Содержание к диссертации
Введение
.1 КРАТКИЙ ОБЗОР СПОСОБОВ РАЗДЕЛЕНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ПОЛЕЙ 110
1.1. Краткий обзор способов разеделения полей . II
1.2. Краткий обзор способов интерпретации полей 22
2. МЕТОДИКА РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ СЕТОЧНЫХ АППРОКСИМИРУЩИХ КОНСТРУКЦИИ
2.1. Общие положения - 36
2.2. Постановка задачи разделения полей
2.3. Описание регуляризованного алгоритма разделения полей 41
2.4. Опробование методики и алгоритма, разделения на модельных примерах 46
2.5. Исследование влияния неохвата эффективной области источников при разделении суммарных полей 60
2.6. Исследование устойчивости решения 63
3. МЕТОДИКА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОЛЕЙ ТРЕХМЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВ НА ОСНОВЕ СЕТОЧНЫХ АППРОКСИМИРУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА 67
3.1. Постановка, задачи 67
3.2. Регуляризованный алгоритм аппроксимации полей трехмерных источников 69
3.3. Алгоритм построения семейства эквивалентных тел на основе перераспределения
масс 71
3.4. Исследование алгоритмов аппроксимациии эквивалентного перераспределения масс
на. модельном примере 75
4. РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ГРАВИРАЗВЕДКИ И МАГНИТОРАЗВЕДКИ МЕТОДОМ СЕТОК С РЕГУЛЯРИЗАЦИЕЙ 84
4.1. Общие положения 84
4.2. Интерпретация гравитационного поля трехмерных источников методом сеток 84
4.3. Интерпретация магнитного поля
трехмерных источников методом
сеток 88
4.4. Регуляризованный алгоритм решения обратной
задачи гравиразведки и магниторазведки
методом сеток 90
4.5. Результаты опробования регуляризованного
алгоритма, на модельных примерах 97
4.6 Проверка устойчивости алгоритма П7
5. РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ОСНОВЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ РАЗРАБОТОК 121
5.1. Общие положения 121
5.2. Изучение строения хромитового месторождения Лет Казахстана" 122
5.2.1. Краткая геолого-геофизическая характеристика района, месторождения 122
5.2.2. Результаты интерпретации данных гравиразведки 124
5.3. Истолкование магнитного поля по
участку "Тымлай" 135
5.3.1. Краткая геолого-геофизическая характеристика участке 135
5.3.2. Анализ и интерпретация магнитного
поля участка 139
5.4. Изучение строения Качарского железо
рудного месторождения 148
5.4.1. Краткая геолого-геофизическая характеристика участка, месторождения 148
5.4.2. Анализ гравитационного и магнитного полей участка месторождений и выделение локальной составляющей 152
5.4.3. Собственно интерпретация гравитационного и магнитного полей Качарского месторождения 161
5.5. Истолкование магнитного поля
по участку "Белинский 178
5.5.1. Кра.ткая геолого-геофизическая характеристика участка 178
5.5.2. Анализ и истолкование магнитного
поля участка "Белинский" 179
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .189
ЛИТЕРАТУРА
195
- Краткий обзор способов разеделения полей
- Постановка задачи разделения полей
- Регуляризованный алгоритм аппроксимации полей трехмерных источников
- Интерпретация гравитационного поля трехмерных источников методом сеток
- Изучение строения хромитового месторождения Лет Казахстана"
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное состояние гравиразведки и магниторазведки характеризуется высоким совершенством аппаратуры и методик полевых работ, что приводит к постоянному повышению точности измерения используемых в геофизике данных, увеличению объема и детальности наблюдений. Однако, информация, заложенная в этих данных повышенной точности, используется пока неполностью, что в известной мере связано с отставанием в разработке современных способов обработки и истолкования потенциальных полей, особенно в наиболее общем и трудном трехмерном варианте. Это снижает эффективность использования геофизических исследований при изучении строеня земной коры, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Необходимость развития и разработки новых подходов к истолкованию данных гравиразведки и магниторазведки обуславливается также усложнением и увеличением количества задач, которые ставят геологи перед геофизиками в связи с переходом к поискам и разведке глубинных месторождений. Существенный прогресс в области интерпретации геофизических данных можно ожидать за счет разработки автоматизированных систем, которые бы включали в себя различные технологии истолкования и позволяли их использовать с учетом конкретной геологической обстановки. При этом технологии интерпретации должны базироваться на мощной вычислительной технике и в их основе должны лежать развитые и углубленные в последнее время новые представления об устойчивости, единственности и эквивалентности при решении обратных задач геофизики.
