Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика и компьютерная технология обработки и интерпретации гравимагнитных полей для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Пиманова, Надежда Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ГРАВИМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

1.1 Принципы районирования территорий по гравитационному и магнитному полям

1.2 Обзор методик и методов обработки и интерпретации потенциальных полей при проведении тектонического районирования

1.2.1 Методики районирования, основанные на анализе одной или двух характеристик поля

1.2.2 Методики районирования полей с применением формализованных методов

1.2.3 Методы обработки гравимагнитных полей при решении отдельных задач изучения структурно-тектонического строения

1.3 Применение современных систем компьютерной обработки и интерпретации геофизических данных при изучении структурно-тектонического строения

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГРАВИМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

2.1 Принципы описания характера поля комплексом характеристик для решения задач структурно-тектонического строения

2.2 Типовой комплекс особенностей структуры поля

2.3 Объекты исследования при изучении структурно-тектонического строения

2.4 Согласование объектов описания и объектов исследования при изучении структурно-тектонического строения

2.5 Общая схема обработки и интерпретации гравимагнитных полей для целей изучения структурно-тектонического строения территорий

2.5.1 Формирование априорных модельных представлений

2.5.2 Предобработка

2.5.3 Выделение площадных объектов

2.5.4 Выделение линейных элементов поля

2.5.5. Увязка и ранжирование площадных и линейных объектов

2.5.6 Предварительная содержательная интерпретация

2.5.7 Оценка глубинного строения блоков

2.5.8 Интерпретация результатов

2.5.9 Комплексирование гравимагниторазведочных данных

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ И

ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГРАВИМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

3.1 Описание алгоритмов

3.1.1 Алгоритм трассирования осей линейных аномалий

3.1.2 Алгоритм построения « огибающей» поля

3.1.3 Алгоритм определения положения экстремумов и расчет изменчивости с учетом сечения изолиний исследуемой карты

3.1.4 Алгоритмы для получения вектора параметров отдельной аномалии

3.2 Описание этапов, функционального и технологического обеспечения компьютерной технологии

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГРАВИМАГНИТНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ Справка о внедрении

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика и компьютерная технология обработки и интерпретации гравимагнитных полей для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения"

Проблема обработки и интерпретации гравитационного и магнитного полей для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения площадей связана с поиском новых подходов к геокартированию, выделению крупных минерагенических провинций, зон и районов.

Получение более полной информации при изучении структурно-тектонического строения территорий определяется использованием современных достижений в области автоматизированной обработки и комплексной интерпретации геофизических данных.

Особенно это становится актуальным в связи с проведением работ геологического доизучения площадей и геолого-геофизических исследований по целому ряду региональных транссектов, предполагающих массовую переинтерпретацию данных геофизических съемок с применением всего накопленного опыта, методических приемов и программных средств. Структурно-тектонические факторы, выявляемые на основе районирования геофизических полей, играют важную роль при прогнозе полезных ископаемых.

В настоящее время накоплен большой опыт обработки и интерпретации геофизических данных при изучении структурно-тектонического строения, разработаны методы и методики решения отдельных задач. Однако единая методика структурно-тектонического анализа геосреды по геофизическим данным отсутствует, их обработка и интерпретация зависят от опыта интерпретатора и состава программного обеспечения, имеющегося в конкретной геологической организации.

Существующие в отрасли системы обработки геофизических данных ориентированы на решение широкого круга задач по обработке геофизических полей. При развитом математическом и программном обеспечении они, тем не менее, не полностью учитывают специфику обработки данных для изучения структурно-тектонического строения территорий. Так, остаются открытыми вопросы обеспечения оптимальности описания поля набором характеристик, формализации трассирования (векторизации) тектонических нарушений в полях, разработки средств для увязки и ранжирования площадных и линейных элементов поля.

Таким образом, создание методики и компьютерной технологии обработки и 5 интерпретации гравитационного и магнитного полей с разработкой и использованием современных средств формализованного выделения площадей и линейных элементов, их увязки и ранжирования является актуальным.

Целью работы является создание методики и компьютерной технологии обработки и интерпретации гравимагнитных полей для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий.

