Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
Бычков Сергей Габриэльевич
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ВЫСОКОТОЧНЫХ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
Пермь - 2010
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Горном институте Уральского отделения РАН
Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор Абрамов Валерий Александрович (Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток) доктор геолого-минералогических наук Исаев Валерий Иванович (Томский политехнический университет, г. Томск) доктор технических наук Конешов Вячеслав Николаевич (Институт Физики Земли РАН, г. Москва)
Ведущая организация:
Институт геофизики Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург
Защита состоится 20 января 2011 г. в 1330 на заседании диссертационного совета Д 212.189.01 при Пермском государственном университете по адресу:
614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, этаж 4, зал заседаний Ученого совета.
Факс (342) 237-16-11, E-mail: geophysic@psu.ru C диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Пермского государственного университета.
Автореферат разослан _______октября 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.189.01, доктор технических наук, профессор В.А. Гершанок
Актуальность темы В 1960-1980 годы благодаря работам Б.А. Андреева, В.М. Березкина, К.Е. Веселова, А.К. Маловичко, Е.А. Мудрецовой, Л.Д. Немцова, З.М. Слепака и многих других сформировалось направление гравиразведки, получившее название высокоточная или детальная гравиразведка. Если ранее возможности гравиметрического метода ограничивались тектоническим районированием территорий, картированием крупных структур и соляных куполов, созданием геофизической основы при геологическом картировании, то детальная гравиразведка стала претендовать на решение принципиально новых геологических задач, связанных с выделением и интерпретацией малоинтенсивных аномалий.
Данное направление возникло благодаря созданию и внедрению в производство новой отечественной гравиметрической аппаратуры. Повышение точности и производительности гравиметров потребовало пересмотра существующих методик полевых работ, способов обработки и интерпретации гравиметрических данных. Основные задачи детальной или высокоточной гравиразведки сводились к разработке: рациональной методики полевых работ с высокоточными гравиметрами, обеспечивающей максимальную точность результатов съемки, при высокой производительности наблюдений; специализированных приемов обработки наблюденного гравитационного поля; создание методов интерпретации аномалий силы тяжести, характерной особенностью которых является весьма незначительная интенсивность полезного сигнала. Успешное решение указанных задач позволило значительно повысить геологическую эффективность гравиразведки при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых в различных регионах. Гравиразведка получила широкое применение при поисках и разведке нефтеперспективных структур, при оценке перспектив нефтегазоносности территорий, трассировании тектонических нарушений в осадочном чехле и фундаменте и т.д.
В настоящее время также произошли принципиальные изменения в аппаратурном оснащении гравиметрических исследований. Полевые работы производятся высокоточными автоматизированными гравиметрами; топографогеодезическое обеспечение гравиметрических работ осуществляется с применением систем спутниковой навигации и электронных тахеометров. Точность современной гравиметрической съемки во много раз превышает инструктивно допускаемую, в то же время методы обработки полевых данных остались прежними, поэтому требуется пересмотр существующих стандартов редуцирования и разработка современных методов вычисления аномалий Буге.
Качественно новый этап в области интерпретации гравиметрических материалов обусловлен созданием достаточно большого количества компьютерных систем и технологий по комплексному анализу геолого-геофизических данных, разработанных благодаря исследованиям В.А. Абрамова, Ю.В. Антонова, В.И. Аронова, П.С. Бабаянца, П.И. Балка, Ю.И. Блоха, Е.Г. Булаха, В.А. Гершанока, В.Н. Глазнева, Г.Я. Голиздры, В.И. Гольдшмидта, Ф.М. Гольцмана, В.М. Гордина, А.С. Долгаля, В.И. Исаева, Д.Ф. Калинина, А.И. Кобрунова, В.Н. Конешова, В.И. Костицына, С.С. Красовского, В.В. Ломтадзе, П.С. Мартышко, А.А. Никитина, В.М. Новоселицкого, А.В. Петрова, А.П. Петровского, Г.Г. Ремпеля, Т.В. Романюк, С.А. Серкерова, З.М. Слепака, В.И. Старостенко, В.Н. Страхова, О.Л. Таруниной, Н.В. Федоровой, А.И. Шестакова, В.И. Шрайбмана и многих других.
Таким образом, можно констатировать, что в настоящее время наступил новый этап развития гравиразведки, требующий переосмысления традиционных методик полевых работ и обработки гравиметрических данных, совершенствования методов интерпретации аномалий силы тяжести при решении различных геологических задач.
Цель работы Научное обоснование и разработка методов обработки и интерпретации гравиметрических данных, адекватных аппаратурным, теоретическим и программно-алгоритмическим возможностям современной гравиразведки с целью повышения геологической информативности геофизических исследований, а также создание единой технологической цепочки, включающей эффективные способы вычисления необходимых редукций поля силы тяжести, современные методы интерпретации гравитационных аномалий, содержательный геологический анализ результатов.
Основные задачи
исследований 1. Анализ особенностей современной гравиметрической съемки, включающий оценку возможностей гравиметрической и топографо-геодезической аппаратуры, разработку методик полевых наблюдений, обеспечивающих максимальную точность и высокую производительность работ.
2. Обоснование методов обработки результатов полевых гравиметрических наблюдений и введения необходимых редукций, адекватных современным условиям и точности полевых измерений силы тяжести.
3. Создание принципиально новой технологии вычисления поправок за влияние рельефа земной поверхности при гравиметрических работах, позволяющей использовать максимально возможный объем информации о рельефе и полностью автоматизировать процесс вычисления.
4. Разработка методики учета влияния неоднородностей промежуточного слоя при высокоточных гравиметрических наблюдениях, включающей подавление высокочастотной составляющей поля, итерационный подбор плотностной модели верхней части разреза при различном объеме априорной геологогеофизической информации.
5. Создание современных технологий извлечения информации из гравиметрических данных, сочетающих методы 3D разделения полей, корреляционного анализа и гравитационного моделирования.
6. Адаптация разработанных технологий к решению конкретных геологических задач на различных стадиях изучения нефтегазоперспективных объектов: от региональных геолого-геофизических работ до комплексирования высокоточной гравиметрии с сейсмическими исследованиями 3D.
