Введение к работе
Объект исследований
Объектом исследования являются физико-математические основы импульсных индуктивных электромагнитных зондирований и проблемы интерпретации данных зондирований применительно к задачам электроразведки и малоглубинной геоэлектрики.
Актуальность темы
За последнее десятилетие в России произошло существенное сокращение геофизических работ электромагнитными методами. Это связано с изменениями экономических отношений, а также и с мировой тенденцией переориентации электромагнитных исследований на малоглубинные проблемы - экологические, гидрогеологические и инженерные. Новые условия требуют существенного роста эффективности электромагнитных методов, который возможен за счет широкого использования площадных, плотных систем наблюдения-возбуждения с последующей трехмерной интерпретацией.
Представляется актуальным исследование, направленное на оптимизацию существующих подходов к интерпретации данных индуктивных импульсных зондирований и, в еще большей мере, на создание нового, томографического способа интерпретации. В этом случае обеспечивается оперативная обработка больших массивов разнородной информации на основе линеаризованной постановки прямых и обратных трехмерных задач.
Цель работы
Развитие математических средств для эффективной интерпретации данных индуктивной импульсной электроразведки (индуктивных зондирований становлением, индуктивных ЗС).
Задачи исследований
-
Расширить числен но-алгоритмическую базу для основной прямой (одномерной) задачи индуктивных зондирований становлением за счет синтеза спектрального подхода и решения во временной области.
-
Создать алгоритмическую основу для оперативного расчета прямых задач индуктивных ЗС в осложненных геоэлектрических условиях (в том числе, для двух и трехмерных задач по распределению проводимости) на основе линеаризованной постановки.
-
Проанализировать трудности интерпретации площадных данных и предложить новый (томографический) подход, как средство оперативной трехмерной инверсии.
Методы исследований и фактический материал
Основной метод исследований - теоретический анализ краевых задач квазистационарной и нестационарной электродинамики. Аналитические методы решения краевых задач. Метод А.Н.Тихонова решения задачи становления поля. Сравнительный анализ результатов расчетов, полученных при различных подходах. Метод вторичных источников в задачах электродинамики. Привлечение аппроксимационных подходов, основанных на теории возмущений. Компьютерное математическое моделирование. Опробование на практическом материале.
В качестве фактического материала при работе над диссертацией использовались полевые материалы, результаты интерпретации и данные физического моделирования, полученные от сотрудника отдела электроразведки СНИИГГиМС А.К.Захаркина: данные 11 пикетов зондирований методом ЗСБ (Татария), использованные для опробования томографического подхода; результаты интерпретации 18 пикетов по работам методом МПП в Йемене; результаты интерпретации 14 пикетов по работам методом МПП в Красноярском крае; данные физического моделирования на металле, использованные для верификации программ PRAIS и MAG (2 кривые становления). Для верификации результатов математического моделирования привлекались расчеты, выполненные по апробированным программам (ЭРА, АЛЕКС — ИГФ СО РАН).
Основные защищаемые положения и научные результаты
-
Решение задачи становления электромагнитного поля непосредственно во временной области приводит к краевой проблеме третьего рода типа Штурма, которую можно рассматривать как самосопряженную задачу о собственных значениях, в связи с чем решение формируется в виде ряда Фурье в отличие от традиционного представления в виде интеграла Фурье.
-
Построение приближенных линеаризованных решений прямых задач индуктивных ЗС различной размерности связано с представлением областей возмущений геоэлектрических параметров дополнительными вторичными источниками.
-
Томографический подход к интерпретации данных индуктивных зондирований основан на линеаризованной постановке прямых и обратных задач для геоэлектрических сред, описанных как набор стандартных объемных элементов, и определяется как диффракционная томография в борновском приближении.
-
Развитый математический аппарат, реализованный в интерактивном автоматизированном программном комплексе ПОДБОР, позволяет восстанавливать геоэлектрические параметры
слоистой среды и корректировать результаты при наличии латеральных нарушений.
Научная новизна работы
-
В рамках единого метода устанавливающихся пространственных гармоник получены решения прямой задачи становления для плоского распределения стороннего тока двумя способами (интеграл и ряд Фурье) как суперпозиции поперечно-электрического и поперечно-магнитного полей.
-
Получены описания процесса становления во временной области с учетом токов смещения для моделей с одной и двумя горизонтальными границами.
-
Предложен общий метод построения приближенных лине-аризованых решений для осложненных геоэлектрических условий (в частности, при латеральных изменениях проводимости) в окрестности более простой модели.
-
На основе линеаризованных решений предложен нетрадиционный, томографический подход к интерпретации данных индуктивных электромагнитных зондирований.
Практическая значимость работы
Результаты исследований, реализованные в комплексе ПОДБОР для интерпретации данных ЗСБ (МПП), нашли применение в 11 научно-исследовательских и прооизводственных организациях России и СНГ, а также в некоторых странах дальнего зарубежья. Интерпретация с применением комплекса ПОДБОР проводилась при разведке нефтяных месторождений, поиске рудопроявле-ний, решении гидрогеологических задач и поисках кимберлито-вых тел. В частности, следует отметить СНИИГГиМС, в котором комплекс ПОДБОР использовался для методических разработок и при проведении контрактных работ (например, в Австралии - на
нефть, в Йемене -для гидрогеологических изысканий). Комплекс ПОДБОР использовался также в высших учебных заведениях для подготовки студентов-геофизиков.
Апробация работы и публикации
Основные результаты докладывались на семинарах по ЗСБ в НПО "Сибгео" (Новосибирск, 1984, 1987), на YIII Всесоюзной школе по электромагнитным зондированиям (Киев, 1987), на Международной геофизической конференции и выставке SEG-ЕАГО (С.Петербург, 1995), на Международной геофизической конференции "Неклассическая геоэлектрика" (Саратов, 1995), на Российской конференции "Теория и практика интерпретации данных электромагнитных геофизических методов" (Екатеринбург, 1996), на 59-ой конференции и выставке EAGE (Женева, 1997), на Международной геофизической конференции и выставке "Москва-97" (Москва, 1997).
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в девяти статьях.
Результаты, отраженные в диссертационной работе, получены автором в течение длительного времени. За это время автор работал в различных организациях, пользуясь весьма полезным сотрудничеством со многими известными специалистами. Автор выражает благодарность В.А. Белашу, Ю.М. Полонскому, В.В. Сочельникову (Геленджикское отделение ВНИИМоргео, позднее, НПО "Южморгео"), Б.И.Рабиновичу, А.К.Захаркину,
М.М.Гольдману, Г.М.Тригубовичу, Г.А.Исаеву , В.С.Моисееву,
В.В.Филатову, Н.Г.Полетаевой, Б.П.Балашову (СНИИГГиМС).
За время работы в Институте геофизики СО РАН выполнена значительная часть диссертационной работы. Исследования проводились в соответствии с планом НИР ОИГГиМ СО РАН (утвержденным 30.03.98) в рамках приоритетного направления 4.1.5 ("Проблемы нефти и газа") по теме "Взаимодействие с горными породами и распространение электромагнитного поля в геологической среде", а также по интеграционному проекту 97-22 СО РАН "Геотомография".
Автор выражает признательность М.И.Эпову, без постоянного внимания которого эта работа не была бы завершена, за многочисленные полезные обсуждения, консультации и помощь в организации материала.
Объем и структура работы