Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика дешифрирования космических снимков для картографирования нефтеперспективных геоструктур

ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Методика дешифрирования космических снимков для картографирования нефтеперспективных геоструктур"

УДК 528.71:550.831.015:553.98 (470.58) На правах рукописи

0046166^

Белоносов Андрей Юрьевич

МЕТОДИКА ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ НЕФТЕПЕРСПЕКТИВНЫХ ГЕОСТРУКТУР (НА ПРИМЕРЕ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ)

25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ДЕК 2010

Новосибирск - 2010

004616672

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия».

Научный руководитель -

доктор технических наук, старший научный сотрудник Каленицкий Анатолий Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Тимофеев Владимир Юрьевич;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Калантаев Петр Алексеевич.

Ведущая организация

ОАО «Газпромнефть-НоябрьскНефтегаз» (г. Ноябрьск).

Защита состоится 23 декабря 2010 г. в 13®® час. на заседании диссертационного совета Д 212.251.02 при Сибирской государственной геодезической академии (СГТА) по адресу: 630108, Новосибирск, ул. Плахотного, д. 10, СГГА, ауд. 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан 22 ноября 2010 г.

Ученый секретарь —. л

диссертационного совета Середович В.А.

Изд. лиц. № ЛР 020461 от 04.03.1997. Подписано в печать 19.11.2010. Формат 60 х 84 1/16. Усл. печ. л. 1,34. Уч.-изд. л. 0,99. Тираж 100. Печать цифровая. Заказ

Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 10.

Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 8.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Развитие регионов страны, как в экономической, так и в социальной сфере, предполагает эффективное освоение перспективных нефтегазоносных объектов и территорий. Топливно-энергетический комплекс является важнейшей составной частью экономики России и его работоспособность определяется состоянием минерально-сырьевой базы.

В 60-80-е гг. XX столетия в Курганской области был выполнен большой объем геолого-разведочных работ по поиску месторождений нефти и газа (НиГ). По опыту аналогичных работ в Тюменской области эти поиски были направлены на изучение антиклинальных структур мезозойского осадочного чехла. Месторождений НиГ обнаружить не удалось и в 1985 г. поиски были прекращены. Геолого-геофизическая изученность территории оказалась невысокой.

К настоящему времени в соседних с Курганской - Свердловской и Тюменской областях, а также на территорий Казахстана открыты и введены в разработку месторождения НиГ. В связи с этим возросла необходимость выявления перспективных геоструктур в доюрском фундаменте (ДФ) и информативных признаков их нефтегазоносности, тем более что в Курганской области уже существует инфраструктура по транспортировке нефтепродуктов.

Решение такой задачи, принимая во внимание минимальное вложение денежных средств и охват большой территории с применением апробированной экспресс-оценки нефтеперспективности, возможно только при создании комплексной методики дешифрирования космических снимков (КС) и интерпретации геолого-геофизических материалов. Это и обусловило актуальность темы диссертации.

Для выявления информативных признаков нефтегазоносности недр был применен цифровой космический метод зондирования конвективного теплового потока (КМ КТП), базирующийся на материалах многократных тепловых космических съемок (ТКС) земной поверхности (ЗП) в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ). При этом для картографирования геоструктур были проанализированы материалы сейсморазведки, гравиразвед-ки, бурения и космические снимки в видимом, ближнем инфракрасном и радиолокационных диапазонах ЭМВ.

Физической основой применения ТКС являлась вертикальная миграция нефтяных флюидов по системам разломов в приповерхностные горизонты Земли с последующим окислением под действием атмосферного кислорода, грунтовых вод, популяций аэробных бактерий и других факторов. Все биохимические реакции окисления нефтепродуктов протекают экзотермическим путем (с выделением тепла). Данные процессы на ЗП отображаются в виде локальных тепловых аномалий, непосредственно связанных с залежами НиГ.

Методические основы КМ КТП были разработаны в лаборатории термодинамики природных и антропогенных воздействий Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской Академии наук (НИЦЭБ РАН) под руководством В.И. Горного.

При проведении диссертационных исследований на основе этого метода разработана комплексная методика, предусматривающая анализ геофизических и космогеологических материалов, мировые аналоги которой в настоящее время отсутствуют. Обоснованность ее применения подтверждена результатами поискового и разведочного бурения на юге Тюменской и Томской областей, в Удмуртии, Ханты-Мансийском и Ненецком автономных округах, что послужило основанием для применения цифровых методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) из космоса и интерпретации геолого-геофизитеских материалов для оценки нефтеперспективности глубинных геоструктур Курганской области.

Цель работы: разработка комплексной методики дешифрирования космических снимков и интерпретации геофизических данных для картографирования глубинных нефтеперспективных геоструктур доюрского фундамента.

Основные задачи исследования:

- сбор, систематизация и анализ материалов ДЗЗ (МДЗЗ), данных гравиметрических и сейсмических съемок, бурения скважин и других геолого-геофизических материалов;

- разработка методики дешифрирования КС с целью картографирования глубинных геоструктур в комплексе с данными о гравитационных аномалиях и сейсмических поверхностях;

- анализ КС земной поверхности в видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ;

- усовершенствование методики определения количественных характеристик земной поверхности на основе обработки и дешифрирования материалов многократных ТКС с привлечением геофизических данных;

- анализ данных КМ КТП и других количественных характеристик совместно с материалами космогеологических и геофизических исследований для оценки нефтеперспективности исследуемой территории;

- разработка методики комплексного дешифрирования МДЗЗ и интерпретации результатов геофизических исследований для диагностирования геоструктур ДФ Курганской области на нефтеперспективность.

Объектом исследований являются космические снимки земной поверхности в видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ, цифровые модели рельефа местности (ЦМР), гравитационные аномалии и сейсмические поверхности верхней части земной коры, результаты бурения геоструктур Курганской области.

Предметом исследований является методика дешифрирования КС земной поверхности в широком спектре ЭМВ и интерпретация геофизических полей для картографирования глубинных геоструктур и прогноза их нефтегазоносно-сти.

Методы исследования. При решении поставленных задач были применены: уровни обработки и нормализации МДЗЗ, метод космической радиолокационной интерферометрии (КРИ), методы анализа космических снимков, методы космогеологических исследований, методы обработки временных рядов, метод выделения аномалий, метод цветового кодирования, эталонная классификация, много-

мерный регрессионный анализ, качественный (визуальный) и количественный (цифровой) анализ тепловых изображений, методы вероятностной оценки.

Фактический материал. В настоящее время МДЗЗ доступны в архивах центров приема космической информации. Заказ космической снимков был выполнен на Московской станции приема спутниковой информации, в центральном архиве NOAA. Проанализировано 400 сцен тепловых изображений, из которых 15 отобраны для обработки. Для обработки МДЗЗ в работе использованы программные пакеты: ERDAS IMAGINE, Geomatica, ENVI, ER Mapper, Msphinx и OpenDragon.

Материалы гравиметрии масштаба 1 :200 ООО получены из банка данных «Гравимаг» СПЕЦ ИКЦ ПГ ВИРГ (г. Санкт-Петербург) и представлены в виде цифровых матриц размером 241 х 161 точек.

Структурные карты (сейсмические поверхности) предоставлены ФГУП За-пСибНИИГТ (г. Тюмень) и ОАО ЦГЭ (г. Новосибирск) в виде структурированных цифровых баз данных.

Результаты бурения скважин и дополнительная геолого-геофизическая информация получены автором в территориальных фондах геологической информации городов Екатеринбург, Тюмень, Курган, Новосибирск.

Теоретической базой для проведения исследований являлись математические методы обработки и анализа информации, методы дешифрирования цифровых изображений ДЗЗ из космоса, уравнения теплового баланса земной поверхности и теплопроводности среды, методы решения прямых и обратных задач геофизики.

Научная новизна проведенных исследований и личный вклад:

- разработана комплексная методика дешифрирования МДЗЗ и интерпретации космогеологических и геофизических данных для картографирования глубинных геоструктур с последующей оценкой их нефтегазоперспективности (на примере Курганской области);

- разработана методика космогеологических исследований (дешифрирования КС и интерпретации геофизических полей) для выделения глубинных геоструктур;

- впервые (для Курганской области) осуществлено дешифрирование КС в широком диапазоне ЭМВ и применена усовершенствованная методика прогнозирования залежей НиГ, основанная на дешифрировании изображений КМ КТП и других количественных характеристик, определяемых по материалам многократных ТКС, с учетом геофизической информации;

Теоретическая и практическая значимость: обоснованы оптимальный набор космических материалов, количественные характеристики ЗП и методика космогеологических исследований для картографирования глубинных геоструктур, применена усовершенствованная методика КМ КТП для прогноза нефтегазоперспективности геоструктур по космическим тепловым и геофизическим данным, предложена и применена малозатратная комплексная методика прогнозирования залежей НиГ в ДФ Курганской области. Она является оперативной и экономически эффективной, что подтвердили результаты поискового бурения на юге Тюменской области за последние три года.

По комплексной методике проведено районирование глубинного строения ДФ восточной части Курганской области. В пределах Звериноголовско-Варгашинской палеодолины выявлен первоочередной нефтеперспективный район, приуроченный к периферии погребенной палеовулканической геоструктуры, внутри которого выделено около 60 мелких перспективных участков.

Представлены рекомендации Региональному агентству по недропользованию «Уралнедра» (г. Екатеринбург) о нефтегазоперспективности недр Курганской области. Агентством проведены аукционы для привлечения нефтяных компаний к нефтегеологическому изучению территории. Федеральным агентством «Роснедра» (г. Москва) выделены средства из федерального бюджета на бурение параметрической скважины «Курган-Успенская-1» с целью изучения палеозойских отложений ДФ.

IIa защиту выносятся следующие положения:

- для картографирования глубинных геоструктур целесообразно использовать разработанную методику космогеологических исследований, основанную на комплексировании результатов визуального дешифрирования КС в широком диапазоне электромагнитных волн и интерпретации гравитационных аномалий и сейсмических поверхностей;

- усовершенствованная методика автоматизированного дешифрирования космических материалов (коэффициент спектральной яркости и статистические характеристики ЗП в оптическом диапазоне, температура, конвективный тепловой поток и другие тепловые характеристики ЗП в дальнем инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ) с привлечением распределений физических свойств верхней части земной коры, на основе эталонной классификации всех параметров позволила с высокой степенью достоверности выявлять нефтепер-спективные участки и площади;

- применение разработанной малозатратной методики комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса, включающей интерпретацию космических и геофизических данных при диагностике нефтегазоносности глубинных геоструктур, позволяет эффективно (верификация геохимической съемкой или бурением) и в короткие сроки обосновывать местоположение новых нефтегазоносных районов на исследуемых территориях.