Научная новизна полученных результатов 1. Впервые в отечественной гравиразведке систематизирован и обобщен многолетний опыт использования современной автоматизированной гравиметрической и топографо-геодезической аппаратуры, а также разработаны методики полевых наблюдений, обеспечивающие максимальную точность и производительность работ при использовании различных типов приборов.
2. Обоснована необходимость применения новых стандартов редуцирования полевых гравиметрических данных, адекватных точности современной аппаратуры.
3. Разработана методика использования векторизованных крупномасштабных топографических карт для вычисления поправок за влияние рельефа и на практических примерах обоснована методика анализа картографической информации о рельефе местности. Впервые экспериментально доказана возможность использования цифровых моделей рельефа GTOPО30 и SRTM для вычисления поправок, обусловленных удаленными областями рельефа.
4. Предложена методика создания аналитической модели рельефа с использованием дискретного преобразования Фурье матрицы высот и аппроксимации пространственных распределений поправок системой истокообразных функций.
5. Впервые предложено учет влияния неоднородностей верхней части разреза трактовать как поправку в аномалии Буге за переменную плотность промежуточного слоя, аналогичную поправке за влияние рельефа. Разработаны методы итерационного подбора сейсмо-плотностной модели верхней части разреза, которая используется при интерпретации гравиметрических материалов и для расчета статических поправок при сейсмических построениях.
6. Исследованы возможности системы векторного сканирования для локализации аномалиеобразующих объектов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и разработаны технологии комплексирования методов векторного сканирования и гравитационного моделирования при решении широкого круга геологических задач.
7. Созданы эффективные технологии извлечения информации из результатов гравиметрических наблюдений при проведении региональных и зональнорегиональных работ, основанные комплексном анализе геолого-геофизических данных.
8. Реализованы новые возможности интерпретации гравиметрических данных для построения трехмерных геоплотностных моделей геологической среды, в том числе, месторождений нефти.
9. На основе анализа геологических результатов, полученных для регионов с различным геологическим строением, предложены направления комплексирования сейсмических исследований 3D и высокоточной гравиразведки для повышения информативности геофизических работ при детальном изучении месторождений углеводородов.
Защищаемые положения 1. Компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности, базирующаяся на прогрессивных методах подготовки первичной картографической информации и построении аналитических моделей рельефа, обеспечивает вычисление поправок при гравиметрических наблюдениях с априорно заданной точностью.
2. Методы учета влияния неоднородностей верхней части геологического разреза, основанные на определении переменной по латерали плотности промежуточного слоя, позволяют повысить достоверность гравиметрических данных при вычислении аномалий Буге.
3. Технология интерпретации аномалий силы тяжести, основанная на совместном применении векторного сканирования и гравитационного моделирования, позволяет локализовать аномалиеобразующие объекты в изучаемом объеме геологической среды и количественно оценить их геометрические и плотностные параметры.
4. Методы интерпретации гравиметрических данных в комплексе геологогеофизических исследований, адаптированные для конкретных стадий проведения геолого-разведочных работ и различных физико-геологических условий, обеспечивают выявление нефтеперспективных объектов при региональных исследованиях и построение трехмерных геоплотностных моделей недр при детальном изучении месторождений углеводородов, существенно повышая эффективность гравиметрических исследований при решении задач нефтегазовой геологии.
Практическая значимость и реализация результатов работы Практическая ценность диссертационной работы определяется ее направленностью на решение важных прикладных задач разведочной геофизики, связанных, в первую очередь, с поисками и разведкой месторождений углеводородов. Созданное математическое и программно-алгоритмическое обеспечение позволяет на качественно новом уровне производить обработку и интерпретацию гравиметрических данных. Система векторного сканирования, на которой основаны разработанные методы интерпретации, имеет положительные отзывы от различных организаций (ООО Лукойл-Пермь, ОАО Хантымансийскгеофизика, Территориальное агентство по недропользованию Пермьнедра) и рекомендована для практического применения на Научно-методическом совете по геолого-геофизическим технологиям поисков и разведки твердых полезных ископаемых (НМС ГГТ) Минприроды России (Заключение от 13.12.2009 г.).
Разработанные методы и технологии прошли широкую апробацию и использованы при региональных и детальных гравиметрических работах, проводящихся с целями прогнозирования и поисков залежей углеводородного сырья и месторождений твердых полезных ископаемых в пределах Пермского края, Оренбургской, Свердловской, Кировской, Магаданской и Тюменской областей, в Республике Коми, Удмуртской Республике и в других регионах по контрактам с ООО ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ, ЗАО Байтек-Силур (г. Печора), ООО Севергазпром (г. Ухта), ФГУП СНИИГГиМС (г. Новосибирск), НПО Репер (г. Казань), Баженовская геофизическая экспедиция (г. Заречный), ОАО Пермнефтегеофизика, ОАО Пермрудгеофизика, ОАО Оренбургская геофизическая экспедиция, ОАО Удмуртская геофизическая экспедиция, ОАО Хантымансийскгеофизика, ОАО Уралкалий (г. Березники), ОАО Газпром, ООО ФГеоКонсалтинг (г. Тюмень), ОАО ГМК Норильский никель, СП Волгодеминойл (г. Волгоград), ООО ГП Сибирьгеофизика (г. Лесосибирск), ООО Уралтрансгаз (г. Екатеринбург), Министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края, Территориальными агентствами по недропользованию Привожскнедра, Кировнедра и Пермьнедра по заказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
Исходные материалы и личный вклад Разработкой методов обработки и интерпретации гравитационных аномалий автор занимается более 30 лет в качестве исполнителя и руководителя полевых и камеральных работ в ОАО Пермнефтегеофизика, ФГУП ГП Пермрудгеофизика и Горном институте УрО РАН. Основная часть полевых гравиметрических материалов, использованных в диссертации, в частности результаты работ Научно-производственной геофизической экспедиции Горного института УрО РАН, получена под непосредственным руководством автора. Теоретические и методические результаты, которые выносятся на защиту, получены автором самостоятельно.
