Введение к работе
Актуальность. Одной из важнейших задач,стощящей перед общест-
I, является проблема повышения эффективности функционирования зко іики страны, в том числе и геолого-геофизической службы, призван-I обеспечить потребности народного хозяйства в минеральных и тошно-энергетических ресурсах. Повышение эффективности собственно іфизических методов поисков и разведки в значительной степени свя: 1о с разработкой и внедрением в геофизическое производство компью рно-информационных технологий регистрации, обработки, хранения и терпретации геофизических данных. Важное место в системе геофизи-ских методов занимают гравиразведка и магниторазведка. В будущем, едует ожидать повышения их роли в геолого-геофизическом производ-ве. Во-первых, гравиразведка и магниторазведка - относительно левые методы исследований. Во-вторых, в гравитационном и магнитном лях содераится информация практически о всех неоднородностях зем-й коры. Следовательно, рациональное использование этой информации
всех этапах геолого-геофизических исследований монет суиествен-м образом повысить их экономическую эффективность. Современные зработки в области вычислительной техники и информатики, а также нденции и темпы их совершенствования оказывают существенное влия-е на подходы и принципы решения задач моделирования конкретных ге-огических объектов. В частности, вычислительная техника, избавляя терпретатора от рутинной работы, предоставляют ему возможность ре-изации многовариантных стратегий подбора. Однако, вопрос о том, сколько многовариантной будет такая стратегия в каждом конкретном учае, связан, в первуш очередь, с имеющимся в его распоряжении ециальным программным обеспечением, реализующим известные техно-гии подбора. В связи с этим проблема синтеза известных технологий, дификаций и методик автоматизированного подбора в единой, универ-льной и технологичной подсистеме является в достаточной степени
- 2 -актуальной.
Цель работы заключается в анализе, обобщении и синтезе раз чных технологий моделирования методом автоматизированного подбо оптимизационных процедур и алгоритмов для решения обратных зад. аппроксимирующих конструкций для описания источников аномалш вметающей среды в единую информационно-машинную подсистему,в це. совершенствования компьютерных технологий обработки и интерпре' ции геолого-геофизических ( гравиметрических, магнитометрических геотермических ) данных.
Основнне задачи работи. Для реализации поставленной цели в і боте определены следующие задачи:
1.Сформулировать общие подходы построения и определить оспе пне элементы локальной базы данных, описывающей изучаемый злєме пространства и содержащей разнородную геолого-геофизическую инфс мацию: каталоги полей, данные бурения, модельные представлені данные статистической обработки результатов изучения физичєср свойств и т.д.
2.Построить аппроксимирующую конструкцию открытого типа г. геометризации разрезов и обьемов изучаемого пространства, состс щей из множества элементарных аппроксимирующих геометрических і самой разнообразий формы и допускающей расширение этого множес ва.
3.Создать оптимизационную процедуру открытого типа, допусі кщую использование различных алгоритмов и процедур для решения і ратных задач, а также универсальную конструкцию для представленні хранения каталогов измеренных, модельных и промежуточных значеі моделируемых компонент полей и удобной формы их графического - И31 раяения для визуального восприятия.
4.Разработать структуру и основные элементы специзлизиров. ной интерпретационной системы, позволяющей интерпретатору фор
- з -іать и реализовывать на ЭВМ различные графы интерпретации и об-іающей широким набором возможностей.
5.Осуществить практическую реализацию выполненных разработок шде элементов автоматизированной системы подбора на ЭВМ различно типа (ЕС,СМ,ПК).
6.Выполнить большой обьем исследований методой вычислителыю-эксперимента на моделях источников различной геометрической мы с целью формирования объективного представления о характере іаемнх задач и возможностях программного обеспечения.
7.Исследовать возможности использования линейных трансформа-I моделируемых компонент полей в алгоритмах и технологиях подбо-гравитационных и магнитных аномалий.
8.Провести опробование отдельных элементов разработанного про-іммного обеспечения на практических примерах различной степени иности.
9.Осуществить адаптацию некоторых элементов разработанного ал-итмического и программного обеспечения для целей моделирования термических данных: нестационарных аномалий теплового потока и пературы.
Научная новизна. В работе обосновывается тезис, что синтез су-твующих технологий, .методик и алгоритмов автоматизированного под-а в специализированнуп компьютерно-информационную подсистему бу-в 'существенной степени способствовать повышения как эффективно-гравиразведки и магниторазведки при решении различных геологи-ких задач, так и их роли и веса в системе геолого-геофизического изводства. В ранках этой проблемы:
і .Разработана открытая аппроксимационная конструкция, позво-щая использовать одновременно различные тела простой геометрией формы (от точечных источников до многогранников), а такте зчные аппроксимирующие элементы. Такая конструкция Дгіет воэмо»-
- 4 -ность однообразно параметриэировать изучаемые элементы простраш ва различной степени сложности, реализовать на ее основе известі технологии подбора, ставить и решать математические и геологнчесі задачи различного типа. .
2.На базе градиентных методов спуска и алгоритма сингулярні разложения матриц построена эффективная оптимизационная процедуі: которая дает возможность использовать при решении практических ; дач как достоинства градиентных методов вдали от минимума оптш зируемой целевой функции, так и преимущества алгоритма сингулярі го разложения матриц в окрестностях минимума.
