Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Обработка гравиметрических данных в платформенных областях с расчлененным рельефом

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

Автореферат диссертации по теме "Обработка гравиметрических данных в платформенных областях с расчлененным рельефом"



\ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ НАУКИ,

ШКОДЯ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ М ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

я; -я-.- на правах рукописи

Смирнова Ирина Александровна

ОБРАБОТКА ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ПЛАТФОРМЕННЫХ ОБЛАСТЯХ С РАСТЛЕЯЕНИУМ РЕЛЬЕФОМ.

Специальность 04.00.12 -

геофизические методы поисков к разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Робота выполнена в Московской государственной геологоразведочной академии

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор Ю. И. Блох

Официальные .оппоненты: доктор технических наук, профессор С. А. Серкеров

кандидат технических наук А. С. Варламов

Ведущее предприятие: Кафедра геофизики геологического

факультета Московского государственного университета т. и. К Ломоносова

Зашита состоится 8 декабря 1994 года в 15 часов на заседании Специализированного Совета I 063.55.03 при Мэсковской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117485. Москва, ул. Ыиклухо-Мзклая. 23. пул. 6-38.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЫГГА.

Автореферат разослан ". ноября 1064 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор физ.-мат. наук

ПИ. Блох

- 1 -

ОВЯАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЫ.

Актуальность работы. При интерпретации материалов гра-виметровых съемок, проводимых в геологоразведочных целях, традиционно используют аномалии силы тяжести в редукции Буге с учетом топографических поправок. Однако, представленные в этой форме данные дал® в ряде равнинных районов содержат большое количество ложных локальных аномалий, коррелирующих с формами рельефа дневной поверхности. В связи с этим представляется актуальным анализ причин, приводя®« к появлению аномалий-помех,.и разработка эффективной методики юс учета, пригодной для использования в производственных организациях при значительных объемах обрабатываемых гравиметрических данных.

Целью работы является создание эффективного графа обработки гравиметрических данных применительно к вадачам поиска и детального изучения нефтегазоносных объектов в Европейской части России в областях с платформенным, но достаточно расчлененным рельефом.

Основные задачи нэсдюлаванш. в соответствии с поставленной целью автором решались следухдае основные задачи:

1. Создание модели источников гравитационного поля, типичной для исследуемых районов и обеспечивающей детальное списание строения рельефообразуюией части разреза;

2. Рассчет на основе этой модели значения параметров, входящих в состав первичных материалов гравиметровой съемки, а именно, каталога гравиметрических пунктов с рассчитанными по модели источников значениями высот, наблюденного поля силы тяжгсти и топопоправок;

а Анализ на основе созданных моделей среды и гравиметрической съемки причин возникновения ложных локальных аномалий в процессе стандартной обработки гравиметрических данных;

4. Разработка методики обработки гравиметрических материалов, обеспечивавшей" значительное снижение интенсивное-

ти ложных локальных аномалий , ее тестирование на молельной каталоге гравиметрических данных в условиях, когда известны гравитиругеие объекты, и есть с чем сравнивать результаты обработки;

5. Анализ эффективности предлагаемой методики на основе результатов обработки данных крупномасштабных гравимет-ровых съемок.

Исходами данными для исследования послужили материалы высокоточных гравиметрических работ масиггайа 1:25000 , проведенных в разные годы . в основном. Экспедицией N1 ГГП "Центргеофкзика" в Удмуртии, Саратовской, Ульяновской и Пензенской областях, интерпретация которых осуществлялась при активном участии автора.

Научная новизна :

1. Впервые на моделях, максимально воспроизводя сих условия проведения полевых работ, их объемы, площади и структуры съемочных сетей, изучены Форш проявления ложных аномалий. обусловленных недоучетом влияния рельефообравуюших масс и разновысотностью расположения гравиметрических пунктов. Исследован механизм их возникновения ухе на этапе на, чажьной обработки данных с целью вычисления аномалий силы

тяжести. Изучены их влияния на результаты содержательной обработки.

2. Для равнинных районов со сложным рельефом и субгори-вонталькым залеганием рельефообразуиюх пород предложены технологичные методики учета влияния рельефа местности и регионального вертикального аномального градиента при вычислении аномалий силы тяжести в пунктах съемочной сети.

Лраютвская ценность работы. Предлагаемая методика обработки данных позволяет значительно снизить проявление ложных локальных аномалий, которые зачастую бывают подобны аномалиям, связанным с объектами исследований. Она обеспечивает большую надежность результатов интерпретации как на этапе поисков нефтегавоперспективных объектов, так и при их детальном изучении, в том числе, с целью выработки ре ко мен-

- 3 -

даций для оптимального заложения скважин.

