дополнительной информации о регионе на примере цифровой модели рельефа 53
1.3.4. Интерполяция на основе «чистого» или «шаблонного» изображения 65
Выводы по первой главе 67
ГЛАВА 2 Наземные геолого-геофизические исследования 68
2.1. Теоретические основы геотерморазведки 68
2.1.1. Наземные геотермические поиски полезных ископаемых 68
2.1.2. Теоретическое обоснование терморазведки 74
2.1.3. Методические основы геотерморазведки 82
2.2. Создание банков данных для систематизации и хранения геолого-геофизической информации 86
2.2.1. Постановка задачи создания банков данных геолого-геофизической информации 86
2.2.2. БД «Сейсмособытия» 89
2.2.3. БД «Глубокое бурение». 100
2.2.4. БД «Поверхностная термосъемка» 105
2.2.5. БД «Экология» 111
2.3. Обработка и интерпретация экспедиционных данных на примере приповерхностной термосъемки 113
2.3.1. Обработка экспедиционных данных 113
2.3.2. Получение, анализ и интерпретация результатов экспедиционных работ за 2001-2002 гг 117
Выводы по второй главе 129
ГЛАВА 3 Комплексная обработка, визуализация и интерпретация разнородной мониторинговой информации в гис 130
3.1. Теоретические основы построения трехмерной ГИС для ведения мониторинга 130
3.1.1. Основные понятия геоинформатики и ГИС 130
3.1.2. Обзор современных ГИС-технологий и программных продуктов применительно к геолого-геофизическим исследованиям 132
3.1.3. Переход от двумерной к трехмерной ГИС 136
3.1.4. ЗБ-ГИС для мониторинговых геолого-геофизических задач 147
3.2. Цифровая картографическая ЗБ-модель 151
3.2.1. Структура модели 151
3.2.2. Технология построения 152
3.2.3. Примеры моделей по региону 158
3.3. Интеграция и комплексная визуализация разнородных данных в рамках трехмерного моделирования. 165
3.3.1. Интеграция тематических данных в модель 165
3.3.2. Интеграция экспедиционных данных в модель 177
3.3.3. Комплексная визуализация разнородных данных 181
Выводы по третьей главе. 184
ГЛАВА 4 Прикладные аспекты применения геоинформационных технологий в задачах сопряженного мониторинга теплового поля 186
4.1. Системная организация сопряженного мониторинга чрезвычайных ситуаций в Каспийском регионе 186
4.2. Инфракрасное излучение земной поверхности как отражение глубинных разломов 198
4.3. Трехмерное моделирование и анализ температурного поля Махачкалинского месторождения термальных вод. 204
4.4. Исследование влияния сейсмической активности региона на формирование теплового поля 213
4.4.1. Корреляция тепловых полей с сейсмическими событиями 213
4.4.2. Анализ сейсмических событий с использованием ГИС 224
5 4.5. Динамика приповерхностного температурного поля во время землетрясения 1999 года в Дубках по спутниковым данным NOAA.. 230
Выводы по четвертой главе 240
Заключение 242
Литератера 244
Приложение 258
- Электромагнитное излучение, спектр, источники излучения
- Предварительная обработка космических изображений NOAA
- Наземные геотермические поиски полезных ископаемых
- Переход от двумерной к трехмерной ГИС
Введение к работе
Актуальность. Вопросы теплового состояния Земли, закономерностей ее теплового режима в настоящее время приобретают особо актуальное значение, особенно, в связи с активизацией сейсмических процессов в Восточном Предкавказье. В этом аспекте важное значение имеет тепловой режим всей его осадочной толщи и складчатого палеозойского фундамента. Немаловажную роль в тепловом режиме поверхностного слоя фундамента играют его геологоструктурные элементы (глубинные разломы, тектонические нарушения, интрузии и др.) [3].