Цель работы заключается в разработке способов и методики разделения и интерпретации гравитационных и магнитных полей объемных источников, заданных в пространстве трех измерений.
Основными задачами исследований являются: I. Разработка способа разделения потенциальных полей трехмерных источников на основе сеточных аппроксимирующих конструкций.
Разработка способов интерпретации получаемых локальных аномалий с использованием сеточной аппроксимации и эквивалентного перераспределения физического параметра.
Выработка методических рекомендаций по истолкованию суммарных гравитационных и магнитных полей предложенными способами.
Исследование практических возможностей предложенных раз рабо- t ток на модельных и практических примерах. Создание программно-математического обеспечения на ЭВМ типа ЕС. Научная новизна. В результате проведенных исследований предложены и обоснованы новые способы строгого разделения и интерпретации гравитационных и магнитных полей в наиболее общем и трудном трехмерном варианте. При этом показана эффективность использования сеточных аппроксимирующих конструкций в качестве эквивалентных моделей. Построены регуляризованные алгоритмы устойчивого определения параметров аппроксимирующих конструкций с адаптивным стабилизирующим функционалом. Разработана и реализована рациональная методика извлечения информации из суммарных потенциальных полей, позволяющая производить массовые расчеты с построением, в*"конечном счете, объемных моделей аномальных источников.
Связь с научными планами. Работа связана с исследованиями в 1974-82 гг. на кафедре рудной геофизики КазПТИ им. В.И.Ленина при непосредственном участии автора, как ответственного исполнителя, по НИР № IG69 "Опытно-методические раб;оты по совершенствованию методики геологической интерпретации гравитационных полей Южного Казахстана", № 1706 - "Изучение глубинного строения рудных полей и месторождений Южного и Центрального Казахстана путем использования методов, основанных на эквивалентном перераспределении масс". Номера госрегистрации тем соответственно 72000II3 и 80003263.
Практическая ценность и реализация. Разработанные способы разделения и интерпретации потенциальных полей рекомендуется применять при решении задач типа "рудных". Получаемые при этом данные о строении объемных источников поля могут быть использованы при задании местоположения скважин, определения глубины и очередности их заложения. Именно здесь, за счет сокращения непроизводительных объемов бурения, можно рассчитывать на получение наибольшего экономического эффекта от применения предложенных способов.
Разработанный комплекс прикладных программ, реализующий методику разделения и интерпретации потенциальных полей трехмерных источников, может использоваться при решении отдельных геофизических задач автономно, или же может быть подключен в виде подсистемы интерпретации к любому банку данных, ориентированному на использование ЭВМ типа ЕС. Программы комплекса внедрены в Илийской геофизической экспедиции ПГО "КАЗГЕОФИЗИКА", Казахстанской аэрогеолого-геофизической экспедиции ПГО "КАЗГЕОіИЗИКА1,1
Южно-Казахстанской комплексной геолого-геофизической экспедиции ПГО "ЮЖКАЗГЕ0Л0ГИЯ", что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Республиканском совещании по гравиразведке (Алма-Ата, 1975), I и II Всесоюзной школе-семинаре "Теория и практика интерпретации гравитационных и магнитных аномалий" (Пермь, 1976, Тбилиси, 1976), Республиканской научно-технической конференции по рудной геофизике (Алма-Ата, 1978), расширенном заседании общемосковского семинара им. Д. Г. Успенского "Теория и методика интерпретации гравимагнитных полей" (Киев, 1980), а также на научных конференциях КазПТИ им. В.И.Ленина в 1975-82 годах.
Результаты исследований автора изложены в пяти статьях и монографии "Интерпретация гравитационных аномалий на основе пространственного изучения и разделения полей" /98/, авторы Непомнящих А.А., Овчаренко А.В., Ли B.C., Соколов Л.В.
