Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных для решения прогнозно-металлогенических задач

Актуальность темы

Развитие минерально-сырьевой базы страны зависит от качества и эффективности прогнозно-металлогени-ческих исследований, которые являются неотъемлемой частью геологоразведочного процессе на всех его стадиях и предопределяют результативность поисковых работ. Коллегия Мингео СССР (апрель 1982 г.), указывая на резкое возрастание народнохозяйственной значимости региональных геологических исследований, отметила «необходимость создания новой научно-методической базы, отвечающей возросшим требованиям достоверности геологических и прогнозных построений, а также усиления работ по оценке прогнозных ресурсов изучаемых площадей с применением компьютерных систем» [86].

Важнейшим направлением разработки но? ой научно-методической базы прогнозно-металлогенических исследований является создание алгоритмов комплексной интерпретации качественных и количественных данных и реализация этих алгоритмов в автоматизированных системах, сочетающих функции хранения, обработки и комплексной интерпретации больших массивов разнотипных данных.

Развитие данного направления обеспечивает также переход на качественно новый методический уровень и собственно метал-логенических исследований, связанных с анализом пространственных и геологических закономерностей размещения оруденения, созданием моделей рудных объектов, выявлением и оценкой рудоконт-ролирующих факторов и поисковых признаков. Традиционно используемые в металлогении экспертные методы е современных условиях оказываются малоэффективными при анализе и обобщении быстро накапливающихся новых данных о строении крупных регионов. В то же время эти данные, получаемые прежде всего дистанционными методами, создают необходимость критического анализа металло-генических концепций нэ основе комплексной интерпретации всех имеющихся данных. В связи с этим требуются универсальные методы, позволяющие автоматизировать сам процесс научных исследований и сочетать опыт и знания специалистов с возможностями современных средств обработки информации.

Цель работы заключается в повышении эффективности и достоверности прогнозно-металлогических исследований путем совершенствования их научно-методических основ, разработки алгоритмов комплексной интерпретации разнотипных данных, создания автоматизированной системы хранения и интерпретации данных на базе ЕС ЭВМ.

Основные задачи исследований;

1. Развитие понятийной и методологической базы комплексной интерпретации геолого-геофизических данных применительно к задачам прогнозно-металлогенических исследований.

2. Разработка способа оценки качественных и количественных данных, позволяющего сравнивать в заданном отношении и свертывать разнородную информацию.

3. Создание методики формирования моделей рудных объектов для метэллогенического анализа и прогнозирования.

4. Разработка методог интерпретации мер сходстве исследуемых объектов с известными рудоносными объектами для решения основных задач прогнозирования: оптимальной минимизации площадей, рекомендуемых для поисковоценки вероятности наличия прогнозируемых объектов и ресурсов полезных ископаемых.

5. Создание автоматизированной системы на базе ЕС ЗВМ и технологии ее применения для хранения, обработки и комплексной интерпретации разнотипных данных.

6. Оценка эффективности применения системы для решения прикладных и научно-методических задач по комплексу геолого-геофизических и космогеологических данных.

Научная новизна. Предложен новый методический подход к совместной интерпретации качественных и количественных данных для решения прогнозно-металлогенических задач, который основан на количественной интерпретации мер сходстве изучаемых объектов с известными объектами прогнозируемого класса. Мера сходства рассматривается как промежуточный параметр, а не итог комплексной интерпретации геолого-геофизических данных.

Введен количественный критерий оценки качества прогноза и Еыбора решающего правила прогнозирования. Критерий минимизирует риск поиское полезных ископаемых, который функционально связан с локальностью и надежностью выделения рекомендуемых площадей.

Показаны необходимость создания двух клэссое моделей рудных объектов: «типовых» и «оптимальных» и возможности их применения соответственно для металлогенического анализа и прогнозирования. Разработаны способы формирования таких моделей.

Предложен математический аппарат, использующий вероятностные, эвристические и регрессионные методы, и разработаны алгоритмы, реализующие разработанную методологию комплексной интерпретации в автоматизированной системе обработки данных.

Получены количественныеоценки возможностей применения материалов космических съемок и их относительной значимости в общем комплексе геолого-геофизических данных при региональном прогнозе различных типов эндогенного оруденения.