Исследование природы температурных аномалий в инфракрасном диапазоне по результатам космических и наземных съемок позволяет смоделировать динамику энергетических и экзогенных геотермических процессов, влияющих на современное геодинамическое движение. Все это позволит исследовать следующие актуальные проблемы:
- сейсмические - связь тектонической активности региона с
поверхностными аномалиями, регистрирующимися на космических снимках при землетрясениях;
геологические — выявление участков современной и гидродинамической активности с целью поиска зон повышенной трещиноватости в пластах - коллекторах в процессе разведки нефтегазовых и геотермальных месторождений, в том числе, выявление участков для сброса отработанных вод под землю;
гидрогеологические — изучение вероятностного распределения поверхностных вод в прибрежной зоне Каспия, в результате изменения уровня водоема (прогнозирование участков затопления и подтопления);
инженерно-геологические - прогноз и предотвращение природных и техногенных катастроф, связанных с проседанием земной поверхности в результате разработки нефтегазовых месторождений и
в результате подмыва отдельных участков в пределах населенных
пунктов.
Решение поставленных задач обеспечивается созданным программно-техническим комплексом для приема, обработки и визуализации разнородной мониторинговой информации на базе геоинформационных технологий по изучаемому региону.
В основу работы положены следующие фактические материалы:
Космические снимки NOAA по Кавказу за январь-февраль 1999 года.
Общегеографическая карта Республики Дагестан масштаба 1:500000 и окрестности Махачкалы масштаба 1:200000.
План города Махачкалы масштаба 1:25000.
Данные скважин* глубокого бурения (геологические срезы и термограммы), пробуренных в разное время организациями «Дагнефть» и «Дагбургеотермия».
Данные экспедиционных работ по приповерхностной термосъемке на опытных полигонах: Димитровском (2001г.) и Манас-Ачису (2002г.).
Данные" по сейсмическим событиям на территории Восточного Предкавказья за период 1969-2002гг. (источники: сейсмическая станция «Махачкала», оперативные каталоги ЦОМЭ ГС РАН).
Работа выполнялась в соответствии с плановой научной темой лаборатории региональной геотермии Института проблем геотермии «Мониторинг современных геодинамических движений и приповерхностных температурных полей Восточного Предкавказья и прилегающей шельфовой зоны Каспия».
Цель работы. Изучение теплового поля Земли и разработка новых подходов и решений для постановки комплексного мониторинга тепловых полей на территории Восточного Предкавказья (Республика Дагестан) на основе применения современных ГИС-технологий.
8 Основные задачи. Разработка методики геоэкологических исследований* с помощью комплексного мониторинга теплового поля в регионе с помощью ГИС технологий, а именно:
технологии сбора, систематизации и хранения разнородной мониторинговой информации (банки данных);
технологии выделения геоэкологических аномалий и фонового поля на основе обработки материалов дистанционного зондирования;
3.. технологии обработки и преобразования первичного материала в
единую (специально разработанную) структуру;, 4'. технологии комплексной визуализации структурированных данных в пространстве и во времени на картографической основе.
Научная новизна. Впервые целенаправленно проведены работы по постановке комплексного мониторинга тепловых полей на территории Республики Дагестан с применением современных средств вычислительной техники и разработкой г новых геоинформационных технологий. Разработана оригинальная методика построения трехмерной ГИС для: изучения теплового поля на базе цифровой картографической ЗБ-модели и ее приложений, способной интегрировать и комплексно отображать разнородные данные в пространстве и во времени благодаря систематизации и приведению к единой структуре мониторинговой информации.
Защищаемые положения:
На основе системного подхода и современных ГИС-технологий разработана структура банка геофизических данных и предложена концепция комплексного мониторинга теплового поля Восточного Предкавказья для оценки геоэкологического состояния региона.
Разработана технология обработки: температурного * поля в приповерхностном слое по данным полевых работ для визуализации результатов малоглубинной терморазведки и их интерпретации.
