Методы обработки разноуровневых наблюдений потенциальных полей

До середины прошлого века исследования в области разработки новых способов обработки и интерпретации геофизических наблюдений характеризовались исключительно детерминированным подходом и основывались на применении аналитических методов теории потенциала, уравнений Максвелла, теории упругости. В начале 60-х годов, наряду с дальнейшим развитием детерминированного подхода (методов аналитического продолжения гравитационных и магнитных полей, частотного анализа) работы А. Г. Тархова, Ф. М. Гольцмана положили начало принципиально новому, вероятностно-статистическому подходу к обработке геофизических данных. Этот подход получил широкое развитие в различных областях разведочной геофизики: сейсморазведке (Ф.М.Гольцман, С. В. Гольдин, Е. А. Козлов, А. КЛновский и др.), структурной и рудной геофизике (А.Г.Тархов, A.A. Никитин, В. И. Аронов, С. А. Серкеров, Т. Б. Калинина, В. И. Шрайбман и др.), каротаже (Ш.А.Губерман, М. М. Элланский, Г. Н. Зверев и др.). Данная работа является дальнейшим развитием и обобщением того направления в общей структуре вероятностно-статистического подхода, которое нашло отражение в работах А. Г. Тархова, А. А. Никитина, В. И. Аронова, С. А. Серкерова, Г. В. Демуры, А. В. Петрова и которое базируется на методах корреляционного анализа, элементов теории вероятности и математической статистики с целью анализа разновысотной (разноуровневой) геофизической информации.

Актуальность работы состоит в том, что обработка геофизической информации является одним из важнейших этапов анализа экспериментальных данных всех методов, применяемых в геофизике. От качества анализа и полноты обработки этой информации зависит получаемый итоговый результат. Применение статистических методов обработки с привлечением корреляционной теории позволяет повысить эффективность и качество физико-геологического моделирования. Высокая степень роста мощности и производительности персональных компьютеров в последние 20 лет позволила реа-лизовывать идеи, предложенные в 60 — 80-ые годы XX века.

Научной проблемой, решаемой в настоящей диссертации, является создание помехоустойчивых методов анализа и интерпретации наблюдаемых на земной поверхности гравитационных и магнитных полей, а также их разно-высотных измерений при минимуме априорной информации. Поставленная проблема решается с использованием математического аппарата корреляционной теории сигналов и теории статистических решений.

Повышение объемов аэрогравиметрических съемок, в том числе введение в эксплуатацию аэрогравиметрии (в настоящее время проводятся опытно-исследовательские работы), позволяет говорить о повышении роли эффективных и более высокоскоростных геофизических методов исследования недр. Соответственно, существенно возрастает количество данных, измеренных на разных высотах, анализ которых, в свою очередь, обеспечивает получение дополнительной информации, расширяющей возможности традиционных методов наземных исследований. К сожалению, в настоящее время, практически, не существует приемов анализа и интерпретации разновысот-ных данных, что свидетельствует об актуальности проводимых исследований.

Целью работы является разработка приемов анализа геофизических данных потенциальных полей, измеренных на разных уровнях наблюдений. В соответствии с поставленной целью решается ряд конкретных задач, основными из которых являются:

1. Оценка эффекта телескопирования, т. е. выделение аномальных эффектов, регистрируемых по нескольким уровням наблюдений одновременно с уменьшением относительных размеров этих эффектов при переходе к более низкому уровню.

2. Реализация и исследование нового типа фильтра Колмогорова-Винера, получившего название компенсирующего фильтра, для компенсации эффектов, создаваемых взаимным влиянием полей, измеренных на разных уровнях.

3. Создание методики трехмерного корреляционного зондирования потенциальных полей в скользящих окнах разных размеров для оценки формы и глубины залегания контактных поверхностей по геотраверсам.

4. Опробование разработанных приемов анализа и интерпретации на модельных и практических примерах аномалий гравитационных и магнитных полей на базе компьютерных технологий К0СКАД-20 и КОСКАД-ЗБ.

Научная новизна. Новизна выполненной работы заключается в следующем:

1. Разработаны алгоритмы и программы по оценке эффекта телескопиро-вания разноуровневых аномалий.

2. Реализован в двухмерном варианте компенсирующий фильтр Колмогорова-Винера для компенсации эффектов, создаваемых взаимным влиянием полей, измеренных на разных уровнях, а также построен алгоритм компенсирующего фильтра для его трехмерного аналога.

3. Создана методика трехмерного корреляционного зондирования потенциальных полей для оценки формы и глубины залегания контактных поверхностей.