В процессе исследований разработаны алгоритмы к на их основе создано программное обеспечение для автоматического формирования моделей, описывшодих горизонтальнослоисту» среду со сложным строением кровли, б роли которой, в частности, может выступать и дневная поверхность, и для рассче-та гравитационных эффектов и тсяопоправск от горизонталь-нослоистых сред в заданной кольцевой зоне с центром в расс-четной точке; при этом не накладывается никаких ограничений на взаимное расположение источников поля и рассчетных точек. ,

Апробация работы . Ряд положений диссертационной работы был изложен на научной конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов УГРИ в 1982 г. а тага® при защите отчетов по результатам проводимых гравиметрических работ на заседаниях ТС Экспедиции N 1 ГГП "ЦентргеофИ5кка" и ТС ГГП "Центргеофизика".

Публикации. Но теме диссертации опубликовано четыре статьи.

Объем работ Циссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 01 странице машинописного текста, и списка литературы, вклтавдгго 54 наименования. Работа проиллюстрирована 31 рисунком и 5 таблицами.

При проведении исследований применялось авторское программное обеспечение, разработка которого входила в тему, а такяе комплексы программ Экспедиции N1 (авторы Веса-лов А. К.. Смирнова И, А. и др.) и система "СИНГУЛЯР" (авторы Блох Ей. и др.).

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю - профессору Е И. Блоху за внимание, проявленное к работе, советы и поюиь в проведении исследований, а тага® своим коллегам - специалистам Экспедиции N 1 за участие в опробовании предлагаемых методик ка материалах плановых работ, их советы и замечания.

- 4 -

ООЮШШ2 ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАВДаШШЕ В РАБОТЕ.

1. Исследование источников ложных аномалий при проведении гравиметрических съемок на нефть и гьз в равнинных районах с расчлененным рельефом путем математического моделирования показало, что основными из них являются дифференциация плотностей слоев пород, еыходявдх на дневную поверхность в пределах пложаи съемки, и аномальный вертикальный градиент региональной компоненты гравитационного поля, обусловленного наличием крупных глубинных источниксз.

2. В условиях расчлененного равнинного рельефа гравитационное влияние слоистой толзи, расположенной между мини-мальныы и максимальным уровнями высот дневной поверхности, может быть эффективно учтено с помощью предложенной автором методики, позволяиогй построить плотностну» модель рельгфо-образуидих пород и вычислить их гравитационный эффект.

3. При обработке данных крупномасштабных гравиметровых съемок в равнинных районах с расчлененным рельефом учет аномального регионального вертикального градиента целесообразно осуществлять в два этапа: вначале вычислять его значения в узлах регулярной сети на основе построения регрессионной модели поля в стользяшем окне, а затем полученные значения использовать для редуцирования поля на горизонтальную плоскость.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Тема диссертации была выбрана исходя из практических нужд Гравиметрической Экспедиции N1 ГТП "Еентргеофизика", которая в последние годы выполняла существенный объем своих исследований ь ряде районов Волго-Уральской нефтегазоносной провинции со сходными и достаточно трудными для проведения детальных гравиметрических работ поверхностными условиями. Такими районами являются часть территорий Пензенской и Саратовской областей, запада Ульяновской области, а также Удмуртия.

1Ь своей геоморфологии эти территории относятся к рав-

Нинам денудационного типа. Денудационные равнины занимает значительные площади как в пределах Восточно-Европейской платформы, так и в других регионах России. Это обстоятельство расширяет рамки области возможного применения результатов проведенных исследований относительно указанных выше.

Обшей отличительной чертой таких территорий является достаточно раслененньй рельеф дковкой поверхности с локальными перепадами высот до 200-300 метров. Гравитационный эффект от подобного рельефа (тоаопоправка) может достигать 1мГал, т.е. в два-четыре раза превысать величину представ-ляюпих интерес аномалий.

Кроме того ситуация усугубляется тем, что, обычно, рельефообразующая часть разреза представлена несколькими различными по возрасту и составу слоями осадочных пород. Различия в значениях плотности отдельных слоев могут быть весьма значительны (от 1.6 до 2. Зг/смЗ), а кривая изменения плотности по раэреэу может иметь достаточно сложный вид. В этих условиях практически невозможно выбрать удовлетворительное значение плотности промежуточного слоя для вычисления аномалий силы тяжести в редукции Буге - традиционной Форме представления результатов наземных гравиметрических работ, т.к. на различных участках площади на поверхность могут выхолить породы различной плотности. Такая ситуация приводит к возникновению существенных аномалий-помех при использовании стандартного графа обработки данных.