Разработаны геоинформационные технологии, основу которых составляет цифровая картографическая ЗБ-модель, для выявления и
9 наглядного представления основных закономерностей распределения температур на различных срезах по глубине, по кровлям отдельных литолого-стратиграфических комплексов и на профильных разрезах.
Разработана методика моделирования эволюции приповерхностного температурного поля (4Б-модель) на базе дистанционных данных для решения задач мониторинга экологического риска.
Температурные аномалии, выявленные в ИК-диапазоне, приурочены к активным очаговым зонам мелкофокусных землетрясений.
Практическая ценность. По результатам проведенных экспедиционных работ на полигоне Димитровском в 2001г. выданы рекомендации по наличию продуктивных зон на этом участке в рамках договорах ОАО «Роснефть-Дагнефть» (№209, от 01.06.2002г.).
В рамках постановления Правительства Республики Дагестан «О создании геоинформационной системы защиты территории и населения Республики Дагестан от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (№56, от 3 марта 2003г.) Институтом проблем геотермии (лабораторией региональной геотермии) Дагестанского научного центра РАН предложены программы:
«Комплексный мониторинг тепловых полей Республики Дагестан на базе ЗВ-геоинформационных технологий, дистанционной информации и геофизического банка данных»,
«Геодинамические измерения на территории Республики Дагестан и прилегающей акватории Каспия»,
которые включены в общую программу в Министерстве по чрезвычайным ситуациям Республики Дагестан на 2004-2006гг.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на конференциях: 1. Всероссийская, научно-практическая, конференция «Применение материалов дистанционного зондирования Земли в интересах
10 социально-экономического развития России», Элиста, 18-22 апреля 2001.
Третья Всероссийская научно-практическая конференция «Физические проблемы экологии», Москва, МГУ, 22-24 мая 2001.
Научно-практическая конференция «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Восточного Кавказа и прилегающей акватории Каспия», Махачкала, 2001.
XVI научно-практическая конференция по охране природы Дагестана, Махачкала, 2001.
II Республиканская научно-практическая конференция «Информационные и телекоммуникационные системы: интегрированные корпоративные сети», Махачкала, 10-12 октября 2001.
Международная конференция «The Earth's thermal field and related research methods», Москва, 17-20 июня, 2002.
7. Научно-практическая конференция «Геодинамика и сейсмичность
Восточного Кавказа», Махачкала, 2-5 сентября, 2002.
Всероссийская научная конференция «Геология, Геохимия и Геофизика на рубеже XX и XXI веков», Москва, 8-10 октября, 2002.
Международная конференция «GIS in geology», Государственный геологический музей им.Вернадского РАН, Москва, 13-15 ноября, 2002.
Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликованы 48 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 257 страницах машинописного текста, содержит 114 рисунков и 12 таблиц.
Электромагнитное излучение, спектр, источники излучения
Общий спектр встречающегося, в природе электромагнитного излучения охватывает большой спектр длин волн: от 10 15м до километров и десятков километров. Сам спектр непрерывен и делится на несколько областей или диапазонов, границы между которыми достаточно условные В целом для дистанционного зондирования используют следующие диапазоны волн: ультрафиолетовый - от 0.27 до 0.4мкм; видимый, или световой, - от 0.4 до 0.78мкм; ближний, или фотографический, инфракрасный (ИК), — от 0.7 до 0.9мкм; тепловой инфракрасный - от 3.5 до 5.0мкм и от 8:0 до 14мкм; микроволновой - от 0.3 до 10см:
Главный источник электромагнитной энергии в природе - это Солнце. Максимум солнечного излучения приходится на 0.47мкм, в ультрафиолетовой части оно резко убывает, а в инфракрасной регистрируется в виде широкой и пологой кривой. Солнечное излучение, проникнув через атмосферу Земли, достигает ее поверхности. При этом часть его энергии отражается, а часть - поглощается поверхностью планеты и расположенными на ней объектами. Для тепловой съёмки очень важны отражательные и поглощающие свойства разных материалов на поверхности Земли, а также свойства одного и того же материала, но в разных состояниях. Днем, в ходе облучения поверхности- Земли, энергия солнечных лучей преобразуется верхним слоем пород в тепло. При этом сами- породы нагреваются и отдают тепло в так называемом тепловом диапазоне инфракрасного излучения в виде вторичного теплового излучения. Спектр вторичного излучения, его интенсивность и широта диапазона зависят от температуры излучающего тепло объекта. Иногда его называют температурным излучением объектов. Для дистанционных исследований важно то, что разные объекты на поверхности нагреваются по-разному и по-разному отдают свое тепло, т.е. имеют разные вторичные излучения. Средняя температура поверхности Земли близка к постоянной величине - 17С (290К). Максимум ее вторичного теплового излучения, охватывающего 3.0 -15мкм (рис.1.4), приходится на: 9.7 мкм. Для дистанционного зондирования интерес представляет интервал температур от 0 до 50С.
