|
|
1. Развитие цифровых и компьютерных технологий (КТ). Область применения кт в геологии и горном деле, решаемые ими задачи
13. Геоинформационные системы (ГИС) в геологии.
Место и основная роль ГИС в геологических исследованиях определяются как интеграция, анализ и комплексная интерпретация разнотипных данных, разработка прогнозов, моделирование и планирование дальнейших действий, представление результатов в терминах целевого геологического свойства и в картографической форме . При таком подходе ГИС в геологии будет не только средством преобразования формы представления информации и справочно аналитического обслуживания, а прежде всего средством достижения конечных целей геологических исследований.
Типы пространственных задач, которые решаются в геологии с применением геоинформационных систем, можно с достаточной степенью условности разделить на пять групп:
Создание всех видов собственно геологических и тематических карт. Решение задач геологического прогнозирования. Создание карт распределения геологической продукции и информации: а) по административным районам; б) по геологическим структурам. Создание двумерных и трехмерных моделей подсчета запасов полезных ископаемых и карт в изолиниях. Мониторинг различных аспектов геологической среды. Все эти виды задач различаются по целям, содержательному наполнению и используемому программному обеспечению. Одной из основных задач использования ГИС-технологий является составление цифровой модели (ЦМ) геологической карты с последующим выводом ее на печатающее устройство в виде традиционной карты.
Этот вид работ является одной из самых сложных геологических задач, решаемых с помощью ГИС. Практические выгоды от использования цифровых геологических карт: полная систематизация имеющегося картографического материала с возможностью оценки изученности площади; доступ к программным средствам, автоматизирующим рутинные операции по составлению карт и вплоть до увязки соседних профилей, горных и буровых выработок, дешифрирования аэро - и космоснимков; возможности оверлея различных слоев; редактирования и внесения правки при появлении новых данных (в идеале при наличии развитых программ интерполяции требуется лишь пополнение слоя фактического материала). Кроме этого, обеспечивается возможность использования геологической графики в любом виде, быстрой смены легенды и раскраски карт, изменения значков на карте; упрощается издание карт; создание производных тематических карт; реализация стандартных операций со слоями: сложение, объединение, анализ различий; упрощается переход от масштаба к масштабу, генерализация крупномасштабных карт; реализация пространственных запросов к базам данных; измерение площадей и расстояний на картах, пространственных сопоставлений; прогнозирования и др.
|
14. Компьютерные системы картирования, прогноза и поисков полезных ископаемых.
Для решения задач геологического картирования, прогноза и поисков месторождений полезных ископаемых, создано достаточно большое количество компьютерных систем, часто называемых также компьютерными технологиями, по комплексному анализу геолого-геофизических данных. Эти системы или технологии нельзя строго назвать геоинформационными, поскольку в основе их построения отсутствует та или иная географическая система, т.е. обычно отсутствует покоординатная привязка наблюденных значений и результатов обработки, на результаты анализа не проводятся измерения и наблюдение выделяемых линейных, площадных и поверхностных геологических объектов. Однако различные задачи недро- и природопользования с помощью таких систем, с привязкой данных в относительных координатах, решаются не менее эффективно, чем геоинформационными системами. Большинство подоб ных компьютерных технологий является развитием соответствующих автоматизированных систем комплексного анализа, появление которых было связано с оснащением геологоразведочных организаций персональными мпьютерами в конце 80-х и начале 90 -х годов прошлого столетия. В то же время, в отличие от автоматизированных систем, такие технологии содержат распределенные базы данных по измерениям различных геофизических методов и оригинальные технологические решения по их комплексной интерпретации. К наиболее развитым, в смысле использования современных методов математической статистики, корреляционно-регрессионного и факторного анализа, байесовского подхода в распознавании образов и безэталонной классификации, относятся компьютерные системы РЕГИОН (В.В. Марченко, Б.А. Чумаченко – Международный НИИ проблем управления), КОМПАК (В.