Основными задачами работы являлись:

1. Анализ существующих методик, методов и компьютерных систем обработки гравитационного и магнитного полей, применяемых при изучении структурно-тектонического строения территорий.

2. Разработка методики обработки и комплексного анализа гравитационного и магнитного полей при изучении структурно-тектонического строения, базирующейся на описании полей набором характеристик, обеспечивающем полноту описания различных особенностей поля и учет модельных представлений о среде и поле.

3. Создание компьютерной технологии обработки и комплексной интерпретации гравимагнитных данных в среде ГИС для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий.

4. Апробация технологии при решении практических задач.

Научная новизна заключается в следующем:

1 .Впервые сформулированы методологические принципы описания особенностей гравимагнитных полей набором характеристик:

- оптимизации описания,

- соответствия описания поля модели среды,

-согласованности объекта описания с объектом исследования,

- содержательной интерпретируемости.

2. Предложены новые и модифицированы известные алгоритмы обработки гравимагнитных полей: трассирования линейных элементов полей, построения огибающей поля, описания отдельных аномалий вектором параметров, расчета изменчивости поля.

3. Разработаны формализованные процедуры выделения площадных и линейных элементов, их совместного представления и комплексного анализа в среде 6

ГИС для обеспечения интерактивной компьютерной технологии обработки и интерпретации гравимагнитных данных для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий.

Практическая значимость настоящих исследований заключается в создании компьютерной технологии, позволяющей оперативно проводить обработку и анализ большого объема геолого-геофизических данных, повысить достоверность интерпретации при проведении работ геологического доизучения площадей, обеспечить прогнозно-поисковые исследования на разных стадиях, а также проводить районирование территорий по особенностям геологического строения на начальных стадиях исследования в районе региональных профилей. Проведенные исследования позволяют сформулировать требования к выполнению опережающего и сопровождающего этапов создания геофизической основы при геологическом доизучении площадей.

На основе применения технологии проведена обработка и интерпретация гравимагнитных данных и построение геофизической основы схемы структурно-тектонического строения территории листов 1151-52.

В диссертационной работе защищаются следующие положения

1. Сформулированные принципы формализованного описания характера гравимагнитных полей для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий позволяют обосновать выбор и построение типового комплекса количественных характеристик для выделения площадных и линейных геологических объектов.

2. Методика обработки и интерпретации гравимагнитных данных, базирующаяся на классификации объектов исследования и описании основных особенностей поля, учете модельных представлений о среде и поле, обеспечивает создание общей технологической схемы обработки и интерпретации данных для построении геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий.

3. Компьютерная технология в среде ГИС ИНТЕГРО, реализованная на основе комплексного описания структуры потенциальных полей, формализации выделения структурных и тектонических элементов с использованием 7 разработанных алгоритмов, является эффективным средством построения геофизической основы структурно-тектонических карт.

Реализация и апробация работы. Приведенные в диссертации разработки докладывались на Международном геологическом конгрессе (Киев, 1991 г.), на семинаре «Использование результатов геофизических исследований на региональных профилях при геологическом изучении недр» (Дубна, 1999 г.), на V-ой Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2001 г.), на ХХ1Х-ОЙ Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, бизнесе» (Гурзуф, 2002г.).

Разработанная компьютерная технология апробирована при создании комплекта ГГК-1000/3 по листу 11-51,52 (Тикси) (ФГУП ГНПП "Аэрогеология"), а также при изучении глубинного строения по региональным профилям Уралсейс и 1-ЕВ.

Публикации и личный вклад в решение проблемы. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором в 1991-2002гг.

Основные теоретические, методические и технологические результаты получены непосредственно автором. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 112 страниц машинописного текста. Список литературы включает 76 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Пиманова, Надежда Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований разработаны методика и компьютерная технология обработки и интерпретации геофизических данных для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения, при этом получены следующие результаты:

1. Проведен анализ и обобщение методик формализации и обработки данных гравимагнитных полей для решения задач изучения структурно-тектонического строения территорий.

2. На основе анализа существующих методик сформулированы основные принципы описания особенностей характера поля для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения.