Апробация работы и публикации Результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях, семинарах, научных чтениях и конгрессах: Всероссийский съезд геологов и научно-практическая геологическая конференция (С-Петербург, 2000), Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей (Москва, 2001; Апатиты, 2002; Москва, 2003; Москва, 2004; Пермь, 2005; Екатеринбург, 2006; Москва, 2007; Ухта, 2008; Казань, 2009, Москва, 2010), Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов (Волгоград-Пермь, 2001), Теория и практика морских геолого-геофизических исследований (Геленджик, 2001), Геофизика и математика (Пермь, 2001), Проблемы и перспективы геологического изучения и освоения мелких нефтяных месторождений (Ижевск, 2002), EGS-AGU-EUG Joint Assembly (France, Nice, 2003), Геофизика XXI века - прорыв в будущее (Москва, 2003), Geosciences for urban development and environmental platting (Lithuania, Vilnius, 2003), Геоiнформатика (Киев, 2003, 2004, 2010), ГЕО-Сибирь-2005 (Новосибирск, 2005), International Conference & Exhibition EAGE, EAGO and SEG (С-Петербург, 2006), Устойчивое развитие: природаЦобществоЦчеловек (Москва, 2006), Глубинное строение. Геодинамика. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей (Екатеринбург, 2007; 2009), Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов (Казань, 2007), International Conference & Exhibition Tyumen-2007 (Тюмень, 2007), Фундаментальные проблемы геологии и геохимии нефти и газа и развития нефтегазового комплекса России (Москва, 2005), Геофизические исследования Урала и сопредельных регионов (Екатеринбург, 2008), ГЕОМОДЕЛЬ-2008 (Геленджик, 2008), Новые идеи в науках о Земле (Москва, 2009) и многих других, а также на ежегодных научных сессиях Горного института УрО РАН Стратегия и процессы освоения георесурсов и ежегодных научно-практических конференциях Геология и полезные ископаемые Западного Урала (Пермский госуниверситет).
Основные научные результаты автора опубликованы в 38 печатных работах, из которых 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и одна монография. Получен один патент на изобретение и два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ. Всего по теме диссертации автором опубликовано 140 научных публикаций, которые приведены в списке литературы диссертации.
Объем и структура работы Работа состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем работы составляет 264 страницы, включая 88 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 460 наименований.
Структура диссертации обусловлена логической последовательностью решения отдельных задач при разработке методов обработки и интерпретации гравиметрических наблюдений.
В первой и во второй главах работы на примере эволюции гравиметрических исследований на территории Пермского Прикамья рассмотрено развитие методов интерпретации гравиметрических материалов при исследованиях на нефть и газ, охарактеризованы основные направления гравиметрических работ, проводимых в последние годы. Описаны методики полевых наблюдений с современным гравиметрическим и топографо-геодезическим оборудованием, обеспечивающие максимальную точность съемки и производительность работ.
Установлено, что ошибки, вносимые в аномалии Буге традиционными процедурами обработки гравиметрических данных, существенным образом загрубляют аномалии силы тяжести. В настоящее время значительно возросли знания о форме Земли, создана мировая опорная гравиметрическая сеть, в открытом доступе имеются детальные базы данных о фигуре геоида и рельефе Земли и, учитывая современные вычислительные мощности, нет никаких причин для применения упрощенных формул при вычислении поправок и редукций в гравиметрические наблюдения. На практических примерах показана необходимость принятия новых стандартов редуцирования полевых гравиметрических данных.
В третьей и четвертой главах раскрываются, соответственно, первое и второе защищаемые положения, относящиеся к методам обработки аномалий силы тяжести, которые позволяют существенно повысить достоверность первичных гравиметрических материалов.
Методам интерпретации гравиметрических данных посвящена пятая глава работы. Здесь рассмотрены методы векторного сканирования и гравитационного моделирования, разработаны способы их совместного применения и обосновано третье защищаемое положение.
В шестой главе описаны результаты применения гравиметрических исследований в комплексе геолого-геофизических методов на различных стадиях изучения нефтегазоперспективных объектов и раскрыто четвертое защищаемое положение.
Автор с благодарностью и уважением вспоминает своих Учителей Александра Кирилловича Маловичко и Владимира Марковича Новоселицкого.
Большое значение для автора имело сотрудничество с к.г.-м.н. К.С. Шершневым, к.г.-м.н. Л.К. Орловым, д.г.-м.н. В.М. Проворовым, М.С. Зотеевым, В.И. Родионовским, Л.А. Белецкой. За творческое сотрудничество, полезное обсуждение и конструктивную критику автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ОАО Пермнефтегеофизика и, прежде всего - главному геологу к.г.-м.н. В.М. Неганову; начальнику Специализированной гравиметрической партии ОАО Баженовская геофизическая экспедиция Л.Д. Нояксовой;
преподавателям кафедры геофизики Пермского госуниверситета д.т.н., профессору В.И. Костицыну, к.г.-м.н. И.Ю. Митюниной; профессору кафедры геологии нефти и газа Пермского политехнического университета д.г.-м.н. С.А. Шихову. Особо благодарен автор сотрудникам лаборатории геопотенциальных полей Горного института УрО РАН д.ф.-м.н. А.С. Долгалю, к.г.-м.н. Г.П. Щербининой, к.т.н. И.В. Генику, д.т.н. М.С. Чадаеву, к.т.н. Простолупову, к.т.н.
А.А. Симанову, к.ф.-м.н. А.В. Пугину. Без их участия в исследованиях по различным направлениям интерпретации гравиметрических материалов и адаптации разработанных методов для решения различных геологических задач эта работа не могла состояться. Автор искренне благодарен сотрудникам Научнопроизводственной геофизической экспедиции Горного института УрО РАН В.Ю. Верхоланцеву, С.Ф. Меркушеву, Г.М. Барановскому, под чьим руководством получена большая часть полевых гравиметрических материалов, послужившая фактическим материалом диссертации.
ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности, базирующаяся на прогрессивных методах подготовки первичной картографической информации и построении аналитических моделей рельефа, обеспечивает вычисление поправок при гравиметрических наблюдениях с априорно заданной точностью [2, 3, 5, 9, 10, 12, 15, 17, 19, 20, 34].
Методы определения поправок за влияние рельефа (dgр) разрабатывались многими учеными: В.М. Березкиным, М.А. Быковым, В.М. Гординым, Н.И. Дергачевым, А.С. Долгалем, А.И. Каленицким, Л.А. Ковалем, В.И. Костицыным, В.В. Ломтадзе, П.И. Лукавченко, А.А. Любимовым, А.К. Маловичко, Е.А. Мудрецовой, Л.Д. Немцовым, А.И. Пришивалко, Г.Г. Ремпелем и другими.
