Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формирование и использование региональных баз геофизических данных

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Формирование и использование региональных баз геофизических данных"

Королёва Анжела Владимировна

ФОРМИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ БАЗ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность 25.00.35 - Геоинформатика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 4 013 20П

ИРКУТСК-2010

4856179

Работа выполнена на кафедре информатики в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Ломтадзе Валерий Валерьевич

Иркутский государственный технический университет

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Куцый Николай Николаевич

Иркутский государственный технический университет$

доктор геолого-минералогических наук Чудненко Константин Вадимович Институт геохимии СО РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное научно-производственное геологическое предприятие «Иркутскгеофизнка»

Защита состоится 29 декабря 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.01 при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ауд. Е-301, тел./факс: 8 (3952) 405-112; e-mail: dis@lstu.edu

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского государственного технического университета, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета Мальцевой Галине Дмитриевне, e-mail: dis@istu.edu, тел.: 8 (3952) 405-348

Автореферат разослан 29 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Результатом деятельности предприятий геологоразведочной отрасли является информация о геологическом строении территорий и разведанных месторождениях полезных ископаемых. Для получения этой «конечной» информации геолого-геофизггческие организации используют массовые данные, полученные в результате многоэтапных и многометод-ных исследований территории. Поэтому проблема сохранения этих данных дня последующего комплексного анализа совместно с новой информацией является чрезвычайно важной и актуальной и неотделима от проблемы повышения эффективности геологического прогнозирования на всех стадиях геологоразведочных работ.

Цель работы состоит в обосновании архитектуры и создании программного обеспечения, требуемого для:

- формирования региональных баз геофизических данных (РБД),

- создания из РБД целевых баз данных, предназначенных для решения прогнозных геологических задач.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- Обоснование роли РБД в решении проблемы сохранения массовых геофизических данных.

- Обоснование технологии создания региональных и целевых баз данных в рамках общей идеологии анализа геолого-геофизических материалов.

- Разработка современного программного обеспечения для создания и использования региональных баз данных.

- Оценка эффективности, созданной технологии и программных средств на примере формирования РБД по Заярской и прилегающим к ней площадям.

Объектом исследования в диссертации являются массовые геофизические данные - поля различных геофизических и геохимических признаков.

Используемые материалы н методы исследования. При создании, отладке и испытаниях программного обеспечения региональных баз данных использовались материалы государственного федерального унитарного научно-производственного объединения «Иркутскгеофизика» - в соответствии с договором о научно-техническом сотрудничестве.

Методы исследования: теоретические обобщения, позволившие обосновать методы решения перечисленных выше задач; разработка современного программного обеспечения для создания региональных и целевых баз данных.

Достоверность результатов обеспечена теоретическим обоснованием применяемых методов, а также практическими испытаниями созданной технологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для хранения массовых геолого-геофизических данных требуется специальная технология создания и использования региональных баз данных по обширным территориям: по миллионным листам картографической раз-

1

ло

графки, геоструктурным зонам или по площадям, выделяемым из прагматических соображений.

2. Формирование региональных баз данных должно основываться на стандартизации форматов данных, подлежащих хранению, а также на создании поисковых образов файлов, которые в дальнейшем (при создании целевых баз данных) предоставляют возможность отбора информации по месту, по времени, по масштабам работ, по методам исследований с одновременным пересчетом координат в записях, извлеченных из разных файлов, к единой системе.

3. Разработанное программное обеспечение (ПО) создания региональных и целевых баз данных позволяет:

- включать новые фрагменты данных в РБД,

- создавать по запросам целевые базы данных с целью их последующего использования для комплексного анализа имеющихся материалов и геологического прогнозирования.

Эффективность разработанного ПО подтверждается на примере формирования и использования РБД для Заярской площади работ на юге Сибирской платформы.

Научная новизна работы

- На основе классификации геоданных по уровням обобщения информации, предложенной ранее в работах В.В.Ломтадзе для обосновагаи идеологии анализа геолого-геофизических материалов, в диссертации обоснована актуальность организации системного хранения массовых геофизических данных.

- Обоснованы методы стандартизации данных, включаемых в РБД, что обеспечивает возможность их последующего многократного использования совместно с новыми данными различных геофизических методов.

- Разработано современное программное обеспечение дчя формирования региональных и создания из них целевых баз данных.

Практическая значимость. Защищаемая в работе технология создания и использования РБД реализована в виде программных модулей, входящих в программный комплекс СТА, созданный под руководством д.т.н. В.В.Ломтадзе. Эффективность предложенной технологии и программного обеспечения проиллюстрирована на материалах научно-производственного объединения «Иркутскгеофизика».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 35-й, 36-й и 37-й сессиях Международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы Теории и практики геологической интерпретации гравитационных и электрических полей» (Ухта, 2008; Казань, 2009; Москва, 2010); на Всероссийской конференции «Современные информационные технологии для научных исследований» (Магадан, 2008); на 3-й Всероссийской конференции «Винеровские чтения» (Иркутск, 2009); на научно-практической конференции с международным участием «Технико-экономические проблемы развития решонов» (Иркутск, 2010).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 11 статьях, в том числе в трёх статьях, опубликованных в журналах, входящих в перечень ВАК.

Личный вклад в решение проблемы. На основе классификации геолого-геофизических данных по уровням обобщения информации автором выполнен анализ проблемы организации хранения и последующего использования массовых геофизических данных, разработано и протестировано на практических материалах программное обеспечение формирования региональных и целевых баз геофизических данных.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Текст работы изложен на 104 страницах, содержит 5 таблиц, 23 рисунка и 3 приложения, сопровождается библиографическим списком из 110 наименований.