Расчлененный рельеф и существенные перепады высот между соседними точками профиля являются причиной возникновения аномалий-помех другого характера - обусловленных раяно-высотностью расположения пунктов наблюдения.

С целью более детально изучить механизмы гозкикковекия аномалий-помех на этапе обработки результатов полевьш работ, выделить грутгпы основных причин их появления к сое дать »¿ассив эталонных данных для тестирования качества работы предлагаемых алгоритмов, ориентирования на снижение уровня помех равных групп была построена модель площади проведения детальных гравиметрических работ. Эта модель включала в бя две составлявшие:

- б -

1) модель типичных источников гравитационного поля, при создании которой особое внимание было уделено моделированию рельефообразуодей части разреза, и

2) модель каталога гравиметрической съемки.

При построении модели каталога с максимальным правдоподобием была воспроизведена структура полевой съемочной сети, а значения наблюденного поля и топопоправок были рассчитаны по построенной модели граЕитирующгй среды.

При создании модели гравитирувдей среди, во-первых, была сформирована физико-геологическая модель рельефообра-вутадей толки пород. Было принято, что разрез состоит из трех горизонтальных слоев с плотностями снизу вверх 1.9, 2.1 и 1.8 г/смЗ. Подоива этой толщи горизонтальная, а кровля представляет из себя сложную поверхность, являющуюся поверхностью наблюдений. Причем, на различных участках она прорезает слоистую толщу на различных уровнях, и следовательно, на поверхность выходят породы разной плотности. Для описания кровли была построена ИМ по сети 0.25 на 0. 25 км. При ее создании за основу был взят рельеф одной из реальных плошадей гравиметрических работ. Плошадь ЩШ 50 на 53 км, абсолютный перепад высотных отметок - от 10 до 352 метров.

Целевой объект моделировался точечной массой, расположенной на уровне -1200 метров, его эффект на поверхности наблюдений в эпицентре составил около 0.5 мГал.

В качестве источника регионального фона был выбран тонкий горизонтальный стержень, вытянутый по оси У ( используется система Гаусса-Крюгера) и расположенный южнее площади модельной съемки на глубине -40 км. т. е. в качестве регионального фона была выбрана градиентная зона с перепадом вначений в 29 мГал в пределах рассчетной области.

Моделируемый каталог включал в себя 7524 пункта Для вадания планового ложения его точек были взяты данные реальной деталькой съемки масштаба 1:25000 с преобладающей сетью 100 на 500 метров. Высоты точек моделируемого каталога были вычислены путем интерполяции по ЦОД, интерполяция выполнялась с учетом высоты в центре ячеек ПШ

В вадаиных таким образом течках были рассчитаны грави-'

тационные эффекты от трехслойной рельефообразуюшей толои, точечной массы, эмитирующей целевой объект, значения регионального поля и значения поправок за рельеф с плотностью 2г/смЗ в радиусе 15 км.

В дальнейпем при изучении форм проявления аномалий-помех и опробовании качества работы процедур, предназначенных для уменьшения их влияния, на основе обработки с данной модели каталога гравиметрических пунктов в качестве наблюденного поля силы тяжести выступали значения перечне пенных выше эффектов в различном их сочетании. Нормальное поле и его градиент в модели были опущены. Случайная компонента в эначения наблюденного поля специальным образом не вводилась, но фактически присутствует. Ее наличие обусловлено особенностями рассчета гравитационного эффекта от релефооб-разуюших масс - замена сплошной среды набором тонких горизонтальных пластин, контуры которых совпадают с изогипсами поверхности. Среднеквадратическое значение этой погрешности составило 0.017 мГал.

Для рассчета гравитационного эффекта от рельефообразу-ющих масс и топопоправок в точках каталога автором было создано специальное программное обеспечение ( система "EGRA" ). Око позволяет автоматически по построенной по прямоугольной сети EMM кровли формировать геометрическую модель слоистой среды в виде массива координат вершин тонких горизонтальных пластин, совпадающих в плане с изогипсами этой поверхности, а на более глубоких горизонтах - пред-ставляиаих собой прямоугольники. Плотностная модель задается в виде кусочнопостоянной зависимости плотности от высоты. В дальнейшем по заданной таким образом модели можно вычислять прямой эффект от слоистой среды и (или) значения поправки за влияние рельефообразуюших масс, расположенных в пределах круга заданного радиуса или в пределах ограниченной двумя окружностями кольцевой зоны с центром в расчетной точке.