Практическая ценность. Создана многоцелевая автоматизированная система АСПО-8, которая может быть применена для текущего и перспективного планирования поисковых работ, а также при теоретических и методических исследованиях. Система обеспочивает хранение, обработку и комплексную интерпретацию разнотипных данных с выделением потенциально рудоносных участков и оценкой их прогнозных ресурсов, построение карт рудоконтро-лирующих факторов и поисковых признаков, моделей рудных объектов, а также справочно-информационное обслуживание и вывод результатов в наглядной форме.

Реализация работы на производстве. Система АСПО-8 и «Методическое руководство» по ее применению внедрены в объединении «Аэрогеология» и ПГО «Запсибгеология». Система использована для прогнозно-металлогенических исследований в Казахстане, Восточной Сибири, на Южном Урале, Северо-Востоке и Дальнем Востоке СССР. В итоге существенно локализованы площади, рекомендуемые для поисков, а при полеьой заверке прогнозов выявлены новые рудоносные объекты.

Автором защищаются следующие положения:

1. Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных должна включать оценку мер сходства изучаемых объектов с известными объектами прогнозируемого класса по совокупности признаков. Дальнейшая интерпретация мер сходства, являющихся промежуточным параметром комплексной интерпретациинаиболее эффективный метод прогноза полезных ископаемых.

2. Для решения прогнозно-металлогенических задач необходимо создание двух различающихся принципами формирования классов моделей рудных объектов: «типоеых», предназначенных для изучения геологической позиции рудных объектов и отражающих наиболее типичные условия локализации оруденения, и «оптимальных», предназначенных для сравнений при прогнозировании и характеризующих специфические отличительные сеойствэ рудоносных объектов.

3. Алгоритмы формирования моделей и выявления признаков.

— 8 рудных объектов, вычисления и интерпретации мер сходства, применимые при отсутствии «безрудных» эталонов, отличающиеся двухступенчатым отбором признаков по их «индивидуальным» и «коллективным» оценкам, ограничением роли отдельно взятого неблагоприятного признака, выбором решающего правила с учетом локальности и надежности прогноза, обеспечивают высокое качество интерпретации и позволяют эффективно решать главные прогнозно-метэллогенические задачи.

4-. Автоматизированная система АСПО-8, объединяющая подсистемы обработки и базу данных, обеспечивает высокую производительность и достоверность решения прогнозно-металлогенических задач на основе комплексной интерпретации разнотипных данных, многоцелевого использования информации, сочетания формализованных и экспертных методов, возможности управления обработкойсистема позволяет оперативно строить прогнозные карты по большим мэссиеэм данных.

5. Применение системы АСПО-8 позволяет существенно повысить геологическую и экономическую эффективность прогнозно-металлогенических исследований и результативность поисковых работ, что подтверждается практикой использования системы в различных регионах.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции (Москеэ, 1975), школе передового опыта по применению материалов дистанционных съемок при поисках месторождений полезных ископаемых (Днепропетровск, 1981), семинаре по применению материалоЕ космических съемок для решения геологических задач (Новокузнецк, 1983), региональной научно-практической геофизической конференции (Иркутск, 1983), на заседании Научно-технического совета объединения «Аэрогеология» (Москва, 1983), на Общемосковском семинаре «Теория и практика комплектования геофизических методоЕ» (Москва, 1984), а также экспонировались на ВДНХ СССР (1980, 1983), где награждены медалью Главного комитета ВДНХ,.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Аетор выражает искреннюю признательность доктору физико-математических наук, профессору А. А. Никитину за научное руководство работойкандидату геолого-минералогических наук В. С. Когену за полезные советы и консультации по геологическим вопросампрограммистам Л. А. Афониной, В. П. Ромахиной, В.Е.Фир-сову за участие в создании программного обеспечения системы АСПО-8- В. М. Стефанцевой и Е. П. Трифоновой за помощь в оформлении текста и графики.

I. ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РАЗНОТИПНЫХ ДАННЫХ ПРИ ПР0ГН03Н0-МЕТАЛЛ0ГЕНИЧЕСКЙХ ИССЛЕДОВАНИЯХ.

В ы е о д ы.

Использование автоматизированной системы АСПО-8 е практике прогнозно-металлогенических исследований показало Еысокую эффективность ее алгоритмов для выяЕления и оценки рудоконтролирую-щих факторов и поисковых признаков, создания моделей рудных объектов, прогноза рудоносности площадей. Это подтверждается следующим.