Благодарности. Автор благодарен своему научному руководителю, зав. кафедрой информатики, д-ру техн. наук, проф. В.В.Ломтадзе за постановку темы, руководство исследованиями, за постоянную помощь, поддержку и участие, а также за отзывчивость и чуткость.

Автор благодарен сотрудникам ФГУНПГП «Иркутскгеофизика» Е.И.Гогузевой, В.Д.Клыковой за поддержку и помощь, за возможность использования обширных геофизических материалов, без которых было бы невозможно выполнить эту работу.

Автор премного благодарен за ценные советы и помощь - д.г.-м.н., профессору С.И. Щерману; за поддержку и рекомендации - заведующему кафедрой технологии геологической разведки ИрГТУ д.г.-м.н., профессору А.Г.Дмитриеву; д.г.-м.н. профессору В.А.Филонюку.

Автор благодарен за поддержку и помощь сотрудникам кафедры информатики.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. «Идеология анализа геолого-геофпзичеекцх данных и проблема их хранении» посвящена обоснованию первого защищаемого положения.

Общий объем сейсморазведочной информации ежегодно в России составляет десятки терабайт. Существенны и объемы геохимических работ. При ежегодном отборе не менее 15 млн проб, с анализом каждой пробы на 20 элементов в однобайтовом формате, объем геохимической информации составляет 1.9*109 бит. Ана логичные объемы информации обеспечивают геофизические исследования скважин. На долю потенциальных и электромагнитных методов приходится примерно 108 бит. Указанные объемы в десятки раз возрастают при обработке, интерпретации геоданных и моделировании геообъектов и геопроцессов (Кузнецов, О.Л. Геоинформационные системы: Учебник для вузов / О.Л.Кузнецов, А.А.Никитин, Е.Н.Черемисина.-М.: Государственный научный центр Российской Федерации - ВНИИгеосистем, 2005. 346 с).

Многообразие типов исходных данных, используемых в геологии, влечет за собой многообразие методов их обработки. В связи с естественным сокращением фонда легкооткрываемых месторождений полезных ископаемых эффективность геологических, геофизических и геохимических методов при прогнозно-поисковых исследованиях в значительной мере определяется полнотой извлечения информации Поэтому одной из актуальных проблем компьютеризации геологоразведочного процесса является хранение больших объемов данных с возможностью .многократного обрагцения к хранимой информации в связи с решением различных геологических задач и с появлением новых математических методов обработки, интерпретации и комплексного анализа геоданных (Никитин, А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации / А.А.Никитин. - М.: Недра, 1986. 342 е.).

Идеологию анализа геолого-геофизических данных и проблему их хранения можно рассматривать на основе классификации геоданных по уровням обобщения информации. Такая классификация приведена в таблице 1 - в ней для каждого уровня обобщения информации определены задачи и методы анализа данных, т.е. фактически сформулированы основные аспекты идеологии и технологии обработки и анализа данных при геолого-геофизических исследованиях.

Из таблицы 1 также становится ясным состояние проблемы хранения геолого-геофизической информации.

Данные первого уровня обобщения не представляют интереса с точки зрения организации хранения: эти данные еще не пригодны для решения геологических задач и в рамках каждого геолого-геофизического метода обрабатываются стандартно.

Хранение картографической информации (т.е. данных третьего уровня обобщения) успешно осуществляется с помощью геоинформационных систем (ГИС).

Применяющиеся на практике ГИС позволяют:

- хранить картмрафическую информацию;

- использовать ее для построения карт и выявления сравнительно простых пространственных закономерностей;

- хранить семантическую информацию, привязанную к картофафическим объектам (их основные характеристики в табличной форме).

Что касается организации хранения наиболее дорогостоящих массовых геолого-геофизических данных, т.е. информации второго уровня обобщения, то приходится признать, что в большинстве случаев эта проблема практически не решается. Соответственно возникают трудности, подчас непреодолимые, при организации тематических работ с целью обобщения и комплексного анализа данных, накопленных по поисково-разведочным площадям.

На таких площадях обычно проводятся многолетние геофизические исследования. Территория может быть покрыта аэромагнитной, гравиметрической съемкой, элекгроразведочными, сейсморазведочными и другими работами (рис. 1). При этом данные представляются в виде многочисленных фрагментов, полученных разными геофизическими методами в разные годы

и разными людьми. Координаты в этих фрагментах данных могут быть в метрах или километрах и с разными «ключами».

Таблица 1

Классификация геаюго-геофизических данных по уровням обобщения информации

Исходные данные (классификация по уровням обобщении) Цели л оспоитле задачи обработки и анализа данных Методы обработки л анализа данных

1. Первичные данные -результаты геолого-геофизических измерений Минимизация вшишия негеологических факторов: рельефа местности, геометрии системы наблюдений и т.д. Стандартная обработка данных конкретного геолого-геофизического метода

2. Поля различных геохимических, геологических. геофизических признаков 2.1. Формирование «признакового пространства»: интерполяция в узлы квадратной сети, расчет в скользящих окнах характеристик шлей для узлов сети; построение карг Методы интерполяции и разделения полей, расчета их статистик и других характеристик в скользящих окнах, построение карт

2.2. Статистический анализ данных с целью выявления связей и других закономерностей Одномерный, факторный, корреляционно-регрессионный анализ и пр.