Разработка системы "EGRA" имела и самостоятельное значение как для решения прямых задач от известных геологических границ, так и для автоматизации рзссчетов топопоправок.

- 8 -

При создании этого программного комплекса специальное внимание было уделено проблемам вычисления гравитационного эффекта от масс, непосредственно на поверхности которых располагаются рассчетные точки, что имеет принципиальное значение при учете влияния рельефообразуюиих масс ,<ь частности, в виде топопоправок.

Анализ результатов модельных* рассчетов и фактических материалов показывает, что стандартное представление результатов гравиметрических работ в форме аномалий Буте на площадях с рельефом типа денудационных равнин является неудовлетворительным. В этом случае, даже если гравитационный эффект обусловлен только рельефообразуюиими массами, в поле аномалий Вуге присутствует множство локальных особенностей, обусловленных различиями между выбранным значением плотности промежуточного слоя и истинными значениями плотности рельефообразующих пород на различных участках площади. Причем, морфология и интенсивность многих из этих локальных аномалий такова, что они вполне могут привлечь внимание в качестве объектов поиска. Ситуация не улучшается ни при использовании реальной средневзвешенной плотности рель-ефообразуюпдах пород б качестве значения плотности промежуточного слоя, ни значения кажущейся плотности, вычисленной по гравиметрическим данным. Непригодность а. с, т. в редукции Еуге для решения задач нефтегазовой геологии в условиях расчлененного рельефа, сложенного слоистой толщей, показана на примерах обработки модельного каталога для трех ситуаций, когда "наблюденное" поле обусловлено:

1) только рельефообразуюиими массами ,

2) рельефообразуэдими массами и локальным объектом в глубоких горизонтах осадочного чехла,

3) рельефообразувдими массами , локальным объектом в глубоких горизонтах осадочного чехла и региональным полем.

Представленные результаты убедительно показывают необходимость учета плотностного строения рельефообраауюших толщ с целью исключения появления ложных локальных аномалий, появляющихся в процессе обработки данных из-за несоответствия реальной обстановки условиям, учитываемым введением поправга* Вуге.

Эффективность предлагаемой автором методики, позволяющей решить эту эадачу, демонстрируется на примере обработки те* жэ вариантов модельных данных и сравнения полученных результатов со стандартными.

В проблеме учета влияния рельефообрааующих масс следует выделить две составляющие, а именно, выбор способа рассчета гравитационного влияния рельефообраауших толщ с уже известными плотностными характеристиками и вопрос об источниках получения информации для построения плотностной модели рельефа

Для учета влияния еубгориэонтальноэалегающих рельефо-обраауюцих толд предлагается видоизменить стандартную формулу для вычисления аномалий Буге, введя в нее интеграл, учитывающий изменение плотности плоскопараллельного слоя в зависимости от высоты. На практике это означает, что для вычисления аномалий придется задаваться некоторым эмпирическим законом изменения плотности с высотой. Способ его задания будет определяться набором априорных сведений о плотностном строении плошали. При значительных колебаниях плотности и большой величине топопоправок их следует также вычислять с учетом изменения плотности с высотой (это предусмотрено в системе "ЕЖА"), но, как правило, топопоправки можно вводить со средней для пловади плотностью или с плотностью выходящих на поверхность в рассчетной точке пород.

В случае, когда морфология контактов между слоями рельефообразущнх пород существенно отличается от плоскости. для учета их влияния предлагается ревать прямую задачу, рассчитывая гравитационный эффект непосредственно в точках каталога. Кал инструмент для этих целей может быть использована система "ЕСНА".

Что касается способов определения плетнсстного строения верхней • части разреза, то Для большинства территорий подробные сведения о плотностях рельефообрэзукцих пород отсутствуют. Поэтому для создания плотностной модели рельефо-обраэупщих масс предлагается методика рассчета плотности по гравиметрическим данным, позволяюоая построить карту изо-денс и получить алг.роксимацкокнув зависимость плотности от

- го -

высоты для дальнейшего ее использования при вычислении аномалий.

На первом этапе в точках регулярной сети вычисляются вкачения плотности и высоты путем обработки гравиметрических данных на совокупности пунктов съемочной сети, попадающих в окно заданных размеров с центром в текущем рвссчетном узле.

Плотность определяется в процессе вычисления коэффициентов уравнения регрессии вида

(Зфая(х,у,М - А + Вх + Су ♦ (0.0419Ь - П/Эо^Б, "

где А.В.С.З - искомые коэффициенты, в том числе Б - представляющее интерес значение плотности; 5о - плотность, с которой в каталоге вычислена топопоправка.