В. Ломтадзе, ПГО «Иркутскгеология»), КОСКАД-3 D (А.В. Петров, А.А. Никитин, МГГРУ), ПАНГЕЯ (ЗАО «Пангея»), Mult Alt (Ф.М. Гольцман, Д.Ф. Калинин, Т.Б. Кали нина – ВИРГ – Рудгеофизика и др.). Система РЕГИОН, реализующая байесовский подход при распознавании геообъектов, зарекомендовала себя при прогнозе и поисках месторождений редких и радиоактивных элементов, в 1989г. отмечена Госпремией СССР. Основой построения системы КОМПАК являются методы факторного и компонентного анализов. Эта система получила широкое распространение в Восточной Сибири при прогнозе и поисках рудных и нефтегазоносных месторождений. Система КОСКАД-3D [28] содержит широкий набор методов распознавания с обучением и безэталонной классификации, в частности, модифицированный метод К-средних, реализованный А.В. Петровым для коррелированных между собой признаков. Отличительной чертой этой системы я вляется использование так называемых генетических алгоритмов обработки и комплексного анализа, т.е. адаптивных алгоритмов в скользящих окнах «живой формы». В таких алгоритмах весовые коэффициенты при обработке данных выбираются с учетом изменения корреляционно -спектральных свойств поля в окрестности каждой точки анализа. Другой особенностью системы КОСКАД является ее направленность на выделение слабоконтрастных геообъектов на базе теории методов обнаружения сла бых сигналов.
Система КОСКАД-3D полностью адаптирована в ГИС ИНТЕГРО, а также в специализированную систему об работки данных сейсморазведки НЕДРА, реализованную Д.П. Земцовой в Краснодарской опытнометодической экспедиции «Союзморгео» [15]. На основе систем НЕДРА и КОСКАД-3D создана технология прогноза коллекторов и углеводородонасыщения для малоразмерных залежей нефти и газа [25]. Система КОСКАД -3D испоьзуется при обработке и комплексном анализе сейсмических атрибутов по региональным профилям (геотраверсам).
Широкое признание в России и за рубежом (в частности в Китае) получила система ПАНГЕЯ. Ее отличительной особенностью является воз можность использования всех видов данных, несущих информацию о строении месторождений полезных ископаемых. Система ПАНГЕЯ содержит наиболее полный комплект программ для решения задач геокартирования, моделирования нефтегазовых объектов и их прогноза по комплексу сейсмических атрибутов. Технология многомерной (комплексной) обработки и интерпретации в этой системе базируется на алгоритмах классификации с обучением и без обучения, а также включает широкий спектр корреляционно-регрессионных зави симостей между различными сейсмическими атрибутами и физическими свойствами, использование фиктивных (модель-ных) эталонов при прогн озе. При распознавании зон трещиноватости в карбонатных коллекторах применяется теория фракталов. Система ПАНГЕЯ, также как и система КОСКАД-3D, успешно применяется при прогнозе месторождений твердых полезных ископаемых по комплексу данных потенциальных полей. Основой системы Mult Alt являются статистические алгоритмы распознавания образов [13]. Отличительная ос обенность этой системы состоит в автоматизированном способе построения моделей геообъектов по комплексу геофизических полей, сочетающем алгоритмы оценивания искомых параметров и распознавания образов. На первом этапе комплексного анализа строятся модели распределений физических свойств по отдельным геофизическим полям, а на втором этапе осуществляется комплексирование таких распределений с использованием алгоритмов распознавания образов. При этом априори назначается набор искомых альтернативных объектов и задаются эталонные площади распределения физических параметров для каждого объекта, а при их отсутствии – диапазоны значений физических свойств, хара ктерные для каждого из искомых альтернативных объектов. Эти эталонные области и диапазоны возможных значений физических параметров используются для построения решающих правил. Входными данными при комплексном анализе по разрезу (или в плоскости наблюдений) являются значения петрофизических параметров, заданных в точках прямо-угольной сети. Результаты анализа получают для всех точек задания входных данных и они представляются в виде номеров (или цветов) искомых альтернатив и вероятностей их определения. Результаты также визуализируются в виде цветовых разрезов комплексных геолого-геофизических моделей объектов и разрезов вероятностей построенных объектов. Все указанные выше системы комплексного анализа в настоящее время дополняются программно -алгоритмическим обеспечением по количественной интерпретации геофизических данных с целью получения моделей изучаемых геообъектов.