3.Детально рассмотрена проблема использования линейных траї формаций моделируемых компонент в программах подбора гравитацш них и магнитных полей. В разработанном алгоритме тип трансформаї вводится линейным оператором весового суммирования в скользя: окне. Особенность алгоритма состоит в том, что один и тот яе пр) лиженный оператор трансформирования действует на измеренное и ; дельное множества моделируемой компоненты поля. В этой ситуа точность вычисления трансформант не оказывает существенного вл ния на результаты подбора: используются только свойства соответ нщих трансформант:
4.Исследована возможность применения сплайн-аппроксимаци алгоритмах подбора гравитационных и магнитных полей для парамет зации нелинейного фона, интерполяции и сглаживания измерении модельных компонент полей, рациональной организации вычислитель го процесса, рекуррентного вычисления горизонтальных произвол высшего порядка, описания склонения и наклонения нормального к нитного поля, а такие физических и геометрических параметров точников.
5.На базе разработанного алгоритмичесского обеспечения ЭВМ различного класса реализован комплекс программ автоматизі
- 5 -иного подбора, предоставляющий интерпретатору широкие возмоано-и в выборе и реализации стратегий моделирования при решении кон-іетних геологических задач. Программное обеспечение позволяет :уществлять подбор по измеряемым компонентам гравитационного и ігнитного полей и их линейным трансформациям, вторым производным іавитационного потенциала, характеризуется универсальностью и мо-зт использоваться в самых разнообразных геологических.ситуациях.
6.Большой объем вычислений на модельных примерах различной гепени сложности позволяет сформировать достаточно объективное іедставление о практической эквивалентности получаемых решений и жазывает, что для получения гарантированных результатов в интер-іетационном процессе необходимо использовать многовариантные гратегии подбора.
7.Методологические принципы, алгоритмические разработки, а ікне общие подходы к построению и формированию программного обес-!чения не замыкаются рамками гравиметрии и магнитометрии. Успеш-ія адаптация разработанного алгоритмического и программного обес-ічения для решения задач моделирования в геотермии показывает, о такие же подходы могут быть использованы при решении аналогич-IX задач другими геофизическими методами, а также при разработке імпьгатерно-информационннх моделей комплексной интерпретации раз-іродной геофизической и теологической информации.
Практическая ценность работы определяется, в основном, ее на-іавленностью на решение важных прикладных задач. Разработанное юграммное и алгоритмическое обеспечение прошло широкую практиче-;ую обкатку и используется в вычислительных центрах ряда геолого-офизических экспедиций, производственно-геологических объедине-,й и научно-исследовательских организаций. Практическая реализа-я множества алгоритмов и процедур в рамках компьютерно-информа-оііноії системы позволяет повысить эффективность разработанных ма--Ч-Ч800
.-6-шинннх технологий обработки и интерпретации гравиметрических, на нитометрических и Геотермических данных, так как расширяет возмо ности пользователя в виборе и реализации оптимальной стратег действий при решении конкретной геологической задачи; повыша оперативность обработки информации; уменьшает время и материальн затраты на построение моделей изучаемых объектов, участков, реги нов; увеличивает круг специалистов, способных ставить и решать з. дачи моделирования.
Реализация работы. Разработанное программное и методическ обеспечение автоматизированного подбора передано для практическо использования в Кировское ПГО (г.Киев), Уральскую опитно-методич скую (г.Екатеринбург) и Оаженовскую геофизическую экспедицию Р "Уралгеология", Челябинскую ГРЭ, Норильскую комплексную ГРЭ, Ор куш геофизическую экспедицию, Новодвинскую геофизическую зкспед циго ПГО "Дрхангельскгеология", МнГЭ (г.Мурманск), ЦГСЭ (г,Якутск П/0 "Саратовнефтегеофизика", ЛГЭ ПГО "Севзапгеология" (г.Санкт-П тербург), НПО "Рудгеофизика", САИГИМС (г.Ташкент), Институт сей мологии АН Киргизстане (г.Бишкек), Институт вулканологии Р (г.Петропавловск-Камчатский), СНИИГГиМС (г.Новосибирск), ИЗК РАН (г.Иркутск), Геофизический институт АН Словакии (Г.Братислава
Некоторые версии программ автоматизированного подбора на а горитмических языках высокого уровня приводятся в депонированн методических руководствах. Это обстоятельство существенным образ расширяет круг потенциальных пользователей разработанного протре много обеспечения, так как дает возможность при незначительь усилиях запускать и эксплуатировать эти версии программ без кс сультацнй автора.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались Общемосковских и' Всесоюзных семинарах им.Д.Г.Успенского (Носкі 1977, 1978. 1393. Ленинакан: 1986. Алма-Ата: 1990), 10 Всесоюзі
оле-семинаре "Теория и практика интерпретации гравитационных и гнитных аномалий" (Алма-Ата: 1984), Всесоюзном совещании "Моделирование геологических структур на основе геолого-геофизических иных с целью ускорения поисков и разведки рудных полезных иско-емых" (Днепропетровск: 1986), Научно-практическом семинаре "Внешние математических методов и вычислительной техники в практику гологоразведочных работ Советской Прибалтики" (Вильнюс:і 988), іаевой научно-технической конференции "Комплексная количественная перпретация геолого-геофизических данных в условиях Сибирской итформы" (Красноярск: 1989), III Всесоюзном съезде по геомагне-ізму (Ялта: 1986), семинаре "Сейсмические методы поиска и развед-1 полезных ископаемых" (Киев: 1978).
Публикации. По теме выполненных исследований опубликовано 65 эчатных работ, из них 52 основные. В их числе одна монография и зсгь методических руководств. Написано также три отчета по разде-ім научно-исследовательских тем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ;ми глав, заключения, списка используемой литературы и четырех зиложенйй. Объем работы - 467 страниц, в том числе 87 рисунков и ) таблиц. Библиография насчитывает 284 наименования.