Высотная отметка в узде определяется путем аппроксимации рельефа в окне плоскостью, а среднекьадратическое отклонение высотных отметок пунктов съемки от этой плоскости используется в качестве критерия устойчивости Определения плотности в окне.

В дальнейшем массивы значений плотности и осреднении* высот используются для анализа плот'ностного строения плода-ди и построения регрессионной зависимости плотности от высоты в виде полинома по степеням высоты.

. Проверка эффективности предлагаемых алгоритмов определения плотности путем обработки модельного каталога показала, что даже при наличии интенсивной региональной составляющая в гравитационном поле построенные по результатам расс-четов карта изоденс и график зависимости плотности от высоты близки к теоретических. При обработке материалов реальных съемок методика позволяет строить карты плотностей, в морфологии которых закономерно прослеживаются зоны разной плотности, отвечающие выходам на поверхность разновозрастных пород на геологической карте. Этот факт служит подтверждением достоверность получаемых результатов.

Учет влияния рельефообразувдих масс в модельном каталоге с использованием зависимостей плотности от высоты, полученных при его обработке, позволил практически полностью

избавиться от аномалий, обусловленных слоистым строением разрега для всех трех вариантов задания исходных значений "наблюденного" поля. вывод позволяет сделать результа-

ты анализа полученных данных, в том числе карт легальных аномалий, построенных по результатам обработки, и карт разностей между вычисленными значениями аномалий и теоретическими значениями поля глубоких объектов а точках каталога.

Проведенное тестирование подтвердило, что в условиях расчлененного равнинного рельефа гравитационное влияние слоистой толщи, расположенной между минимальным и максимальным уровнями высот дневной поверхности, полет быть эффективно учтено с помощью предлагаемой методики.

Наиболее сложной является задача исключения эффектов, обусловленных раановысоткостыо расположения точек измерения. Для оценки изменения гравитационного поля различных типов объектов при изменении высоты пунктов наблюдения был выполнен ряд модельных рассчетов. Результаты исследования показали, что в условиях расчлененного равнинного рельефа, когда относительные превышения между соседними точками профиля редко превышают 100 метров, форма гравитационных аномалий. обусловленных локальными объектами: поднятиями ь осадочном чехле как по отдельным горизонтам, так и с унаследованным строением, зонами разуплотнений над структурами и плоткестными неоднсродностями в в. ч. р. , - практически не искажается за счет локальных игменений высоты на профиле наблюдений. В области экстремумов вертикального градиента разница значений поля при изменении высоты даже на 100 метров составляет не более сотых долей мГал. 4

В то же время моделирование источников регионального фона показывает, что в рассматриваемых условиях величина вертикального градиента поля этих объектов такова, что при сложном рельефе вполне вероятно появление ложных локальных аномалий интенсивностью до нескольких десятых мГал, коррелирующих с локальными формами рельефа.

Довольно типична ситуация, тогда эти аномалии в исходном поле ка ф>не интенсивной региональной составляющей практически незаметны, но зато ярко проявляются после иск-

лючеиия тренда. На таких картах аномалии, обусловленные рааноьысотностьс точек наблюдения, зачастую бывают подобны аномалиям от целевых объектов, т.е. являются существенным мешающим фактором. Искажающе влияние этих аномалий на результаты обработки показано на примерах площадных и профильных модельных данных ( трансформации поля, выделение особых точек). На основе проведенных исследований делается вывод о необходимости редуцирования поля на горизонтальный уровень.

Для выбора способа решения этой задачи для плошадных данных была проведена работа по анализу качества работы ряда алгоритмов пересчета поля на горизонтальный уровень в профильном варианте.

Два алгоритма базировались на аппроксимации наблюденной аномалии полем совокупности линейных масс. В отличие от методики В. И Арснова, первый из алгоритмов имел возможность распределять аппроксимирующие массы равномерно не только по горизонтальной прямой, но и на произвольных ломаных линиях. Число масс выбиралось меньшим числа точек наблюдения,а их величина определялась с помощью метода регуляризации со стабилизатором нулевого порядка.

Второй алгоритм предполагал размещение слоя масс на заданном горизонтальном уровне непосредственно под точками наблюдения или закономерно сметенными относительно них.

Третий алгоритм базировался на идее Л. Т. Бережной и И. А. Телепина. Он состоял в аппроксимации поля в исходных разиовысоткых точках тригонометрическим полиномом, являющимся отрезком ряда <Хурье, описываювдм поле на некотором выбранном'уровне го.