В этом интервале положение максимума вторичного излучения существенным образом не меняется, но мощность потока вторичного теплового излучения значительно меньше мощности отраженного от поверхности Земли потока энергии. Однако это тепловое излучение с интервалом длин волн 3.0 - 15мкм; легко может быть зарегистрировано сканерами (тепловыми! или многозональными), установленными на борту самолета. Но так как через атмосферу проходит тепловое излучение только двух узких диапазонов - так называемые окна пропускания вторичного потока, то и тепловой сканер регистрирует, излучение также только в этих двух узких зонах спектра: 3.5 — 5мкм и 8 — 12мкм (рис.Г.1).
Как отмечалось выше, каждый: объект земной поверхности і с температурой, отличной от абсолютного нуля, дает электромагнитное излучение. Наиболее полно тепловое излучение тел описывается законом Планка, характеризующим распределение мощности излучения по спектру в зависимости от температуры излучения.
Результаты ТИКАС контрольного маршрута Димитровского полигона. Коэффициент sxj характеризует эффективность излучения теплового источника. В общем случае рассматривают три вида излучателей: черные, серые, селективные. Абсолютно черное тело является идеальным излучателем, обладающим максимально возможной мощностью излучения при любой температуре. Абсолютно черное тело - это такой излучатель теплового потока энергии, который поглощает все падающее на него излучение независимо от длины его волны, направления падения потока энергии и поляризации волн. Его специфическое спектральное излучение (в полупространстве) имеет для всех длин волн максимально возможное значение величины теплового излучения. Степень черноты я,г показывает, насколько мощность излучения реального тела отличается от максимально возможной, т.е. от мощности излучения абсолютно черного тела при данной температуре и длине волны.
В общем случае реальные, искусственные и природные объекты являются селективными излучателями, для которых коэффициент излучения является функцией длины волны и абсолютной температуры. Однако для многих реальных твердых тел распределение энергии по спектру имеет тот же характер, что и у абсолютно черного тела, т.е. коэффициент излучения не зависит от длины волны.
Предварительная обработка космических изображений NOAA
Вычисление приповерхностных температур по данным спектральных каналов. Откалиброванные космические снимки в пяти спектральных каналах хранятся в формате TDF. TDF формат является расширением формата TIFF. Размер изображения 512 х 512 пикселей. Для первичной, обработки изображения используется программное обеспечение Института космических исследований. С помощью программы AVHRR можно восстанавливать температуру поверхности моря и однородных участков суши, вычислять индекс вегетации, интерполировать изображения в различные области, строить и анализировать двумерные гистограммы, использовать стандартные и конструировать собственные алгоритмы классификации,, основывающиеся на последовательном выделении объектов по одному или двум признакам, построенным по различным каналам. Для работы с реальными значениями яркости, альбедо, температуры и т.д. за каждым изображением закрепляются два калибровочных коэффициента а и Ъ (тип double), позволяющие осуществить пересчет от байтовых значений яркостей изображения В (і) к реальным значениям обрабатываемых полей г (і) по формуле:
Это позволяет при оптимальном выборе разрядной сетки достаточно быстро оперировать с; байтовыми величинами и в то же время всегда иметь возможность вернуться к реальным физическим значениям. Коэффициенты а и b вводятся в диалоге или могут быть считаны, одновременно с изображениями. При всех операциях, меняющих динамический диапазон изображения (например, арифметические операции), яркости автоматически приводятся к диапазону 0-255 и одновременно пересчитываются соответствующие данному изображению калибровочные коэффициенты а и Ь.
