Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Компьютерная технология обработки и интерпретации потенциальных полей в геолого-прогнозных исследованиях

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Компьютерная технология обработки и интерпретации потенциальных полей в геолого-прогнозных исследованиях"

МИНИСТЕРСТВО ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Всероссийский научно-исследовательский институт геологических, геофизических и геохимических геосистем (ВНИИГеосистем)

На правах рукописи

ГАЛУЕВ Владимир Иванович

КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ В ГЕОЛОГО-ПРОГНОЗНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Специальность: 04.00.12. - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1992 г.

Работа выполнена в Всероссийском научно-исследовательском

институте геологических, геофизических и геохимических геосистем

(ВНИИГеосистем) Министерства экологии и природных ресурсов Российской федерации

Научный руководитель:

ВАБанюшин (ВНИИГеосистем, г.Москва)

Ведущая организация - ВИМС (г.Москва).

Защита состоится " " З-с-с/сСс^? 199г. в часов на

заседании Специализированного совета Д071.10.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте геологических, геофизических и геохимических геосистем, пМосква, 113105, Варшавское шоссе, д.8, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГеосистем.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

Черемисина Евгения Наумовна, доктор технических наук, (ВНИИГеосистем, г.Москва)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор АА.Никитин, (МГРИ, г.Москва)

доктор технических наук

Специализированного совета

В.СЛебедсв

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

утчций

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач общественного

производства является повышение эффективности геологоразведочных работ. Современный этап научно-технического прогресса в геологии характеризуется внедрением математических методов и средств вычислительной техники. Повышение эффективности геологоразведочных работ связывают с необходимостью использования новейших достижений в области автоматизации процессов интегрированной обработки и комплексного анализа геоинформации.

В настоящее время в отрасли создан и функционирует целый ряд автоматизированных систем. В связи с переходом на персональную компьютерную технику возникает задача переноса всего богатства программного обеспечения в новую среду. Персональные компьютеры, придя на рабочее место специалиста, вовлекают в процесс непосредственного общения с ЭВМ широкие слои непрограммистов и нематематиков, что требует новых подходов в организации общения пользователя с программами. Вследствие этого создание компьютерной технологии, сочетающей накопленный опыт с ориентацией на специалиста-геофизика, является актуальной задачей автоматизации геолого-геофизических исследований.

Исследования проводились в рамках общесоюзной научно-технической программы на 1986-1990 гг. 0.80.03 "Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования и автоматизированные системы научных исследований в народном хозяйстве", утвержденной постановлением ГКНТ СССР и АН СССР N537/137 от 10.11.85 г.

Целью работы является создание компьютерной технологии обработки и интерпретации геолого-геофизических данных на основе опыта, накопленного в отрасли; создание прикладного и специального обеспечения для конструирования этих технологий, обеспечивающих решение конкретных геолого-геофизических задач; разработка методического обеспечения выбора способа решения основных задач геолого-геофизических исследований.

Основные задачи работы.

1.0бобщение накопленного опыта применения математических методов и автоматизированных систем в геологии, определение путей

повышения надежности геолого-геофизических выводов с помощью автоматизированных систем.

2,Определение основных функций программной системы обработки и анализа геолого-геофизических данных.

3.Создание математического обеспечения системы.

4.Разработка интерактивной среды системы, реализующей выбор способов решения формализованных задач и типовую обработку данных.

5Лрименение компьютерной технологии при решении практических

задач.

Научная новизна.

1.Впервые с единых системных позиций реализована схема сведения геолого-геофизических задач к формальным операциям и к классам алгоритмов, обеспечивающих их выполнение.

2,Обобщены методики обработки геофизических данных для целей эффективного создания программного и технологического обеспечения компьютерных технологий в геолого-геофизических исследованиях.

3.Разработана интерактивная система обработки и интерпретации геофизических полей, обеспечивающая графический диалог при управлении процессом решения геолого-геофизических задач.

4 .Разработана технология создания программной системы, обеспечивающая эффективную реализацию задач геолого-геофизических исследований.

Основные защищаемые положения.

1.Методика сведения геолого-геофизических задач к последовательности типовых операций и алгоритмов их решения является основой создания компьютерных технологий в геолого-прогнозных исследованиях.

2.Программная система обработки и интерпретации потенциальных полей, созданная на единой информационной и технологической основе, является базой для эффективной реализации автоматизированных рабочих мест специалистов геологов и геофизиков.

3.Разработанная интерактивная технология обработки и интерпретации потенциальных полей обеспечивает выбор способов решения формализованных задач и типовую обработку данных.

4 Алгоритм иерархической классификации для

слабоструктурированного признакового пространства позволяет

производить классификацию при отсутствии априорных предположений о пороговых значениях свойств.

. Реализация и апробация работы.

Приведенные в диссертации разработки внедрены в ВИМСе, ПГО "Уралгеология", Геофизической экспедиции ПГО "Приморгеология".

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных конференциях "Проблемы прогноза, поисков и разведки месторождений неметаллических полезных ископаемых" (г.Казань, 1986), "Информатизация геологоразведочной, добывающих и металлургических отраслей народного хозяйства" (г.Суздаль, 1991); семинаре "Применение математических методов и ЭВМ при обработке информации на геологоразведочных работах" (г.Свердловск, 1985); Международном геологическом конгрессе (г.Киев, 1991).