2.3. Прогнозирование и выделение локальных геологических объектов (интрузий, структур, тектонических нарушений, зон улучшенных коллекторских свойств, проявлений вторичных геологических процессов и т.п.) и оценка их параметров Распознавание образов, построение карт вероятностей обнаружения целевых объектов, решение «прямых» и «обратных» задач -переход от априорных оценок параметров объектов к апостериорным оценкам

3. Выделенные геологические объекты, формализовано описываемые как картографические - картографические и параметрические данные, полученные в результате интерпретации информации предыдущего уровня обобщения Прогнозирование геосистем: рудных полей, нефтегазовых провинций и полей, месторождений и залежей, площадей, пригодных для строительства крупных сооружений Расчет вторичных картографических признаков для узлов квадратной сети Формализация знаний: выбор способа квантования признаков и для каждой градации оценка вероятностей попадания объектов разных классов Квантование признаков и расчет апостериорных вероятностей для узлов сети. Построение карт вероятностей обнаружения целевых объектов

Например, координата X во всех записях файла данных не обязательно отсчитывается от экватора - она может быть уменьшена на 6000 км или на 5700 км и т.п. Поэтому храпение данных по территории должно быть органи-

зовано так, чтобы в последующие годы всегда можно было отобрать конкретные данные по каждому геофизическому методу (по идентификаторам - именам полей в записях), извлекая их из различных фрагментов (файлов) с одновременным приведением координат всех точек геофизических измерений к единой системе.

Изученность территории:

/ V

РБД

Сейсморазведка -Гравиразведка Магниторазведка "Г еохимия

. ' »v ' 1г4 . / ■: -.с "

Рис. 1. Изученность территории различными геолого-геофизическими методами

Соответственно, невозможно без специальной технологии организовать архивное хранение этих массивов региональной информации, чтобы затем иметь возможность извлекать соответствующие запросу данные с приведением координат всех точек наблюдений к одной системе отсчета. Сложность этой проблемы усугубляется объёмами ежегодно получаемых геофизических данных.

Из проведённого анализа следует вывод: для хранения массовых геолого-геофизических данных требуется специальная технология создания и использования региональных баз данных по обширным территориям: по миллионным листам картографической разграфки, геоструктурным зонам или по площадям, выделяемым из прагматических соображений. Для реализации этой технологии необходимо соответствующее программное обеспечение.

Глава 2. «Технология создания и использования региональных баз геолого-геофизических данных» содержит обоснование второго защищаемого положения: формирование региональных баз данных должно основываться на стандартизации форматов данных, подлежащих хранению, а также на создании поисковых образов файлов, которые в дальнейшем (при создании целевых баз данных) предоставляют возможность отбора информации по месту, по времени, по масштабам работ, по методам исследований с одновре-

мениым пересчетом координат в записях, извлеченных из разных файлов, к единой системе.

Технологии хранения массовых гсолого-геофизичсских данных с целью их последующего комплексного анализа по поисково-разведочным площадям уделялось внимание уже в 80-х годах прошедшего столетия (Ломтадзе В.В. Проблема формирования баз геолого-геофизических данных /В.В.Ломтадзе // Изв. Вузов. Геология и разведка. 1985. № 6). Такая технология, использовавшаяся в объединениях «Иркутскгеофизика» и «Главтюменьгеология», в 90-х годах позволила сохранить массовые геофизические данные по огромным регионам.

В данной работе предпринята попытка дополнительного обоснования, расширения и реализации такой технологии с учетом современных технических возможностей и на основе современного программного обеспечения.

Большое значение при реализации такой технологии имеют понятия локальных методных и целевых баз данных (рис. 2). Из каждой геолого-геофизической партии данные поступают в локальные методные базы данных. Локальные методные базы данных всегда существуют при обработке материалов каждого геофизического метода после завершения полевых работ. Эта обработка, по существу, заключается в цепочке переходов от файлов одних типов к файлам других типов (Ломтадзе, В.В. Программное обеспечение обработки геофизических данных / В.В.Ломтадзе. - Л.: Недра. 1982. 280 с). Типизация данных на этапе их обработки позволяет унифицировать структуры и состав основных файлов для каждого геолого-геофизического метода, а также выбрать те файлы, которые подлежат долговременному хранению в региональных базах. Например, в гравиразведке долговременному хранению подлежат файлы типа А (Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований / В.В. Ломтадзе. - М.: Недра. 1993. 268 е.). В их записях содержатся координаты пунктов X, У, Н, аномальные значения ускорения силы тяжести О А и значения поправки за рельеф ОТ при определенной плотности промежуточного слоя. В сейсморазведке обычно хранят для каждой общей глубинной точки се координаты X, У и значения вертикального времени прохождения волн, отраженных от целевых границ (например, ТА, ТМ2, ТР и т.п.). Кроме временных параметров, могут храниться абсолютные отметки целевых границ, а также кинематические и динамические параметры слоев принятой модели.

Подобная типизация позволяет, во-первых, конкретизировать состав записей в файлах, подлежащих долговременному хранению, а во-вторых, при последующем создании локальных целевых баз данных указывать идентификаторы отбираемых признаков.

Локальные методные базы данных являются источником для формирования региональных (архивных) баз данных. Технология позволяет создавать региональные базы данных:

- по миллионным листам (как на рис. 2),

- по геолого-структурным зонам (таким, например, как Байкальская рифтовая зона),

- по территориям, выделенным с учетом прагматических соображений (площади лицензионного отвода и т.п.)-

Гео-того-геофггжческне партии

Тематические партии и лаборатории, мнимающаесл обобщением информации по площаяш и

прогногиросанигм

Рис. 2. Принципиальная схема создания и использования региональных баз данных

Региональные базы данных, в свою очередь, являются источником информации для создания локальных целевых баз данных. Локальные целевые базы данных создаются для обобщения и анализа геолого-геофизических материалов, накопленных по тем или иным площадям.

