Повышение разрешающей способности электроразведки становлением поля на основе разработки методики компьютерной обработки и интерпретации

Актуальность работы и объект исследований.

Разработка программного обеспечения геофизического метода — одна из важнейших задач, успешное решение которой оказывает решающее влияние на его геологическую эффективность. Исследования по созданию алгоритмов и программ обработки и интерпретации данных геофизических методов относятся к активно развиваемому направлению наукивычислительной геофизике.

Объектом исследований диссертационной работы является компьютеризация средств прогноза и оценки геоэлектрических параметров горных пород, залегающих на глубине, по измеренному на дневной поверхности сигналу становления искусственно возбужденного электромагнитного поля. Такие инструментальные средства оценки физических параметров геологических сред реализуются в виде проблемно-ориентированных программных комплексов и являются обязательной и неотъемлемой частью геофизических методов. Для метода становления электромагнитного поля (ЗС) в начале 80-х годов были известны программные комплексы — «ЭПАК-ЗС» (ВНИИГеофизика, г. Москва) и «СТАНПО» (НВНИИГГ, г. Саратов), сыгравшие значительную роль во внедрении этого метода в практику геофизических работ. Эти комплексы программ были ориентированы на обработку точечных зондирований и автоматизировали, в основном, этап трансформации. «ЭПАК-ЗС» включал в себя этапы препроцессинга и предварительной обработки, но только для данных электроразведочных станций типа ЦЭС-2. В существовавших комплексах программ отсутствовали средства визуализации и методы автоматизированной интерпретации результатов обработки данных, а также эффективные средства выделения сигнала на фоне помех, позволяющие повысить разрешающую способность и детальность метода становления поля.

Применение в методе становления электромагнитного поля приемов пространственного накопления (ЗС-МП), профильной многоразносной системы регистрации процессов становления сделало невозможным использование существовавших комплексов программ обработки данных точечных зондирований для обработки данных ЗС-МП. Резко возросшие в результате использования многоканальных станций объемы обрабатываемой информации обострили проблемы автоматизации интерпретационного этапа, визуализации текущих и окончательных результатов обработки. Применение на этих этапах «ручного труда» не только сдерживало общую производительность работ, но и приводило к снижению детальности и достоверности прогноза проводящих свойств изучаемых геологических разрезов за счет низкой точности получаемых оценок.

Таким образом, возникла необходимость создания и внедрения комплекса методов и соответствующих программ, автоматизирующих основные этапы обработки и интерпретации данных зондирований становления электромагнитного поля, повышающих качество результатов компьютерной обработки за счет подавления численными методами разнообразных помех и обеспечивающих эффективные способы визуализации геоэлектрического разреза. В дальнейшем развитие средств вычислительной техники и операционных систем потребовало адаптацию разработанных алгоритмов и программ к современному компьютерному уровню.

Цель работы — создание специальных программно-алгоритмических средств автоматизации процессов обработки и интерпретации, для повышения разрешающей способности метода становления поля.

Основные задачи исследований: • Разработать численные методы выделения полезного сигнала на фоне помехи.

• Разработать методы помехоустойчивого численного дифференцирования сигнала становления поля по времени.

• Обеспечить возможность визуализации исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки.

• Разработать приемы, позволяющие повысить разрешающую способность метода становления поля.

• Создать программный комплекс, реализующий эти методы. Разработать технологию его использования.

Методы исследований и фактический материал.

При решении поставленных задач привлекался широкий круг методов вычислительной математики — численные методы, методы математической статистики, спектральный анализ и т. д., объединяемых общим понятием цифровых методов анализа геофизических полей. Для реализации разработанных алгоритмов применялись языки программирования Фортран, Ассемблер, Паскаль и СИ. При проектировании структуры комплекса программ и технологии его эксплуатации использовались возможности операционных систем соответствующих компьютеров и системных программ. Для тестирования работоспособности комплекса и эффективности процедур обработки применялись методы математического моделирования.