Апробация работы. Основные положения, выводы и практические рекомендации по теме диссертации докладывались и обсуждались на многочисленных международных симпозиумах, всероссийских, академических, научно-технических конференциях и научно-практических совещаниях, включая: Международный симпозиум «Тепловая эволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами» (Москва, 1989 г.); II Международный геофизический конгресс Казахстана (Алма-Ата, 1998 г.); Международный симпозиум «Тепловое поле Земли и методы его изучения» (Москва, 1998, 2002 гг.); XIV и XVII Международные симпозиумы «Дистанционные исследования в развитии стран Ближнего Востока» (Дамаск, Сирия, 2004, 2010 гг.); Международная конференция ЕАГО геофизиков и геологов (Париж, 2004 г., Тюмень, 2007 г.); Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2006» (Новосибирск, 2006 г.); Между-

народная конференция «Энергоресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России» (Тюмень, 2001 г.); Международная академическая конференция «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2008, 2009 гг.); Международный нефтяной форум (Тюмень, 2010 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века» (Санкт-Петербург, 2000 г.); Научно-практическая конференция «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО» (Ханты-Мансийск, 2001, 2003, 2005, 2006, 2007 гг.); Всероссийская научная школа-семинар «Новые методы высокопроизводительных вычислений в геофизике» (Новосибирск, 2009 г.); VII и VIII Всероссийские конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2009,2010 гг.).

По теме диссертации опубликовано 37 (из них 24 - в соавторстве) научных работ, в том числе 5 статей - в реферируемых изданиях, входящих в Перечень изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и списка использованных источников, включающего 98 наименований, в том числе 31 на иностранных языках. Общий объем работы составляет 139 страниц, включая 60 рисунков, 10 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность за методические рекомендации и научные консультации при написании диссертации научному руководителю -доктору технических наук Каленицкому Анатолию Ивановичу - советнику при ректорате ГОУ ВПО «СГГА» по науке.

Автор благодарит за постоянную поддержку и ценные советы заведующего лабораторией термодинамики природных и антропогенных воздействий НИЦЭБ РАН (г. Санкт-Петербург) - кандидата геолого-минералогических наук Горного В.И. и всех сотрудников этой лаборатории.

За помощь в проведении исследований, методическое и техническое сопровождение работы автор выражает признательность ведущему инженеру Научно-исследовательского института гидрогеологии и геотермии (НИИГИГ) Тюменского государственного нефтегазового университета (ТюмГНГУ) Мартынову О.С. и старшему инженеру Западно-Сибирского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики (ЗСФ ИНГГ) СО РАН (г. Тюмень) Кудрявцеву А.Е.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации; приведены цель и задачи исследований; сформулированы основные положения, выносимые на защиту; отмечены научная новизна и практическая значимость; кратко изложены структура и содержание работы.

В первом разделе диссертации выполнен аналитический обзор современного состояния космических исследований с целью прогнозирования залежей НиГ и геолого-геофизической изученности Курганской области.

В настоящее время в Западной Сибири дистанционными исследованиями для оценки перспектив нефтегазоносности занимается несколько организаций из г. Тюмени: ЗСФ ИНГГ СО РАН, НАЦ РН ХМАО и ЗапСибНИГТ, в основном специализирующиеся на визуальном дешифрировании космических снимков, что не всегда является эффективной процедурой для прогнозирования и поиска залежей НиГ. После изучения состояния этих исследований автором были привлечены и адаптированы более передовые цифровые методики и технологии.

Усовершенствованные в НИЦЭБ РАН (г. Санкт-Петербург) методы обработки и дешифрирования КС (от оптического до радиолокационного диапазонов ЭМВ) наиболее полно подходили для реализации поставленной цели, хотя современной обработкой КС занимаются достаточно много организаций Ми-нобрнауки РФ. За 12 лет совместной работы с этой организацией автором были применены и адаптированы ряд методов и методик обработки и дешифрирования КС для решения нефтепрогнозных задач в Курганской, Омской, на юге Тюменской, Свердловской и Томской областей. В результате совместной обработки и дешифрирования космических и геофизических материалов созданы новые более совершенные комплексные методики.

С 50-х по середину 80-х гг. XX века особое место в изучении недр Курганской области занимало нефтегазовое направление. Поиски залежей НиГ в осадочном чехле положительных результатов не дали и в середине 80-х гг. XX столетия геологоразведочные работы были свернуты и с 1985 по 2002 гг. не проводились. Более 30 лет месторождения НиГ пытались найти в осадочном чехле Курганской области, когда их следовало искать в ДФ.

В первое десятилетие XXI в. автор провел дистанционные, наземные геофизические и геохимические исследования в Курганской области, на основании которых выявил дополнительные признаки нефтегазоперспективности глубинных геоструктур.

Во втором разделе рассмотрен стандартный подход к обработке МДЗЗ.

МДЗЗ представляют собой трехмерную матрицу - строки, столбцы, спектральный канал. Каждый элемент матрицы - пиксель - соответствует элементу земной поверхности.

Существует несколько уровней обработки МДЗЗ, в том числе: исходные данные - информация, поступающая непосредственно с датчиков; уровень 0 -данные, переданные на станцию (пользователям, как правило, не доступны); уровень 1 - исходные данные (цифровые отсчеты или значения регистрируемых характеристик) с исходным разрешением на местности; уровень 2 - восстановленные геофизические характеристики с исходным разрешением и без геометрических коррекций; уровень 3 - геофизические характеристики, приведенные к картографической проекции и соответствующие определенному временному интервалу; сутки, неделя, месяц; уровень 4 - результаты последующей обработки данных уровня 3.

Существует множество форматов МДЗЗ. Под форматом данных понимают формат компьютерных файлов МДЗЗ. Наиболее распространенными форматами МДЗЗ являются первичные данные, формат GeoTIFF (Taged Image File

Format - каждый пиксель соответствует географическим координатам, что позволяет легко трансформировать файлы GeoTIFF в карты и другие материалы), формат HDF (Hierarchical Data Format - содержит текстовые, растровые, табличные наборы данных, которые полностью описывают изображение).

Программное обеспечение для чтения МДЗЗ можно разделить на две категории: 1 - универсальные пакеты для обработки изображений, 2 - утилиты или программы для чтения МДЗЗ и перевода их в другой формат.

Универсальные пакеты, такие как ERDAS Imagine, ENVI, ER Mapper, IDRISI, PCI, Geomatica, обеспечивают весь процесс чтения и обработки данных ДЗЗ.

Необходимым условием для обработки МДЗЗ являлась их нормализация, осуществляемая с помощью учета атмосферной и радиометрической коррекции, приведения к картографической проекции, создания цифровых мозаик.

В диссертации использовались готовые программные продукты с сайтов MODIS и ASTER. Примером реализованных алгоритмов служили модули PCI ATCOR1 для оптических каналов и ATCORT1 для тепловых каналов.

Целью операции приведения к картографической проекции являлась привязка данных ДЗЗ к карте. МДЗЗ, полученные космическими съемочными системами, несут в себе геометрические искажения объектов земной поверхности. Для устранения искажений выполнялись геометрическая коррекция первичных МДЗЗ. Пересчет координат из одной системы в другую выполнялся с помощью программных продуктов Geomatics и ERDAS, в которых имеется широкий набор картографических проекций. Геометрические искажения МДЗЗ, которые зависят от принципа сканирования, исправлялись с помощью специальных программных средств.

Масштаб карты, к которой «приводились» космические изображения, определялся геометрическим разрешением на местности съемочной системы и требованиями к тематическому картографированию. Космические съемочные системы, в том числе NOAA (AVHRR) с геометрическим разрешением 1 км и Terra (MODIS) с геометрическим разрешением от 0,25; 0,5 и 1 км обеспечивали требуемую детальность картографирования.

Получение цифровых мозаик предполагало создание из нескольких снимков единого изображения. В настоящей работе цифровые мозаики создавались не из первичных космических снимков, а из изображений дополнительных характеристик земной поверхности. Такими характеристиками являлись коэффициент спектральной яркости, тепловая инерция поверхности, коэффициент излучения поверхности и другие. Данная операция выполнялась посредством программных средств Geomatics и ERDAS.

Третий раздел посвящен методике анализа и интерпретации изображений земной поверхности в видимом и ближнем инфракрасном спектральных диапазонах, а также методике космогеологических исследований.

В работе использованы материалы съемки со спутников США - NOAA (AVHRR) и Terra (MODIS).

Основным преимуществом спектрорадиометра MODIS является высокая чувствительность. MODIS обеспечивает высокую радиометрическую чувстви-

тельность (12 бит) в 36 спектральных каналах, в диапазоне длин волн от 0,4 до 14,4 мкм. Два канала дают изображение с номинальным разрешением 250 м в надире, пять каналов - с разрешением 500 м и 29 остальных каналов - с разрешением 1 ООО м. При угле обзора ±55 градусов с высоты орбиты EOS 705 км полоса обзора достигает 2 330 км. Большое количество каналов MODIS позволяет повысить достоверность классификации объектов.

Для построения ЦМР применялся КРИ с использованием данных, полученных со спутников ERS-1 и ERS-2 Европейского космического агентства. Геометрическое разрешение ЦМР составляет 30 м, точность определения высот -1 м. Эта ЦМР отличается высокой однородностью. Она была использована при анализе рельефа земной поверхности.

Анализ космических изображений (статистический анализ, Фурье-анализ и т. д.) реализован в программном комплексе ERDAS IMAGINE и использован в настоящей работе. Для выделения и анализа линейных элементов и кольцевых структур на космических снимках использован пакет программ ЛИНЕАМЕНТ, который разработан в Институте вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН (г. Новосибирск).

Методика космогеологических исследований поверхности Земли разработана автором и была направлена на выявление геоструктур верхней части земной коры и районирование глубинного строения с целью прогноза залежей НиГ. В ней обобщены картографические, структурно-геоморфологические, ли-неаментологические и другие методы.

При оценке перспектив нефтегазоносносги геоструктурных элементов различного порядка, наряду с материалами разномасштабных космических съемок, широко использовались геолого-геофизические данные.

Предлагаемая методика космогеологических исследований условно разделена на три графа: подготовка и дешифрирование материалов космических исследований, геологическая интерпретация геофизических полей, комплексиро-вание и геологическая интерпретация МДЗЗ и геолого-геофизической информации.

Граф I: «Подготовка и дешифрирование материалов космической съемки» состоит из стандартных операций: топографо-геодезического обеспечения проводимых исследований, фотограмметрического обеспечения и изготовления фотоматериалов (масштаба 1 : 2 500 000, 1 :1 000 000, 1 : 500 000, 1 :200 000), структурного дешифрирования, а также специальных операций.