Данные в инфракрасных каналах прибора AVHRR, поступающие со спутника, представляют собой интенсивность излучения. Они калибруются с помощью специальных процедур. Во многих случаях удобно иметь дело не с интенсивностью излучения, которая измеряется приборами, а с радиояркостной температурой. Операция Brightness. позволяет пересчитать интенсивность в радиояркостную температуру. Пересчет происходит по формуле:T=C2/(ln(l + Cl-h3/B), (1.8) где T - радиояркостная температура, В - интенсивность излучения, С2. и С1 - постоянные, h - волновое число для длины волны, соответствующей выбранному каналу. Для разных спутников эта величина может меняться.
Для расчетов поверхностной температуры используются методы SST (Sea Surface Temperature) - Day / Night Split. Методы восстановления температуры поверхности моря основаны на том, что, используя данные в различных каналах, учитываются: поглощение и г излучение атмосферы и в І общем; потоке регистрируемого излучения выделяется часть, соответствующая излучению поверхности.. После этого на основе модели? излучения поверхности можно восстанавливать, ее температуру. Чтобы уменьшить ошибку восстановления температуры, рекомендуется после ее вычисления усреднить полученные, результаты по пространству. Входными данными для, процедуры восстановления: являются радиояркостные температуры і в различных каналах, поэтому предварительно, их необходимо вычислить с помощью функции Brightness. Для восстановления температуры используются данные в одном из инфракрасных каналов.
Создание маски космического изображения. Как уже отмечалось, выше, облака мешают при тепловой- инфракрасной съемке, поэтому для дальнейшего использования данных по приповерхностной температуре необходимо создать маску для обработанного космического изображения. Создание маски космического изображения- - процесс, проходящий в полуавтоматическом, режиме (т.е. под контролем человека), и требует внимательности от пользователя. Маску легче всего создать в программном і обеспечении лаборатории информационной поддержки космического» мониторинга Института космических исследований РАН - AVHRR. Хотя; в принципе, это можно сделать и в любом растровом редакторе. Цель операции: - расстановка нулевых значений (черный цвет) в испорченных участках, изображения или в участках, закрытых облаками.
Снимки NOAA, полученные по Восточному Предкавказью делятся на дневные и ночные. Создание маски для дневных космических изображений гораздо проще. Дело в том, что в дневных снимках участки с облачностью характеризуются высоким значением альбедо в видимых каналах. И достаточно «вырезать» определенные значения яркости в гистограмме изображения. На рис. 1.8а показан пример видимого 2 канала изображения за 8 января 1999 года (время 11:46 GMT). На этом изображении хорошо просматривается облачность. Эта облачность маскируется с помощью последовательного выделения прямоугольных фрагментов и построения гистограммы распределения цветов.