Публикаиии и личный вклад в решение проблемы.

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором.

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных

работ.

Основные теоретические и технологические результаты получены непосредственно автором. Им разработан алгоритм и программа иерархической кластеризации, определены основные функции, реализованные в программной системе, структура пользовательского интерфейса, обобщены методики обработки потенциальных полей и на этой основе реализация интерактивной системы обработки и интерпретации геолого-геофизических данных выполнена совместно с старшим научным сотрудником Ю-А.Гусевым и научным сотрудником Н.Н.Пимановой.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 117 страниц машинописного текста. Список литературы включает 65 наименований.

Диссертация выполнена под научным руководством д.т.н. Е.Н.Черемисиной, которой автор выражает глубокую благодарность, а также искренне благодарит к.т.н. В.НДобрынина за неоднократное участие в обсуждении данной работы и полезные советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Автоматизированные системы обработки геолого-геофизической информации (опыт применения и перспективное развитие).

В организациях отрасли накоплен большой опыт по разработке и использованию автоматизированных систем. В данной главе рассмотрены 16 автоматизированных систем, созданных и использующихся в настоящее время в геологической отрасли.

Показано, что АС и пакеты прикладных программ охватывают широкий круг проблем: долгосрочное хранение и поиск данных, первичную обработку и интерпретацию различных геофизических методов, а также решение задач анализа данных и прогнозирования геологических объектов. При анализе систем особое внимание уделено постановкам содержательных задач и этапам их решения, а также особенностям математического обеспечения.

В результате анализа были сделаны следующие выводы:

1.Программное обеспечение, накопленное в отрасли, позволяет решать широкий круг проблем ввода, хранения, обработки и анализа геофизических данных на современном уровне. Вычислительные комплексы реализованы, главным образом, на вычислительной технике типа ЕС или СМ. Программные системы, ориентированные на персональную технику, и настоящий момент находятся в стадии разработки.

2.В большинстве систем средства общения пользователя с ЭВМ направлены на автоматизацию ввода параметров отдельных программ. Известны также подходы к разработке интерфейсов более высокого уровня-уровня решения типовых задач обработки данных (Беляшев Д.Н.). Однако, выделение и типизация методик решения задач геофизических исследований весьма трудоемки, т.к. ряд авторов отмечает, что практически не бывает двух идентичных заданий, поскольку графы обработки массовых геофизических данных чрезвычайно разнообразны.

3.Сегодняшнее состояние программного обеспечения в геофизике характеризуется недоступностью основного объема существующих прикладных информационных систем для других коллективов пользователей. Основными факторами, определяющими эту недоступность, являются следующие:

-технологический (или технический) фактор обусловлен привязкой разработок к конкретным ЭВМ, ОС, СУБД, следствием чего является

невозможность использования на другом вычислительном комплексе множества программ и данных без адаптации;

-лингвистико-семантический фактор - есть следствие привязки средств общения прикладных систем с пользователем к конкретным коллективам разработчиков. Он находит свое выражение в многообразии средств общения, их терминологического базиса и документирования, обуславливая практическую невозможность ориентироваться во множестве программ и данных;

-организационный фактор - возникает вследствие отсутствия учета затрат на разработку и использование прикладных систем, что препятствует возможности оценки труда их создателей и пользователей.

Анализ существующих в отрасли программно-технологических разработок показал, что при создании автоматизированной системы (АС) обработки и анализа геолого-геофизических данных на персональных компьютерах необходимо, во-первых, максимально использовать весь накопленный опыт в плане прикладного математического обеспечения, приведя его к единой информационной базе; во-вторых, создать средства общения с пользователем на языке предметной области (т.е. разработать предметно-ориетированную АС). Созданная система должна иметь возможность вычленения из нее отдельных блоков (с целью конструирования технологий решения конкретных практических задач) и пополнения программного обеспечения.

Таким образом, современная автоматизированная система обработки и анализа геолого-геофизической информации должна быть информационной системой класса "человек-машина".

Система должна обладать мощной, развитой и свободной для пополнения вычислительной частью, общим общесистемным обеспечением и развитыми языковыми средствами (языки пользователя, языки манипулирования данными, формирования массивов, языки обработки, отображения данных и т.п.). Кроме того, система должна иметь достаточно мощные средства контроля и проверки данных, контроля за ходом вычислительных процессов, контроля работы общесистемного обеспечения.

Первым этапом на пути построения системы, отвечающей этим требованиям, естественно, должен быть этап решения общесистемных вопросов и вопросов организации информационного обеспечения системы. Их решение заключается в выработке единых системных соглашений о логической организации массивов данных, в регламентации способов

кодирования имен файлов, в регламентации организации файлов для различных видов данных и сетей наблюдений, способов организации рабочих файлов; в регламентации систем оперирования данными, способов информационной связности обрабатывающих подсистем, способов управления заданиями по решению информационных и вычислительных задач; в решении вопросов динамического распределения ресурсов ЭВМ.

Второй этап конструирования системы связан с решением вопросов общения пользователя с системой, т.е. созданием различных языковых средств.