Исследования были выполнены на ряде модельных примеров. При этом качество редукции оценивалось по сравнению с истинным полем на уровне редуцирования. Одна из моделей была приближена к условиям, характерным для района Жигулевского вала: в качестве рассчетных точек были взяты точки реального гравиметрического профиля, а модельные массы были заданы так, что эффеют от них качественно соответствовал реальному полю, характеризующемуся наличием интенсивной фо-

новой составляющей в виде градиентной гони с перепадом в значениях аномалий силы тяжести около 20 мГал на 10 км профиля.

В итоге были сделаны следующие основные выводы:

1. При отсутствии регионального фона, когда поде на концах профиля выходит на постоянный уровень, все алгоритмы могут дать харокие результаты.

2. При наличии регионального фона в обрабатываемых данных нельзя использовать алгоритмы, в которых предусмотрено снятие тренда (из исследуемых алгоритмов - алгоритм 1 в случае включения в функционал полинома от координаты X и, особенно, алгоритм 3, если к обрабатываемым данным перед обращением к Сурье-разложению применяется широко распространенный прием исключения линейной составляются, обеспечивающей обнуление значений поля на концах профиля). Подбор поля на рельефе происходит с высокой степенью точности, но его значения на выбранном уровне редуцирования, синтезированные на основе рассчетов, на участках с интенсивным рельефом значительно отличаются от теоретических.

3. Алгоритм 1 наилучшие результаты дает в случае, когда среди неизвестных минимизируемого функционала присутствует константа; минимальная среднеквадратическая погрешность аппроксимации поля на рельефе (в исходных точах) в алгоритме 1 не гарантирует достижение минимальной погрешности при его воспроизведении на горизонтальном уровне, fía сложных моделях (интенсивная фоновая компонента - 20 ' г 30 мГал, перепады высот между соседними точками профиля до 20 м при таге по профилх) 200 м ) при оптимальном гадании параметров аппроксимации среднеквадратическая погрешность редуцирования составляла 0.02-0.03 мГал ( по отношению к истинным значениям аномалий силы тяжести (а. с. т.) на уровне редуцирования ).

4. При использовании алгоритма 2 лучше отказаться от первоначального исключения из поля компоненты, аппроксимируемой набором произвольно расположенных источников, которые по сути служат для описания фоновой составляющей, т. к. при формальном подходе к задания гшкогенкя этих масс реев-

ние задачи хотя и дает нулевую погрешность на исходном рельефе, но при рассчете эффекта от подобранных масс на уровне вогможно возникновение значительных ошибок. Эффективность использования алгоритмов 1 и 2 на модельных примерах практически одинаковая.

5. Алгоритм 3 не поаволяет получить качественнее'редуцирование поля на постоянный уровень в случае, когда гравитационный эффект от локального объекта осложнен интенсивной

.региональной составляйся. Региональная составляющая на концах профиля не выходит на постоянный уровень, а в точках профиля проявляется в виде ложных локальных аномалий, коррелирующих с элементами рельефа поверхности наблюдений.

6. Погрешность воспроизведения поля на горизонтальном уровне во всех алгоритмах минимальна, если отметка уровня редуцирования Сдлзка, к среднему значению высот точек наблюдения на профиле.

7. Следует признать непригодность существующих алгоритмов редуцирования для обработки больших ( обычно, более десяти тысяч координатных точек) массивов площадных данных. Модельные рассчеты на основе различных вариаций алгоритмов 1 и 2 для площадного варианта в случае наличия региональной компоненты не дают удовлетворительных результатов как по достигаемым погрешностям воспроизведения поля, так и по времени работы программ и предельно допустимым объемам обрабатываемых данных.

С целью обеспечить требования пункта 7. был разработан алгоритм определения аномального вертикального градиента поля по материалам детальной наземной съемки и редуцирования данных на плоскость. Акцент при этом делался на возможность учета региональной составляющей вертикального градиента, поскольку поле локальных тел хорошо восстанавливается существующими алгоритмами. Предложено решение этой задачи на основе аппроксимации поля в скользяшрм окне полиномом, включающш в себя линейную зависимость от трех координат. Коэффициенты полинома определяются методом наименьших квадратов, коэффициент при координате Ъ представляет собой искомую величину - вертикальный градиент. Рассчетными точками

при этом являются узлы регулярной (прямоугольной) сети ( возможен вариант, когда удобнее в качестве рассчетных точек использовать точки наблюдения).

