Кузнецов О.Л., Никитин А.А., Черемисина Е.Н. Геоинформатика и геоинформационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

модельность исследований, т.е. построение модели при решении

конкретной геологической задачи; системность исследований, т.е. анализ

моделей как систем с установлением для них априорных сведений и ограни-

чений; оптимальность, сводящаяся к выбору и выработке критериев при-

нятия решений [24].

Методы ИСА достаточно разнообразны и зависят от решения кон-

кретных задач недро- и природопользования.

Поскольку исходная геоинформация регистрируется на разных уров-

нях, то все практические приложения связаны с анализом корреляционных

матриц измеряемых полей и их вторичных параметров (атрибутов). Размер-

ность этих матриц зависит от числа уровней наблюдений, числа методов и

их параметров, числа точек (ячеек) и профилей съемок. Следовательно, ме-

тоды изучения многомерных корреляционных матриц (блочных матриц),

уменьшения их размерности, оценки главных факторов, определяющих те

или иные характеристики изучаемых геообъектов и геопроцессов, являются

основными для ИСА. Анализ сложных моделей, возникающий при решении

задач глубинного строения Земли, геокартирования, поисков и разведки ме-

сторождений полезных ископаемых, при прогнозе геологического разреза и

т.д., невозможен без методов имитационного моделирования (методы ко-

нечных разностей, Монте-Карло и др.).

В процессе геолого-геофизических исследований меняется как харак-

тер изучаемых объектов (от выделения перспективных площадей, до гео-

метризации рудных тел и залежей углеводородов и подсчета их запасов), так

и характер соответствующих им моделей.

Наконец, принятие управленческих решений о постановке дальней-

ших исследований или об их отказе, осуществляется, обычно, в условиях

априорной неопределенности, что требует применения экспертных систем.

Ниже рассматриваются методы ИСА и даются указания на соответст-

вующие программные комплексы и технологии для решения задач обнару-

жения и локализации перспективных объектов, классификации (разбиения)

комплексных и многоуровневых геополей на однородные области, количе-

ственной интерпретации многоуровневых данных, построения многофак-

торных физико-геологических моделей изучаемых объектов.

10.2. Построение многофакторных моделей геообъектов по

разнородной и многоуровневой геоинформации

Конечной целью интегрированного системного анализа геоинформа-

ции является построение многофакторных моделей изучаемых объектов по

комплексу геополей, зарегистрированных на разных уровнях наблюдений

(космос – воздух – земля (море) – скважина).

Многофакторность моделей изучаемых объектов обусловлена разно-

родностью (многофакторностью) геологических процессов в земной коре.

Например, главные группы факторов рудообразования – это структурно-

тектонические условия, физико-химические параметры вмещающей среды,

типы рудообразующих растворов.

Рудообразующие факторы внешне, как правило, проявляются в виде

признаков, фиксируемых по описаниям геологов или в виде аномальных

эффектов геофизических и геохимических полей.

10.2.1. Типы многофакторных моделей

В зависимости от информации, доставляемой разными уровнями на-

блюдений, создаются различные типы моделей геообъектов и выделяются

разные группы факторов, направленные на решение геокартировочных, про-

гнозно-поисковых и разведочных задач.

По данным дистанционных методов (космос и воздух) строятся мо-

дели структурно-тектонических карт. При сочетании аэро- и наземных

геофизических съемок переходят к построению физико-геологических и

прогнозно-поисковых моделей.

Физико-геологическая модель (ФГМ) – максимально приближенное

к реальным условиям обобщенное и формализованное представление об ос-

новных геологических и физических характеристиках изучаемого объекта и

его вмещающей среды.

Прогнозно-поисковые модели (ППМ) – представляют собой иерар-

хически построенный ряд моделей объектов разного ранга: нефтегазоносная

провинция или нефтегазоносная зона (рудное поле), нефтегазоносная залежь

(рудное месторождение), в котором каждая последующая модель является

результатом вычленения и дифференциации наиболее существенной части

модели более высокого ранга.

В зависимости от стадии геологоразведочного процесса выделяют

ФГМ на уровне провинции (бассейна), рудного поля (зоны), месторождения,

рудного тела (залежи). При создании ФГМ рудных полей и месторождений

основное значение имеют правильно заданные структурно-вещественный

комплекс и петрофизическая модель.