И, наконец, третий этап конструирования системы заключается в создании достаточно мощного прикладного математического обеспечения системы. Как показывает анализ рассматриваемых выше систем, это математическое обеспечение должно обеспечивать решение достаточно широкого круга содержательных геолого-геофизических задач и, кроме того, отвечать таким требованиям, как вычислительная устойчивость, возможность прерывания и восстановления вычислительного процесса, экономичность в смысле затрат машинного времени, простоты подготовки данных, адекватности математических моделей реальным постановкам содержательных задач и тл.

Глава 2. Теоретические аспекты разработки автоматизированной технологии обработки и интерпретации геолого-геофизических данных.

Основные направления исследований в данной главе связаны с анализом методических и теоретических основ решения геолого-геофизических задач с целью автоматизации процесса их решения в рамках единой информационной и диалоговой среды.

В качестве объекта автоматизации был рассмотрен процесс решения основных задач геолого-геофизических исследований (изучение глубинного строения территории, картирование и изучение морфологии кровли интрузивных массивов, картирование литсшогических комплексов, выделение тектонических нарушений и т.д.). Каждая из конкретных задач в большинстве случаев сводится к сумме подзадач, которые необходимо решить для достижения цели и во многом решение каждой из них зависит от априорных предположений о моделях среды, поля, а также от опыта специалистов, проводящих исследования.

Большое разнообразие постановок задач не позволяет создать единую методику и построить обобщенную технологическую схему их решения.

Однако, многолетний опыт геофизиков позволил осуществить сведение задач к конечному набору формальных операций (элементарных с точки зрения решения геолого-геофизических задач) и поставить в соответствие ему комплекс алгоритмов. В работе определены основные формальные операции и зафиксированы классы алгоритмов, используемых при их решении. В частности,

-расчет поля от объектов с известными параметрами (прямая задача). Эта операция позволяет для простых и достаточно сложных моделей среды изучать структуру поля как качественно, так и количественно. Существующие методы вычисления геофизических полей реализуют несколько подходов. Их можно подразделить на методы численных квадратур и аппроксимационные методы. Последние в свою очередь делятся на две группы, в которых сложное распределение масс аппроксимируется набором элементарных масс и вычисленное поле аппроксимируется некоторой системой функций с учетом весовых коэффициентов.

-расчет физических и геометрических характеристик объектов по полю (обратная задача). Используя структуру исходного поля и в зависимости от объема априорных данных, а также характера модельных представлений, можно получить информацию с разной степенью детальности об объекте исследования. Методы, реализующие эту процедуру, различаются подходами по преодолению некорректности решения обратной задачи и объемом используемой априорной информации. Их можно подразделить на 5 групп: -методы определения гармонических моментов,

-методы особых точек (в условиях дефицита априорной информации дают общее представление о расположении возмущающих масс),

-методы эквивалентных семейственных решений (дают информацию о положении источников),

-методы характерных точек (дают информацию о телах при определении типа тел),

—методы подбора (обеспечивают построение физико-геологической модели, различаются между собой способами аппроксимации);

-разделение поля на составляющие. Определяющими факторами возможности разделения полезного сигнала и помех является различие их частотных спектров, либо различие в пространственном расположении источников помех и сигнала, либо априорные сведения о помехе или сигнале. Для разделения полей используют два подхода: статистический и детерминированный. Статистические методы решают задачу обнаружения

полезных сигналов на фоне случайных помех с помощью построения специальных статистических характеристик. Детерминированный подход позволяет учитывать специфику полей, состоящую в том, что полезные сигналы являются потенциальными функциями. К нему относятся алгоритмы трансформаций полей, интерполяции и экстраполяции, алгоритмы аппроксимации, решения интегральных уравнений;

-вычисление характеристик полей. Операция реализует возможность описания любой точки земной поверхности в терминах структуры геофизических полей. Основные математические методы, используемые для ее выполнения, включают статистические корреляционно-спектральные и функциональные подходы. При функциональном подходе объект описания рассматривается как вещественная функция одной или двух переменных, для которой необходимо выявление критических точек и ее морфологических особенностей.

-установление зависимостей между характеристиками. Данная операция позволяет оценить тесноту связи характеристик и определить формы, в которых эта связь проявляется. Обеспечивает установление статистических связей между изучаемой геологической характеристикой, заданной эталонными (априорными) геологическими данными, и геофизическим полем или совокупностью полей на некотором эталонном пространстве. Используются корреляционные методы преобразования геофизических полей;

-группирование объектов. Эта операция обеспечивает разбиение геологических объектов на группы наиболее похожих между собой (в многомерном пространстве описывающих их признаков). Операция проводится с целью районирования территории, выделения прогнозных областей. Группирование обычно основано на оптимизации критериев, построенных на мерах сходства, матрицах рассеяния и т.п. В одних методах требуется задание количества групп, на которые разбивается множество исходных объектов, в других - число групп определяется автоматически;

-разделение объектов на классы с целью выявления продуктивных прогнозных территорий, пластов, тел и т.п. проводится на основе методов распознавания образов. Операцию распознавания можно определить как отнесение исходных объектов к одному из классов П., где /е/и/ - множество классов, то есть нужно построить однозначное отображение <р исследуемого множества X в множество классов /. Обычно, классов конечное число и каждый из них задан набором эталонных объектов.

Функция <р строится в виде решающего правила, принимающего на конкретном объекте значение, интерпретируемое как номер класса. В теории распознавания различают два подхода: статистический и детерминистский.