3 качестве критерия устойчивости определения Угл в окне предлагается использовать величину стандартного отклонения отметок высот пунктов наблюдения от аппроксимирующей рельеф в рассчетком окне плоскости. На моделях установлено, что в равнинных районах эта величина в зависимости от качества съемки должна быть не менее 0.2 - 0.5 м. Несмотря на отбраковку данных в процессе вычислений по указанному критерию, автор рекомендует на втором этапе сглаживать полученные значения Угг в окне, учитывающем структуру региональной составляющей поля. Так, в случае градиентной зоны окно должно Сыть вытянуто вдоль изолиний. В результате этой обработки получается регулярная сеть значений Чгг.

В дальнейшем этот массив используется для редуцирования поля в исходных пунктах съемки на плоскость. 3 качестве уровня редуцирования рекомендуется выбирать высоту, близкую к среднему значению отметок рельефа площади. Редуцирование осуществляется с использованием разложения Тейлора с учетом зависимости поля в точке от высоты вплоть до первой производной, т.е. Угг. Моделирование показывает, что региональная аномальная составляющая Угг в равнинных районах слабо изменяется в диапазоне высот дневной поверхности, позтому для пересчета предлагается использоезть значения Угг, интерполированные из узлов регулярной сети в точки съемки только с учетом плановых координат.

Опробование предлагаемой методики на модельных данных дало хорошие результаты. Редуцированные значения поля практически свободны от компоненты, коррелирующей с рельефом.

Предлагаемый алгоритм отличается своей технологичностью. Он позволяет вести обработку данных в условиях, когда площадь опоискоаания из года в год заращивается, т. к. не требует переобработки "старых" материалов. В то же время автор отмечает, что наличие неформальных приемов анализа данных в предлагаемом процессе обработки (выбор окна вычисления У22. задание пороговых значений дисперсии рельефа.

отбраковка и сглаживание данных} требуют квалифицированной интерпретаторской работы. Поэтому в случае проведения работ по детализации строения объектов, по-видимому, следует переходить на методику двухуровневых съемок , поскольку, как показывают проведенные исследования, влияние вертикального градиента на структуру локальных аномалий может быть весьма существенным.

В качестве иллюстрации эффективности предлагаемых методик в работе приводятся некоторые дополнительные материалы по обработке модельных и реальных данных.

Так, во-первых, в соответствии с предлагаемой методикой был выполнен полный граф обработки модельного каталога для варианта, в котором гравитационное поле включает в себя и эффект от слоистой среды рельефообразукндах пород , и региональную компоненту , и поле целевого объекта, т.е. реальны? условия воспроизводятся наиболее полно. Карты локальных аномалий, иллюстрирующие текст, позволяют получить сравнительную оценку стандартного редуцирования ( аномалии Буге), учета влияния только рельефообразукадгй толщи и рель-ефообразуюгарй толщи и вертикального градиента.

Кроме того приводятся материалы по обработке реальных детальных съемок на Жигулевеко-Пугаческом своде.

Один из зтих примеров иллюстрирует учет слоистого строения рельефообразуюших пород. Приводятся карта изоденс а график зависимости плотности от высоты, полученные по гравиметрическим данным, которые в дальнейшем используются для вычисления аномалий силы тяжести с учетом переменной плотности. Сравнение результатов применения предлагаемой методики с материалами стандартной обработки и данными по геологическому строению верхней части разреза доказывает целесообразность ее использования.

Вгашние аномального вертикального градиента на структуру локальных аномалий рассматривается на примере обработки материалов детальных гравиметрических работ б районе Варва-ровского нефтяного месторождения. Проводится совместный анализ локальных структур дневной поверхности, строения отражающих горизонтов, исходных аномалий силы тяжести и ано-

- -/

мадий силы тяжести, редуцированных на плоскость. Материалы прошшострированы картами локальных аномалий и картами графиков рельефа и а. с. т. Их анализ позволяет сделать вывод, что редуцирование данных на плоскость позволило избавиться от ряда локальных аномалий, явно коррелирующих с рельефом, и привело к лучшему совпадению локальных особенностей на карте локальных аномалий и элементов структурных планов отражающих горизонтов.

Основные результаты проведенные мссследованхй и вызо-ды кз кхх заключается в следующем:

1. В платформенных условиях на плокадях, занятых равнинами денудационного типа, двумя основными мешаюкими факторами являются гравитационные эффекты, обусловленные влиянием слоистой толли рельефообрчаухщих пород переменной плотности и отражением аномального градиента регионального поля в наблюдениях на неровном рельефе.

2. 3 аномалиях Вуте эти факторы могут проявляться в виде локальных аномалий, по морфологии практически не отличимых от аномалий, связанных с изучаемыми объектами - потенциальными коллекторами и самими залежами нефти и газа.