Широко применяющиеся на практике способы учета влияния рельефа местности созданы в период формирования парадигмы ранней компьютерной эпохи (по В.Н.Страхову). Ограниченные вычислительные возможности и высокая стоимость машинного времени использующихся в этот период ЭВМ, а также сложности технического характера, связанные с формированием цифровых моделей рельефа местности (ЦМР) на машинных носителях, наложили свой отпечаток на имеющиеся технологии определения поправок за влияние рельефа [5, 34].
Развитие вычислительной и периферийной техники, а также современное программное обеспечение, создание электронных версий карт и детальных матриц рельефа, распространяемых, в том числе, и в сети Internet, позволяют осуществить принципиально новый подход к вычислению поправки и подготовке цифровых моделей рельефа с использованием всей имеющейся информации.
Применение современных геоинформационных технологий позволяет создавать ЦМР размерностью до 106 - 108 высотных отметок, отвечающие по детальности крупномасштабным топографическим картам.
Предлагается [3, 17, 20] проводить разбиение области учитываемого влияния рельефа на две подобласти: внутреннюю D1 (ллокальный рельеф) и внешнюю D2 (лрегиональный рельеф) без традиционного разделения их на зоны.
Для каждой из выделенных подобластей используются разные исходные данные и различные алгоритмы расчета поправки за влияние рельефа dgр.
Для подобласти D1, охватывающей центральную и ближнюю зоны, поправки dgр целесообразно вычислять с использованием аналитических аппроксимаций рельефа поверхности Земли [3, 15, 19], как предложено академиком В.Н. Страховым (1999-2003 гг.). В условиях сложного рельефа, например, при наличии вертикальных склонов, предлагается использовать полиэдральную аппроксимацию рельефа, т.е. представлять его системой плоских неравносторонних наклонных треугольников, поскольку негармоничность рельефа будет существенным образом сказываться на точности вычисления поправки. Цифровые модели локального рельефа местности подобласти D1 формируются путем векторизации скан-образов крупномасштабных топографических карт.
Площадь подобласти D1 может составлять от единиц до нескольких сотен квадратных километров в зависимости от требуемой точности вычисления поправок dgр.
Для подобласти D2 представляется более рациональным осуществлять истокообразную аппроксимацию значений dgр, предварительно определенных в узлах сравнительно редкой регулярной сети, а затем проводить 3Dинтерполяцию поправок непосредственно в гравиметрические пункты [17, 20].
Особенности регионального рельефа местности с достаточной для поставленной задачи точностью отражают матрицы высот GTOPО30 и SRTM, охватывающие практически всю поверхность Земли и свободно распространяемые в сети Интернет.
Совершенно очевидны существенные различия в степени детальности описания особенностей рельефа местности, полученных из различных источников информации (рис.1). Так, средняя плотность сети высотных отметок векторизованной топокарты составляет примерно 200300 точек/см2 в масштабе карты, размер сетки SRTM для территории Пермского края имеет размеры около 50 м по широте и 90 м по долготе, а GTOPО30 - примерно 450-500 м по широте и около 900 м по долготе. В работе показано, что при создании ЦМР из нерегулярного набора высотных отметок, получаемых с векторизованных карт, необходимо использовать статистическое моделирование для выбора метода интерполяции, обеспечивающего наибольшую точность создания ЦМР.
а) б) Рис. 1. Исходная информация о рельефе (а - рельеф местности, б - фрагмент карты): 1 - пункты гравиметрических наблюдений, 2 - узловые точки векторизованной карты, 3 - узлы матрицы высот SRTM, 4 - узлы матрицы высот GTOPOНеобходимость аппроксимации рельефа обусловлена, прежде всего, объективно существующими различиями высотных отметок на топографических картах и высот гравиметрических пунктов, полученных инструментально при производстве полевых работ [2, 15, 19]. Построение аналитических моделей рельефа позволяет минимизировать эти различия высот путем проецирования пунктов измерений поля силы тяжести на поверхность рельефа, а также оптимизировать сам процесс вычислений. Экспериментально установлено, что в качестве аппроксимирующей функции, с необходимой точностью описывающей локальный рельеф, можно использовать двойной ряд Фурье с ограниченным числом коэффициентов. Применение алгоритма быстрого преобразования Фурье и усечение ряда в зависимости от степени расчлененности рельефа и требуемой точности вычисления поправок существенно ускоряет решение задачи.
Вычислив один раз параметры аппроксимационной конструкции, можно в любой заданной точке определить высоту, т.е. для каждого гравиметрического пункта сформировать свой массив высот (палетку) и вычислить поправку dgр посредством решения прямой задачи непосредственно в гравиметрическом пункте.
С целью оценки возможности использования матриц GTOPO30 и SRTM для вычисления поправок в подобласти D2 произведены сравнения высот этих матриц с высотами, определенными инструментально при производстве гравиметрических съемок в различных регионах России (Пермский край, Волгоградская, Тюменская, Кировская, Свердловская области) [9]. Как показал анализ (табл. 1), высоты в матрице SRTM в 5-10 раз точнее, чем в матрице GTOPO30.
Гистограммы расхождений высот свидетельствуют о том, что характер распределений отклонений близок к нормальному распределению и практически не зависит от района работ. Как и следовало ожидать, среднеквадратическая погрешность (СКП) расхождений зависит, прежде всего, от расчлененности рельефа, которая определялась по разнице высот гравиметрических пунктов, расположенных по профилям с шагом 100-250 м.