Изучение современной ЗП включает в себя анализ геоморфологических показателей (эрозионные врезы, гидросеть, ландшафтный, рельефный и линеа-ментный анализы).

Сеть линеаментов и дуговых элементов, выявленных на КС, интерпретируется с использованием карт аномалий силы тяжести и магнитного поля, результатов сейсмических работ, геолого-тектонических и других карт. При генерализации схемы линеаментов и дуговых элементов выделяются геодинамически-напряженные зоны (ГДНЗ), которые имеют в плане ширину от 50 до 500 м и связаны с глубинными объектами и процессами тектонической перестройки.

ГДНЗ субвертикально проникают вглубь земной коры, образуя тектонические блоки, и участвуют в структурообразующих процессах.

Граф II: «Геологическая интерпретация геофизических полей» заключается в изучении и анализе структурных карт, временных разрезов, извлечении структурно-тектонической и геодинамической информации по распределениям геофизических полей для подготовки их к сравнительному анализу с результатами графа I.

Граф III: «Комтексирование и геологическая интерпретация МДЗЗ и геолого-геофизической информации» включает сбор и анализ всей геологической информации о площади исследований, к которой относятся материалы геофизических, промысловых и геолого-технологических исследований, а также результаты испытаний скважин, физико-химические свойства нефтей, стратиграфические разбивки, описание керна, границы залежей, эффективные нефтена-сыщенные и общие толщины продуктивных пластов и другие данные.

На примере Курганской области выполнены все три графа космогеологи-ческих исследований.

В четвертом разделе диссертации приведены теоретические основы теп-лопереноса в земной коре, методика измерений температуры земной поверхности, методы обработки тепловых снимков и дешифрирования тепловых изображений КМ КТП при прогнозировании залежей НиГ.

В земной коре, кроме кондуктивного, существует тепломассоперенос, характеризующий конвективную составляющую глубинного теплового потока (ТП). В одномерном случае глубинный ТП q может быть представлен в виде:

<7 = (1 -//) + ¿и(д/ + дС01,у), (1)

где дСС! = -МТ/<Нг - кондуктивный ТП, Вт/м2;

д/= срчТ- ТП, вызванный вынужденной конвекцией, Вт/м2; Я сот ~ -¿юффЛТМЬ - ТП, вызванный свободной конвекцией, Вт/м2; Т-температура, К; /г - глубина измерений, м;

Л- коэффициент теплопроводности породы, Вт/(м • К);

рис- плотность, кг/м3 и удельная теплоемкость, Дж/(кг • К) флюида;

V - скорость подъема флюида, м/с;

Ц- удельная площадь связанной пористости, доли единицы; Лг,фф - эффективный коэффициент теплопроводности, обусловленный свободной конвекцией, Вт/(м • К).

В случае вертикального подъема флюидов, стационарная температура Т может быть найдена из уравнения:

d2T dh2

f \

pcv

К фф

¿1 = 0. (2) dh V '

При Т = То, А = Я, где Н - глубина нижней кромки исследуемой области, решение уравнения (2) имеет вид:

а - коэффициент теплообмена, Вт/(м2 • К).

Анализ уравнения (3) показал, что КТП зависит от скорости подъема флюида. Температура земной поверхности (ТЗП) будет выше в местах, где в земной коре наблюдается более высокая скорость подъема флюида. При локальном развитии конвективного теплообмена области с кондуктивной теплопередачей могут быть приняты в качестве фоновых.

Ожидаемые высокие значения КТП в. земной коре явились физической предпосылкой для разработки КМ КТП, основанного на алгоритме обработки тепловых космических изображений ЗП. Методика КМ КТП включает два этапа: тепловое районирование и картографирование'КТП. Тепловое районирование Курганской области выявило серию прогретых зон и системы кольцевых термических структур (ТС).

Для определения КТП необходимо из исходных результатов ТКС элиминировать (вычесть) воздействия других факторов: влияния коротковолновой и длинноволновой солнечной радиации, затрат тепла земной поверхности на турбулентный теплообмен с атмосферой, затрат тепла на испарение теплового потока, затрат тепла вследствие суточных и годовых тепловых ритмов.

Основная трудность вычисления ТП состоит в корректном учете влияния вариаций тепловых свойств поверхности, затрат тепла на испарение влаги с ЗП и учет теплообмена ЗП с приземным слоем атмосферы.

Основной целью обработки и анализа тепловых космических снимков являлось определение количественных физических характеристик земной поверхности: КТП, тепловой инерции (ТИ), скорости испарения влаги (СИ) и т. д. Они использовались для районирования территории, определения параметров залегания геологических тел и параметров процессов, протекающих в земной коре.

Для построения карт КТП, ТИ и СИ использовался стандартный набор метеоданных (температура, влажность и давление воздуха на высоте 2 м, скорость ветра на высоте 10 м, облачность), полученных на метеостанциях юга Тюменской области. Суммарная солнечная радиация рассчитывалась по значениям облачности по формуле Берлянда.

Алгоритм определения КТП, ТИ и СИ базировался на математической модели суточного хода ТЗП, учитывающей основные факторы, под влиянием которых формируется ТЗП.

Схема алгоритма приведена на рисунке 1.

(3)

В , о р-С-У

где + р = -

Р 8

Лэфф

Метеоданные

1 *

Математическая модель

температуры

* *

«Библиотека»

мат. моделей температуры

Рисунок 1 - Алгоритм восстановления КТП, ТИ и СИ по материалам многократной ТКС

Для решения обратной задачи, то есть для определения по данным ТКС трех основных параметров (КТП, ТИ и СИ), необходимо выполнить трехразовую съемку в различное время суток так, чтобы результаты полностью характеризовали суточную динамику ТЗП.

Для учета влияния рельефа земной поверхности, поглощающей солнечную радиацию, в алгоритме предусмотрено использование ЦМР.

Обратная задача решается через задаваемый критерий соответствия измеренных и идеальных (находящихся в «библиотеке») ТЗП. С помощью метода наименьших квадратов определяются искомые значения КТП, ТИ и СИ.

Исходя из среднеквадратической погрешности измерения КТП, значения, превышающие 10 Вт/м", считаются достоверными. Отклонение КТП, превышающее 30 Вт/м" для единичного пикселя, принимается за аномалию.

При наличии области, составленной из нескольких пикселей и имеющей определенную геологическую форму (например, линейная зона или кольцевая структура), порог выделения аномалии может быть снижен в л/Л' раз, где N -количество пикселей в предполагаемой аномальной области.

На основе проведенных регулярных наблюдений Курганской области и определения по МДЗЗ количественных характеристик земной поверхности получены их временные ряды и осуществлен их анализ.

В диссертации реализовано два подхода к анализу временных рядов. Дифференциальный - сводится к вычитанию двух карт количественных характери-

сгик поверхности, полученных в различное время. Статистический - основан на расчетах статистических параметров исследуемых количественных характеристик.

Метод выделения аномалий является дальнейшим развитием статистического метода анализа временных рядов.

Цветовое кодирование основано на совместном представлении растровых изображений, где используется три (иногда больше) изображения, смешение которых позволяет на композите получить идентичные зоны, одинаково окрашенные.

Факторный анализ представляет собой группу методов многомерного статистического анализа. Он позволил получить обобщенную информацию о структуре связей между различными изображениями на основе выделения скрытых факторов.

В настоящей работе использовалась эталонная классификация, предполагающая построение тематических карт на основе формализованного распознавания дистанционных образов объектов. Основной ее особенностью являлось привлечение априорной информации об объектах - типах земной поверхности.

Многомерный регрессионный анализ являлся частью статистического анализа и был предназначен, в основном, для определения параметров моделей, описывающих взаимосвязи в пространстве признаков. В данном случае под регрессией понимается зависимость одного из изображений от других изображений и/или других видов количественных данных, описывающих изучаемую территорию.

Факторный анализ, эталонная классификация, многомерный регрессионный анализ были осуществлены в программном комплексе ERDAS IMAGINE, который включает программные пакеты PCI и Geomatics с процедурами ISOCLUS, KCLUS, MLC, FUZCLUS.

Подготовленные материалы использовались для дешифрирования активных линейных и кольцевых тепловых структур (ТС).

Дешифрирование тепловых изображений осуществлялось для выявления возможной связи кольцевых ТС различных порядков с нефтегазоносностью. Для анализа размещения залежей НиГ по отношению к кольцевым ТС были использованы данные о месторождениях НиГ из ГИС «Природные ресурсы России». Для визуального анализа тепловых изображений и характеристик ЗП были выбраны 37 эталонов, представляющих набор признаков земной поверхности, отмеченных на уже известных месторождениях НиГ.

Исходя из выполненного анализа тепловых изображений и характеристик ЗП, сформулированы дешифровочные критерии залежей НиГ: наличие термически активных зон, наличие кольцевых ТС первого и второго порядков, осложненных кольцевыми ТС третьего порядка и наличие областей пониженных значений КТП, примыкающих к термически активным зонам.

Прогноз нефтеперспективных площадей производился на основе визуального анализа космических материалов в масштабе 1: 200 ООО.

Для автоматизированного прогноза нефтеперспективных площадей на основе многомерного признакового пространства путем обработки космиче-

ских материалов была подготовлена следующая информационная база: спектральные коэффициенты яркости в каналах 1-7, КТП, ТИ, СИ, плотность линеа-ментов, анизотропия направлений линеаментов, генеральные направления линеа-ментов, плотность центров кольцевых структур, глубина поверхности мантии (по данным гравиметрии), кажущаяся плотность эффективного 11,5-километрового слоя земной коры (по данным гравиметрии).

Количественный прогноз ограничивался площадями, которые по комплексу признаков с высокой степенью достоверности соответствовали внешним эталонам (тепловые характеристики ЗП в пределах нефтяных месторождений). Для каждого эталона была определена вероятность опознавания, вероятность пропуска цели, вероятность ложной тревоги. Если появлялись классы, соответствующие одному из эталонов, то это означало, что по комплексу дистанционно измеренных признаков это место с высокой достоверностью является аналогом эталона и возможность ошибки опознавания при этом минимальна. В восточной части Курганской области были обнаружены признаки 11 из 37 нефтяных месторождений (эталонов). Вероятность надежного опознавания аналогов этих месторождений составила от 69 до 92 %. Таких участков оказалось 60. Они приурочены к «холодной» конусообразной глубинной геоструктуре вулканогенного происхождения в центральной части Звериноголовско-Варгащинской палеодолины ДФ.

Результаты совместного автоматизированного и визуального нефтепрогно-зов позволили значительно снизить неопределенность и сократить площадь диагностируемой территории.

В пятом разделе диссертации выполнен анализ и интерпретация гравитационных аномалий в комплексе с сейсмическими поверхностями для выделения глубинных геоструктур.