3. В зависимости от конкретной геолого-геофизической обстановки в процессе обработки необходимо применять процедуры, позволяющие исключать влияние слоистой толщи рельефо-образукдих пород и аномального вертикального градиента.

4. В связи с тем, что, обычно, априорные сведения априорные сведения о плотностях рельефообразуждих пород довольно скудны, предложена технология для построения плошэд-ной модели плотностного строения рельефообразующей части разреза на основе обработки данных гравиметрической съемки.

5. Для плоьздей с горизонтальнослоистым строением рельефообразующих толщ для исключения их влияния из а. с. т. предлагается вместо поправки Вуте за плоскопараллельный однородный слой вводить поправку за слой с-переменной по высоте плотностью, фи этом в поправках за рельеф также предлагается учитывать изменение плотности с высотой. Показано, что в зависимости от их интенсивности, диапазона изменения

плотности рельефосбразующих пород и точности съемки толо-поправки можно учитывать либо со средней для площади плотностью, либо с плотностью пород, выхсдяаих на поверхность в обрабатываемом пункте , либо с переменней по высоте плотностью. Для последнего случая разработано специальное программное обеспечение.

6. Для получения зависимости плотности от высоты, используемой при вычислении а. с. т. , разработано программное • обеспечение, 'позволяющее построить ряд вариантов регрессин-ной зависимости плотности от высоты в виде полинома заданной степени и выбрать оптимальную степень аппроксимирующего полинома, который в дальнейшем будет использоваться при учете эффекта горизонтальнослоистых рельефообраэуюидх тела

7. Разработано программное обеспечение для учета влияния рельефообразухадих масс для случая многослойного разреза со сложным строением контактных поверхностей.

8. Для площадей с интенсивным региональным полем показана необходимость осуществлять редуцирование а. с. т. на горизонтальную плоскость. Ка основе численного моделирования установлено, что за уровень редуцирования следует выбирать уровень средних отметок рельеф, т. к. численные методы пересчета в этом случае обеспечивают минимальную погрешность воспроизведения поля относительно теоретических значений. В работе показано, что значения аномального регионального вертикального градиента в рассматриваемых районах практически не меняются в диапазоне изменения высот наблюдения.

9. С учетом результатов исследования, указанных в п. 8, реду|Сцию на горизонтальный уровень в плоаэдном варианте предлагается осуществлять на основе использования разложения поля а. с. т. в каждом пункте в ряд Тейлора по высоте с учетом его кулевого (а.с.т. в точке на рельефе) и первого (ее вертикальная производнзя Угг) членов.

10. С целью получения распределения поля Угг в пределах площади работ предложена методика обработки материалов детальной гравиметрической съемки, в основе которой лежит аппроксимации а. с. т. на рельефе в окне полиномом от трех координат. В зависимости от конкретных условий в качестве

а. с. т. могут выступать аномалии в разных редукциях. Даны рекомендации для выбора параметров при рассчете Угг, в качестве критерия устойчивости определения Угг предлагается использовать величину среднеквадратического отклонения высотных отметок исходных точек от аппроксимирующей, рельеф плоскости. Для платформенных областей предлагается рассчитывать значения Угг в точках регулярной сети, а затем сглаживать с учетом структуры регионального поля. В дальнейшем полученная сеть регулярных точек используется для определения путем интерполяции значений вертикального градиента в точках съемочной сети и редуцирования а. с. т. на плоскость.

11. Качество работы всех предлагаемых алгоритмов протестировано на основе обработки модельных данных, максимально приближенных к первичным материалам реальных детальных съемок и условиям их проведения.

Основные положения диссертации изложены в следующих опубликованных работах:

1. Повышение эффективности решения на ЭВМ прямой задачи гравиразведки от слоистых сред. Геология и разведка, N10, Москва, 1991.

2. Локализация особых точек аномалий, измеренных на неровном рельефе. Тезисы докладов Конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, аспирантов и студентов МГРИ, Москва, 1992 (. в соавторстве с* XI И. Блохой) , "

3. Определение особых точек по гравитационным аномалиям в условиях расчлененного рельефа. Геология и разведка, N1, Мэсква 1993 ( в соавторстве с !й И. Блохом). |

4. Методика учета влияния горизонтальнослоистого равре-ва рельефообразуших пород как мешающего фактора при интерпретации материалов детальных гравиметрических работ. Геология и разведка, N6 , Москва,1994 .

ЗаказНИ7 Тираж {00 экз.