3. С учетом разработанных принципов создана методика постановки и решения задачи изучения структурно-тектонического строения, основанная на типизации объектов исследования, определения наборов признаков для различных постановок задач, способов их получения, решения задачи районирования, ранжирования, оценки глубинного строения объектов.

4. Разработаны новые алгоритмы трассирования линейных элементов полей, построения огибающей поля, описания отдельных аномалий вектором параметров, расчета изменчивости поля.

5. Разработана технологическая схема обработки и интерпретации гравимагнитных данных и определен состав ее информационного, функционального и программно-технологического обеспечения.

6. Реализована интерактивная компьютерная технология обработки и интерпретации гравимагнитных данных в среде ГИС для построения геофизической основы при изучении структурно-тектонического строения территорий, обеспечивающая выделение площадных и линейных элементов, их ранжирования и увязку на основе формализованных процедур.

7. На базе разработанной компьютерной технологии построена геофизическая основа схемы структурно-тектонического строения для листов R-51,52.

106

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Пиманова, Надежда Николаевна, Москва

1. Андреев Б.А. Геофизические методы в региональной структурной геологии. 2-е изд., доп. М. Недра, 1965.322с.

2. Андреев Б.А., Клушин И.Г. Геологическая интерпретация гравитационных аномалий. JL, Недра, 1965. 495с.

3. Аюжав Г. Балбар И. Луговенко В.Н. Геомагнитное поле Монголии. М.Наука,1982,143с.

4. Барышев A.C. Основные элементы тектоники Восточного Саяна и Присаянья по геофизическим данным. М., Недра, 1976,120 с.

5. Белоусов В.В. Основные вопросы геотектоники.Госгеолиздат.1953

6. Белоусов В.В. Основы тектоники.М.Недра.,1975,262с

7. Бердун Т.А., Воронин Ю.А. Общие вопросы районирования в теоретической геологии. Изд.ВЦ АН СССР, Сибирское отделение, Новосибирск,1975,16с.

8. Берланд И.Г. О возможностях автокорреляционного анализа при изучении структуры гравитационного поля. Изв.Ан СССР.Сер. Физика Земли, 1971 №1 с. 68-71

9. Берланд Н.Г. Розе E.H. Применение корреляционного анализа для районирования потенциальных полей. Геомагнетизм и аэрономия 1971. т. 11, №2. с.313-379.

10. Боровко H.H. Статистический анализ пространственных геологических закономерностей. Л. Недра, 1971. 173с.

11. П.Бусыгин Б.С. Конструирование признаков для анализа пространственной структуры физических полей при распознавании геологических объектов. Математические методы и автоматизированные системы в геологии. Обзор ВИЭМС. М.1987, 54с.

12. Бусыгин Б.С. Мирошниченко Л.В. Распознавание образов при геолого-геофизическом прогнозировании. Днепропетровск, Изд-во ДГУ, 1991,168с.

13. Ватлин Б.П. Районирование земной коры по комплексу геофизических данных.-«Геология и геофизика» 1974, №9,с133-137.

14. Ватлин Б.П. Захарова Т.Л. Районирование полей.- «Геология и геофизика», 1974, №4,с.91-97.

15. Ватлин Б.П. Захарова Т.Л. Шарловская Л.А. Совместный анализ гравитационных и магнитных полей в задаче тектонического районирования на примере Горной Шории,- «Геология и геофизика», 1973, №5, с.104-108.

16. Ватлин Б.П. Об эффективности разделения полей методами совместного анализа гравитационных и магнитных аномалий в задаче тектонического районирования на примере Горной Шории.- Геология и геофизика.107

17. Новосибирск, 1971, №11, с. 122-125

18. Воронин Ю.А., Нурпеисов М.Д. Об одном новом способе описания и классификации плоских геологических тел по ориентации, форме и f-составу. Тр.СНИИГИМС, вып.79.Сер. Математические методы в геологии и геофизике Новосибирск, 1968,с.49-61.

19. Воронин Ю.А. Гусев Ю.М. О построении алгоритма выделения и описания аномалий гравитационного и магнитного полей. Тр.СНИИГИМС, вып.79.Сер. Математические методы в геологии и геофизике Новосибирск,1968,с.122-131.