Таким образом, рассмотрены понятия локальных методных, локальных целевых и региональных баз данных (РБД). Обозначена проблема стандартизации геофизических данных, включаемых в РБД. Обоснован способ решения этой проблемы на основе типизации хранимых файлов и унификации идентификаторов элементов данных.

Глава 3. «Программное обеспечение создания и использования региональных баз геолого-геофшических данных» содержит обоснование третьего защищаемого положения: разработанное программное обеспечение (ПО) формирования региональных и целевых баз данных позволяет: - включать новые фрагменты данных в РБД,

- создавать по запросам целевые оазы данных с целью их последующего использования для комплексного анализа имеющихся материалов и геологического прогнозирования.

Эффективность разработанного программного обеспечения подтверждается на примере форм1грования и использования РБД для Заярской площади работ на юге Сибирской платформы (глава 4).

Программное обеспечение создания региональных и целевых баз данных было встроено в программный комплекс GIA («Геоинформационный анализ»), В данном комплексе реализованы методы анализа информации второго и третьего уровней обобщения, перечисленные в таблице 1. Разработанное программное обеспечение можно рассматривать как составную часть общего программного обеспечения геолого-геофизических исследований (рис. 3).

Общее программное обеспечение способствует интеграции данных различных геофизических методов и содержит программы:

■ оперирования данными,

■ создания региональных и целевых баз данных,

■ анализа полей, их интерполяции,

■ построения карт с нанесением на них картографических объектов,

■ многомерного (и одномерного) статистического анализа данных и прогнозирования целевых геологических объектов.

Рис. 3. Взаимодействие общего программного обеспечения геолого-геофизических исследований (1) и методо-ориентированных систем программ (2, 3, 4...)

Программное обеспечение конкретного геолого-геофизического метода можно рассматривать как сумму специального программного аппарата этого метода и общего программного обеспечения геолого-геофизических исследований. При этом в конкретный граф обработки данных могут включаться в любой логически оправданной последовательности как программы из методо-ориентированных систем программ, так и программы общего назначения. Таким образом, единство среды и разветвленное общее программное обеспечение геолого-геофизических исследований позволяет создавать интегрированное программное обеспечение хранения, поиска, обработки и анализа массовых геоданных. В работе рассматриваются только программные средства, разработанные для автоматизации создания региональных и целевых баз данных.

Каждый файл, поступающий в РБД, записывается na один из томов региональной базы данных и получает новое имя. Имя файла, добавленного в РБД, позволяет определить, к какой базе данных он относится и в каком году создан. Остальные характеристики файла (поисковые признаки, ключи к координатам, наименование тома, в котором хранится файл, и т.п.) указываются в его поисковом образе. Поэтому при разработке программного обеспечения региональных баз данных были созданы две программы (событийные процедуры). Одна из них облегчает добавление новых поисковых образов в файл поисковых образов выбранной РБД, а вторая служит для формирования целевых баз данных по запросам.

Включение файла локальной методной базы данных в РБД сводится к созданию его поискового образа, а также к передаче самого файла. Такая передача заключается в импорте файла из форматов локальной базы и его записи на один из томов соответствующей РБД, например, на том Р4801, Р4802 и т.п. Технически том может быть представлен диском DVD. При включении файла в региональную базу данных ему дается новое имя, например, Р4805003 - данные, относящиеся к листу Р48 (образно говоря, стеллаж для размещения новой книга), полученные в 2005 году (полка) и помеченные номером 003 (номер книги на полке). Назначение такого подхода - сохранить информацию, полученную в течение года геологическими и геофизическими партиями, работавшими в пределах данного листа масштаба 1:1000000. Каждая база данных при таком подходе имеет имя, состоящее из трех символов: Р48, BRZ и т.п.

Одновременно с включением файла в РБД в файл поисковых образов (в нашем примере в файл P48.RBD) добавляется поисковый образ нового файла - по аналогии с карточкой, заполняемой при поступлении новой книги в библиотеку. Диалоговое окно для создания поискового образа файла показано на рис. 4.

При формировании поискового образа файла указываются его основные характеристики:

■ Имя файла в РБД-NOF;

■ Серийный номер тома - VSN;

■ Номер редакции файла - NF (зарезервированное поле);

■ Обозначение вида сети - GRID (1 - произвольная неупорядоченная, 3 -прямоугольная и т.п.);

■ «Ключи» к координатам в записях файла: М, СХ, CY;

■ Граничные координаты площади, к которой относятся данные файла: XI, Х2, Yl, Y2;

■ Признак актуальности данных: А>0, если файл не устарел (если база данных не по миллионному листу, то А = СМ, где СМ - центральный меридиан зоны);

" Дескрипторы, например, D=200,11100 - данные структурной электроразведки (11100) масштаба 1:200000 (200).

*} • ПОчг&ае* 0«й> Справа:

Со «<>*> 'М*.* '■) {ОДЗД ф«ЙАЗ {И; 4 .^Шр^й^.б^Адни»« ► И:

_Тйщпй

Созазгь >ю II'и; поит г t-.il> '►Йьзбс • ИДЗНМьМ .

Прйдолж«гь

'. УЗД

; НГ ОЙО

м

Г7,

!

"Ш ш

Нмл Г?рмм$р РШЗШ2 • бззва»««« г^а юней «мйвз СоДОЪ^ мер 0У0 СВитл напри-««-.