Структурно-вещественный комплекс (СВК) – это совокупность

физически квазиоднородных на данном уровне исследований геологических

образований (горных пород, рудных тел и т.д.), которые выделяются в фи-

зическом поле как единый возмущающий объект. В зависимости от геоло-

гических факторов СВК подразделяют на рудоконтролирующие, рудовме-

щающие и рудные.

Рудовмещающие СВК часто включают метасоматические образова-

ния и продуктивные горизонты, которые являются основными объектами

при выделении месторождений и рудных тел. Рудные СВК соответствуют

рудным скоплениям и рудным телам. По существу все типы СВК представ-

ляют те целевые геологические объекты поисков, которые подлежат обна-

ружению, локализации и детальному описанию.

В рамках физико-геологического моделирования выделяются грави-

магнитные, сейсмогравитационные, сейсмоэлектрические и другие типы

моделей в зависимости от наличия исходной информации.

По данным скважинных наблюдений и по определению физических

свойств горных пород на образцах строится петрофизическая модель

(ПФМ).

Петрофизическая модель – совокупность взятых в природных гра-

ницах разновидностей горных пород, которая состоит из равновесных пара-

генетических минералов, представлена двумя координатами (состав и вре-

мя) и охарактеризована статистическими распределениями физических

свойств. Для построения ПФМ проводятся:

– изучение физических свойств горных пород с учетом петрофизиче-

ского, минераграфического, химического и других видов анализа;

– исследование изменчивости физических свойств в пространстве и ус-

тановление закономерностей их изменения по составу в пределах

природной ассоциации горных пород;

– создание легенды и классификаций типов пород.

Построение ПФМ обычно осуществляется по сети скважин или по

опорным геологическим разрезам. ПФМ является составной частью физико-

геологической модели изучаемой среды. Наконец, по данным аэрокосмиче-

ских, наземных и скважинных наблюдений осуществляется построение од-

ной из наиболее распространенной модели – геологической карты.

Геологическая карта – модель геологического пространства, на ко-

тором средствами картографии с использованием географических информа-

ционных систем по комплексу геолого-геофизических данных отражаются

состав, строение и история формирования. Выделяется достаточно большее

число разновидностей этой модели, к которой примыкают модели геологи-

ческих и геолого-геофизических разрезов.

Все виды перечисленных моделей представляют при геолого-

геофизических исследованиях целевую функцию, которая с позиции сис-

темного анализа подлежит оптимизации. Параметры, характеризующие объ-

ект изучения и влияющие на целевую функцию, являются факторами моде-

лей.

Для оптимизации целевой функции, т.е. модели, необходимо пара-

метр оптимизации связать с этими факторами с помощью либо функцио-

нальной, либо статистической зависимости. При решении геокартировоч-

ных задач (модель геологической или структурно-тектонической карты) по

комплексу геополей в качестве оптимизации выступает мера сходства (ком-

плексный параметр) с эталонными объектами и используются компьютер-

ные системы, включающие программное обеспечение по распознаванию об-

разов и классификации изучаемой территории на однородные области.

При физико-геологическом моделировании, предусматривающем ко-

личественные оценки параметров модели, в качестве параметра оптимиза-

ции используется обобщенное расстояние (см. раздел 10.5.5).

При петрофизическом моделировании по данным геофизических ис-

следований скважин широко применяются методы имитационного модели-

рования, в частности, метод Монте-Карло. При построении прогнозно-

поисковых моделей важна оценка прогнозных ресурсов или запасов, пред-

ставляющая параметр оптимизации для таких моделей.

10.2.2. Построение многофакторных моделей

бассейна Парнаиба (Бразилия)

В качестве примера построения многофакторных моделей с исполь-

зованием многоуровневой (космос – воздух – земля – скважина) и разнород-

ной (космоснимки, инфракрасная съемка, геохимические и магнитные съем-

ки, сейсморазведка и геофизические исследования скважин) информации

приведем изучение бассейна Парнаиба (Бразилия) с целью регионального

прогноза его нефтегазоносности, масштаба 1:1000000, проведенное в конце

ХХ века по совместному российско-бразильскому проекту ВНИИгеосистем

(Россия) и компании Петробраз (Бразилия). Построение моделей осуществ-

лялось на базе ГИС-ИНТЕГРО (см. раздел VI).