20. Воронин Ю.А. Исследование операций при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Новосибирск, Наука, 1983, 287с.

21. Воронин Ю.А. Теория классификации и ее приложения. Новосибирск, Наука, 1984, 231с.

22. Воронин Ю.А. Теоретические вопросы, связанные с применением математических методов и ЭВМ при поиске и разведке полезных ископаемых. Новосибирск, ВЦ СО АНСССР,1977г 135с.

23. В.И.Галуев, Пиманова H.H., Малинина С.С. Методика обработки и интерпретации потенциальных полей при комплексном изучении глубинного строения земной коры». Геоинформатика № 3, 1999г. Москва, с.45-54.

24. Геотектоническое районирование Казахстана по геофизическим данным. М. Недра, 1969г., 512с.

25. Геофизические исследования в Казахстане.А-Ата, изд. Казгеофизтреста, 1968,

26. Гольдшмидт В.И. Региональные геофизические исследования и методика их количественного анализа. М.,Недра,1979.

27. Гольдшмидт В.И. Системный подход к анализу геолого-геофизических материалов с использованием ЭВМ.-В кн.: Вопросы рудной геофизики в Казахстане. Л., Изд.НПОТеофизика", 1976, с.36-48.

28. Гольдшмидт В.И. Обзорное глубинно-геологическое районирование территории Казахстана с помощью математических методов. В кн.: «Вопросы рудной геофизики в Казахстане,вып.6, Алма-Ата, изд.КазВИРГ,1973, с.74-88.

29. Гольдшмидт В.И., Ветреников A.B. Проверка стационарности процесса по множеству реализаций.В кн.: Алгоритмы и программы геолого-геофизических данных на ЭВМ «Минск-2(22)» Алма-Ата, изд. КазВИРГД973,с 157-178.

30. Гольцман Ф.М. Статистические модели интерпретации. М., Наука, 1971.

31. Губерман Ш.А., Извекова М.Л Использование алгоритма распознавания образов для решения задач промысловой геофизики. «ДАН СССР», т. 154,1964,№5, с.1082-1083.

32. Добрынин В.Н., Черемисина E.H. Математические методы и средства вычислительной техники в геолого-прогнозных исследованиях. М., Недра, 1988,111с.

33. Каратаев Г. И. Корреляционная схема геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Новосибирск, Наука,1966.135с.

34. Каратаев Г.И., Черная H.H. Метод автоматического районирования геофизических полей. «Геофизический сборник АН УССР», вып. 63,1975,с.8-16.

35. Косыгин Ю.А. Тектоника.-М.:Недра, 1988, 462с.

36. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. Под.ред.В.Н.Никитского, В.В.Бродового.- М.: Недра, 1987, 471с.

37. Компьютерная технология комплексной интерпретации геолого-геофизической информации на основе ГИС «ИНТЕГРО»./ Черемисина E.H., Галуев В.И., Пиманова Н.Н.,Малинина С.С./ Тезисы доклада на международной геофизической конференции в С-Пб. 3-6 октября 2000г.

38. Кондрашев С.Н., Асоян В.Р. Поисковые геофизические критерии и методика геофизических работ в Алданском хрусталеносном районе. Разв.и охрана недр, №3, 1968.

39. Краснов А.И. Вопросы геологического использования материалов крупномасштабных аэромагнитных съемок. В кн. Аэросъемка и ее применение, JL, Наука, 1967.

40. Круглякова Г.И. Магнитные аномалии Закарпатья и их геологическая интерпретация. Геомагнетизм и аэрономия, т. 11, №5,1962

41. Кунин Н.Я. К методике объективной оценки гравитационного поля при качественной интерпретации. Изв АН КазССР, сер.геол., вып.5,1963.

42. Левин A.C. Обнаружение слабых геофизических аномалий на фоне помех случайной природы,- Геоинформатика, 1996, № 6, с.22.

43. Ломтадзе В.В. Программа «Образ-3» классификация объектов по комплексу109признаков.- В кн.: Второе Сибирское совещание по применению математических методов и ЭВМ в геологии и геофизике. Новосибирск, 1967, с. 118-119.