Опробование комплекса осуществлялось на многочисленном полевом материале зондирований становлением электромагнитного поля в различных геологических условиях России, Украины, Туркмении, Казахстана и НДР Йемен. Результаты опробования учитывались в очередных версиях комплекса программ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• создана программная технология автоматизированной обработки профильных наблюдений для методики зондирований становлением электромагнитного поля с применением многократных перекрытий;

• на базе робастных оценок разработаны алгоритмы, позволяющие придать процедурам обработки устойчивость к разнообразному характеру помех и за счет увеличения отношения полезного сигнала к помехе повысить достоверность получаемых результатов;

• предложены специальные виды трансформаций, позволяющие повысить детальность расчленения изучаемого геоэлектрического разреза;

• разработаны формы и способы визуального представления результатов обработки, обеспечивающие их наглядную геолого-геофизическую интерпретацию;

• расширен круг геологических задач, решаемых электроразведкой.

Практическая ценность работы и реализация в производстве.

Созданное программное обеспечение электроразведки становлением электромагнитного поля используется в геофизических организациях для решения широкого круга геологических задач поиска и разведки полезных ископаемых:

• построения геоэлектрической модели изучаемого глубинного разреза, стратиграфической увязки выделенных геоэлектрических комплексов с данными других геофизических методов и бурения;

• выделения не антиклинальных ловушек типа риф, песчаных линз, врезов и т. д.;

• поиска зон разуплотнений и зон с улучшенными коллекторскими свойствами;

• выявления высокоминерализованных рапосодержащих пропластков в галогенных толщах.

Комплекс программ применяется при решении гидрогеологических и специальных геологических задач в малоглубинной модификации зондирований верхней части разреза:

• выделения в разрезе водоупорных толщ и водоносных горизонтов с прогнозом степени минерализации воды;

• проведения инженерно-изыскательских работ;

• выполнения археологических и инженерных исследований погребенных объектов и коммуникаций и т. д.

Программное обеспечение содержит специальные средства для комплексной интерпретации полученных геоэлектрических характеристик изучаемых глубинных разрезов с данными сейсморазведки и ГИС. Созданные программы-интерфейсы позволяют комплексировать обработку данных с другими электроразведочными пакетами программ, такими, например, как: ЭПАК (ВНИИГеофизика, г. Москва), ЭРА (ИГСОРАН, г. Новосибирск), IMPULS (ПГЭ, г. Астрахань), SLOI и КОМИНТЕР (НВНИИГГ, г. Саратов) и др.

С 1985 по 1991 годы внедрялись версии и модификации комплекса программ, ориентированные на различные операционные системы профессиональных компьютеров типа ЕС. С 1991 года разработана и внедрена версия комплекса EDS-PC для персональных компьютеров типа IBM PC.

Всего в период с 1985 по 1997 годы комплекс программ EDS и его модификации были внедрены в 19 геофизических организациях России и других стран, в том числе в пяти экспедициях Украины, четырех экспедициях Казахстана, в Туркмении, НДР Йемен и т. д.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных школах семинарах по электромагнитным зондированиям в Москве 1984 году и Киеве в 1987 году, на ХШ научной конференции молодых ученых в 1986 году, на 33 международном геофизическом симпозиуме в Праге в 1988 году, на XXVin сессии международного геологического конгресса в Вашингтоне в 1989 году, на школе передового опыта в Москве в 1991 году, международной научной конференции «Геофизика и современный мир» в Москве в 1993 году, международной конференции «Неклассическая геоэлектрика» в Саратове в 1995 году и международной геофизической конференции и выставке в Москве в 1997 году.

Всего по теме диссертации опубликовано 30 печатных работ.

Защищаемые положения.

• Разработанная методика предварительной обработки сигналов становления электромагнитного поля позволяет существенно повысить отношение сигнала к помехе за счет применения робастных оценок, динамической фильтрации и устойчивого численного дифференцирования.

• Предложенная методика трансформаций сигналов становления поля обеспечивает увеличение точности вычисления геоэлектрических параметров среды и их глубинной привязки.

• Методика изображения геоэлектрического разреза дает наглядное представление изменений проводящих свойств изучаемой геологической среды и облегчает геолого-геофизическую интерпретацию данных становления поля совместно с данными сейсморазведки и ГИС.