База данных по имеющейся геоинформации включала:

– космоснимки со спутника КОСМОС 1939 для составления космост-

руктурных карт масштаба 1:2500000;

– космоснимки со спутника Ресурс-Ф2 для составления космострук-

турных карт масштабов 1:1000000 и 1:200000;

– космоснимки в трех зонах спектра со спутника Ландсат-ТМ в цифро-

вом виде на магнитных носителях масштаба 1:1000000;

– аэромагнитные наблюдения полного вектора магнитного поля мас-

штаба 1:200000;

– данные наземной гравиразведки на северную часть бассейна, пред-

ставленные результатами сканирования гравиметрической карты с

сечением изолиний в 5 мГал и проинтерполированные на регулярную

сеть 4,5 х5,5 км с целью согласования сетей магниторазведочных и

гравиразведочных данных;

– данные сейсморазведки в виде временных разрезов по 8000 км ре-

гиональных и поисковых профилей МОГТ;

– документация по данным каротажа 36 скважин, вскрывших разрез

фанерозоя, из которых 30 скважин заложено по результатам геокар-

тирования и гравимагнитометрии, и только 6 скважин пробурено по

данным сейсморазведки;

– данные геолого-геохимических исследований, включающие цифро-

вую модель рельефа, поля суммарной мощности радиоактивных сло-

ев; значений углеводородного потенциала нижней части наиболее

перспективной на углеводороды формации Пиментейрас.

На рис.10.2 приведена схема изученности бассейна Парнаиба космо-

аэро-наземно-скважинными наблюдениями.

По результатам обработки данных космоснимков построена струк-

турно-тектоническая карта бассейна, характеризующая, в основном, верх-

нюю часть геологического разреза (см. рис.10.3). В то же время ее основные

Рис.10.2. Схема изучености бассейна.

элементы совпадают с результатами структурно-тектонической карты бас-

сейна, построенной по данным комплекса атрибутов магнитного поля (по

результатам аэромагнитной съемки). Эта структурно-тектоническая карта в

значительной степени отражает строение кристаллического фундамента и

разломную тектонику (см. рис.10.4). На рис.10.4

от

Рис.10.3. Современный структурно-тектонический план бассейна (по ре-

зультатам обработки космоснимков).

мечается господствующее положение северо-восточного направления тек-

тонических линейных нарушений для южной части бассейна, а также севе-

ро-восточное и северо-западное направление для северной части бассейна.

Границей между этими областями является крупная зона нарушений ши-

ротного простирания, разделяющая бассейн на две части. Положение такой

Рис.10 4.Схема структурно-тектонического сироения бассейна (по результа-

там обработки аэромагнитной сэемки).

субширотной зоны и ее соотношение с линейными нарушениями показыва-

ет, что она является одним из важных факторов в становлении структуры

фундамента бассейна Парнаиба.

По данным геохимических исследований для нижней части форма-

ции Пиментейрас составлена карта углеводородного потенциала бассейна,

свидетельствующая о перспективности его центральной области, в которой

были сосредоточены поисковые сейсмические профиля. Интерпретация

данных сейсморазведки по поисковым профилям и количественная интер-

претация гравимагнитных полей проводились главным образом для цен-

тральной территории бассейна.

По результатам интерпретации данных магнитного поля проведено

районирование структур фундамента и построена схема линейных наруше

ний (рис.10.4), на которой впервые были выделены нарушения меридио-

нального и широтного направлений.

По результатам интерпретации данных гравиразведки установлено,

что гравитационный эффект от всей толщи осадочных пород меньше, чем

интенсивность региональной составляющей, т.е. значительный вклад в ре-

гиональное поле вносят неоднородности фундамента, а осадочный чехол

представлен слоями, различающимися между собой по плотности весьма

незначительно, амплитуды структур чехла имеют малые размеры.

Наиболее информативной для оценки перспектив нефтегазоносности

бассейна является совместная интерпретация данных сейсморазведки и гео-

физических исследований скважин.

С помощью комплексной интерпретации данных геофизических ис-

следований скважин, где основными методами являлись гамма-гамма каро-

таж, нейтронный каротаж и акустический каротаж, проведено детальное ли-

тологическое расчленение геологического разреза и выделены три группы

литотипов: породы – неколлекторы, породы – коллекторы и породы «пере-

слаивания». К неколлекторам отнесены, по данным кернового анализа, гли-