рт

Петр РШкш <РФ№

Вэд сет« 0 • «УЙфа. 1 ■ прОчаэ., 2 полисы СК. Згрям-^г

М«шг. т$ й.^пгр^Шйг,

ДмадаСй'йй^ОИ«

41

ппоадзм, дакнь» го

........ »юмдой содрртагоя $

' "ж Ш.М 0?

Признак, флймкхтн учда* если

А*-2

Рис. 4. Диалоговое окно для формирования поискового образа файла РБД

фай.- Даи-к» " Уъ(же й»гяа Сершь . Н 4 бллчзаине^х ► Н

Петое г-ыи?

РВйЮ ЗтгФъшш-

Продолжить

| ■ N8

бэзаданиык

ЕЙ;

Дясзшвад спя тоьй

ВМ1 №Т2 ГЖ

к щ— Р Щтш _ -----

М ~ 'о - 'М . С'Ш®

щ

0А11.0АТ2 офжичтмйпжрйорзай^ь'кто ?«мм С-:. "V ■ няод «ими к ищи»"''" И ум^**»-"'? • и? &тес«« -

Цеоамя ► оо&симугзми мри»* шзу тъ

О^К' • .-«{»»ыс попади ЦИИф • 2)

С1 Ши-гар: (ЗСФЗЛ^Х&Щ М,А2 сраные маедм«

• ?♦ ¡ПрНМф:

Рис. 5. Диалоговое окно для формирования целевой базы данных

Файл поисковых образов в дальнейшем позволяет отобрать из РБД все файлы определенного содержания, имеющие определенную привязку по мес-

ту и времени. При создании целевой базы данных вид диалогового окна изменится (рис. 5).

В этом окне выбираются или задаются:

- контур целевой площади;

- ограничения на виды сетей (GRID);

- дескрипторы D, определяющие в основном геолого-геофизические методы и масштабы исследований;

- идентификаторы отбираемых признаков (Р);

- новые «ключи» к координатам (СХ, CY). При создании целевой базы данных:

1) «Просматриваются» поисковые образы файлов, относящихся к данной РБД. Поисковые образы, соответствующие запросу, отбираются.

2) Выполняется «просмотр» самих файлов региональной базы. Координаты в каждой записи файла РБД пересчитываются к единой системе координат с учетом новых «ключей» СХ, CY. Затем точка, соответствующая записи, проверяется на попадание в пределы целевой площади. Из отобранных записей берутся координаты и указанные в запросе элементы данных (признаки-поля).

Так формируется файл целевой базы данных по одному геолого-геофизическому методу. Для формирования файлов целевой базы данных по нескольким геолого-геофизическим методам необходимо несколько раз воспользоваться соответствующим диалоговым окном (рис. 5).

При этом координаты в записях, извлеченных из разных файлов РБД, будут приведены к единой системе координат.

Созданная целевая база данных используется для анализа полей (данные второго уровня обобщения в таблице 1), а затем, после выделения картографических объектов, являющихся факторами прогноза (данные третьего уровня обобщения), для прогнозирования целевых геологических объектов на основе формализации знаний (Марченко, В.В. Человеко-машинные методы геологического прогнозирования / В.В. Марченко. - М.: Недра. 1988. 232 с; Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований /В.В. Ломтадзе. - М.: Недра. 1993. 268 е.).

Для анализа данных второго уровня обобщения в программный комплекс GIA включены некоторые эффективные методы интерполяции и разделения полей, формирования признакового пространства путем расчета статистик в скользящих окнах для узлов сети, а также программные средства статистического анализа данных. Большая часть этих методов основывается на интеллектуальных алгоритмах, в которых предусматривается автоматический учет неравномерности сети наблюдений, анизотропии поля и т.п. Кроме этих методов, существуют другие эффективные методы анализа полей, которые помогают выделять те геологические объекты, которые могут быть использованы как факторы прогноза месторождений. Так, большой интерес представляют разработки A.A. Никитина, A.B. Петрова, А.Ю. Давыденко, А.Б, Лома-

кипа, E.H. Черемшиной, В.Н. Добрынина, Ю.А. Воронина и других исследователей.

Таким образом, технология формирования региональных баз данных и включение в GIA программных модулей для создания и использования РБД позволяет объединить в одном программном комплексе технологии создания региональных и целевых баз и их последующего использования для решения прогнозных задач. Программное обеспечение позволило решить две задачи:

1. Автоматизировать создание поисковых образов файлов, включаемых в региональную базу данных;

2. Формировать практически моментально целевые базы данных с отбором данных из региональной базы в соответствии с поисковым предписанием.

Поисковое предписание может содержать привязку данных но месту (попадание точек геофизических наблюдений в заданный контур), по годам проведения работ, по геофизическим методам, по масштабам работ и по идентификаторам элементов данных. Данные, отбираемые из различных файлов, автоматически приводятся к единой системе координат, т.к. «ключи» к координатам содержатся в файле поисковых образов региональной базы данных. Этот файл хранится отдельно от массовых геофизических данных по территории.

В главе 4. «Формирование региональной базы данных по Заярской площади н её использование для геологического прогнозирования» рассматривается методика применения технологии создания и использования региональных баз данных.