Таблица Сравнение высот матриц GTOPO30 и SRTM с высотами рельефа, определенными инструментально на различных площадях гравиметрических съемок Характеристика рельефа Расхождение высот, м № Расчлененность, Кол-во Высоты, м SRTM GTOPOплоща- м/км пунктов ди мини- макси- макси- сред- сред- средСКП СКП мальная мальная мальная няя нее нее 1 2720 137,55 520,07 347,95 34,70 -5,54 5,51 28,18 62,2 2338 110,91 459,94 235,52 27,08 -2,38 4,32 12,35 60,3 6295 107,21 217,98 347,08 32,39 -10,18 3,77 -18,78 26,4 3242 133,78 349,26 281,48 36,88 1,17 5,85 24,99 27,5 1573 161,26 359,34 443,61 67,53 -4,83 7,92 9,49 34,6 3631 123,70 246,32 102,46 11,48 -7,21 4,05 8,34 23,7 2604 142,05 502,90 508,46 66,50 -6,03 9,20 16,45 66,8 3268 89,40 394,69 168,69 22,44 -2,46 5,76 4,48 44,9 3159 109,73 253,94 153,36 16,05 -4,09 4,16 4,44 0,10 5329 173,22 460,88 296,57 39,28 -4,29 5,30 12,20 40,11 1864 108,77 180,75 64,33 5,58 -6,41 4,15 -23,04 13,12 1499 122,94 226,75 228,86 35,42 -7,20 5,61 -13,81 20,13 2062 107,92 202,64 179,03 24,36 -8,11 5,59 12,22 22,14 2451 116,03 389,06 211,31 23,37 -1,24 4,64 5,61 38,Среднее -4,91 5,42 5,94 34,Определив величину среднеквадратической погрешности высот матриц SRTM и GTOPO30 для изучаемой площади, можно определить внутренний радиус зоны вычисления поправок за влияние удаленного рельефа, увеличивая или уменьшая его в зависимости от расчлененности рельефа. В данном случае интересуют не сами величины расхождений отметок рельефа, полученных из различных источников, а расстояния от пункта наблюдений, на которых этими расхождениями можно пренебречь при априорном задании точности вычислении поправки.
Имея аналитическую аппроксимацию рельефа, можно сформировать массивы высот с увеличивающимся размером подобласти D1, в которой исходными данными служат высоты рельефа, снятые с топокарты, а в дальней зоне использовать, например, матрицу SRTM. Вычисленные поправки сравниваются с поправками, полученными с использованием высот рельефа векторизованной топокарты для обеих подобластей (рис. 2). Как видно из рисунка, где по оси X отложена величина подобласти D1, на расстояниях порядка 4-5 км от гравиметрического пункта значения поправок практически одинаковы. Среднеквадратическое расхождение поправок составляет около 0,01 мГал. На практике это означает, что для данной площади матрица высот SRTM может быть использована на расстояниях более 4 км от гравиметрических пунктов для заданной точности вычисления поправок.
dg, мГал 0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.R,км 0 1 2 3 4 5 6 Рис. 2. Среднеквадратическое расхождение поправок за влияние рельефа, вычисленных по высотам с топографической карты масштаба 1:25 000 и по матрице SRTM Весьма технологичным является определение сравнительно небольшого числа дискретных значений поправок за влияние рельефа подобласти D2 в фиксированных точках (например, в узлах равномерной сети) и последующее восстановление значений dgр в гравиметрических пунктах с использованием 3D интерполяции [3, 15, 20]. Поскольку функция dgр является гармонической, удовлетворяющей уравнению Лапласа, то может быть подобрана вспомогательная гармоническая функция U, которая затем используется вместо dgр при дальнейших вычислениях. Целесообразно представить функцию U в виде гравитационных эффектов элементарных точечных источников, т.е. выполнить истокообразную аппроксимацию исходных значений dgр.
Программа, разработанная на основе данного алгоритма [12], позволяет быстро и с высокой точностью выполнять аналитическую аппроксимацию поправок за влияние рельефа для всего региона проведения гравиметрических исследований (например, для территории Пермского края регулярная сеть поправок с шагом 1 км, включающая 246715 узлов, была вычислена за 1,5 часа на компьютере с процессором Intel Core2 Duo и тактовой частотой 2,666 ГГц). Последующее восстановление значений dgр в пунктах гравиметрической сети методом 3D интерполяции не представляет затруднений и выполняется с погрешностью, не превышающей фактическую погрешность аппроксимации. Таким образом, однократно построенная для всего региона исследований аналитическая модель поправок за влияние удаленного рельефа может затем многократно использоваться при вычислении поправок на других площадях гравиметрических работ.
Очевидно, что погрешности определения поправок за влияние рельефа зависят от двух факторов: погрешности значений высот в исходной ЦМР и погрешности планово-высотной привязки гравиметрических пунктов. Достаточно объективную оценку влияния различных возмущающих факторов можно получить с помощью имитационного моделирования вычисления поправки dgр при реальных технических условиях выполнения съемок [2, 3, 15]. Область учитываемого влияния рельефа D при этом представляет собой стохастическую модель, для которой решение прямых задач геофизики имеет вероятностную трактовку и заключается в расчете математических ожиданий, дисперсий или корреляционных функций аномальных эффектов. При этом имитационное моделирование осуществляется для всех гравиметрических пунктов, расположенных в пределах исследуемой площади.
Для оценки погрешности планово-высотной привязки гравиметрических пунктов с помощью генерации серий случайных чисел моделируются произвольно ориентированные в пространстве отклонения их координат от истинного местоположения. Предполагается, что по каждой из координат Х и У эти смещения происходят независимо, амплитуды смещений распределены по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением, задаваемым проектом работ или фактической точностью, достигнутой при производстве полевых наблюдений. Генерация смещения пунктов в плане приводит к появлению соответствующих ошибок высот этих пунктов, т.е. моделируются погрешности вычисления поправок за влияние рельефа, обусловленные отклонениями в планово-высотной привязке всех пунктов измерений поля силы тяжести.
Аналогично, для определения погрешности значений высот исходных ЦМР с помощью генерации серий случайных чисел матрица рельефа осложняется помехой. Амплитуды отклонений высот задаются по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением, равным половине сечения изолиний рельефа топографической карты или фактической точности использованных матриц GTOPO30 или SRTM.
Погрешности расчета поправок dgр определяются по разности поправок, вычисленных при первоначальном положении гравиметрических пунктов с исходной ЦМР и при смещенном положении с ЦМР, осложненной помехой. Фактическая погрешность определения поправок, полученная для различных площадей гравиметрических съемок, составляет 0,002-0,010 мГал, причем, как указывалось выше, она может быть задана априорно в зависимости от реальной точности съемки, варьируя размерами подобласти D1 и шагом сети задания высот [9].