Аномальное поле силы тяжести в редукции Буге было обработано с целью расчета кажущейся плотности 11,5-километрового эффективного слоя верхней части земной коры и определения глубины границы Мохоровичича (подошвы земной коры).

Основным опорным горизонтом для выделения глубинных геоструктур по гравитационным аномалиям является сейсмическая поверхность «А» (кровля ДФ). Структурные карты по горизонту «А» были построены по алгоритму «выборочного поля», где сначала производился выбор наиболее «информативных», а затем - «заполняющих» точек. Проведен структурно-геоморфологический анализ кровли ДФ. Сравнительный анализ аномалий и сейсмической поверхности «А» выявил тесную связь глубинных геоструюур фундамента с аномальными эффектами поля Дg.

Установлена прямая корреляция гравитационных аномалий с локальными и региональными ГДНЗ. По отрицательным аномалиям, связанным с разуплотненными глубинными зонами, построена карта древних палеодолин ДФ, самой крупной из них является Звериноголовско-Варгашинская. В ее пределах была выделена чашеобразная кольцевая геоструктура размером 35 * 45 км, представляющая погребенную палеовулканическую кальдеру.

В шестом разделе диссертации предложена методика комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса, включающая интерпретацию космических и геофизических данных, а также приведены результаты оценки перспектив нефтегазоносности недр Курганской области.

Новые принципы сбора и цифровые методы обработки МДЗЗ и геофизической информации имеют высокую производительность и открывают новые возможности для оперативной оценки перспектив нефтегазоносности обширных территорий, каковой является Курганская область.

На прогнозном этапе использовался комплект МДЗЗ из космоса и геофизических съемок, включающий карты ночных температурных контрастов ЗП, цветовые композиты количественных характеристик ЗП, ЦМР, результаты геоморфологического анализа ЗП и геофизических полей.

Методы формализованного анализа материалов космических и наземных съемок, основывались на алгоритмах распознавания. При применении эталонной классификации для оценки перспектив нефтегазоносности недр было создано представительное многомерное признаковое пространство, так как обратные задачи геофизики являются некорректными. Для их решения была использована избыточность информационной базы за счет МДЗЗ из космоса. Прогноз выполнялся, исходя из модели отображения залежей НиГ на МДЗЗ. На КС такие места картографировались в виде «холодной» кольцевой ТС второго порядка, расположенной вблизи термически активной зоны (например, разлома или вертикального канала в верхней части земной коры).

Блок-схема комплексной методики дешифрирования по данным МДЗЗ из космоса и геофизических съемок приведена на рисунке 2.

Методика включает в себя нормализацию данных космических съемок, пространственную локализацию характеристик геологической среды на основе решения обратных задач, опознавание объектов и прогноз нефтеперспективных площадей. Отображения открытых месторождений НиГ на космических материалах и геофизических полях использовались как эталоны. Комплексная методика дешифрирования материалов разнородных съемок позволила осуществить прогноз нефтеперспективных геоструктур в Курганской области двумя независимыми способами: 1 - на основе визуального дешифрирования МДЗЗ и интерпретации геофизических полей, 2 - на основе автоматизированного дешифрирования количественных характеристик ЗП и физических свойств геологической среды («куба данных»), полученных по МДЗЗ из космоса и геофизических съемок.

Сопоставление результатов прогноза нефтегазоносности геоструктур по МДЗЗ с данными полевой геохимической съемки показало, что выделенные по космическим материалам участки на 80 % соответствуют площадям с аномальными концентрациями углеводородов нефтяного ряда.

Первоочередным нефтеперспективным районом Курганской области является территория под номером 1 (рисунок 3, белый пунктир).

Исходные материалы съемок

МДЗЗ

Геофизические

Первичная обработка КС, нормализация, уравнивание цифровых массивов и т. д.

Первичная обработка геофизических измерений (привязка, поправки, редукции и т.д.) - построение полей

Определение количественных характеристик 311 (стат. характеристики линеаментов и кольцевых структур, ЦМР, яркостная температура, КТП, СИ, ТИ и т. д.)

Вычисление физических свойств земной коры (теплопроводность, плотность, намагниченность и т. д.) с учетом реальных параметров

Информационный куб

Модели геологических объектов (нефтяные пласты, залежи нефти и газа, геоструктуры)

| Внешние эталоны (количественные характеристики | ЗП в пределах нефтяных месторождении)

Опознавание

Визуальное дешифрирование (включая методику космогеологических исследований)

Эталонная классификация

Опознавание на основе многомерного регрессионного анализа

Конечный результат -выделение нефтеперспектив-пой площади

Карты прогноза II

Карты прогноза I

Рисунок 2 - Блок-схема комплексной методики дешифрирования по данным МДЗЗ и геофизических съемок для прогнозирования нефтегазоносности недр

Рисунок 3 - Схема размещения первоочередных нефтеперспективных участков на территории Курганской области по данным прогноза на основе материалов ДЗЗ

Заключение

В процессе проведения диссертационных исследований выполнено следующее:

- сделан обзор современного состояния космических исследований в Западной Сибири с целью прогнозирования месторождений нефти и газа;

- осуществлена систематизация материалов ДЗЗ в широком диапазоне (от видимого до радиоволнового) электромагнитных волн;

- выполнена первичная обработка и нормализация материалов ДЗЗ из космоса на территорию Курганской области;

- для картографирования глубинных геоструктур и диагностирования их нефтегазоносности получены следующие изображения земной поверхности: коэффициент спектральной яркости по различным оптическим каналам, цифровая модель рельефа местности, статистические характеристики линеаментов и кольцевых структур, альбедо, тепловая инерция, скорость испарения влаги, конвективный тепловой поток, а также их композиты;

- выполнен анализ изображений и проведено картографирование и районирование конвективного теплового потока и других тепловых характеристик земной поверхности, что позволило выявить линейные и кольцевые термически активные структуры (глубинные разломы, палеовулканические аппараты и т. д.) верхней части земной коры на территории Курганской области;

- по космическим материалам в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн установлено, что залежи нефти и газа формируются вблизи термически активных зон, что позволило сформулировать основные дешифро-вочные критерии нефтегазоносности территорий - это сочетание термически активных зон с кольцевыми термоструктурами первого, второго, третьего порядков и областями пониженных значений конвективного теплового потока;

- в процессе автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса проанализированы количественные характеристики земной поверхности на известных месторождениях нефти и газа Тюменской, Томской, Омской и Новосибирской областей. На основе эталонной классификации на территории Курганской области выявлены участки с подобными характеристиками;

- выполнен анализ геолого-геофизической изученности Курганской области и сформулированы предпосылки обнаружения залежей нефти и газа;

- на примере Курганской области разработана и апробирована методика космогеологических исследований, состоящая из трех графов: подготовка и дешифрирование материалов космической съёмки, геологическая интерпретация геофизических полей, комплексирование материалов ДЗЗ и геолого-геофизической информации и их геологическая интерпретация, что позволило создать карты глубинных геоструктур;

- для оценки нефтеперспективности выявленных геоструктур применена методика космического метода определения и дешифрирования конвективного теплового потока и других тепловых характеристик, усовершенствованная за счет привлечения геофизической информации;

- разработана методика комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса в широком диапазоне электро- -магнитных волн, включающая интерпретацию космических и геофизических данных, которая позволяет прогнозировать нефтегазоперспективность геоструктур на исследуемой территории.

На основе результатов исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации:

- разработанная методика комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса позволяет значительно снизить неопределённость нефтепрогноза и конкретизировать нефтеперспектив-ность глубинных геоструктур исследуемой территории;

- предложенная методика космогеологических исследований позволила выделить погребенную Звериноголовско-Варгашинскую палеодолину с конусообразной палеовулканической кальдерой, развивавшейся в термически активной Убаган-Тобольской динамически-напряженной зоне Урало-Казахского краевого прогиба;

- усовершенствованная методика определения и дешифрирования конвективного теплового потока и других тепловых характеристик земной поверхности показала, что первоочередным предполагаемым нефтегазоносным районом Курганской области является центральная часть погребенной палеодолины, относящаяся к палеовулканической кальдере;

- анализ тепловых изображений с применением эталонов (количественных характеристик земной поверхности по данным ДЗЗ в пределах нефтяных месторождений Тюменской, Томской, Омской и Новосибирской областей) позволил выделить около 60 перспективных участков, которые приурочены к периферии палеовулканической кальдеры. Вероятность надежного опознавания участков (аналогов нефтяных месторождений) на территории Курганской области составила от 69 до 92 %;

- верификация результатов дешифрирования материалов ДЗЗ с данными геохимических исследований подтвердила обоснованность применения многократных тепловых космических съемок для картографирования нефтеперспек-тивносги геоструктур;

- для прогнозирования месторождений нефти и газа на больших труднодоступных и слабоизученных территориях рекомендуется использовать передовые спутниковые технологии в комплексе с геолого-геофизическими материалами, что представляется малозатратным, оперативным и перспективным направлением.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи, опубликованные в репетируемых научных журналах,

входящих в Перечень изданий, определенных ВАКМинобрнауки РФ

1. Запивапов, Н.П. О возможности энергоэнтропийного моделирования неф-тегеологических систем и процессов / Н.П. Запивалов, А.Ю. Белоносов // Фундаментальные проблемы нефтегазогеолошческой науки. Кн. I. - М.: ВНИИОЭНГ, 1990.-С. 35-40.

2. Телицын, В.Л. Дистанционные и контактные методы индикации геодинамики в чехле литосферы платформ через посредство болот и заболоченных земель / В.Л. Телицын, О.С. Мартынов, А.Ю. Белоносов и др. // Известия вузов. Вестник ТюмГУ. - 2007. - № 3. - С. 159-167.

3. Белоносов, А.Ю. Интерпретация спутниковых данных конвективного теплового потока при прогнозировании залежей углеводородов в Курганской области / А.Ю. Белоносов, С.К. Туренко // Известия вузов. Нефть и газ. -2009.-№6.-С. 4-9.

4. Белоносов, А.Ю. Обработка и дешифрирование тепловых изображений земной поверхности для картографирования глубинных нефтеперспективных геоструктур (на примере юга Западной Сибири) / А.Ю. Белоносов, А.И. Кале-ницкий // Геодезия и картография. - 2010. - № 7. - С. 22-26.

5. Белоносов, А.Ю. Картографирование нефтеперспективных геоструктур по космическим тепловым изображениям земной поверхности (на примере Курганской области) / А.Ю. Белоносов, А.И. Каленицкий // Геодезия и картография. - 2010. - № 8. - С. 21-24.