Благоприятные структурно-тектонические условия, наличие Братского газоконденсатного месторождения, крупных валообразных поднятий, хорошие коллекторские свойства, значительные толщины коллекторов, промышленные и непромышленные притоки газа, конденсата и нефти, сделали изучаемую территорию перспективной в нефтегазоносном отношении и чрезвычайно интересной для новых геолого-геофизических исследований на более высоком технологическом и методическом уровне. Данные, полученные в результате поисково-разведочных работ в последние годы, а также данные многолетних исследований, выполненных в предшествующие годы, и были введены в региональную базу данных по Заярской площади.

На рис. 6 приведена схема изученности Заярской площади сейсморазведкой. Похожая ситуация возникает и с покрытием площади другими методами. При включении файлов в региональную базу данных по Заярской площади им давалось новое имя, например, ZRP08001 - фрагмент данных, относящийся к Заярской площади, полученный в 2008 году и помеченный номером 001. Одновременно с включением файла в РБД в файл поисковых образов (ZRP.RBD) добавлялся поисковый образ нового файла.

Сведения о файлах, включённых в РБД по Заярской площади, приведены в таблице 2. Все данные условно отнесены к 2008 г., хотя перечисленные в таблице файлы содержат результаты многолетних исследований.

с1? , т Хл ...

I Я :: 'V... я

I .!

~м $

¿г м ч V.

ърщ

УСЛОВШЕ ОБОЗНАЧЕНА ПЭДЮВ№ С<ЙСЩШШ'ЧЖХ такЙ /\/ 'Рзщю&яя ,'"■../ Ирееюаай Срн №5£|/$! -92 (24 / \/ -К'ураймсра «йп'/ЗД*'} (Л щ) ■/ \/ Шщ&ша срп кр.)

./' - у./ Б ерянейзсйлкадл ф» (13.54 хр.)

/ \/ Кочяягс&в. Ej.it МЯМОДр 2,24,4?'|ф.) /\/ ЯяттяШэвя оря лр)

/ Ч/ Кгж<ма«х>;рп С} щ.)

/\/ СыттФа-^а &5ЙШ5 О 2.24 щ) /V' -ТйШ» сш-Щ№ШтГ7-79 ,-" \/ Прг$«яи МОГГ ¿Щ№& влли^дей С'кьажиш!» I отбскб1£>6та сияя

Рис. 6. Схема изученности площади исследований сейсморазведкой МОП

Таблща 2

Файлы, включенные в РБДпо Заярскои ¡пощади (номер пюма — ТКРО!)

Имя файла Содержание файла Вид сети Дескрипторы Ключи к координатам Идентификаторы Исходное имя файла

СХ CY

2ЛШ)8001 /1т)8002 Аэромагпитораз-ведка 1 14200, 200 6200 400 X, Y, DT с1г И

Гравиразведка 1 12200, 200 6200 400 X, Y, GA ga.1T

211Р08003 Абсолютные отметки целевых границ по скважинам 1 10100, 200 0 0 AREA, N, X,Y, HN1. HN4, НК2, HU, НА, НМ2. HF

г!Ш)8004 Интервальные скорости между целевыми границами по скважинам 1 10100, 200 0 0 AREA, N. X,Y, N1N4, N4K2, K2U, UA AM2, M2F Ы_п1-£11'

гШЮ8005 Сейсморазведка: абсолютные отметки целевых границ от>П до фундамента 1 11120, 200 0 0 CDP, X, Y, HN1, HN4, HK2. HA, HM2, HF Ьп l-f.lt"

2ИР08006 Эффективные скорости до целевых границ 1 11130, 200 0 0 CDP, X. Y. VA, VM2, VK2, VF, VN4 у_п4-Ш

2ИР08007 Динамические параметры: амплитуды по горизонту А и терригенным горизонтам К и Р, основная частота в интервале М2-Р, импеданс в этом же интервале 1 11150. 200 0 0 CDP, X, Y, AA AK, AP, FM2F, IM2F а а-¡т2ПГ

¿ЯР08008 Сейсморазведка: вертикальные времена до целевых границ А, М2, ? 1 11110, 200 0 0 CDP, X, Y, TF, TM2, ТА 11"т2а.1Т

гЯР08009 Сейсморазведка: вертикальные времена до целевых границ N1, N4, К2 1 11110, 200 0 0 CDP, X, Y, TNI, TK2, TN4 Й11к2п4.1 {

Данные по аэромагниторазведке и гравиразведке включены с координатами в каждой точке (сеть вида 1), хотя фактически это данные по квадратной

сети, полученные интерполяцией, т.е. сглаженные и, соответственно искаженные, по сравнению с результатами измерений в исходных точках.

Результаты измерений в точках аэромаршрутов и гравиметровых рейсов получил, не удалось, и это ещё раз подтверждает необходимость формирования региональных баз данных.

Абсолютные отметки целевых границ и интервальные скорости по скважинам приведены с указанием идентификатора площади (ЕЖТ - Братская, - Заярская и т.п.), номера и координат скважины.

Данные сейсморазведки в файлах 2ИР08007 (динамические параметры), ZRP08008, гКР08009 (вертикальные времена до целевых границ) приведены для всех профилей Заярской площади, а абсолютные отметки целевых границ в файле 7,Р_Р08005 и эффективные скорости до целевых границ в файле гПРОБООб приведены по 60 профилям, дтя которых выполнялась кинематическая интерпретация по сейсмограммам ОГТ.

Координаты во всех файлах заданы в километрах: X отсчитывается от экватора на север, У - от осевого меридиана 105° на восток (плюс 500 км). Ключи СХ, СУ означают величины, на которые координаты были уменьшены в исходных файлах локальной методной базы данных. Имена этих файлов приведены в последнем столбце таблицы. Ключи к координатам позволяют в момент создания целевой базы данных пересчитать координаты в записях всех файлов к единой системе координат - это пояснялось в главе 3.