I. Существенно локализованы площади поисков ведущих типое полезных ископаемых центральной части региона БАМ при одновременном выделении новых перспективных участков. Правомочность и качество прогноза подтверждены еысокой надежностью классификации контрольных объектов и большими объемами поисковых работ.

— 156.

2. Получены важные научно-методические результаты:

— выявлены и количественно оценены рудоконтролирующие факторы и поисковые признаки четырех еидое оруденения;

— количественно оценена эффективность использования различных еидое информации для прогноза отдельных типое оруденения;

— определены типы рудных объектов, прогноз которых наиболее целесообразен с использованием материалов космических съемок;

— доказана возможность непосредственного использования при прогнозе рудоносности и оценена информативность текстурных и структурных характеристик изображений на материалах космических съемок, Еместе с тем существующие экспертные методы геологического дешифрирования этих материалов не могут обеспечить удовлетворительное качество прогноза без привлечения дополнительных геолого-геофизических данных;

— получены типовые и оптимальные модели рудных объектое, позволяющие исследовать условия образования и локализации оруденения;

— показано, что относительная роль факторов в процессе рудо-генеза и прогностические свойства могут существенно различаться по значимости;

— результаты ранжирования признаков по значимости позволяют наметить рациональную очередность исследований при прогнозировании и поисках заданных еидое оруденения.

3. Достигнуто значительное сокращение затрат Бремени на решение прогнозно-металлогенических задач. Формирование баз данных долгосрочного и многоцелевого использования, высокая производительность обработки данных, стандартизация выходных документов обеспечивают увеличение относительного Еыигрыша ео времени по мере эксплуатации системы. Применение системы обеспечивает существенный экономический эффект за счет обоснованной локализации площадей поиское полезных ископаемых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Повышение эффективности и достоверности прогнозно-металло-генических исследований связано с разработкой методов комплексной интерпретации, позволяющих увеличить полноту использования имеющейся геологической, геофизической и другой геоинформациисовместно анализировать большие мэссиеы качественных и количественных данныхснизить влияние субъективности интерпретаторов, получить количественные оценки анализируемых и прогнозируемых параметров, оптимизировать прогнозмоделировать рудные объекты, выявлять и оценивать их признакиавтоматизировать технологию хранения, поиска и обработки информации. Указанные проблемы могут быть решены на осноге ЕзаимодейстЕия традиционных экспертных и формализованных методог решений. Сущность последних заключается е прямой оценке площадей на осноЕе аналогий и пространственных связей рудоносности участков с их геолого-геофизическими характеристиками, т. е. е обход детализации геологического строения больших территорий и на основе определения и интерпретации мер сходства с известными объектами прогнозируемого класса.

Обоснованием такого подхода является причинное единство определенных свойств геологических объектов и их рудоносности. Анализ условий прогнозно-металлогенических исследований и выделение их частных задач позволили строго формально описать Еесь процесс комплексной интерпретации за исключением его первого шагаЕыбора эталонных объектов прогнозируемых классов, который следует отнести к КЕэзиэлгоритмическим процессам.

Основные научные и практические результаты проведенных исследований связаны с разработкой, технической реализацией и применением разработанных методог комплексной интерпретации. Кон.

— 158 кретные результаты исследований заключаются в следующем.

1. Определены основные понятия и принципы комплексной интерпретации применительно к целям прогнозно-металлогенических исследований. Под комплексной интерпретацией понимается последовательное применение совокупности процедур к набору разнотипных данных, обеспечивающее решение прогнозно-металлогенических задач е виде функции множества параметров исследуемых объектов. Предложен критерий для оценки качестЕЭ и оптимизации прогноза.

2. Обоснована необходимость и предложены способы формирования двух классов моделей рудных объектов: типоеых и оптимальных, предназначенных для метэллогенического анализа и прогнозирования.

3. Разработаны алгоритмы оценки, отбора и сЕертки рудоконт-ролирующих фактороЕ и признакоЕ оруденения на основе их «индивидуальных» и «коллективных» оценок. Отличительными особенностями предложенных алгоритмов яеляются их применимость при отсутствии априорно известных «безрудных» объектов обучения, двухступенчатый отбор информативной совокупности признаков, невозможность для отдельно езятого неблагоприятного признака полностью подавить совокупность благоприятных признаков рудоносности. Оценка подобия исследуемых участков известным рудным объектам рассматривается как промежуточный параметр комплексной интерпретации геолого-геофизических данных.