В системе КОСКАД -3 D реализованы: приемы корреляционного зондирования потенциальных полей для оценки формы и глубины залегания контактных поверхностей; компенсирующий фильтр Колмогорова- Винера по разделению аномалеобразующих источников, залегающих на разных глубинах, разбиение глубинного сейсмического разреза по комплексу динамических и кинематических атрибутов на однородные области, отражающие основные элементы геологического строения земной коры по геотраверсам.
В системе ПАНГЕЯ на основе аналитического продолжения потенциальных полей и по инверсии гравитационного и магнитного полей реализуется выделение перспективных участков в отложениях палеозойского комплекса Западной Сибири. Для тех же отложений создана методика построения структурных карт поверхностей и карт толщин по результатам интерпретации данных 2 D- и 3D- сейсморазведки. В системе Mult Alt осуществлена компьютерная технология для построения модели геосреды по комплексу потенциальных (гравимагнитных) и электромагнитных полей. Использование данных геофизических исследований скважин в комплексе с данными 2 D- и 3D-сейсморазведки и потенциальных полей в системе ПАНГЕЯ позволило более эффективно решать задачи прогноза залежей углеводородов и тем самым завоевать широкий рынок для этой системы в Китае и других странах. Отличительной особенностью геоинформационной системы ГЕО 2.5 (Гитис В.Г.) направленной на прогноз землетрясений и построения картминерагенического прогноза, является широкое использование экспертных оценок.
|
15. Компьютерные технологии комплексной интерпретации данных геофизических исследований скважин.
|
16. Программно-управляемые каротажные станции. Структурная схема. Характеристики основных узлов и блоков.
КАРОТАЖНАЯ СТАНЦИЯ (а. well logging unit; н. Karotagestation; ф. laboratoire de diagraphie; и. eguipo de diagrafias) — установка для проведения полного комплекса геофизическихисследований эксплуатационных и исследовательских буровыхскважин. Каротажная станция предназначена для спуска и подъёма в скважины (глубина 300-10 000 м) на каротажном кабеле электрически и механически соединённого скважинного прибора, измерения параметров, характеризующих физические свойства горных пород(удельное электрическое сопротивление, радиоактивность, магнитные свойства и др.) и техническое состояние скважин, а также регистрации этой информации в функции глубины скважины. В каротажной станции с бортовой ЭВМ производится оперативная обработка данных в процессе или после каротажа.
Каротажные станции подразделяются на самоходные, установленные в одном или двух транспортных средствах (автомобиле, вездеходе), и несамоходные (смонтированные в контейнерах). Аппаратура каротажной станции (лаборатории) состоит из силового трансформатора, источников питания аппаратуры скважинных приборов, различных наборов из пультов электрического, радиоактивного, акустического методов геофизических исследований скважин (пульты для других методов сменные), регистраторов, пульта управления и пульта контроля каротажа с датчиками глубины, натяжения и магнитных меток кабеля. По форме регистрации информации и системе управления каротажные станции подразделяются на аналоговые, цифровые и программно-управляемые от бортовой ЭВМ. Подъёмник состоит из спуско-подъёмного агрегата, на барабане лебёдки которого намотан кабель (одно-, трёх- или семижильный), кабелеукладчика и системы роликов для спуска кабеля в скважины. Спуско-подъёмный агрегат приводится от двигателя транспортного средства (в несамоходных каротажных станциях — от дизеля или электродвигателя). В комплект каротажной станции входит также смотанное устройство для электрического соединения с промысловой сетью и датчиками и проявочное устройство (при использовании фоторегистраторов). Применяемые каротажные станции имеют от 2 до 8 каналов аналоговой регистрации и 6-16 — цифровой регистрации, мощность источника питания до 500 ВА, скорость подъёма кабеля 10-10 000 м/ч.
|
17. Компьютеризированные сейсмостанции
СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ — служит для регистрации колебаний земной поверхности, вызываемых землетрясениями. В зависимости от решаемых задач сейсмические станции подразделяются на опорные и региональные. Опорные сейсмические станции предназначены для регистрации сейсмических сигналов в основном на эпицентральных расстояниях свыше 2000 км. Эти станции снабжены стандартной сейсмической аппаратурой: короткопериодными сейсмографами высокой чувствительности (в полосе пропускания 10-0,7 Гц), широкополосными сейсмографами средней чувствительности (10-0,05 Гц), часть станций оснащена длиннопериодными сейсмографами средней чувствительности (0,2-0,015 Гц).