Наземные геотермические поиски полезных ископаемых
Начало развитию геотермических поисков полезных ископаемых положено работами В.И. Вернадского, Д:В. Голубятникова, И:М. Губкина, Г. Хофера, Ван Орстранда и др.В работах Ван Орстранда [126-127], в.которых проанализированы значения температур, зарегистрированных в 679 скважинах, расположенных почти во всех нефтяных районах США, проводится сопоставление этих данных с результатами геотермических измерений, выполненных в непродуктивных структурах. Рассматривая связь температурных аномалий с нефтесодержащими структурами, автор отмечает, что причинами вариаций градиента температуры могут быть радиоактивность горных пород, передача тепла движущимися флюидами, метаморфизм, химические реакции в нефтесодержащих пластах, особенности геологического строения, разломы, погребенные структуры, различия в теплопроводности, соляные штоки, форма земной поверхности и др. Большой фактический материал подтверждает положение о том, что четкие положительные температурные аномалии фиксируются над сводами структур. Ван Орстранд отмечает, что при объяснении существующего температурного распределения над структурами необходимо учитывать, что: нефтесодержащие пласты представляют собой плохие проводники тепла и в них, возможно, есть источники тепла, а также физические и химические свойства нефти.
На основании работ Американского института нефти М.К. Терри и Дж.Г. Барни [124] делают вывод: температура горных пород заметно повышается над нефтепродуктивными структурами и наблюдается совпадение контуров, нефтеносности, обнаруженных геотермическим способом и с помощью бурения. Исследователи одни из первых провели изучение температурного поля в неглубоких скважинах. Результаты этих работ показали высокую экономичность. и перспективность геотермического метода для поисков нефтегазовых залежей. Авторы указывают, что если геотермический профиль не так однозначен, как сейсмограмма, то он более информативен, чем данные гравиметрии, а наземные геотермические работы дешевле, чем сейсмические, но дороже гравиметрических.
В середине 1930-х годов П.Ф: Родионов и Н.И.. Софронов [72, 84] использовали геотермические; исследования для поисков и разведки месторождений; полезных ископаемых. Авторы изложили результаты опробования геотермического метода на Дегтярском медноколчеданном: месторождении и рассмотрели некоторые вопросы теории и методики: измерений температуры в неглубоких скважинах (2-5 м). На геотермических профилях над рудным телом отмечено увеличение температуры: на 1-5С. Проанализировав полученные результаты, П.Ф.Родионов и Н.И. Софронов заключили, что рудные тела, вследствие повышенной! теплопроводности и протекающих в них экзотермических реакций, могут быть причиной искажения геотемпературных полей. Последнее можно использовать в, поисковых целях.
В последующий период в СССР и за рубежом был выполнен большой объем геотермических исследований; осадочных отложений земной коры, в частности по нефтегазоносным районам. На основании обработки фактических данных, собранных во многих районах Земного шара, показана приуроченность повышенных значений температур, геотермических градиентов и тепловых потоков- к породам, перекрывающим нефтяные и газовые месторождения. Таким образом, было установлено наличие температурных аномалий над залежами нефти и газа от единиц градусов на глубинах 10-25 м до первых десятков градусов на глубинах 1000-2000 м. Однако попытки использовать геотермические методы поисков нефтегазовых месторождений не всегда давали положительные результаты. Поэтому появилось много работ, в которых описывались различные процессы, ведущие к перестройке теплового и температурного полей.
Изучение причин, вызывающих перераспределение, температур и тепловых потоков над месторождениями полезных ископаемых, представляет трудную задачу. Это связано с тем, что на формирование геотермического режима влияют самые различные факторы.. Роль каждого фактора в конкретном случае определяется: особенностями геологического строения региона, сочетанием теплофизических свойств пород, слагающих разрез, гидрогеологическими условиями, историей развития, близостью к поверхности, а также процессами, происходящими в самом месторождении [123]. Накопленный фактический материал по геотермии земной коры позволил перейти к решению некоторых теоретических задач.
В период с 1941 по1949 годов опубликованы работы С.С. Ковнера по теоретическому обоснованию термической разведки полезных ископаемых [43, 44, 42]. Решая двухмерную задачу теплопроводности, С.С. Ковнер показал, что погребенные геологические структуры, сложенные горными породами, обладающими; различными коэффициентами теплопроводности, влияют на формирование теплового и температурного полей недр. В этих работах описана принципиальная возможность термических поисков в тех случаях, когда использование гравитационных, сейсмических и электрических методов затруднительно.