Таким образом, разработана компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности при гравиметрических наблюдениях, отличительными особенностями которой являются максимально полное использование цифровых картографических данных о рельефе, построение аналитических аппроксимаций высот и dgр с использованием дискретного преобразования Фурье и истокообразных функций, стохастическое моделирование с целью оценки точности вычисления. Технология характеризуется полной автоматизацией вычислений для всей области учитываемого влияния рельефа, высокой точностью получаемых результатов и быстротой вычислений, что обосновывает первое защищаемое положение.
ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Методы учета влияния неоднородностей верхней части геологического разреза, основанные на определении переменной по латерали плотности промежуточного слоя, позволяют повысить достоверность гравиметрических данных при вычислении аномалий Буге [5, 6, 7, 8, 9, 25, 29, 34].
Дискуссия о необходимости введения поправки за промежуточный слой и параметрах этого слоя при вычислении аномалий Буге в гравиметрической литературе имеет длительную историю. При введении этой поправки предполагается, что промежуточный слой представляет собой плоскопараллельную горизонтальную пластину с постоянной плотностью равной 2,30 г/см3, 2,67 г/смили некоторой средней для конкретной площади исследований. Выбор и методы определения плотности промежуточного слоя (постоянной или переменной) и уровня приведения, необходимость учета сферичности Земли, обсуждалось в работах В.М.Березкина, А.С.Варламова, В.И.Костицына, П.И.Лукавченко, А.А.Любимова, А.К.Маловичко, Е.А.Мудрецовой, Г.Г.Ремпеля, В.Г.Филатова и многих других.
Поскольку эта поправка (вместе с поправкой за влияние рельефа) по сути представляет собой гравитационное влияние толщи пород, ограниченной сверху рельефом местности, а снизу - уровнем приведения, то решение задачи казалось бы очень простое: построить детальную плотностную модель верхней части разреза (ВЧР), вычислить соответствующий гравитационный эффект и вычесть его из аномалий в свободном воздухе. При этом нижней границей слоя может быть не обязательно уровень приведения, а, например, первая плотностная граница или минимальная отметка рельефа. Основные сложности построения плотностной модели ВЧР связаны с тем, что величина поправки за промежуточный слой может достигать десятков и сотен миллигал [5, 7, 29]. Например, ошибка определения плотности 0,01 г/см3 при высоте рельефа 200 м внесет погрешность определения поправки за промежуточный слой величиной почти 0,10 мГал при точности современной гравиметрической съемки 0,020,05 мГал.
Аппроксимация промежуточного слоя однородной плоскопараллельной горизонтальной пластиной не отвечает реальным геологическим условиям, а построение детальной геолого-плотностной модели верхней части разреза с необходимой точностью без значительного объема априорной информации невозможно. Поэтому при создании гравиметрических карт следует использовать только постоянную (среднюю для площади) плотность промежуточного слоя, а при интерпретации аномалий процедуру учета влияния неоднородностей ВЧР включать в процесс решения обратной задачи, поскольку подбор плотности промежуточного слоя, построение детальной плотностной модели верхней части разреза являются этапами интерпретации гравитационных аномалий [6, 7, 8].
В качестве априорной информации о плотностях пород верхней части разреза необходимо использовать приближенные значений плотности, полученные по геологическим и геофизическим данным, корректируя их в процессе интерпретации. При исследованиях на нефть и газ для построения модели начального приближения наиболее перспективным представляется использование сейсморазведочных данных, учитывая тесную корреляционную зависимость между скоростями сейсмических волн и плотностью горных пород. Исходными гравиметрическими данными могут являться значения аномалий Буге, вычисленные при постоянной (средней для изучаемой площади) плотности промежуточного слоя, а переменную плотность = (x, y) определять как аномальную относительно средней. Учет влияния неоднородностей верхней части разреза следует рассматривать как поправку в аномалии Буге за переменную плотность промежуточного слоя, аналогичную поправке за влияние рельефа.
Предлагается следующий алгоритм интерпретации гравиметрических материалов с целью построения плотностной модели верхней части разреза [6, 7, 8, 9, 25].
1. Определение средней плотности пород ВЧР (промежуточного слоя), относительно которой будут вычисляться аномальные плотности для последующих вычислений. С этой целью могут быть применены известные методы, использующие гравиметрические данные и высоты рельефа местности. Как показывает опыт проведения работ, наиболее эффективным является известный метод Неттлетона.
2. Выделение составляющей гравитационного поля, обусловленной влиянием ВЧР. Здесь должна быть использована вся имеющаяся информация и различные способы разделения полей, включая геологическое редуцирование, частотную фильтрацию, корреляционные преобразования. Поскольку эта задача неоднозначна, ее решение корректируется на всех этапах интерпретации.
3. Вычисление плотности пород ВЧР путем решения обратной линейной задачи гравиметрии, используя составляющую поля, выделенную на предыдущем этапе. В качестве начального приближения используется средняя плотность пород ВЧР, определенная на первом этапе.
4. Выявление корреляционной зависимости между априорными скоростями упругих волн (V) и полученным массивом плотностей. Очевидно, что коэффициент корреляции между значениями плотностей и скоростей упругих волн может служить критерием достоверности процесса интерпретации, поскольку в подавляющем большинстве случаев зависимость V = f() близка к линейной.
5. Решение прямой задачи гравиметрии для толщи ВЧР с полученными плотностями и уточнение локальной составляющей поля. Итерационный процесс выделения локальной составляющей заканчивается при достижении максимально возможного коэффициента корреляции между значениями скоростей упругих волн и плотностей горных пород, а также совпадении, в пределах заданной погрешности, исходного и вычисленного гравитационных полей.
Некоторые этапы технологии интерпретации иллюстрируются на рис. [7]. Из исходного гравитационного поля (рис. 3 б) выделены локальные составляющие, вычисленные с различными параметрами трансформации (рис. 3 в).