Из полученных результатов в диссертационной работе на защиту выдвигаются следующие положения:
Для разделения суммарных потенциальных полей трехмерных источников можно эффективно использовать эквивалентные модели в виде сеточных аппроксимирующих конструкций. Разработан? ный на их основе способ позволяет, в отличие от большинства имеющихся подходов, производить именно разделение полей, а не ослабление их влияния друг на друга.
Построение объемных моделей гравитирующих и магнитоак- тивных источников по локальным трехмерным полям целесообразно производить путем комбинированного применения сеточных аппроксимирующих конструкций и эквивалентного перераспределения физического параметра.
3. Предложенные регуляризованные алгоритмы с адаптивным стабилизирующим функционалом дают возможность эффективно и устойчиво определять параметры аппроксимирующих конструкций.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, заслуженному работнику Высшей школы КазССР, профессору А.А.Непомнящих за помощь и консультации при выполнении диссертации.
Автор также искренне благодарен А.В.Овчаренко, Л.В.Соколову, Е.Н.Нусипову за добрые советы и постоянное внимание к работе.
Краткий обзор способов разеделения полей
Проблема разделения суммарных потенциальных полей на отдельные составляющие возникла в связи с трудностью одновременного определения параметров всех источников, вызвавших эти поля. При этом первоначально ставилась задача не разделения полей, а ослабления влияния одного поля на другое.
Исходное суммарное поле считалось обусловленным небольшими близкоповерхностными локальными и значительными по размерам глубокозалегающими источниками, создающими соответственно локальные и региональные аномалии, отличающиеся по амплитуде, ширине, горизонтальным градиентам и т.д.
Для ослабления влияния региональных полей на локальные, или наоборот,были предложены различные преобразования или трансформации, включающие в себя сглаживание, осреднение,аналитическое продолжение в верхнее и нижнее полупространства, вычисление высших производных /1,4,7,17,19,25,26,30,37,38, 68,77,118,144,148,150,155/. Начиная с работы /150/, обоснованию и развитию способов данной группы было посвящено множество исследований, в результате чего было предложено много вычислительных схем для их реализации, в том числе с использованием ЭВМ /1,17,26,37,44,68/. Но широкое опробование различных способов трансформаций на теоретических примерах и практический анализ возможностей их использования для разделения суммарных полей на отдельные составляющие показа ли/78,155/, что в результате применения трансформаций производится, как уже выше сказано, не разделение аномалий, а ослабление их влияния друг на друга. При этом неизвестно, какая часть влияния исключается, а какая остается. Учитывая это, а также при - 12 нимая во внимание, что при трансформациях происходит искажение полей от локальных источников поля можно сделать вывод о малой эффективности использования трансформированных полей для количественных расчетов. Известны лишь единичные работы, посвященные количественному истолкованию аномалий, полученных в результате трансформаций суммарных полей /157/.
Рассмотрение задачи ослабления взаимовлияния полей, в виде задачи выделения полезного сигнала среди различных помех, позволило сформулировать ее как процесс частотной фильтрации исходного суммарного поля, состоящего из аномалий с высокочастотным, среднечастотным и низкочастотным спектрами, соответствующих помехам, локальным и региональным источникам. При этом была выяснена общая основа различных трансформаций и было показано, что их можно рассматривать как некоторые фильтры с различными параметрами /30,31,
Операции осреднения, аналитического продолжения в верхнее полупространство при этом соответствуют низкочастотной фильтрации, а операции вычисления высших производных, продолжения в нижнее полупространство являются аналогами высокочастотных фильтров /30,31/. Комбинирование различных способов трансформации исходного поля позволяет производить полосовую фильтрацию в заданном диапазоне частот/31,71/.