4. Проведено опробование разработанных алгоритмов и программ обработки и интерпретации потенциальных полей на базе компьютерной технологии КОСКАД 2Т> и КОСКАД 30.

Практическая значимость работы. Практическая значимость исследований заключается в совершенствовании методики анализа и интерпретации потенциальных геофизических полей в условиях минимума априорной информации. Проведена обработка потенциальных полей по геотраверсам Уралсейс и 1-ЕВ с целью оценки формы и глубины залегания контактных поверхностей и выделения тектонических нарушений по разноуровневым наблюдениям. На примере данных разновысотной аэромагнитной съемки по части территории Ростовской области с использованием компенсирующей фильтрации, в центральной части исследуемого района проведено выделение трех аномальных зон с оценкой глубины залегания соответствующих им объектов. Обеспечено также выделение перспективных площадей на поиски россыпей золота по разноуровневым данным по территории листа Р-55−69 (Яно-Колымский массив).

Защищаемые положения.

1. Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение по оценке эффекта телескопирования геофизических аномалий повышает надежность выделения слабоконтрастных объектов при одновременной статистической обработке полей, зарегистрированных на нескольких уровнях.

2. Реализация компенсирующего фильтра Колмогорова-Виннера для полей, измеренных на двух уровнях, обеспечивает более однозначное выделение аномальных эффектов от объектов, залегающих на разных глубинах.

3. Созданная методика трехмерного корреляционного зондирования потенциальных полей в скользящих окнах разных размеров дает возможность оценить форму и глубину залегания контактных поверхностей по региональным профилям (геотраверсам).

Реализация и апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в МГГА (1999, 2001 г.) и на 28-м Международном семинаре им. Д. Г. Успенского в г. Киев, Украина, 2001 г.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения и содержит 96 страниц машинописного текста, из которых 22 рисунка, 2 таблицы.

Список литературы

включает 76 наименований.

Основные результаты диссертационной работы заключается в следующем:

1. Проведен обзор современного состояния статистических приемов обработки геофизических данных. Отмечено, что в настоящее время отсутствуют приемы одновременной обработки полей, зарегистрированных на разных уровнях наблюдений. Рассмотрены также основные статистические приемы оценки региональной составляющей, выделения слабых сигналов, комплексного анализа данных, а также способы определения глубины залегания источников потенциальных полей. При оценке глубины залегания источников ни один из описанных способов до конца не гарантирует необходимую точность, поэтому с целью повышения надежности полученных результатов для решения поставленной задачи целесообразно использовать, как минимум два-три метода, т. е. при принятии окончательного решения необходимо руководствоваться «коллективом решающих правил» ;

2. Предложены дисперсионные алгоритмы для оценки эффекта теле-скопирования разноуровневых аномалий. Их применение для выделения слабых сигналов с последующим построением карт слабых сигналов на разных уровнях наблюдений обеспечивает с высокой степенью достоверности построение карт линеаментов. На территории номенклатурного листа карты Р-55−69 с применением методики расчета эффекта телескопирования выделены аномальные участки, совпадающие с зонами, перспективными на россыпные месторождения;

3. Реализовано программно-алгоритмическое обеспечение компенсирующей фильтрации. Его опробование по локальным составляющим магнитного поля, измеренного на разных высотах на 250 м и 2000 м над территорией Ростовской области и, частично, Волгоградской области (северная часть площади), в центральной части исследуемой территории обеспечило выделение трех крупных аномальных зон. Сопоставление полученных данных и результатов сейсморазведки с геологическими исследованиями, проведенными.

89 на данной области, сделать вывод о том, что выделяемая в центральной части аномальная зона создается за счет погружения кристаллического фундамента. Использование компенсирующей фильтрации при обработке наблюдений потенциальных полей, зарегистрированных на нескольких (пяти-шести) высотах, позволят реализовывать «послойную» интерпретацию ано-малиеобразующих объектов по глубине их залегания.

4. Созданная методика корреляционного зондирования потенциальных полей на геотраверсах «1-ЕВ» и «Уралсейс» позволяет оценить форму и глубину залегания контактных поверхностей. Надежность их оценивания можно увеличить путем использования методики корреляционного зондирования для нескольких уровней наблюдений потенциальных полей.

Таким образом, впервые в практике обработки геофизических данных предложены и реализованы приемы обнаружения (эффект телескопирования) и интерпретации (компенсирующая фильтрация и корреляционное зондирование) аномалий потенциальных полей, зарегистрированных на разных уровнях наблюдения.

Заключение

.