Рис.3. Определение плотностей пород верхней части разреза: а) карта скоростей упругих волн в ВЧР (точками показаны скважины МСК), б) наблюденное гравитационное поле, в) трансформанты поля, полученные при различных параметрах (k), г) исходные плотности, д) подобранные плотности, корреляционные зависимости между скоростью и плотностью пород для первоначальной (е) и подобранной (ж) моделей ВЧР Полученные аномалии сравнивались с картой скоростей ВЧР, построенной по данным микросейсмокаротажа (МСК) (рис. 3 а). Трансформация поля позволила выделить локальную составляющую, которая наилучшим образом согласуется с картой скоростей упругих волн в толще ВЧР. Для данной составляющей решалась линейная обратная задача путем подбора плотности в слое, ограниченном сверху рельефом местности, снизу - уровнем приведения. На рис. 3 г, д представлены результаты подбора плотности пород ВЧР. На основе корреляционной зависимости между полученными скоростями и плотностями, вычисляя коэффициенты парной корреляции (R) и уравнения регрессии (рис. 3 е, ж), получаем новый массив плотностей, с которым вычисляем значения силы тяжести, путем решения прямой задачи гравиразведки. Далее, используя полученные значения плотностей, уточняется локальная составляющая поля и процесс повторяется.
На выходе интерактивного итерационного процесса имеем значения скоростей сейсмических волн в ВЧР, которые могут использоваться для расчета статических поправок [7, 8], и значения аномалий силы тяжести, вычисленные с переменной плотностью промежуточного слоя [6]. Таким образом, решение задачи сводится к построению детальной сейсмо-гравиметрической модели ВЧР, содержащей массивы плотностей и скоростей упругих волн, согласованные с соответствующими полями.
На рис. 4 приведены карты аномалий силы тяжести, вычисленные при постоянной и переменной плотностях промежуточного слоя на одной из площадей на территории Пермского края [6]. При интерпретации использованы реа) б) Рис. 4. Карта аномалий силы тяжести в редукции Буге при постоянной (а) и переменной (б) плотности промежуточного слоя: 1 - пункты гравиметрических наблюдений, 2 - скважины с микросейсмокаротажем, 3 - изогипсы отражающего горизонта Ак (ОАО Пермнефтегеофизика, 2004 г.) зультаты гравиметрической съемки Горного института УрО РАН масштаба 1:10 000, сейсмические данные ОАО Пермнефтегеофизика, микросейсмокаротаж скважин, выполненный для изучения зоны малых скоростей при проведении сейсморазведочных работ. Как видно из сопоставления карт аномалий Буге, изменения морфологии поля весьма существенны. При переменной плотности промежуточного слоя область положительных аномалий силы тяжести находится на западе площади и соответствует общему подъему кровли карбонатов, местоположение наиболее интенсивной положительной гравитационной аномалии соответствует нижнепермскому рифу.
Переменная по латерали плотность промежуточного слоя может быть использована для расчета статических поправок (dt) при обработке сейсморазведочных данных [8]. Как видно из рис. 5, использование статических поправок, полученных с учетом гравиметрических данных, существенным образом улучшили качество прослеживаемости практически всех отражающих горизонтов, особенно в средней части профиля (Х = 2,3-3,0 км), где по гравиметрическим данным выявлены низкоскоростные аномалии ВЧР, не коррелируемые с отметками рельефа поверхности наблюдений. Кроме того, полученная корреляционная зависимость между скоростью и плотностью пород может быть использована для построения геоплотностной модели первого приближения в районах со сходным геологическим строением.
а) б) Рис. 5. Временные разрезы со статическими поправками, рассчитанными по сейсмокаротажу скважин (а) и с учетом гравиметрических данных (б) Таким образом, учет влияния плотностных и структурных неоднородностей ВЧР следует рассматривать как поправку в аномалии Буге за переменную плотность промежуточного слоя, аналогично тому, как поправка за влияние рельефа учитывает отклонения физической поверхности Земли от плоскости.
Задача учета влияния неоднородностей верхней части разреза может быть успешно решена с использованием априорной информации. Использование плотностей пород, полученных по геологическим и геофизическим данным, и корректировка их в процессе интерпретации позволяет успешно решить поставленную задачу и обосновать второе защищаемое положение.
ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Технология интерпретации аномалий силы тяжести, основанная на совместном применении векторного сканирования и гравитационного моделирования, позволяет локализовать аномалиеобразующие объекты в изучаемом объеме геологической среды и количественно оценить их геометрические и плотностные параметры [1, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 18, 24, 27, 28, 30, 31, 33].
Повышение информативности геофизических методов, использующих потенциальные поля (прежде всего, гравитационное и магнитное) при изучении недр Земли, связано с разработкой способов получения послойного распределения физических свойств пород. Очевидно, что в общем случае решить задачу расчленения геологического разреза по вертикали по данным гравиметрии и магнитометрии принципиально невозможно. Тем не менее, необходимость получения трехмерных распределений плотности и намагниченности пород диктуется практикой геофизических работ, в связи с усложнением геологических задач и высокой степенью освоения ресурсов. Поэтому, учитывая известные теоретические ограничения, используя априорную геологическую информацию, в последние годы интенсивно создаются принципиально новые методы интерпретации полей, имеющие цель построение трехмерной модели строения геологической среды, адекватной наблюденному полю и имеющейся априорной информации. Эти методы развиваются в работах П.С. Бабаянца, Ю.И. Блоха, В.А. Болдыревой, М.М. Довбнича, П.С. Мартышко, А.В.Матусевича, Н.И. Муссебова, А.М. Петрищевского, А.В. Петрова, В.Я. Подгорного, А.А. Чернова и многих других. За рубежом широко применяются способы, основанные на деконволюции Эйлера.
Основными особенностями, присущими большинству этих методов и определяющими их привлекательность для геофизиков-интерпретаторов, являются:
- использование минимума априорной информации об источниках гравитационного поля;
- отсутствие трудоемких процедур построения начального приближения, применяющихся в классических методах автоматизированного подбора;
- разделение интерпретируемого гравитационного поля на составляющие, предположительно обусловленные влиянием разноглубинных (не обязательно горизонтальных) слоев горных пород;
- применение сравнительно быстрых вычислительных алгоритмов, допускающих обработку больших объемов цифровой информации;
- возможность построения различных вариантов пространственных распределений геоплотностных неоднородностей в исследуемом объеме среды;
- широкий выбор способов визуализации результативных интерпретационных построений, в том числе в виде 3D диаграмм поля.