Региональные сейсмические станции используются для регистрации близких землетрясений с эпицентральными расстояниями до 2000 км. Эти станции оснащены короткопериодной аппаратурой, а также регистрируют сильные движения в полосе частот 10-0,1 Гц.
Все сейсмические станции мира ведут регистрацию землетрясений по единому времени (среднее Гринвичское), проводят первичную обработку сейсмограмм (измеряются времена прихода — моменты вступлений различных сейсмических волн и их динамические параметры). Эти сведения по государственным каналам связи направляются в соответствующие центры обработки.
Сейсмические станции работают в соответствии с инструкциями и руководствами, подготовленными как в международных организациях, так и в национальных сейсмологических службах. Мировая сеть насчитывает свыше 2000 стационарных сейсмостанций, в т.ч. на территории России свыше 350 (1985).
Сейсмические станции CCCP составляют Единую систему сейсмических наблюдений, несущих постоянную службу срочных сообщений о сильных и ощутимых землетрясениях мира, всей территории CCCP и отдельных его регионов. Данные наблюдения сейсмических станций (параметры гипоцентров землетрясений, магнитуды) систематически публикуются в общесоюзных, региональных и республиканских изданиях: сейсмологических бюллетенях и каталогах, ежегодниках "Землетрясения в CCCP". Сейсмологические сведения сейсмических станций имеют важное значение для прогноза горных ударов, для разработок в области инженерной сейсмологии и при поиске полезных ископаемых.
Geometrics Es-3000
Ультрапортативная сейсмостанция Es-3000 представляет из себя измерительный модуль, подключаемый к переносному компьютеру (Notebook) посредством сетевого кабеля (Ethernet). Регистрирующий модуль включает 8 или 12 каналов, без возможности расширения. Программное обеспечение ESOS управляет работой системы по записи данных, обработка осуществляется программой SIPQC или SeisImager/2D.
Geometrics SmartSeis
Сейсмостанция SmartSeis является полностью автономным устройством со встроенным компьютером. SmartSeis осуществляет контроль за "шумами" и выполняет измерения сигнала в режиме автоматического выбора усиления. Контролировать качество полученных данных можно прямо в поле по ЖК-дисплею и с помощью встроенного принтера. Имеется интегрированная программа интерпретации МПВ (SIPT). Емкости внутреннего винчестера хватает на несколько дней работы, записанные данные могут быть переданы для дальнейшего изучения на внешний компьютер, с использованием протокола связи RS-232, либо при помощи флоппи-диска.
StrataVisor NZ
Специальный полевой вычислитель (система накопления и обработки) для регистрирующих блоков Geometrics Geode. Включает от 3 до 64 каналов записи, цветной ЖК-дисплей, принтер и дисковод. Позволяет контролировать до 4 отдельных линий на основе модулей Geode.
Geometrics Geode
Универсальный сейсмический регистратор Geode, конфигурация: 3, 6, 8, 12, 16, или 24 канала в модуле, устойчивом к погодным условиям в поле. Geode работает как с портативной ЭВМ под Windows 95/98/NT, так и с полевым вычислителем Strata Visor NZ в усиленном корпусе. Отдельные приборы Geode работают с использованием программного обеспечения SGOS, которое содержит основные функции сейсмообработки, применяемые при инженерно-геологических работах . Позволяет работать с вибрационными источниками сигналов. Имеет расширяемую конфигурацию: несколько блоков Geode могут быть соединены вместе, образуя системы с множеством каналов и линий (до 1000 каналов). Комплектуется компьютерным программным обеспечением для обработки данных МПВ и МОВ.
|
18. Компьютеризированные аэрофото- и аэро-геофизические станции.
| |
|
|
Скачать 296 Kb.