Список научных работ, опубликованных в материалах международных симпозиумов и конференций

6. Zapivalov, N.P. Possibilities of thermobaric modeling of the paleozoic deec -seated blocks of the southern West Siberia in connection with oil and gas potentiall / N.P. Zapivalov, A.Yu. Belonosov // International Symposium "Thermal evolution of lithosphere and processes in the earth's interior". - Moscow, 1989. - C. 164-168.

7. Belonosov, A.Yu. The distant heat investigations within the oil and gas areas of the Western Siberia / A.Yu. Belonosov // International conference «The earth's thermal field and related research methods». - Moscow, 1998. - P. 33-35.

8. Belonosov, A.Yu. Diagnostics of the basement and sedimentary cover structural elements in West Siberia by remote thermal and surface geothermal-exploration methods targeted to oil and gas accumulation zones identification / A.Yu. Belonosov, A.V. Kurchikov // IV International conference "The earth's thermal field and related research methods ". - Moscow. - Russia, 2002. - P. 20-23.

9. Belonosov, A.Yu. Application of remote thermal surver for detection of hydrocarbon pools in West Siberia / A.Yu. Belonosov // IV International conference "The earth's thermal field and related research methods". - Moscow. - Russia, 2002.-P. 17-20.

10. Belonosov, A.Yu. Ground Surface Verification of Satellite Prognosis of Promising Oil and Gas Fields / A.Yu. Belonosov // GORS XIV International Symposium on "Remote Sensing and Development". - Damascus. - Syria, 2004. -P. 55-58.

11. Белоносов, А.Ю. Поиск неантклинальных залежей нефти и газа в Западной Сибири методом дистанционной и наземной геотерморазведки / А.Ю. Белоносов // Материалы II Международного геофизического конгресса Казахстана,-Алма-Ата, 1998.-С. 153-158.

12. Белоносов, А.Ю. Результаты, стратегия и перспективы использования «прямых» методов поисков месторождений нефти и газа в южных районах Тюменской области / А.Ю. Белоносов, А.Р. Курчиков, С.В. Прозоров И Материалы Международного совещания «Энергоресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России», Ч. 1. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 19-24.

13. Курчиков, А.Р. Комплексные геофизико-геохимические исследования, новые подходы при поисках нефтегазовых месторождений в Западной Сибири / А.Р. Курчиков, А.Ю. Белоносов // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазоносность и оптимальные методологические решения поиска, разведки и разработки месторождений углеводородов в пределах Западно-Сибирской плиты». - Тюмень, 2003. - С. 14-18.

14. Кокшаров, В.З. Пространственно-временные изменения трещиновато-сти геосреды при внешних воздействиях / В.З. Кокшаров, И.А. Чиркин, А.Ю. Белоносов // Материалы Международной конференции геофизиков и геологов ЕАГО. - Париж, 2004. - С. 41-46.

15. Мартынов, О.С. Анализ геодинамических напряжений и флюидодина-мических процессов в природных системах (на примере Черногорского месторождения ХМАО, Тюменской области) / О.С. Мартынов, А.Ю. Белоносов,

Р.И. Тимшанов // Материалы Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2006». Т. 3 «Мониторинг окружающей среды, геоэкология, дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия», ч. 2. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 184-189.

16. Переувлажненные геосистемы и почвы в качестве индикаторов геодинамических процессов / B.JI. Телицын, О.С. Мартынов, А.Ю. Белоносов, А.Г. Ахматова, А.В. Кузнецов // Международная конференция «Аграрные проблемы Северного Зауралья»: сборник докладов. - Тюмень, 2007. - С. 27-33.

17. Белоносов, А.Ю. Прогноз нефтеперспективных площадей в южных районах Западной Сибири по результатам геотермической съемки / А.Ю. Белоносов, С.А. Казанцев // Материалы Международной конференции геофизиков и геологов ЕАГО. - Тюмень, 2007. - С. 19-25.

18. Белоносов, А.Ю. Космические исследования конвективного теплового потока при прогнозировании залежей нефти и газа на юге Западной Сибири / А.Ю. Белоносов, О.С. Мартынов, С.А. Шешуков //. Международная академическая конференция «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири»: сборник докладов. - Тюмень, 2008. - С. 24-26.

19. Белоносов, А.Ю. Структурно-тектонический анализ космических материалов широтного правобережья р. Иртыш для прогнозирования нефтеперспективных площадей / А.Ю. Белоносов, О.С. Мартынов, С.А. Шешуков II Международная академическая конференция «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири»: сборник докладов. -Тюмень, 2008. - С. 27-29.

20. Forecasting of oil & gas deposits by means of structural-tectonic analysis of space materials in the south of West Siberia / O.S. Martynov, A.Yu. Belonosov, A.R. Kurchikov, S.A. Sheshukov, R.I. Timshanov, A.E. Kudryavtsev, Y.V. Vasiliev // GORS XVII International Symposium on "Space Technology Management and Applications", 7-10 november 2010. - Damascus. - Syria, 2010.

Список научных работ, опубликованных в материалах всероссийских конференций и журналах

21. Белоносов, А.Ю. О возможности применения геотермической разведки для выявления геологических неоднородностей. Геотермическое зондирование / А.Ю. Белоносов // Материалы Региональной конференции «Геофизические методы при поисках рудных месторождений полезных ископаемых». -Новосибирск: СНИИГГиМС, 1986. - С. 8-10.

22. Белоносов, А.Ю. Методика построения объемных геотемпературных полей на разведочных нефтегазоносных площадях / А.Ю. Белоносов // Материалы Региональной конференции «Комплексирование методов исследования при разработке месторождений нефти и газа Западной Сибири». - Тюмень: За-пСибНИГНИ, 1988. - С. 34-36.

23. Белоносов, А.Ю. Геотермическая характеристика палеозойских отложений юга Западной Сибири / А.Ю. Белоносов // Материалы II Республикан-

ской научной школы-семинара «Теория и методы интерпретации геофизических данных». - Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1988. - С. 27-31.

24. Белоносов, А.Ю. Геотермические критерии размещения залежей углеводородов / А.Ю. Белоносов // Материалы Всесоюзной конференции «Минера-лого-геохимические критерии поисков и моделирования процессов формирования месторождений полезных ископаемых». - Львов: ИГГГИ, 1989. - С. 20-25.

25. Белоносов, А.Ю. Методические подходы к построению объемных температурных полей на нефтегазоносных площадях в условиях малочисленной термометрической информации / А.Ю. Белоносов // IV Всесоюзная конференция «Актуальные проблемы геофизики»: сборник докладов - М.: ИФЗ, 1989. -С. 12-16.

26. Белоносов, А.Ю. Выделение нефтеперспективных участков при ком-плексировании аэромагнитных и геотермических методов на юге Западной Сибири / А.Ю. Белоносов // Материалы IV Республиканской конференции «Прямые методы поисков залежей нефти и газа». - Львов: ИГГТИ, 1990. - С. 45-47.

27. Белоносов, А.Ю. Комплексирование результатов тепловизорной аэросъемки и приповерхностной геотермической съемки на нефтяных месторождениях Западной Сибири / А.Ю. Белоносов // Материалы IV Республиканской конференции «Прямые методы поисков залежей нефти и газа». - Львов: ИГГТИ, 1990. - С. 41—44.

28. Запивалов, Н.П. Локальный прогноз нефтегазоносности с помощью тепловых методов / Н.П. Запивалов, А.Ю. Белоносов // Геолого-геохимические условия формирования нефтегазоносных отложений Западной Сибири. -Тюмень: ЗапСиБНИГНИ, 1991. - С. 123-126.

29. Белоносов, А.Ю. Гидрогеологическая интерпретация данных тепловой' съемки на месторождениях нефти и газа Западной Сибири / А.Ю. Белоносов // Всероссийская научно-практическая конференция по подземным водам Сибири и Дальнего Востока: сборник докладов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 1997. - С. 87-89.

30. Курчиков, А.Р. Технология комплексного применения нетрадиционных исследований при обнаружении и разведке сложнопостроенных залежей УВ в Западной Сибири / А.Р. Курчиков, А.Ю. Белоносов, A.C. Фефелов // Всероссийский съезд геологов и научно-практическая геологическая конференция «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века»: сборник докладов. - СПб.: ВНИГРИ, 2000. - С. 206-208.

31. Курчиков, А.Р. Технология комплексных исследований для поисков, разведки и доразведки нефтяных месторождений Западной Сибири / А.Р. Курчиков, А.Ю. Белоносов // Вестник недропользователя XMAO. - Тюмень, 2001. - № 27. - С. 58-60.

32. Белоносов, А.Ю. Локальный прогноз нефтегазоносности недр Западной Сибири по результатом наземных и дистанционных геотермических и тепловых исследований / А.Ю. Белоносов, А.Р. Курчиков // II Всероссийская научная конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабас-сейна»: сборник докладов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 61-65.

33. Белоносов, А.Ю. Применение дистанционной тепловой съемки для обнаружения залежей углеводородов в Западной Сибири / А.Ю. Белоносов //

II Всероссийская научная конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна»: сборник докладов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. -С. 66-69.

34. Белоносов, А.Ю. Диагностика структурных элементов фундамента и осадочного чехла Западной Сибири дистанционными тепловыми и нэземными геотерморазведочными методами в связи с выявлением зон нефтегазоиакопле-ния/ А.Ю. Белоносов, А.Р. Курчиков, C.B. Прозоров // II Всероссийская научная конференция «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна»: сборник докладов. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 78-83.

35. Белоносов, А.Ю. Депрессион'но-блочная модель доюрского основания Вагай-Ишимской впадины / А.Ю. Белоносов, О.С. Мартынов // Материалы Региональной научно-практической конференции: «Перспективы нефтегазонос-ности палеозойских отложений на территории Ханты-Мансийского автономного округа». Лукойл-Западная Сибирь. - Ханты-Мансийск, 2003. - С. 25-28.

36. Курчиков, А.Р.- Региональная оценка перспектив нефтегазоносности юга Западно-Сибирского бассейна по комплексу дистанционных и наземных данных / А.Р. Курчиков, А.Ю. Белоносов, О.С. Мартынов // Материалы VII на-учно-практаческой конференции «Пути реализации нефтегазового потенциала Ханты-Мансийского автономного округа». - Ханты-Мансийск, 2003. - Т. 1. -С.41-44.

37. Структурно-тектонический анализ космических материалов территории юга Западной Сибири для оценки нефтеперспективности / А.Ю. Белоносов, О.С. Мартынов, А.Р. Курчиков, С.А. Шешуков, А.Е. Кудрявцев // VIII Всероссийская ежегодная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», 15-19 ноября 2010. - М.: ИКИ РАН, 2010.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Белоносов, Андрей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.,.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Г.1 Современное состояние космических исследований в* прогнозировании месторождений нефти и газа в западной

Сибири.