Статистический подход использует статистические гипотезы о функциях распределений объектов в классах и предполагает, что классы могут пересекаться, т.е. каждый объект принадлежит данному классу с некоторой вероятностью. Задача состоит в отыскании решающего правила, минимизирующего ошибку классификации.

Детерминистский подход использует не статистические, а какие-либо другие гипотезы. Обычно, это гипотезы о компактном расположении объектов в признаковом пространстве. Однако, для слабоструктурированного пространства свойств, встречающегося при решении геологических задач, это предположение зачастую не выполняется. Традиционно геологи используют некие априорные знания о пороговых значениях тех или иных свойств, позволяющих производить классификацию. Автором разработан алгоритм иерархической классификации, реализующий аналогичную процедуру при отсутствии априорных знаний о пороговых значениях. Их определение основывается на использовании энтропийной функции;

-ранжирование объектов - с целью упорядочения геологических объектов по некоторому целевому признаку. При этом, в зависимости от шкалы измерения целевого признака, различаются методы множественного регрессионного анализа (для целей количественного прогнозирования) и эвристического прогнозирования (целевое свойство задано в шкале порядка). Во втором случае объекты ранжируются либо по мере сходства с некоторым классом объектов, либо по функции, отражающей априорную гипотезу, например, о редкости и исключительности высокопродуктивных объектов.

Перечисленные формальные операции, в различных объемах и сочетаниях используемые при обработке и интерпретации геофизических данных на всех стадиях геолого-разведочных работ, составили функциональную основу автоматизированной технологии обработки и интерпретации потенциальных полей, определили математическое обеспечение системы.

Анализ и обобщение опыта разработки автоматизированных систем и программного обеспечения в отрасли позволил определить основные направления совершенствования методик и разработки средств общения системы с пользователем, предназначенных для автоматизации процесса

выбора конкретного алгоритма, эффективно реализующего заданную операцию.

Принципы обратной связи определения устойчивых характеристик и оптимизации процесса выполнения операций обеспечивают реализацию интерпретационных функций системы.

С учетом современных тенденций в области геоинформатики в работе зафиксированы необходимые требования к разработке диалоговой среды предметно-ориентированной системы:

1.0риентация предлагаемых методов и средств на конечного пользователя-геофизика, не имеющего специальной квалификации в области использования математических методов и ЭВМ;

2.Реализация интерактивного характера работы при накоплении, ведении, обработке данных и анализе результатов;

3.Включение в систему наряду с традиционным текстовым диалогом, специальных средств для организации графического диалога, в рамках которого геофизик имеет возможность оперировать с наиболее привычной формой представления данных-изображениями;

4Диалоговые средства должны содержать механизмы накопления опыта, состоящие в возможности запоминать действия участников и ситуации, в которых эти действия предпринимались.

Связь "операция-алгоритмы" определила точки управления и структуру диалога пользователя с ЭВМ при решении практических задач геолого-геофизических исследований.

Далее в диссертации определены основные требования и принципы разработки и адаптации математического и информационного обеспечения. Разработаны структуры данных и определены операции над структурами, способы информационной увязки обрабатывающих подсистем, соглашения о логической организации данных и тд.

На основе предлагаемого подхода разработана общая структура программно-технологического обеспечения, которая послужила основой создания автоматизированной технологии обработки и интерпретации геофизических данных в прогнозных исследованиях, реализованных на базе программной системы.

Глава 3. Компьютерная технология обработки и интерпретации потенциальных полей в геьлого-лрогнозных исследованиях.

Данная глава работы посвящена описанию компьютерной технологии обработки и интерпретации потенциальных полей в геолого-прогнозных исследованиях.

Основой для реализации компьютерной технологии является автоматизированная система, состоящая из следующих базовых функций, объединенных в 5 функциональных разделов (рис.1).

Первый раздел "Создание и ведение информационной базы" включает функции ввода текстовой и графической информации с терминалов, дигитайзеров, сканеров. Функциями этого раздела обеспечиваются:

-интерактивное редактирование каталогов и справочников;

-пространственная увязка различных типов данных;

-создание, сохранение, необходимая модификация таблиц "объекты-свойства".

Функции второго раздела обеспечивают все этапы решения геолого-геофизических задач, предоставляя в распоряжение пользователя гибкую систему поиска и извлечения данных по запросам. Были определены следующие основные операции над структурами данных.

Операции над значениями свойств: формирование множества значений свойств, удовлетворяющих условиям совпадения имен, типов и классов объектов и свойств, операции арифметические и логические (в шкалах наименований и порядка).

Операции над объектами: организация множества объектов, удовлетворяющих таким условиям, как список имен свойств совпадает с заданным, список имен объектов совпадает с заданным, список классов свойств совпадает с заданным, список имен свойств совпадает с заданным, а значения свойств удовлетворяют заданным условиям; список имен объектов совпадает с заданным, а значения свойств удовлетворяют заданным условиям.

Формирование таблиц: в TOC с заданным именем включить все имеющиеся объекты по всему списку имен свойств (список содержит все имена свойств для всех объектов множества); в TOC с заданным именем включить все объекты по заданному списку имен свойств или по заданному списку классов свойств, или по заданному списку типов свойств, или по сочетанию этих условий; в TOC с заданным именем включить объекты, имена которых совпадают с заданным списком имен; в TOC с заданным

именем включить объекты по заданному списку имен свойств, для которых значения свойств удовлетворяют условиям.