Таблица 3

Дескрипторы для обозначения геолого-геофизических методов

Геология 10000

Геология нефти и газа 10100

Сейсморазведка 11000

Методом отраженных волн 11100

Времена до отражающих границ 11110

Глубины или амплитуды отражающих границ 11120

Скоростные зависимости 11130

Времена до отражающих границ скорости 11140

Динамические параметры волнового поля 11150

Скважинная сейсморазведка 11400

Гравиразведка 12000

Наблюденные значения силы тяжести 12100

Аномальные значения силы тяжести 12200

Магниторазведка 14000

| Наземная 14100

| Аэро 14200

Дескрипторы в поисковых образах файлов характеризуют масштаб (200 - масштаб 1:200000) и методы исследований (табл. 3). В полном объёме тезаурус для индексирования файлов, включаемых в региональные базы дан-

ных, приведен в монографии В.В. Ломтадзе. Файл поисковых образов в дальнейшем позволяет отобрать из РБД все файлы определенного содержания, имеющие определенную привязку по месту и времени.

Созданная РБД по Заярской площади была использована для формирования целевой базы данных, предназначенной для прогнозирования залежей углеводородов.

Вероятностный прогноз по данным сейсморазведки [амплитудные аномалии],

Рис. 7. Прогнозирование перспективных участков на основе формализации знаний о картографических объектах, выделенных но результатам интерпретации геологической и геофизической информации

В результате анализа полей и интерпретации геолош-геофизических данных были выделены следующие картографические объекты:

■ АО - амплитудные аномалии по результатам динамической интерпретации сейсмических трасс во временном интервале, соответствующем Парфёновскому горизонту;

* ОС - геохимические аномалии, перспективные на углеводороды;

■ 2Т1 - глубинные разломы (Окино-Катанпжий, Тангуйский, Илимский, Ка йманово -Ку тский);

" ХБВ - аномалии проводимости по данным ЗСБ.

Перечисленные картографические объекты видны на рис. 7, а вариант формализации знаний об отношениях «соседства-вложенности» приведён в таблице на рис. 8.

В последней из таблиц формализуются отношения соседства-вложенности. Например, отрицательные значения признака АО (попадание в градацию 1) означают, что соответствующий узел сети попал в пределы контура амплитудной аномалии - это отношение вложенности. Попадание в градацию 2 - отношение соседства. Эта градация для признаков АГ>, вС и ZSB введена для фиксации перехода от явной аномалии к нормальному полю. Для признака ZR первые две градации соответствуют зонам непосредственного и косвенного влияния глубинного разлома в отношении формирования условий генерации углеводородов. Если рассматривать также непротяжённые разломы, прослеживаемые в основном в осадочном чехле, то их роль, вероятно, заключается в том, что они ухудшают условия концентрации и сохранности залежей углеводородов.

-гЛщ; ■ £?■», МЦ ШЁ НЦ вязш т НА

Ооъекг/Фзйл ЗР ] Пртнэг | Градация | Кон_знэч_грЗд *| Оерлпя_ _кп_г I Вер_дпя_кг)_2 (|

А0 № 1 -1000.00, о.во 0.50 сиси

АО АО ..............г ...................ово «.во........ 0.30 0.20|

АО АО 3 1000.00: ого 0.70!

ОС сс % -1000.00 ООО 0.50 0 ш

се ее 2: 0 00: 10 00 030; "¡ш[

ее ас % 10 00: юоо.во; 0 20 о.7о:

гя гя "ч 0№ 15.00; 0.50 О.ю]

; т т {................. гГ 15 00: 40.00 0 30 0.20[

ж гк 3; .................. 40 00 •ООО оэ 0.20 070'

2ЯВ /58 -1869.88! 9.90 0 50 о.«:

гш " 230 г ........................_ О ОО 10 00; в За 0 20|

т гзв| 23В 3 10 00 1000.00 0 20 0.70]

1 Загшь: (ШИП"" ■уг ШНЕЗ ® 12

Рис. 8. Формализация знаний о картографических объектах

Формализация экспертных знаний представлена в таблице (см. рис.8) в виде условных вероятностей. Это субъективные оценки вероятностей попадания в выбранные градации значений признаков как для узлов сети, принадлежащих залежам, так и для узлов, принадлежащих непродуктивным участкам. На основе этих оценок для каждого узла сети вычисляются апостериор-

ные вероятности обнаружения залежи. Абсолютная величина этих вероятностей зависит ещё (хотя и незначительно) от априорной вероятности, которая также используется в формуле Байеса.

При получении карты, приведённой на рис. 7, была задана априорная вероятность 0.2. Если это значение уменьшить, то значения изолиний на карте также несколько уменьшаться, но при этом выделение наиболее перспективных участков практически не претерпит изменений.

На приведённой прогнозной карте можно выделить три перспективных участка: один из них расположен немного севернее параллели 56°40', а два других - немного южнее. Здесь необходимо отметить, что если изменить знания, формализованные в таблице на рис. 8, опираясь на мнение других специалистов, то, естественно, получим другой вариант прогноза. По мере расширения разведочных работ также потребуются корректировки условных вероятностей (формализованных знаний), и это приведет к перестройке всей карты, а не к изменению ее только в местах несовпадений. Другими словами, вместе с расширением разведочных работ будет совершенствоваться прогноз, уточняться набор используемых признаков и количественная оценка роли каждого из них.