1.2 Геолого-геофизическая изученность Курганской области.

1.3 Предпосылки обнаружения залежей нефти и газа в ' Курганской области.

2 МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ.

2.1 Уровни обработки МДЗЗ.

2.2 Форматы данных МДЗЗ.

2.3 Программное обеспечение для чтения данных ДЗЗ.

2.4 Объём данных МДЗЗ.

2.5 Поиск и заказ архивных МДЗЗ.

2.6 Нормализация МДЗЗ,.

3 МЕТОДЫ АНАЛИЗА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ И МЕТОДИКА КОСМОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕФТЕПЕРСПЕКТИВНЫХ ГЕОСТРУКТУР.

3.1 Используемые данные.

3.2 Построение цифровой модели рельефа земной поверхности

3.3 Методы анализа космических снимков.

3.4 Методика космогеологических исследований.

4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МЕТОДИКА, ОБРАБОТКА И ДЕШИФРИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ КОСМИЧЕСКОГО МЕТОДА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛОВГО ПОТОКА ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА.

4.1 Теоретические основы космического метода зондирования конвективного теплового потока.

4.2 Методика спутникового измерения теплового потока недр

4.3 Алгоритм решения обратной задачи для определения теплового потока, тепловой инерции и скорости испарения.

4.4 Обработка тепловых изображений земной поверхности.

4.5 Качественный (визуальный) анализ и дешифрирование тепловых изображений земной поверхности.

4.6 Прогноз нефтеперспективных площадей на основе визуального и цифрового анализа комплексных космических материалов.

5 АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ АНОМАЛЬНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ И МАТЕРИАЛОВ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ГЛУБИННЫХ ГЕОСТРУКТУР.

5.1 Анализ и интерпретация аномального гравитационного поля.

5.2 Построение и анализ сейсмической поверхности «А» (кровли доюрского фундамента).

6 ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ ДЕШИФРИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ДЛЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ НЕФТЕПЕРСПЕКТИВНЫХ ГЕОСТРУКТУР КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика дешифрирования космических снимков для картографирования нефтеперспективных геоструктур"

Актуальность темы. В 60-80-е годы XX столетия в восточной части Курганской области был выполнен значительный объем поисковых и геологоразведочных работ на нефть и газ. Поиски, по аналогии с открытиями месторождений углеводородов (УВ) в Тюменской области, были направлены на изучение антиклинальных структур осадочного чехла [53, 78, 80, 92]. Залежей нефти и газа не было обнаружено и в середине 80-х годов поиски скоплений углеводородов в Курганской области прекратились. Несмотря на большой объем полученной информации, уровень геолого-геофизической изученности территории остался не высоким. Состояние изученности территории имеет крайне низкую плотность наблюдений и слабую степень обеспеченности фактическим геологическим материалом.

В настоящее время направление поисков залежей нефти и газа (НиГ) в Курганской области следует сместить в палеозойский структурно-тектонический этаж. Объектом поиска могут являться карбонатные толщи морского происхождения верхнего девона. Согласно геологическим и тектоническим картам они распространены в восточной части Курганской области [44, 49, 81, 82, 89]. На протяжении последних 10 лет, по данным натурных геохимических экспериментов в различных районах восточной части Курганской области, автором отмечается повторяемость аномальных эффектов в отдельных зонах. Эти зоны проявляются в геохимических и геофизических полях уже 30 лет с момента их обнаружения [1, 2, 7, 9, 11, 19, 25, 26, 30, 45, 51, 59, 63,64, 72, 79,91].

В конце 90-х годов прошлого века автор и ещё ряд исследователей неоднократно показывали на картах перспектив нефтегазоносно сти южных районов Западной Сибири, что восточная часть Курганской области относится к одному из сегментов Урало-Казахского краевого прогиба. В пределах этого прогиба на территории Свердловской и Тюменской областей открыты месторождения газа, газоконденсата, нефти. В южной части Тургайского прогиба (продолжение Урало-Казахского прогиба на территорию Казахстана) нефтяные месторождения введены в разработку [14, 24]. Проявления нефти, газа и битумов в разрезах скважин Тургайского прогиба отмечены с 1935 по 1984 гг. почти в 100 скважинах. Признаки нефтегазоносности зафиксированы как в меловых, так и в доюрских девон-карбон-триасовых отложениях.

Восточная часть Курганской области, где промышленных притоков не получено, остается не до конца исследованной территорией. Необходимо было закартографировать перспективные геоструктуры и выявить дополнительные информативные признаки нефтегазоносности в этом регионе по аналогии с территориями, где залежи УВ уже открыты.

Решение такой задачи (минимальное вложение денежных средств, охват большой территории с применением апробированной экспресс-оценкой нефтеперспективности) было возможно только при создании комплексной методики дешифрирования' космических снимков (КС) и интерпретации геолого-геофизических материалов.

Для выявления информативных признаков нефтегазоносности недр был применен цифровой космический метод зондирования конвективного теплового потока (КМ КТП), базирующийся- на материалах многократных тепловых космических съемок (ТКС) земной поверхности (ЗП) в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ). При1 этом для, картографирования геоструктур были проанализированы- материалы, сейсморазведки, гравиразведки, бурения и космические снимки в видимом, ближнем инфракрасном и радиолокационных диапазонах ЭМВ.

За последние 20 лет натурными, экспериментами, посредством математического и физического моделирования было показано, что над месторождениями нефти и газа и по их периферии существуют системы разломов, по которым осуществляется интенсивная вертикальная? миграция углеводородов к земной поверхности. Нефтяные флюиды, достигая» зоны аэрации (приповерхностный слой 3 метра), окисляются при взаимодействии с сульфатными водами, с озоном, возникающим за счёт радиолиза и атмосферным кислородом. На эти химические реакции накладываются процессы биогенного окисления (за счёт бактерий, окисляющих УВ, а затем отмирающих с последующим разложением). Так как все эти процессы протекают с выделением тепла, глубинный тепловой поток, поступающий к земной поверхности, усиливается в приповерхностном слое в среднем в 5-10 раз. Над залежами нефти и газа на поверхности Земли, возникают контрастные тепловые аномалии [9, 10, 11, 14, 16, 19, 36, 50, 51, 52, 73, 74, 93, 94].

Методические основы КМ КТП были разработаны в лаборатории термодинамики природных и антропогенных воздействий Санкт-Петербургского Научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской Академии Наук (НИЦЭБ РАН) под руководством заведующего лабораторией, кандидата геолого-минералогических наук В.И. Горного.

При проведении диссертационных исследований на основе этого метода разработана комплексная методика, предусматривающая анализ геофизических и космогеологических материалов, мировые аналоги которой в настоящее время отсутствуют. Обоснованность ее применения подтверждена результатами поискового и разведочного бурения на юге Тюменской и Томской областей, в Удмуртии, Ханты-Мансийском и Ненецком автономных округах, что послужило основанием для применения цифровых методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) из космоса и интерпретации геолого-геофизических материалов для оценки нефтеперспективности глубинных геоструктур Курганской области.

Доюрский фундамент (ДФ) в Курганской области имеет разломно-блоковое строение [7, 9, 19, 23-27, 49-50, 63-64, 68]. Места аккумуляции нефти и газа связанны с аномалиями теплового потока и приурочены к флюидопроводящим границам тектонических блоков, по которым осуществляется вертикальная миграция нефтяных флюидов.

Цель работы: разработка комплексной методики дешифрирования космических снимков и интерпретации геофизических данных для картографирования глубинных нефтеперспективных геоструктур доюрского фундамента. .

Основные задачиисследования: а) сбор, систематизация и анализ материалов ДЗЗ (МДЗЗ). данных гравиметрических и сейсмических съемок, бурения скважин и других геолого-геофизических, материалов;. . , : . б) разработка методики дешифрирования КС с: целью картографирования глубинных геоструктур в комплексе с данными о гравитационных аномалиях и сейсмических поверхностях;; в) анализ; КС земной» поверхности в- видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ; г) усовершенствование методики; определения количественных характеристик земной поверхности на- основе обработки и дешифрирования материалов многократных ТКС с привлечением геофизических данных;. д) анализ данных КМ КТ11 и других количественных характеристик совместно с материалами космогеологических. и геофизических исследований для оценки нефтеперспективности: исследуемой территории; е) разработка методики комплексного дешифрирования; МДЗЗ и интерпретации результатов геофизических исследованишдля диагностирования геоструктур'ДФ Курганской области на нефтеперспективность.

Объектом исследований являются космические снимки; земной поверхности в видимом, ближнем инфракрасном, тепловом инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ; цифровые модели рельефа местности (ЦМР). гравитационные аномалии; и сейсмические поверхности верхней части» земной коры (ВЧ ЗК), результаты бурения геоструктур Курганской области.

Предметом исследованийявляется методика дешифрирования*КС земной поверхности в широком спектре ЭМВ и интерпретация геофизических, полей для картографирования- глубинных геоструктур и прогноза; их нефтегазоносности.

Методы исследованця.

При решении поставленных задач были применены:

- уровни обработки и нормализации МДЗЗ (атмосферная и радиометрическая коррекция, алгоритм восстановления коэффициента спектральной яркости: (КСЯ) и термодинамической температуры ЗП, приведение к картографической проекции, создание:цифровых мозаик);:

- метод космической радиолокационной' интерферометрии (КРИ) для построения ЦМР;

- методы анализа космических снимков (статистический, Фурье - анализ, анализ линеаментов; дуговых элементов и кольцевых структур); методы космогеологических исследований (картографические, структурно-геоморфологические, линеаментологические и т.д.); методы обработки временных рядов (дифференциальный и статистический), метод выделения аномалий, метод цветового кодирования композиты, факторный анализ, безэталонная (методы ^-средних, максимального t правдоподобия, теории нечетких множеств, главных компонент) и эталонная классификации (алгоритмы обучения, оценивания обучения и непосредственной классификации анализ, алгоритмы расознавания), многомерный регрессионный;

- качественный (визуальный)- и количественный (цифровой) анализ тепловых изображений;

- методы вероятностной оценки опознавания г-го эталона при использовании /-го эталона в качестве обучающей выборки, пропуска цели и ложной тревоги;

Фактический материал и методы обработки информации.

В настоящее время МДЗЗ доступны в архивах центров приема космической информации. Заказ космической снимков был выполнен на Московской станции приема спутниковой информации, в центральном архиве NOAA. Проанализировано 400 сцен тепловых изображений, из которых 15 отобраны для обработки. Для обработки МДЗЗ в работе использованы программные пакеты: ERDAS IMAGINE, Geomatica, ENVI, ER Mapper, Msphinx и OpenDragon.