Поиск и выбор таблиц: вызов TOC по заданному описанию, координатным привязкам, графическому запросу.

Операции над таблицами: сортировка (по заданному списку имен объектов, по заданному списку имен свойств, по заданному списку классов свойств, по сочетанию этих условий, по убыванию отсутствующих значений свойств, по заданному списку типов свойств); пополнение таблиц объектами, элементами, свойствами, значениями свойств, выбор объектов, свойств, частей таблицы по условиям; объединение таблиц по условиям (по заданному списку имен объектов, по заданному списку имен свойств, по заданному списку типов свойств, по заданному списку классов, по их сочетаниям).

Третий раздел содержит функциональное и математическое наполнение системы. Описание программного обеспечения, приведенного в таблице 1, содержит сведения о 8 пакетах прикладных программ, обладающих следующими свойствами:

Мобильность программ (независимость программ от физической среды). Это свойство обеспечено использованием языков программирования высокого уровня.

Мобильность и независимость данных от обрабатывающих программ. Для обеспечения этого свойства в систему включен пакет программ "Архивная служба TOC.

Простота в проведении модификации программ и модулей пакетов. Это свойство обеспечено технологией производства программ (введены паспорта, зафиксирована внутренняя организация программ и подпрограмм).

Параметрическая универсальность. Это свойство интерпретировано как обеспечение возможности использования прикладных программ при различных объемах оперативной памяти ЭВМ. Оно реализовано организацией страничного обмена, страничной обработкой данных, настройкой программ на заданный объем памяти. Следует отметить, что в состав прикладного обеспечения были включены программные модули, выполненные в ИФЗ (лаборатория В.Н.Страхова), МГРИ (кафедра АА.Никитина), ИГУ, г.Иркутск (лаборатория В.Кобелева), ДГИ, гДнепропетровск (Лаборатория Б.С.Бусыгина).

Последний раздел содержит набор базовых функций, обеспечивающий отображение исходной информации, данных промежуточных расчетов и

ГЕОФИЗИК

Разделы Создание и введение информационной базы (TOC) Поиск и выбор необходимой информации Операции Отображение результате«

Фун- Ввод Поиск 1.Расчет физических и геометрических Оперативная визуализация

кция текстовой участков с характеристик объектов по полю. графических данных.

информа- заданным 2.Расчет поля от объектов с известными Вывод таблиц, текстов и других

ции. описанием. параметрами. материалов на терминал, графо-

З.Вычисление характеристик полей. построитель, графический

Ввод Выборка по 4.Установление зависимостей принтер высокого разрешения

графи- признакам. между характеристиками.

ческих 5.Разделение поля на составляющие.

данных. Выборка lio 6.Группирование объектов.

пространст- 7. Рас познавание объектов.

Коррекция венным ог- в.Ранжирование объектов.

введенных раничениям

данных. и т.д.

Рис. 1. Структура системы обработки и интерпретации потенциальных полей

ПАКЕТ ПРОГРАММ ПО ФИЛЬТРАЦИИ ПОЛЕЙ

I. ВЫЧИСЛЕНИЕ ДВУМЕРНОЙ АВТОКОРРЕЛЯЦ1ЮННОЙ ФУНКЦИИ ПОЛА

2.ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ (ПРОФИЛЬНЫЙ ВАРИАНТ). 3.ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ (ПЛОЩАДНОЙ ВАРИАНТ).

4 .РАЗЛОЖЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ПОЛЯ В СКОЛЬЗЯЩЕМ ОКНЕ.

5 ВЫЧИСЛЕНИЕ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ И СПЕКТРОВ МЕТОДОМ МАКСИМУМА ЭНТРОПИИ. 6.СУММИРОВЛНИЕ ПОЛЯ В ЗАДАННЫХ ИНТЕРВАЛАХ

7 .АДАПТИВНАЯ ЭНЕРГЕ-

ТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ.

8.КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ОБРАБОТКА (ПРОФИЛЬНЫЙ ВАРИАНТ).

9.КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ОБРАБОТКА (ПЛОЩАДНОЙ ВАРИАНТ). Ю.КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПЛОЩАДНЫХ АНОМАЛИЙ.

11 СУММИРОВАНИЕ ПОЛЯ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ПОМЕХА.

12 МЕДИАННОЕ ОСРЕДНЕНИЕ ПОЛЯ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ПОМЕХА.

I З.САМОНАСТРЛИВЛЮЩЛЯСЯ ФИЛЬТРАЦИЯ (НЕПАРА-

МЕТРИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА ФРИДМАНА).

14-ОБНАРУЖЕНИЕ ПЛОЩАДНЫХ АНОМАЛИЙ СПОСОБОМ

ОБРАТНЫХ ВЕРОЯТНОСТЕЙ. 15.ВЫЧИСЛЕНИЕ ВЗАИМНО-КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЯ. 16 САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ ФИЛЬТРАЦИЯ.

ПАКЕТ ПРОГРАММ ПО РЕШЕНИЮ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ

1 .ПРОГРАММА АППРОКСИМАЦИЯ НАБЛЮДЕННОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ ПОЛЕМ СИНГУЛЯРНЫX ИСТОЧНИКОВ.