• Разработанная компьютерная технология повышает разрешающую способность электроразведки становлением поля при расчленении геологического разреза по проводящим свойствам и увеличивает эффективность решения геологических задач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных в диссертации научных исследований все поставленные основные задачи были выполнены.

Создана программная технология автоматизированной обработки данных электроразведки становлением электромагнитного поля, в том числе и с применением многократных перекрытий. Программы были объединены в комплекс под названием EDS, который с 1982 года пережил два поколения компьютерной техники, и до сих пор эксплуатируется в геофизических организациях отрасли. На базе робастных оценок удалось разработать разнообразные фильтры, применение которых позволило за счет увеличения отношения полезного сигнала к помехе повысить достоверность получаемых результатов. Предложены и используются специальные виды дифференциальных трансформаций, позволяющие повысить детальность расчленения изучаемого геологического разреза. Разработаны и внедрены формы и способы визуального представления результатов обработки и трансформаций, обеспечивающие их наглядную геолого-геофизическую интерпретацию (рис. 4.17).

Использование разработанных в диссертации методов, реализованных в виде комплекса программ EDS, позволило расширить круг геологических задач, решаемых электроразведкой. За годы эксплуатации комплекса в 19 геофизических организациях отрасли открыты десятки месторождений нефти и газа. Определенная заслуга в этом принадлежит и разработанным в диссертации методам, так как их применение повышает подтверждаемость геологических прогнозов. Вслед за «Саратовской школой» высокую разрешающую способность электроразведки ЗС доказали своими работами ВНИИТеофизика [59] (Киселев Е.С. и др.) (рис. 4.18) и Южморнефтегеофизика [63] (Небрат А. и др.) (рис. 4.19). Несмотря на.

ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ ПО ПРОФИЛЮ 497−03.ГРАФИКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ.

ЖУРАВЛИНСКИЙ УЧАСТОК.

ФООЙ9М0 ОУЙ7−06.

27й" 28®.

1р00"б?-ю 26 595-л.

53″ ф0№ 97чи|.

ГКМОГТ ГР26 535−16 ГКЗСМП.

ГРОВД7-М (ЮЙГ-ОЬ.

41″ г?".

1201 ~{Ю 4*> пСУ.

3 1 -пС^ —пС (в 2.

1. Графики электропроводности (усл.един.) и геоэлектрические горизонты: а-проводящиеб-высокоомные.2-отражающие сейсмические горизонты.3-линии нарушения корреляции горизонтов по вертикали.

Рис. 4.17. а.

25 зо 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 104 ПК.

1600 2000 2400.

— 2800 3200.

— 3600.

— 4000 4400.

— 4800 5200 5600 6000 6400.

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 ПК 1200 -1600 • 2000.

— 2400 2800 3200 3600 4000.

— 4400.

• 4800: 5200.

5600 6000 6400.

7000 Н (т).

Рис. 4.18.Сопоставление глубинных сейсмического (а) и геоэлектрического (б) разрезов над карбонатным массивом, (по Мушину И. А., Киселеву Ё. С., Сафонову A.C.).

60 -55 -50 -45 -40 05—25 -20 -15 -10 -5 0 5 Ш ПК.

-.-. ., I—,—I*.I.' I. 1,1 1 Г! 111 111,11 ВТ. I '.'!" ' ('[". .

6 С1 I Скв. Ильичсвсш-2.

— 60 -55 -50 -45 -40 -35% -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Ш иг.

Рис. 4.19. Сопоставление геоэлектрического (а) и сеисмогеологнческого (б) разрезов при картировании подэффузивных нижнемеловых нефте-перспективных отложений (по Небрату А. Г, и Сочельникову В.В.) разные методические приемы, используемые другими организациями в полевых условиях при измерении сигналов становления поля, получены сопоставимые по разрешающей способности результаты. Это, прежде всего, объясняется специальными методиками обработки измеренных сигналов и их функциональных преобразований. Суть этих преобразований сводится к выделению особенностей сигнала, связанных с изменением геоэлектрических параметров изучаемой среды, слабо заметных на фоне интенсивного затухания процессов становления поля. Таким образом, в современной геоэлектрике появилось новое направление — высокоразрешающая электроразведка (ВРЭ).