Системно-модельный подход направлен на то, чтобы понять явление в принципе, раскрыть закономерности. Этот подход в совокупности с использованием региональных баз геофизических данных должен играть важную роль в следующих аспектах:

■ организационном - возможность объединить усилия исследователей разных специализаций,

■ технологическом - возможность комплексного использования для прогнозирования многометодной разнотипной информации, в том числе и хранимой в виде карт,

■ геологическом - возможность имитационного моделирования различных гипотез.

Приведённый пример формирования и последующего использования РБД для Заярской площади работ на юге Сибирской платформы иллюстрирует эффективность предложенной технологии создания и использования региональных баз данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе классификации геолого-геофизической информации по уровням обобщения рассмотрена проблема хранения массовых геофизических данных. Предпринята новая попытка обоснования технологии формирования и последующего использования региональных баз геофизических данных.

Разработано и успешно прошло испытания современное программное обеспечение создания региональных и целевых баз данных.

Практическая значимость реализованной технологии проиллюстрирована на реальном примере формирования региональной базы данных, а также

создания целевой базы данных, использованной для решения задачи прогнозирования залежей углеводородов.

Программное обеспечение формирования региональных (архивных) баз геофизических данных и создания из них целевых баз данных было использовано в ГИЦ ФГУНЦПГП «Иркутскгеофизика» в 2009-2010 гг. для формирования региональной базы геофизических данных по Заярской площади и прилегающим к ней территориям (в соответствии с договором №15/12 о научно-техническом сотрудничестве). Эффективность созданного программного обеспечения подтверждена актом его внедрения.

Представленные в диссертации материалы используются в учебном процессе по курсу «Информационные технологии» для студентов специальности ГИС, по курсу «ГИС-технологии в геологических науках» для студентов специальности РГ Иркутского государственного техш!ческого университета (ИрГТУ).

Сппсок публикаций автора по теме диссертации

В реферируемых журналах, рекомендованных списком перечни ВАК РФ:

1. Ломтадзе В.В. Идеология и технология создания и использования региональных баз геолого-геофизических данных / В.В. Ломтадзе, A.B. Королёва//Геоинформатика. 2009. № 1. С. 52-56.

2. Королёва A.B. К вопросу о проблеме создания баз геолого-геофизических данных / A.B. Королёва // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской Академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2009. № 2(35). С. 146-151.

3. Королёва A.B. Программное обеспечение для организация хранения массовых геофизических данных / A.B. Королёва // Вестник ИрГТУ. 2010. №2(42). С. 11-15.

В научных рецензируемых изданиях и сборниках трудов:

4. Ломтадзе В.В. Перспективы и пути создания информационных систем с возможностью удаленной обработки геолого-геофизических данных / В.В. Ломтадзе, Л.П. Шишкина, A.B. Королёва // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных и электрических полей: Материалы 35-й сессии Междунар. семинара им. Д.Г. Успенского Ухта, 29 января - 3 февраля 2008г. -Сыктывкар: УГТУ. 2007. С. 136-138.

5. Ломтадзе В.В.Технология создания и использования региональных баз геолого-геофизических данных / В.В. Ломтадзе, Л.П. Шишкина, A.B. Королёва // Современные информационные технологии для научных исследований: Материалы Всерос. конф. Магадан, 20-24 апреля 2008 г. - Магадан: СВРЩ ДВО РАН. 2008. С. 62-64.

6. Ломтадзе В.В. Идеология и технология анализа данных при геолого-геофизических исследованиях данных / В.В. Ломтадзе, Е.Ф. Воропаева,

O.B. Дударева, A.B. Королёва // Современные информационные технологии для научных исследований: Материалы Всерос. конф. Магадан, 20-24 апреля 2008 г. - Магадан: СВНЦ ДВО РАН. 2008. С. 179- 181.

7. Ломтадзе В.В. Проблема хранения массовых геолого-геофизических данных / В.В. Ломтадзе, A.B. Королёва // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 36-й сессии Междунар. семинара им. Д.Г. Успенского. Казань, 26-31 января 2009 г. - Казань: КГУ. 2009. С. 195-198.

8. Королёва A.B. Региональные базы геолого-геофизических данных как составная часть геоинформационных систем / A.B. Королёва // Винеров-ские чтения: Материалы 3-й Всерос. конф. [электронный ресурс] Иркутск, 1112 марта 2009 г. - Иркутск: ИрГТУ. 2009.

9. Королёва A.B. Региональные базы данных для хранения и анализа геолого-геофизических данных / A.B. Королёва II Технико-экономические проблемы развития регионов: Материалы науч.-практ. конф. с Междунар. участием. Вып. 5. Иркутск, 13-15 марта 2009 г. - Иркутск: ИрГТУ. 2009. С. 18-24.

10. Ломтадзе В.В. О единстве проблем формирования региональных баз геофизических данных и эффективности прогнозирования целевых геологических объектов / В.В. Ломтадзе, Л.П. Шишкина, A.B. Королёва// Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 37-й сессии Междунар. семинара им. Д.Г. Успенского. Москва, 25-29 января 2010 года - М.: ИФЗ РАН. 2010. С. 232-237.

П.Королёва A.B. Формирование региональных баз геофизических данных. / A.B. Королёва //Технико-экономические проблемы развития регионов: Материалы науч. -практ. конф. с междунар. участием, посвящ. 80-летию Иркут. гос. техн. ун. Вып. 6. Иркутск, 17-18 марта 2010 г. - Иркутск: ИрГТУ. 2010. С. 49-56.

/ s

Подписано в печать 29.11.2010. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 130 экз. Зак. 173. Поз. плана 56н.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83