2.ПРОГРАММА АППРОКСИМАЦИЯ НАБЛЮДЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОЛЕМ СИНГУЛЯРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

3.ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ КОНТУРОВ ОБЛАСТЕЙ. ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО ГРАВИТАЦИОННОМУ ПОЛЮ ОДНОМУ МАТЕРИАЛЬНОМУ ОТРЕЗКУ «ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ КОНТУРОВ ОБЛАСТЕЙ. ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО МАГНИТНОМУ ПОЛЮ ОДНОМУ МАТЕРИАЛЬНОМУ ОТРЕЗКУ.

5.ПРОГРАММА - ПОСТРОЕНИЯ КОНТУРОВ ОБЛАСТЕЙ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО ГРАБ1ГТАЦИОН-НОМУ ПОЛЮ ДВУМ МАТЕРИАЛЬНЫМ ОТРЕЗКАМ.

6.ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО ГРАВИТАЦИОННОМУ ПОЛЮ ОДНОМУ МАТЕРИАЛЬНОМУ ОТРЕЗКУ.

7 .ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО

МАГНИТНОМУ ПОЛЮ ОДНОМУ МАТЕРИАЛЬНОМУ ОТРЕЗКУ. 1 .ПРОГРАММА ПОСТРОЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО ПОЛЮ ДВУМ МАТЕРИАЛЬНЫМ

ОТРЕЗКАМ.

9.ПОДБОР РЕЛЬЕФА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ЗАДАННЫХ ПЛОТНОСТЯХ (ДВУМЕРНЫЙ

ВАРИАНТ).

10. ПОДБОР ПЛОТНОСТЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СЛОИСТОЙ СРЕДЫ (ПРИ ЗАДАННОЙ ГЕОМЕТРИИ РАЗРЕЗА) МЕТОДОМ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ (ДВУМЕРНЫЙ ВАРИАНТ)

11. ПОДБОР МЕТОДОМ РЕГУЛИРУЕМОЙ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ (ДВУМЕРНЫЙ ВАРИАНТ)

12.ПОДБОР ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГРАНИЦ ГРАВИТИРУЮЩИХ ТЕЛ (ДВУМЕРНЫЙ ВАРИАНТ).

I З.ПОДБОР ПЛОТНОСТИ

ГРАВИТИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ (ТРЕХМЕРНЫЙ ВАРИАНТ) I «ПОДБОР ГЕОМЕТРИИ И ПЛОТНОСТИ (ПОЛЕ ОСЛОЖНЕНО ФОНОМ) (ТРЕХМЕРНЫЙ ВАРИАНТ)

13-МЕТОД КАСАТЕЛЬНЫХ

16.МЕТОД ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧЕК

17. МЕТОД ПОЛНОГО НОРМИРОВАННОГО ГРАДИЕНТА (СПОСОБ БЕРЕЗКИНА)

• •МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ

КООРДИНАТИО-АМПЛИТУДНОГО РАЗРЕЗА

19.МЕТОД ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДНОЙ

ПАКЕТ ПРОГРАММ ПО РЕШЕНИЮ ПРЯМЫХ ЗАДАЧ

ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

ГРАВИТАЦИОННОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЯ (ПОТЕНЦИАЛЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ) ОТ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ОДНОРОДНЫХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ТЕЛ: -МНОГОУГОЛЬНИК ■МНОГОГРАННИК -ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПЛАСТИНА -ПРОИЗВОЛЬНАЯ ПЛАСТИНА

ПАКЕТ ПРОГРАММ "РАСПОЗНАВАНИЕ И ТАКСОНОМИЯ*

I .ПРОГРАММА ИЕРАРХИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

2. ГОЛОТИП - N

3.ГОЛОТИПНАЯ ТАКСОНОМИЯ. 4 .ПРОГРАММА РАЗБИЕНИЯ НА ЗАДАННОЕ ЧИСЛО ГРУПП МЕТОДОМ К-СРЕДНИХ. ЗДИСКРИМИНЛНТНЫЕ ФУНКЦИИ.

ПАКЕТ ТРАНСФОРМАЦИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

■ ПРОГРАММА РАСЧЕТА

ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛЕЙ.

ЗАДАННЫХ ПО РАВНОМЕРНОЙ СЕТИ (ТРЕХМЕРНЫЙ ВАРИАНТ). 2ПРОГРАММА РАСЧЕТА

ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛЕЙ.

ЗАДАННЫХ ПО ПРОИЗВОЛЬНОЙ СЕТИ (ДВУМЕРНЫЙ ВАРИАНТ). 3. ПРОГРАММА РАСЧЕТА

ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛЕЙ.

ЗАДАННЫХ ПО ПРОИЗВОЛЬНОЙ СЕТИ (ТРЕХМЕРНЫЙ ВАРИАНТ).

ПАКЕТ РАСЧЕТА СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕЙ

I-ПРОГРАММА РАСЧЕТА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ. 2ПРО ГРАММА РАСЧЕТА ГИСТО-ГРАММНЫХ ПРИЗНАКОВ. З.ПРОГРАММА РАСЧЕТА СИНУСОИДАЛЬНЫХ ПРИЗНАКОВ. 4 .ПРОГРАММА РАСЧЕТА ЛОГИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ. 3 ПРОГРАММА РАСЧЕТА ТЕКСТУРНЫХ ПРИЗНАКОВ.