А.Ф; Добрянский; полагает,, что основными процессами, выделяющими тепло в. недрах нефтегазоносных районов, являются: 1) полимеризация, активных компонентов нефти; 2) гидрогенизация ароматических соединений; 3) внутренние перегруппировки соединений, богатых внутренней энергией (гидроксильные и сложноэфирные соединения); 4) биогенные процессы, протекающие в нефти; 5) окислительные процессы. Кроме того, в нефтеносных пластах происходит радиоактивный распад, что вызывает выделение некоторого количества тепла.
В работе А.И. Хребтова [95]; сделана попытка объяснить процессы выделения и поглощения тепла на нефтегазовых месторождениях за, счет адиабатического сжатия или расширения газа. Автор полагает, что причиной, вызывающей сжатие или расширение газа, является вертикально-колебательное движение соответствующих участков земной коры. F.B: Богомолов, Л.А.Цыбуля и П.П. Атрощенко [10] считают, что А.И. Хребтов не учел фактор времени, в связи с чем компрессия газоносных отложений, длительность которой измеряется миллионами лет, вряд ли может оказать решающее влияние на формирование положительных температурных аномалий.
В последующие годы проведены работы по изучению геотермических условий на газонефтяных месторождениях. Т.Ю. Бочаров, Ф.М. Гусейнов и Ю.А. Сулейманов [12], В.Н; Матвиенко [58] подтвердили положение о существовании температурной- аномалии над сводом структуры, которая может достигать 15-20С на глубине кровли продуктивного пласта. С.Г. Думанский, Д.И: Кульчицкий, Ю.К. Тарануха, О.В. Камалов и другие отмечают, что повышенные значения тепловых потоков приурочены к большим нефтяным месторождениям. Многие исследователи показывают, что термальные условия недр тесно связаны с их структурными особенностями, а изотермы четко отражают глубинные структуры. Описывая роль глубинных разломов,, В.Ф. Ерофеев [38], Д;И. Дьяконов, Н.В. Парфененко [37] и- А.А. Джафаров подчеркивают большое значение движущихся по разломам флюидов для процесса формирования теплового и температурного полей.
Переход от двумерной к трехмерной ГИС
Прогресс в развитии аппаратных средств персонального компьютера і и; как следствие, постоянное расширение средств и возможностей компьютерной графики предоставляют исследователям в областях наук о Земле мощный инструмент в виде ЗБ-геоинформационных технологий. Виртуальное моделирование становится все более популярным в настоящее время. Применение третьей координаты дает новый взгляд на данные, позволяет выявить те закономерности, которые были скрыты при их отображении на плоских профилях и картах, а построение трехмерных моделей обеспечивает возможность дополнительного анализа [5].
В данной работе основной упор сразу делается именно на трехмерное моделирование, потому что плоское (двумерное) моделирование в современной геоинформатике «исчерпало» свои возможности в качестве исследовательского инструмента; Традиционные картографические модели в основном двумерны, статичны и при этом как бы не зависят от хода времени и состояния окружающей среды. На самом деле мир не таков. Он значительно трехмерен и подвержен постоянным динамическим изменениям, так что можно говорить даже о его четвертом, временном измерении [9].
Современные трехмерные ГИС системы создаются преимущественно с уклоном на виртуальное моделирование. Виртуальному моделированию и геоизображениям посвящено много работ профессора МГУ Берлянта A.M. Виртуальное моделирование и картографирование — одно из новых направлений внедрения геоинформационных технологий в науки о Земле и смежные с ними социально-экономические науки. Виртуальные геоизображения воспроизводят реальные или абстрактные объекты и ситуации в программно-управляемой среде и обеспечивают интерактивное взаимодействие с наблюдателем. Они сочетают в себе свойства карт, космических снимков, блок-диаграмм и компьютерных анимаций [7].