4. Предложены алгоритмы интерпретации мер сходства, которые позволяют Еыделять потенциально рудоносные объекты, количественно оценивать прогнозные ресурсы полезных ископаемых, ранжировать исследуемые объекты по индексу перспективности с учетом вероятности наличия оруденения и его ожидаемых запасов. Выбор порога минимальной меры сходства, достаточной для отнесения объектов к рудному классу, производится в процессе обучения на эталонных объектах с учетом требования минимизации затрат времени и средстЕ.

— 159 на поиски и обнаружение полезных ископаемых.

5. Разработаны структура и методика применения многоцелевой автоматизированной системы, в которой реализованы предложенные алгоритмы комплексной интерпретации геолого-геофизических данных.

6. Создана на базе ЕС ЭВМ и испытана система АСПО-8. Она отличается интеграцией в едином программно-техническом комплексе базы данных и подсистем обработки информацииотсутствием ограничений на характер обрабатываемых данныхвозможностью участия интерпретатора в управлении обработкойвозможностью оперативного ведения прогнозных карт по крупным регионам.

7. Испытание системы АСПО-8 в различных регионах страны показало высокую эффективность ее применения и позволило получить важные практические и научные результаты:

— существенно локализованы площади поисковых работ, выявлены новые перспективные участки, а при проверке прогноза обнаружены перспективные рудные объекты;

— количественно оценена эффективность использования различных видов информации для прогноза отдельных типов оруденения;

— доказана возможность непосредственного использования при прогнозе рудоносности текстурных и структурных характеристик изображений на материалах космических съемокпоказано, что существующие методы дешифрирования этих материалов не обеспечивают удовлетворительное качество прогноза без привлечения дополнительных геолого-геофизических денных;

— получены типовые и оптимальные модели рудных объектов и показано, что относительная роль факторог е процессе рудогенеза и их прогностические сеойствэ не Есегда имеют прямую взаимосвязь.

Внедрение разработанных методов комплексной интерпретации существенно поеысило экономическую эффективность прогнозно-метал.

— 160 логенических исследований за счет сокращения их сроков и локализации поисковых работ на наиболее перспективных площадях.

Таким образом, в результате проведенных исследований обоснованы следующие положения.

1. Комплексная интерпретация геолого-геофизических данных должна Еключать оценку мер сходства изучаемых объектов с известными объектами прогнозируемого класса по совокупности признаков. Дальнейшая интерпретация мер сходства, являющихся промежуточным параметром комплексной интерпретации, — наиболее эффективный метод прогноза полезных ископаемых.

2. Для решения прогнозно-метэллогенических задач необходимо создание двух различающихся принципами формирования классов моделей рудных объектов: «типовых», предназначенных для изучения геологической позиции рудных объектов и отражающих наиболее типичные условия локализации оруденения, и «оптимальных», предназначенных для сравнений при прогнозировании и характеризующих специфические отличительные свойства рудоносных объектов.

3. Алгоритмы формирования моделей и выявления признаков рудных объектов, вычисления и интерпретации мер сходства, применимые при отсутствии «безрудных» эталонов, отличающиеся двухступенчатым отбором признаков по их «индивидуальным» и «коллективным» оценкам, ограничением роли отдельно взятого неблагоприятного признака, выбором решающего правила с учетом локальности и надежности прогноза обеспечивают высокое качество интерпретации и позволяют эффективно решать главные прогнозно-металлоге-нические задачи.

4. Автоматизированная система АСПО-8, объединяющая подсистемы обработки и базу данных, обеспечивает высокую производительность и достоверность решения прогнозно-метэллогенических задач на основе комплексной интерпретации разнотипных данных, много.

— 161 целевого использования информации, сочетания формализованных и экспертных методов, возможности управления обработкойсистема позволяет оперативно строить прогнозные карты по большим массивам данных.

5. Применение системы АСПО-8 позволяет существенно повысить геологическую и экономическую эффективность прогнозно-метэллоге-нических исследований и результативность поисковых работ, что подтверждается практикой использования системы в различных регионах.