Табл.1. Программное

обеспечение аетоматнзироминой

плмтлт ттнияшкы! полей

ПАКЕТ ПРОГРАММ ПОСТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ

ЗАВИСИМОСТЕЙ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ

1 .ПРОГРАММА СОГЛАСОВАНИЯ ВЫБОРОК.

2 .ПРОГРАММА ФОРМИРОВАНИЯ ЭТАЛОННЫХ И КОНТРОЛЬНЫХ ВЫБОРОК.

3 .ПРОГРАММА КЛАССИФИКАЦИИ ЭТАЛОННЫХ ДАННЫХ.

4 ПРОГРАММА АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ПРИЗНАКОВОГО ПРОСТРАНСТВА.

5 .ПРОГРАММА ШАГОВОЙ ТАКСОНОМИИ.

«.ПРОГРАММА АППРОКСИМАЦИИ ЭТАЛОННЫХ Д АННЫХ 7 .ПРОГРАММА ФОРМИРОВАНИЯ БАЗИСНЫХ ФУНКЦИЙ • ПРОГРАММА СОВМЕСТНЫХ КУСОЧНО-НЕПРЕРЫВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.

9.ПРОГРАММА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛЕЙ

10.ПРОГРАММА ИНТЕРПОЛЯЦИИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ.

11 ПРОГРАММА РЕОРГАНИЗАЦИИ

ПОЛЕЙ.

12.ПРОГРАММА ОЦЕНКИ

УСТОЙЧИВОСТИ МОДЕЛИ.

ПАКЕТ 'РАСЧЕТА СТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ-

I ПРОГРАММА РАСЧЕТА

СТАТИСТИК В СКОЛЬЗЯЩЕМ ОКНЕ

2.ПРОГРАММА РАСЧЕТА СТАТИСТИК В ЗАКРЕПЛЕННОМ ОКНЕ.

3.ПРОГРАММА РАСЧЕТА СТАТИСТИК В КОЛЬЦЕВОМ ОКНЕ. 4 ПРОГРАММА РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАЦИЙ САКСОВЛ-НИГАРДА.

З.ПРОГРАММА РАСЧЕТА

СТАТИСТИК В СКОЛЬЗЯЩЕМ ОКНЕ ДЛЯ ДАННЫХ. ЗАДАННЫХ ПО НЕРАВНОМЕРНОЙ СЕТИ 6 .ПРОГРАММА РАСЧЕТА

АНИЗОТРОПИИ

окончательных результатов решения задачи. В соответствие с характеристиками используемых устройств и требованиями, предъявляемыми к оперативности отображения, результирующая графика может быть разделена на эскизную и высокоточную.

Основой реализации технологии решения задач являются диалоговые средства, обеспечивающие взаимодействие специалиста с программными компонентами.

Схема диалога пользователя с системой представлена в виде графа, в вершинах которого расположены меню, списки или действия, а дуги указывают пути возможных переходов.

Блок поддержки интерфейса системы наряду со стандартными схемами диалога, рассчитанными на предметного пользователя, обеспечивает специализированный сервис по адаптации схемы диалога в соответствии с потребностями конкретного пользователя. Индивидуальные схемы диалога вместе с протоколами сеансов сохраняются и являются основой для создания методик решения геолого-геофизических задач. В рамках первой фазы диалога на основании опыта геофизика формируется последовательность операций, на основе которой строится функциональный граф решения задач и осуществляется выбор необходимой информации по графическим и текстовым запросам. Затем для каждой операции графа в диалоге формируется таблица атрибутов задачи, в которую пользователь-геофизик заносит сведения о модельных предположениях относительно наблюденного поля (структурная модель поля, качественная характеристика дифференциальных свойств аномалий и фоновых компонент поля, количественная характеристика каждой из компонент поля), о модельных предположениях о среде (описание физических и геометрических характеристик источников поля).

Заполненная таблица атрибутов для всей последовательности операций позволяет осуществить информационную увязку данных и параметров, построить технологическую схему с выбором наиболее рациональных алгоритмов решения задачи. Таким образом, данные, заключенные в таблицу атрибутов, позволяют установить соответствие между алгоритмами, формальными постановками задач и содержательными задачами пользователя. После выполнения каждой операции пользователь может оперативно отобразить результаты в виде графиков, карт, диаграмм. Провести интерпретацию промежуточных результатов и в случае

необходимости скорректировать функциональный граф, либо параметры таблицы атрибутов задачи.

В работе приведены диалоговые схемы, реализующие компьютерную технологию обработки и интерпретации потенциальных полей с коструированием графа обработки данных при решении практических задач геофизических исследований.

Глава 4. Применение компьютерной технологии обработки и интерпретации потенциальных полей в практике прогнозных исследований.

В четвертой главе технологические возможности системы иллюстрируются решением конкретных задач геофизических исследований: крупномасштабного прогнозирования оловорудных полей в Кавалеровском рудном районе.

Продемонстрированы возможности системы по выбору рационального способа решения по заданному графу операций на основе предоставления методической помощи и средств диалога, реализующих возможности общения с программной системой на языке предметной области.

Целью крупномасштабного прогнозирования являлось выделение рудоносных (оловоносных) площадей по своим размерам, соответствующих рудным полям, а также определние свойств, отвечающих за такое выделение.