Особая наглядность и выразительность виртуальных геоизображений провоцируют еще один вопрос - являются ли они лишь средством компьютерной презентации- данных или инструментом исследования? Необходимы ли они для реалистичного представления картографируемого объекта или для углубленного его изучения? На самом деле подобные противопоставления неправомерны. Столь же странно прозвучал бы вопрос о том, являются ли комплексные атласы способом представления географической информации или средством исследования? Максимально наглядное и возможно более точное отображение объекта или процесса, конечно же, способствует наилучшему пониманию его морфологии и генезиса, а следовательно, значительно повышает эвристический потенциал исследования. Виртуальное изображение города Сан-Диего, США [7].
Виртуальные модели и технологии сегодня широко используют в разных отраслях науки, практики и бизнеса. Наибольшее применение они получили в следующих сферах [7]: - Архитектура, инженерное проектирование, гражданское, дорожное и гидротехническое строительство; - Воздушный, водный, наземный, подземный транспорт и навигация; - Создание тренажеров; - Моделирование катастроф и ЧС, в том числе с применением робототехнических устройств; - Военные учения; - Обучение и образование; - Медицина, в особенности хирургия; 139 - Кино, телевидение и реклама; - Художественный дизайн, презентации; - Компьютерные игры, индустрия развлечений. Область приложения виртуальных технологий неуклонно расширяется, новейшие достижения компьютеризации быстро находят в них применение. Анализ программных продуктов, содержащих различные модули для создания виртуальных геоизображений, позволяет наметить следующую общую последовательность операций: - создание цифровой модели рельефа; - совмещение («натягивание») фотоизображения с рельефной моделью и получение «реалистической» фото-блок-диаграммы; - нанесение знаковой нагрузки (тематического содержания) и надписей; - цветовое оформление и редактирование всего изображения; - выбор траектории движения или вращения модели; - выбор узловых сцен (кадров); - расчет промежуточных кадров и запуск анимации; - формирование внешних эффектов окружающей среды и средств интерактивного взаимодействия с ними; - визуализация виртуальной модели; - добавление мультимедийных эффектов. Уже сегодня технологические процессы создания виртуальных геоизображений и программное обеспечение достаточно хорошо отработаны. Еще в 1994 году в одной из первых таких технологий «Строитель виртуального мира» (Virtual World Builder) были подробно представлены средства автоматизированного преобразования цифровых ортофотоизображений в реалистические трехмерные модели местности. В 140 дальнейшем совершенствование и расширение технологий пошло за счет включения элементов мультимедиа и ГИС. Хорошим примером может служить технология «Виртуальные границы» (Virtual Fronter), разработанная фирмой Northwood Geoscience Ltd. Вначале по топографической карте строится цифровая модель, затем — трехмерное изображение местности, его можно окрасить в цвета гипсометрической шкалы, совместить с фотоизображением ландшафта и далее совершить облет полученного геоизображения. Программа содержит 6 модулей: 1. Управление полетом - обеспечивает доступ к диалоговому окну, полет по избранному направлению, повороты и развороты, изменение скорости полета, показ перспективы и обычной карты, на которую по мере движения наносится маршрут полета. 2. Точность навигации - позволяет выполнять контроль с помощью мыши, клавиатуры и джойстика (манипулятора в форме рукоятки с кнопками, используемого на тренажерах), полет на заданной высоте, с заданной скоростью, над точками с заранее избранными координатами (широтой и долготой), точное выдерживание высоты полета относительно уровня моря или самой местности. 3. Редактирование маршрута — обеспечивает интерактивное формирование и редактирование полета, построение маршрута по цифровым файлам путем задания координат X, Y, Z, слежение за линией полета и его отображение в отдельном окне 3-мерного изображения.