Материалы гравиметрии масштаба 1 : 200 ООО получены из банка данных «Гравимаг» СПЕЦ ИКЦ ПГ ВИРЕ (г. Санкт-Петербург) и представлены в виде цифровых матриц размером 241 х 161' точек.

Структурные карты (сейсмические поверхности) предоставлены ФГУП ЗапСибНИИГГ (г. Тюмень) и ОАО ЦГЭ (г. Новосибирск) в виде структурированных цифровых баз данных.

Результаты бурения скважин и дополнительная геолого-геофизическая информация получены автором в территориальных фондах геологической информации городов Екатеринбург, Тюмень, Курган, Новосибирск.

Теоретической базой для проведения исследований являлись математические методы обработки и анализа информации, методы дешифрирования* цифровых изображений ДЗЗ из космоса, уравнения теплового баланса земной поверхности и теплопроводности среды, методы решения прямых и обратных задач геофизики.

Научная новизна: i

- разработана комплексная методика' дешифрирования МДЗЗ и интерпретации космогеологических и геофизических данных для картографирования глубинных геоструктур с последующей оценкой- их нефтегазоперспективности (на примере Курганской области); разработана методика космогеологических исследований (дешифрирования КС и интерпретации геофизических полей) для выделения глубинных reo структур;

- впервые (для Курганской области) осуществлено дешифрирование КС в широком диапазоне ЭМВ и применена усовершенствованная методика прогнозирования залежей НиГ, основанная на дешифрировании изображений КМ КТП и других количественных характеристик, определяемых по материалам многократных ТКС, с учетом геофизической информации.

Теоретическая и практическая значимость: обоснованы оптимальный набор космических материалов, количественные характеристики ЗП и методика космогеологических исследований для картографирования глубинных геоструктур, применена усовершенствованная методика КМ КТП для прогноза нефтегазоперспективности геоструктур по космическим тепловым и геофизическим данным, предложена и применена малозатратная комплексная методика прогнозирования^ залежей НиГ в ДФ Курганской области. Она является оперативной и экономически эффективной, что подтвердили результаты поискового бурения на юге Тюменской области за последние три года.

По комплексной методике проведено районирование глубинного строения ДФ восточной части Курганской области. Закартографированы древние палеодолины, перспективные на поиски залежей НиГ. Показана роль глубинных разломов, как возможных путей вертикальной миграции нефтяных флюидов. Закартографирован глубинный каркас геодинамически-напряженных зон (ГДНЗ) и кольцевые глубинные геоструктуры вулканогенного происхождения. Предложена стратегия поисков месторождений НиГ, базирующаяся на новых представлениях о строении ДФ Курганской области. В пределах Звериноголовско-Варгашинской палеодолины выявлен первоочередной нефтеперспективный район, приуроченный к периферии погребенной палеовулканической геоструктуры, внутри которого выделено около 60 мелких перспективных участков.

Представлены рекомендации Региональному агентству по недропользованию «Уралнедра» (г. Екатеринбург) о нефтегазоперспективности недр Курганской области. Агентством проведены аукционы для привлечения нефтяных компаний к нефтегеологическому изучению территории. Федеральным агентством «Роснедра» (г. Москва) выделены средства из федерального бюджета на бурение параметрической скважины «Курган-Успенская-1» с целью изучения палеозойских отложений ДФ.

На защиту выносятся: а) для картографирования глубинных геоструктур целесообразно использовать разработанную методику космогеологических исследований, основанную на комплексировании результатов- визуального дешифрирования КС в широком диапазоне электромагнитных волн и интерпретации гравитационных аномалий и сейсмических поверхностей; б) усовершенствованная методика автоматизированного дешифрирования космических материалов (коэффициент спектральной яркости и статистические характеристики ЗП в оптическом диапазоне, температура, конвективный тепловой поток и другие тепловые характеристики ЗП в дальнем инфракрасном и радиоволновом диапазонах ЭМВ) с привлечением распределений физических свойств верхней части земной коры, на основе эталонной классификации всех параметров позволила с высокой степенью достоверности выявлять нёфтеперспективные участки и площади; в) применение разработанной малозатратной методики комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса, включающей интерпретацию космических и геофизических данных при диагностике нефтегазоносности глубинных геостргуктур, позволяет эффективно (верификация геохимической съемкой или бурением) и в короткие сроки обосновывать местоположение новых нефтегазоносных районов на исследуемых территориях.

В- первом разделе выполнен аналитический обзор современного состояния космических исследований с целью прогнозирования- залежей НиГ и геолого-геофизической изученности Курганской области. Приводятся организации, которые занимаются дистанционными исследованиями в Западной Сибири и, в частности, в Курганской области. Только исследователи из Санкт-Петербурга и автор используют цифровой анализ и дешифрирование космических материалов. В .других организациях дистанционные исследования ограничиваются визуальным подходом. Особое место уделено истории геологического изучения недр Курганской области в XX и ХХГ веке. Рассмотрены предпосылки обнаружения залежей нефти и газа в доюрском фундаменте. Вышесказанное позволяет положительно оценить перспективы нефтегазоносности исследуемой территории.

Заключение Диссертация по теме "Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия", Белоносов, Андрей Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведения диссертационных исследований выполнено следующее:

- сделан обзор современного состояния; космических исследований в Западной Оибиршс целью.прогнозирования месторождений нефти и газа;

- осуществлена систематизация? материалов ДЗЗ в широком диапазоне (от видимогодо радиоволнового) электромагнитных волн;

- выполнена первичная обработка тнормализация материалов ДЗЗ из космоса на территорию Курганской?области;.

- для картографирования^ глубинных геоструктур и диагностирования их нефтегазоносности; получены следующие изображения земной поверхности: коэффициент спектральной яркости по различным оптическим каналам, цифровая1 модель рельефа местности, статистические характеристики линеаментов и кольцевых структур, альбедо, тепловая инерция;, скорость испарения влаги, конвективный тепловой поток, а также их композиты;

- выполнен анализ изображений и проведено картографирование и районирование конвективного теплового потока, и других тепловых характеристик земной поверхности, что позволило» выявить линейные и кольцевые термически активные структуры, (глубинные разломы, палеовулканические аппараты и т.д.) верхней части земной коры на территории Курганской области;

- по космическим материалам в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитных волн установлено, , что залежи: нефти и газа,, формируются вблизи термически активных зон, что позволило сформулировать основные дешифровочные критерии нефтегазоносности территорий - это- сочетание термически активных зон с кольцевыми термоструктурами первого, второго, третьего порядков!Й'Областями;пониженных значений конвективного теплового потока;

- в процессе автоматизированного» дешифрирования- материалов« ДЗЗ из: космоса проанализированы; количественные: характеристики земной поверхности на известных месторождениях нефти и газа Тюменской, Томской, Омской и Новосибирской областей. На основе: эталонной классификации на территории Курганской области выявлены участки с подобными характеристиками;

- выполнен анализ геолого-геофизической изученности Курганской области и:сформулированы предпосьшки обнаружения залежей нефти и газа;

- на примере Курганской области разработана и апробирована методика космогеологических исследований, состоящая» из трех графов: подготовка.и дешифрирование:материалов космической съёмки, геологическая интерпретация геофизических полей, комплексирование материалов; ДЗЗ и

-геолого-геофизической информации и их геологическая интерпретация, что позволило создать карты глубинных геоструктур;

- для оценки нефтеперспективности выявленных геоструктур применена методика космического метода определения и дешифрирования конвективного теплового потока и других тепловых характеристик, усовершенствованная за счет привлечения геофизической информации;

- разработана методика комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса в широком диапазоне электромагнитных волн, включающая* интерпретацию космических и геофизических данных, которая позволяет прогнозировать нефтегазоперспективность геоструктур на исследуемой территории.

На основе результатов исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации: а) разработанная методика комплексного визуального и автоматизированного дешифрирования материалов ДЗЗ из космоса, позволяет значительно снизить неопределённость нефтепрогноза и конкретизировать нефтеперспективность глубинных геоструктур исследуемой территории; б) предложенная методика космогеологических исследований позволила выделить погребенную Звериноголовско-Варгашинскую палеодолину с конусообразной палеовулканической кальдерой, развивавшейся в термически активной Убаган-Тобольской динамически-напряженной зоне Урало-Казахского краевого прогиба; в) усовершенствованная методика определения и дешифрирования конвективного теплового потока и других тепловых характеристик земной поверхности показала, что первоочередным предполагаемым нефтегазоносным районом Курганской области является центральная часть погребенной палеодолины, относящаяся к палеовулканической кальдере; г) анализ тепловых изображений с применением эталонов (количественных характеристик земной поверхности по данным ДЗЗ в пределах нефтяных месторождений Тюменской, Томской, Омской и Новосибирской областей) позволил выделить около 60 перспективных участков, которые приурочены к периферии палеовулканической кальдеры. Вероятность надежного опознавания участков (аналогов нефтяных месторождений) на территории Курганской области составила от 69 до 92 %; д) верификация результатов дешифрирования материалов ДЗЗ с данными геохимических исследований подтвердила обоснованность применения многократных тепловых космических съемок для картографирования нефтеперспективности геоструктур; е) для прогнозирования месторождений нефти и газа на больших труднодоступных и слабоизученных территориях рекомендуется использовать передовые спутниковые технологии в комплексе с геолого-геофизическими материалами, что представляется малозатратным, оперативным и перспективным направлением.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Белоносов, Андрей Юрьевич, Новосибирск

1. Абрикосов, И. X. Общая- нефтяная и нефтепромысловая геология / И Х. Абрикосов; ИС. Еутман.- М^: Недра, 19741

2. Аэрокосмические методы в геоэкологии / под ред. В. И. Лялько. Киев: Наукова думка, 1992.- 205 с.

3. Becker, Г. Toward a local split window method over land; surface / F. Becker, Li Zi-b. //Int. Ji Remote Sens'., vol. 11, no. 3, 1990. P./369-393.

4. Белов, В. В. От физических основ; теории и моделирования к тематической обработке спутниковых изображений / В: В. Белов, С. В. Афонин. Томск: Ин-т оптики атмосферы СО РАН, 2005.- 266 с.

5. Белоносов, А. Ю. Геотермическая характеристика палеозойских отложений юга Западной Сибири / А. Ю. Белоносов // Материалы II Республ. школы-семинара "Теория и методы интерпретации: геофизических данных". -Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1988. С. 27-31.

6. Белоносов, А. Ю. Поиск неантиклинальных залежей нефти и газа в Западной Сибири методом дистанционной и наземной геотерморазведки / А. Ю. Белоносов // Материалы II Междунар. геофиз. Конгр. Казахстана. Алма-Ата, 1998. - С. 153-158.

7. Belonosov, A.Yu. The distant heat investigations within the oil and gas areas of the Western Siberia // International conference «The earth's thermal field and related research methods». Moscow, 1998. - P. 33-39.