При формировании физико-геологической модели рудного поля был проанализирован фактический материал по распространению в рудных полях Кавалеровского рудного района магматических, метасоматических и рудных образований и сопоставлен с результатами количественной интерпретации геофизических данных. В качестве объекта выступали элементарные ячейки размером 1x1 км, общее число которых составило 2778. В пределах этой территории находится 20 ячеек, включающих промышленные месторождения (рудные поля Арсеньевское, Дубровское, Верхнее, Хрустальное, Силинское), 17 ячеек непромышленные месторождения (рудные поля Ивановское, Скрытное, Новогорское, Левицкое, Темногорское). Все 37 ячеек составили класс рудных эталонных объектов. К безрудным отнесены 24 ячейки, не отвечающие модельным представлениям и критериям о возможности локализации оруденения (в настоящее время на этих объектах рудном минерализации не установлено). Были предъявлены следующие требование к результату прогноза: сумма выделенных перспективных площадей должна

быть на порядок меньше исходной и включать все ячейки с известной рудной минерализацией, не вошедшие в эталонные наборы.

В результате решения задач выделены перспективные оловорудные площади, расположенные по периферии рудных полей, расширяя перспективы одних флангов и ограничивая перспективы других.

Геологическая интерпретация результатов показала, что наиболее благоприятными для выявления оловорудной минерализации являются: северный фланг Хрустального, восточный фланг Арсеньевского, восточный и южный фланги Верхнего, северный и северо-восточный фланги Дубровского и западный фланг Новогорского рудных полей. Они включают всего 1,4% территории, в том числе 0,4% падает на входящие в них части одноименных рудных полей. Также к перспективным следует отнести фланги известных рудных полей в центральной части Кавалеровского рудного узла (Левицкого, Верхнего, Дубровского и др.) и площадь в пределах Соболиного рудного узла. Эти площади занимают 4,1% территории, включая большую часть. И, наконец, менее изученными и относимыми к условно-перспективным считаются площади, расположенные по периферии района (Мирная, Кедровая, Кочубеевская и др.). Эти площади занимают 2,8% территории и также включают находящиеся в их пределах одноименные рудные поля или известные рудоносные площади.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, изложенных в диссертации, формулируются следующим образом:

1.Выполнен обзор существующих автоматизированных систем и пакетов прикладных программ, применяемых при прогнозных исследованиях в отрасли, проведен анализ, позволивший с системных позиций определить основные требования к разработке системы обработки и интерпретации потенциальных полей, и зафиксировать этапы ее создания.

2.Разработана технология сведения основных задач геолого-геофизических исследований к конечному набору формальных операций и реализующих их алгоритмов, а также предложена методика формализации априорных модельных представлений специалиста-геофизика, позволившая автоматизировать технологию обработки и интерпретации геофизических данных при решении геолого-прогнозных задач.

3.Разработан комплекс пакетов прикладных программ для интегрированной обработки, анализа и интерпретации геолого-геофизических данных, содержащий программное обеспечение для решения прямых и обратных задач, вычисления трансформаций, расчета статистик, описания структуры полей, фильтрации полей, построения сложных функциональных зависимостей.

4.Созданы диалоговые средства взаимодействия с программной системой на языке специалиста-геофизика, обеспечивающие выбор оптимальной технологии обработки геолого-геофизической информации с учетом априорных модельных представлений и особенностей структуры данных.

5.Разработана компьютерная технология обработки и интерпретации потенциальных полей, которая была применена при решении ряда практических задач гесшого-геофизических исследований и внедрена в ПГО "Уралгеология", ВИМСе, Геофизической экспедиции ПГО "Приморгеология".

Основные положения диссертационной работы изложены в опубликованных работах:

1.Компьютерная технология обработки и интерпретации геолого-геофизической информации в прогнозно-поисковых исследованиях. В кн. 36-Международный геофизический симпозиум. Киев, 1991, с.217-221 Тезисы докладов (совместно с Е.Н.Черемисиной и др.).

2.Глубинное строение и особенности размещения оловянных месторождений юго-восточной части Сихоте-Алиня (по геофизическим данным). В кн. Геолого-геофизические аспекты изучения и оценки оловорудных районов Востока СССР. Москва, 1987, с.64-74 (совместно с Н.П.Митрофановым).

3.Выделение металлогенической специализации гранитоидов. В кн. Автоматизированные системы в геологии (Выпуск 1(67)). Москва, 1988, с.32-36 (совместно с ВЛ.Брискиным).

4.Геолого-геофизические предпосылки выделения оловорудных районов (на примере Приморья и Северо-Востока СССР) В кн. Геолого-геофизические аспекты изучения и оценки оловорудных районов Востока СССР. Москва, 1987, с.23-38 (совместно с М.И.Пахомовым, Б.В.Макеевым).

5.Использование блока "Геофизика" для разделения аномалий на региональную и локальную составляющие. В кн. Автоматизированные

системы в геологии (Выпуск 1(67)). Москва, 1988 с.26-29 (совместно с ВЛ.Брискиным).

6.Глубинное строение и металлогения олова Приморья. В журнале "Геология и геофизика" N3, 1982 (совместно с Митрофановым Н.П., Пахомовым М.И.).

7.Глубинное строение Юго-Восточной части Приморья и закономерности размещения оловорудных месторождений (по геофизическим данным). В кн. Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Алма-Ата, 1984. Тезисы докладов (совместно с Пучковым Е.П.).