Постановка задачи разделения полей
Задача разделения суммарных потенциальных полей, заданных в пространстве трех измерений и обусловленных влиянием произвольных трехмерных источников,намного сложнее, чем задача разделения полей от двухмерных источников. При этом основные трудности, как подчеркивалось в обзоре, связаны с резким увеличением количества исходных данных и числа искомых неизвестных, ростом неустойчивости вычислительных схем, сложностью представления трехмерных тел и поверхностей в пространстве и т.п. Именно эти сложности помешали пока полностью реализовать трехмерную методику разделения и пространственного изучения потенциальных полей на основе выметания источников полей на охватывающие поверхности. В связи с этим, решение проблемы разделения трехмерных потенциальных полей предлагается выполнять на основе аппроксимации исходного поля с помощью сеточных конструкций.
При этом под сеточной аппроксимирующей конструкцией понимается совокупность элементарных источников поля (точечных, диполей и т.п.),распределенных в пространстве по равномерной или неравномерной сетке и предназначенных для аппроксимации влияния того или иного реального источника поля. Применение сеточных аппроксимирующих конструкций при разделении полей трехмерных источников позволяет упростить задание исходных данных, уменьшить количество искомых неизвестных и тем самым позволяет реализовать практически работоспособный вариант методики разделения трехмерных полей на имеющиеся в распоряжении геофизиков средних ЭВМ.
Ниже дается подробное описание данного подхода применительно к разделению суммарного гравитавдонного поля, представленного значениями вертикальной составляющей напряженности. Все основные положения рассматриваемой методики остаются в силе при использовании остальных составляющих напряженности гравитавдонного поля, а также при разделении других потенциальных полей, в частности магнитного.
Регуляризованный алгоритм аппроксимации полей трехмерных источников
Подробное описание алгоритма решения обратной задачи дается для случая использования вертикальной составляющей напряженности гравитационного поля. Все принципиальные положения алгоритма остаются прежними при использовании других элементов гравитационного поля, а также при использовании элементов магнитного поля при известном направлении намагниченности объекта,определяемого, например, по /98,108,14-8/. Меняются только названия параметров и соответствующие формулы. Пусть на произвольной дневной поверхности или в пространстве, окружающем трехмерное тело, заданы значения вертикальной составляющей напряженности гравитационного поля П f/\.) \ = 2,3... rf Разобьем область T, заведомо включающую аномальный объект, на. п элементов АТ-П i= 2,3,.../1, при этом элемент дТ; составляется в зависимости от сложности исходного поля из с і кубов. Тогда можно записать
Интерпретация гравитационного поля трехмерных источников методом сеток
В данной главе развивается метод сеток, являющийся одним из общих методов интерпретации потенциальных полей не требующим наложения ограничений на строение геологических объектов или каких-либо дополнительных данных /85/. При этом предлагается регуляризованный алгоритм для интерпретации локальных полей, полученных на основе разработок второй главы или любым другим способом разделения полей, например /98/. В последнем случае одновременно с разделением изучается поле в пространстве вокруг источников и определяются области включающие сами источники. Метод интерпретации, основанный на данном алго .-, ритме, в отличие от способа, описанного в третьей главе, может использоваться при отсутствии априорных данных о физических свойствах источника поля, то есть является более общим.
Изучение строения хромитового месторождения Лет Казахстана
Процесс геологического истолкования геофизических данных можно условно разбить на. два этала: I- построение физико-математической модели исследуемого участка, удовлетворяющей геофизическим полям и априорным геологическим сведениям; 2 - собственно геологическое истолкование, заключающееся в отождествлении элементов физико-математической модели с особенностями геологического строения участка. Предлагаемые разработки по разделению и интерпретации потенциальных полей предназначены для использования на первом этапе. При этом необходимо учесть, что они ориентированы, в основном, на решение задач типа рудных /37/, то есть объекты исследования должны быть изолированными компактными источниками с небольшими градиентами изменения физических свойств. Данный класс задач является частным, но тем не менее достаточно широким и важным с практической точки зрения. К нему относятся задачи поиска и разведки месторождений хромита, железа, меди, полиметаллических руд, картирования интрузий различного состава, с которыми могут быть связаны месторождения медно-никелевых руд, редких и благородных металлов / 28, 3? /.
Благодаря тому, что разработанные алгоритмы и программы позволяют истолковывать и магнитные поля Нг и дТ , то имеется возможность проводить комплексную интерпретацию гравитационного и магнитного полей. Это позволяет повысить достоверность интерпретации и расширить сферу применения предложенных способов.