44. Луговенко В.Н. Статистический анализ аномального магнитного поля. М. Наука, 1974.

45. Луговенко В.Н. О вычислении автокорреляционной функции аномального магнитного поля по экспериментальным данным. Геомагнетизм и аэрономия, 1.7, №3,1967

46. Луговенко В.Н. Стационарность случайного процесса аппроксимирующего аномальное поле. Геомагнетизм и аэрономия т. 7, №2,1967

47. Ляхов Л.Л., Соловьев Г.А. Использование статистических способов при геофизических поисках редкометальных месторождений в Западном Забайкалье. Изв.ВУЗов, Геология и разведка, №12, 1968.

48. Малышев Ю.Ф. Ахмадулин В.А. Районирование гравитационных и магнитных полей юга Дальнего Востока. В кн. «Принципы тектонического районирования.» Владивосток, 1975, с.128-145.

49. Методика анализа геофизических полей с целью структурно-геофизического районирования территории Казахстана. /Андреев А.П, Бродовой В.В., Голыпмидт В.И. и др./ Советская геология, 1968, №3 с. 64-77

50. Методические рекомендации по компьютеризированным технологиям многопараметровых аэрогеофизических исследований с использованием АСОД-Воздух /отв.исп. Зубов Е.И./- С-Пб,ВИРГ-«Рудгеофизика»,1994,471с.

51. Микаэлян Г.И. Толстых A.A. Применение элементов мат. статистики при районировании гравитационных полей. Прикладная геофизика., вып.78,1975.

52. Никитин A.A. Теоретические основы обработки геофизической информации. М.: Недра, 1986, с.342.

53. Озерцова В.А. Использование дисперсии как меры неоднородности аномального магнитного поля. Вопр.развед.геофизики, вып.6,1967.

54. Одеков O.A. Статистический анализ геофизических полей Туркменистана. Ашхабад, 1978, 53с.

55. Пиманова H.H. Методика и технология обработки и интерпретации потенциальных полей для изучения структурно-тектонического строения. Геоинформатика №3, 2002г. Москва.110

56. Пиманова H.H. Описание гравимагнитных полей при ГДП-200, ГДП-1000, Геоинформатика, №3, 2001г. Москва, с.42-46 .

57. Полканов В.П. О выявлении локальных поднятий по геоморфологическим показателям с помощью электронных цифровых машин. ДАН СССР, т. 167, №3,1966.

58. Принципы площадного и объемного геофизического районирования. /Малышев Ю.Ф. Брянский Л.И., Кулындышев В.А. и др./ В кн. Районирование геофизических полей и глубинное строение Дальнего Востока» Владивосток. 1977, с.42-54.

59. Пронин В.П. Лопатин Д.В. Корреляция геофизических полей. М., ИЗМИР АН, 1991г., 256с.

60. Разработка интегральной модели глубинного строения Печенгского рудного района.- /Казанский В.И., Кузнецов О.Л., Лобанов К. В., Пиманова Н.Н/, «Геоинформатика», №3,1994.

61. Серкеров С. А. Корреляционные методы анализа в гравиразведке и магниторазведке. М., Недра, 1986, - 247с.

62. Серкеров С.А. Спектральный анализ в гравиразведке и магниторазведке.М.Недра 1991г. 279с.

63. Создание Госгеолкарты-200 с применением компьютерных технологий- СПб.:, ВСЕГЕИ, 1999,174с.

64. Создание государственных геологических карт на базе ГИС ИНТЕГРО. Методические рекомендации, М.(МПР, ГНЦ ВНИИгеосистем), 2001,208с.

65. Соловьев Г.А. Некоторые особенности интерпретации магнитных аномалий, связанных с неглубокозалегающими горными породами. Развед. геофизика, вып. 16, 1966.

66. Сперанский М.А. К методике оценки достоверности разведочных данных. Разведка и охрана недр, №1,1967.

67. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ1. АЭРОГЕОЛОГИЯ

68. Председателю диссертационного совета Д.21.011.01профессору O.J3. Кузнецову1. СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