8. Belonosov, A. Yu. Application of remote thermal surver for detection of hydrocarbon pools in West Siberia // IV International conference "The earth's thermal field and related research methods ". Moscow, Russia, 2002. - P. 17-25.

9. Belonosov, A. Yu. Ground Surface Verification of Satellite Prognosis of Promising Oil and1 Gas Fields // GORS XIV international Symposium on "Remote Sensing and Development". Damascus, Syria, 2004. P. 55-58.

10. Белоносов, А. Ю. Прогноз нефтеперспективных площадей в южных районах Западной Сибири по результатам геотермической съемки. / А. Ю. Белоносов, С. А. Казанцев // Материалы Междунар. конф. геофизиков и геологов ЕАГО. Тюмень, 2007. - С. 19-25.

11. Белоносов, А. Ю. Картографирование нефтеперспективных геоструктур по космическим тепловым изображениям земной поверхности (на примере Курганской области) / А. Ю. Белоносов, А.И. Каленицкий // Геодезия и картография. 2010. - № 8. - С. 21-24.

12. Белоносов, А. Ю. Интерпретация спутниковых данных конвективного теплового потока при прогнозировании залежей углеводородов в Курганской области / А. Ю. Белоносов, С. К. Туренко // Изв. вузов. Нефть и Газ. -2009. -№ 6. С. 4-9.

13. Березкин, В. М. Применение геофизических методов разведки для прямых поисков месторождений нефти и газа / В. М. Березкин, М. А. Киричек, А. А. Кунарев. М.: Недра, 1978.

14. Clauser, С. Decoupled Thermal and Hélium Anomalies Implications for the Transport Regime in Continental Rift Zones / C. Clauser, E. Griesshaber, H.J. Neugebauer // JGR, Solid Earth, November 2002, 10.1029/2001 JB000675.

15. Geothermic remote analysis of NOAA data of Kanto plain. Preliminary interprétation / T. Sakurai-Amano, T. Takeda, M. Takagi, V. Gorny, A. Kiselev, A.

16. Tronin // Proc. of the 28th Conference of the Remote Sensing Society of Japan. Tsukuba Research Center. 2000, P. 235-236

17. Gillespie, A.R. Spectral mixture analysis of multispectral thermal infrared images / A.R. Gillespie. Remote Sens. Environ., vol. 42, 1992, P. 137-145.

18. Гонсалес, P. Цифровая обработка изображений / P: Гонсалес, P: Вудс. M.: Техносфера, 2006.- 1072 с.

19. А.с. Способ полевой геотермической съемки. 3780807/25(082570) / В. И. Горный, В. Б. Ермолаев- Маслов.

20. Горный, В. И. Геодинамика Восточно-Европейской и ЗападноСибирской платформ (по данным дистанционного геотермического метода) / В. И. Горный // Региональная геология и металлогения.- 2000. СПб.: ВСЕГЕИ. -№12. - С. 76-86.

21. Горный, В. И. Комплексирование тепловой многоспектральной и аэромагнитной съемок при решении прогнозно- поисковых задач / В. И. Горный, И. В: Степанов // Разведка и охрана недр. 2001. - Вып. 9. - С. 39-43.

22. Горный, В. И. Тепловая аэрокосмическая съемка / В. И. Горный, Б. В. Шилин, Г. И. Ясинский. М.: Недра, 1993.- 128 с.

23. Дистанционные и контактные методы индикации геодинамики в чехле литосферы платформ через посредство болот и заболоченных земель / В. JI. Телицын, О. С. Мартынов, А.Ю. Белоносов и др. // Изв. вузов. Вестник ТюмГУ. 2007. - № 3. - С. 159-167.

24. Dozier, J. Development of practical multiband algorithms for estimating land-surface temperature from EOS/MODIS data / J. Dozier, Wan Z // Adv. Space Res., vol. 13, no. 3,1994. P. 81-90.

25. Дубатолов, В« .H. Палеоландшафты среднедевонских и франских морей Сибири. Стратиграфия. Геологическая корреляция / В. Н. Дубатолов. -2000. Т. 8, № 6. - С. 34-58.

26. Дягилева, А. И. Основы геофизических методов разведки / А. И. Дягилева, В. В. Андриевич. М.: Недра, 1987.

27. Fingas, М. F. Review of Oil Spill Remote Sensing / M. F. Fingas, С. E. Brown // Proceedings of the Fifth International Conference on Remote Sensing for

28. Marine and Coastal Environments, Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Michigan, 2000. P. 1211-218.

29. Запивалов, H. П. О возможности энергоэнтропийного моделирования нефтегеологических систем и процессов / Н. П. Запивалов, А. Ю. Белоносов // Фундаментальные проблемы нефтегазогеологической науки. Кн. I. М.: ВНИИОЭНГ, 1990. - С. 35^40.

30. Запивалов, Н. П. Локальный прогноз нефтегазоносности с помощью тепловых методов / Н. П. Запивалов, А. Ю. Белоносов // Геолого-геохимические условия* формирования нефтегазоносных отложений Западной Сибири. -Тюмень: ЗапСиБНИГНИ, 1991. С. 123-126.

31. Janssen, L. F. Principles of Remote Sensing / L.F. Janssen. An Introdusionary Text Book. Published by The International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences (ITC). ISBN 90-6164-183-7. ITC, Enschede, The Netherlands, 2001. 170 p.

32. Jensen, J. R. Remote Sensing of the Environment: An» Earth Resource Perspective (2nd Edition) / J. R. Jensen. Prentice Hall, 2006. 608 p.

33. Kahle, A. Middle infrared multyspectral aircraft scanner data: analysis for geological applications / A.Bi Kahle, D.P. Madura, J.M. Soha // Appl. Opt. 19, 1980. P. 2279-2290.

34. Kampes. Radar Interferometry / Kampes, M. Bert // Persistent Scatterer Technique. Series: Remote Sensing and Digital Image Processing , Vol. 12, 2006, XVI,-P. 211.

35. Kaufman, Y. J. Algorithm for automatic atmospheric corrections to visible and near-IR satellite imagery / Y.J. Kaufman, Ç. Sendra // Int. J. of Remote Sens., 9, 1988. P.1357-1381.i

36. Киричек, M. А. К вопросу комплексирования прямых геофизических и геохимических методов поисков месторождений нефти и газа / M' .А. Киричек, В. М. Овсянников // Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа. MI, 1983.-С. 98-101'.

37. Кравцов, А. И. Горючие полезные ископаемые, их поиски и разведка / А. И. Кравцов. М.: Высшая школа, 1970.

38. Курчиков А. Р: Гидрогеотермические критерии нефтеносности / А. Р. Курчиков. М.: Недра, 1992.

39. Курчиков, А. Р. Технология комплексных исследований для поисков, разведки и доразведки нефтяных месторождений Западной Сибири / А. Р. Курчиков, А. Ю. Белоносов // Вестник недропользователя XMACh Тюмень. -2001.-№27.-С. 58-60.

40. Li, Z.-L. Feasibility of land surface temperature and. emissivity determination-from'AVHRR data / Z.-L. Li, F. Becker // RemoteSens. Environ., vol. 43,1993, p. 67-85.

41. Massin, J.M. Remote Sensing For the Control Of Marine Pollution / J.M. Massin. Plenum Press New York, USA., 1994, P. 193 -199.

42. Некоторые проблемы и тенденции развития космоаэрогеологических исследований в России в XXI веке / А. Ф. Карпузов и др. // Региональная геология и минерагения. 2000. - №11. - С. 50-58.

43. Никитский, Bl Е. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач / В. Е. Никитский, В!. В. Бродовой. М.: Недра, 1987.

44. Осадчий, В. Г. Геотермические критерии нефтегазоносности недр / В. Г. Осадчий, А. И. Лурье, В. Ф. Ерофеев. Киев: Наукова Думка, 1976.

45. Осадчий, В. Г. Разломная тектоника и тепловые поля нефтегазоносносных провинций Украины / В. Г. Осадчий // Разломная тектоника и нефтегазоность Украины,- Киев, 1989. С. 76-94.

46. Плюснина, И. И. Инфракрасные спектры силикатов / И. И. Плюснина. М.: МГУ, 1967.-X. 187.

47. Processing of SAR Data: Fundamentals, Signal Processing, Interferometry (Signals and Communication Technology). Springer, 2003, 291 p.

48. Пумпянский, A. M. Триас Тобол-Ишимского междуречья юга Западно-Сибирской плиты. Новые данные по геологии Урала, Западной Сибири и Казахстана / А. М. Пумпянский. Свердловск: АН СССР, Урал, отд-ние, 1990. - С. 159-165.

49. Разведочная геофизика / Д. С. Миков, А. А. Федоров, В. А. Андреев и др. Томск: ТГУ, 1961,- 222 с.

50. Решения V Межведомственного регионального стратиграфического совещания по мезозойским отложениям Западно-Сибирской равнины, Тюмень, 1990. Тюмень, 1991.- 76 с.

51. Региональная стратиграфическая схема палеозойских образований Западно-Сибирской равнины. Новосибирск, 1999.- 89 с.

52. Решения Межведомственного совещания по рассмотрению и принятию региональной стратиграфической схемы палеозойских образований Западно-Сибирской равнины / под ред. В. И. Краснова. Новосибирск, 1999.-80с.

53. Rodriguez, Е. Theory and design of interferometric SARs. / E. Rodriguez, J. Martin // Proc. IEEE, 139,147-159,1992.

54. Shunlin, Liang. Quantitative Remote Sensing of Land Surfaces / Liang Shunlin. Wiley-Interscience, 2003. 560 p.

55. Страхов, В; Hi К теории регуляризации линейных некорректных задач гравиметрии и магнитометрии / В. Н. Страхов, А. В. Страхов; // Вестник 01ТГГН РАН. 1999. - № 3(9). : '" '.' ". '

56. Физико-химические основы, прямых поисков^ залежей: нефти; и газа / под ред. Е. В. Каруса. М.: Недра, 1986.

57. Чекалюк, Э. Б. Нолевая« геотермическая ¿съемка / Э: Б. Чекалюк, М. М. Федоров, В. Г. Осадчий. Киев: Наукова Думка, 1974.- 103 с.

58. Wan, Z. A physics-based algorithm for retrieving land-surface emissivity and temperature from EOS/MOD1S data / Z. Wan, Z.-L. Li II IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 35; no. 4, 1997. P. 980-996:

59. Watson, K. Spectral ratio method; for measuring emissivity / K. Watson // Remote Sens Envirom, 42,19921- P: 113-116: •

60. Watson; K. Two-temperature method for measuring emissivity / К. Watson II Remote Sens. Environ., vol. 42, 1992, P. 117-121.