Одной из первых разработок в этом направлении является метод векторного сканирования, реализованный в компьютерной системе VECTOR, созданной в Горном институте УрО РАН под руководством В.М. Новоселицкого и активном участии автора [4, 11, 13, 14, 16, 18, 24, 27, 31]. Основное достоинство системы VECTOR, которое определило большую ее востребованность в практике геофизических работ, является возможность получить приближенную трехмерную картину распределения физических свойств пород и локализовать источники аномалий в пространстве. Многочисленными модельными и практическими примерами доказана повышенная разрешающая способность метода при разделении источников поля не только по латерали, но и в вертикальной плоскости (рис. 6) [4, 18, 24]. Как видно из рисунка, при трансформации с помощью системы VECTOR мы наблюдаем четкое разделение поля, которое тем надежнее, чем больше расстояние между точечными источниками.
Рис. 6. Разрешающая способность векторного сканирования при разделении источников поля по вертикали (красными точками показаны источники поля) Разумеется, возможности любых алгоритмов трансформации для оценки глубин залегания h аномалиеобразующих тел ограничены зависимостью спектральных характеристик гравитационного поля не только от h, но и от геометрических параметров источников. В системе VECTOR ось Z на трехмерной диаграмме распределения поля оцифровывается в значениях коэффициента трансформации k, который зависит от размеров окна сканирования и величины исследуемой площади. Поэтому оценка глубинной приуроченности аномалиеобразующих объектов носит приближенный характер.
Для количественных оценок глубины залегания предложен метод погружения в трехмерную диаграмму поля точечного (сингулярного) источника, создающего на земной поверхности аномалию, близкую к наблюденной. Затем его известная глубина сопоставляется с различными значениями коэффициентов трансформации k и выбирается оптимальный коэффициент kопт, при котором в трансформированном поле наилучшим образом проявляется искомая аномалия. По максимуму графика зависимости величины относительного экстремума поля Gэкст от коэффициента трансформации k (рис. 7 а) можно однозначно определить оптимальный коэффициент для данного модельного источника [9]. Построив такие графики для различных глубин залегания, можно установить зависимость kопт от глубины сингулярных источников (рис. 7 б). Отчетливо видна нелинейность зависимости между глубиной источника и коэффициентами трансформации. С увеличением глубины аномалиеобразующих объектов, как и следовало ожидать, разрешающая способность метода векторного сканирования уменьшается.
а) б) Рис. 7. Глубинная характеристика системы VECTOR: а) определение оптимального коэффициента трансформации для поля точечного источника; б) зависимость kопт от глубины источника Поскольку предполагается, что при векторном сканировании происходит локализация особых точек поля, такой подход в принципе верен. В то же время известно, что глубина особой точки потенциального поля и глубина залегания аномалиеобразующего (геологического) источника в общем случае не совпадают. На примере модели контактной поверхности раздела двух сред, имеющей форму конхоиды Слюза [28], гравитационное поле которой, как доказал В.Н. Страхов, эквивалентно полю горизонтального кругового цилиндра, видно, что относительная глубина локализации источников поля в системе VECTOR не связана с глубиной залегания контактной поверхности (рис. 8). На рисунке представлено суммарное поле двух контактных поверхностей, имеющих форму конхоид Слюза и залегающих на различных глубинах (рис. 8 а). На вертикальном срезе суммарного поля (рис. 8 б), полученном в системе VECTOR, видно, что экстремумы поля локализуются в соответствии с положением эквивалентных горизонтальных цилиндров, а не в соответствии с глубиной контактных поверхностей.
а) б) Рис. 8. Локализация источников поля в системе VECTOR: а) теоретическая модель и гравитационные эффекты контактных поверхностей, б) вертикальный срез гравитационного поля в системе VECTOR: 1 - горизонтальные круговые цилиндры и соответствующие им контактные поверхности в форме конхоид Слюза, 2 - поля контактных поверхностей, 3 - суммарное гравитационное поле Отметим, что центр горизонтального кругового цилиндра является особой точкой типа полюса первого порядка, и именно его координаты определяются при векторном сканировании данного модельного поля, т.е. глубина локализации источника поля на координате X = 5 км больше, чем при X = 15 км. Таким образом, граница раздела двух сред с различной плотностью, имеющая более пологую форму и залегающая на меньшей глубине, отражается в системе VECTOR при больших коэффициентах трансформации, чем граница, залегающая на большей глубине, но имеющая крутые крылья. Аналогичные результаты будут получены при изучении распределения плотностей в горизонтальном слое по срезам трехмерной диаграммы в силу эквивалентности полей горизонтального пласта переменной плотности и однородного пласта переменной мощности.
Найти соотношение между глубинами особых точек и истинным распределением аномалиеобразующих объектов без привлечения априорной геологической информации невозможно, особенно при решении задач структурной гравиразведки [4, 9]. Количественные параметры источников гравитационных аномалий может дать только решение обратной задачи - гравитационное моделирование или метод подбора. Его сущность заключается в подборе формы и физических параметров возмущающих объектов путём последовательных приближений рассчитываемой аномалии к наблюдённой кривой посредством многократного решения прямой задачи.
Методы подбора и регуляризации решения были теоретически обоснованы П.И. Балком, Г.Я. Голиздрой, В.И. Гольдшмидтом, В.И. Старостенко, В.Н. Страховым, А.Н. Тихоновым и другими учеными. Гравитационное моделирование активно используется при решении широкого круга геологогеофизических задач (В.А. Абрамов, А.А. Булычев, В.И. Галуев, В.Н. Глазнев, В.И. Исаев, Г.И. Каратаев, В.А. Кочнев, П.С. Мартышко, А.В. Матусевич, Т.В. Романюк, М.И. Рыскин, С.А. Серкеров, З.М. Слепак, Н.В. Федорова и многие другие). Следует отметить известные школы Е.Г. Булаха, А.И. Кобрунова, С.С. Красовского, А.П. Петровского, развивающие и активно использующие методы моделирования.
Как известно, методом подбора пользуются только тогда, когда исследователь может составить начальную схему-гипотезу геологического строения [30, 33]. При этом, как неоднократно подчеркивали А.К. Маловичко, С.С. Красовский и другие, достоверность моделирования зависит, главным образом, от тех геологических представлений, которые используются в процессе интерпретации.
При интерпретации гравиметрических данных необходимо, прежде всего, решить две основные задачи: разделить поле на составляющие с выделением источников аномалий в плане и по глубине и дать количественную оценку параметров источников аномалий [1]. Эти задачи необходимо решать совместно, т.е. разделение полей формальными процедурами следует осуществлять с учетом моделирования, а само моделирование проводить с учетом результатов разделения полей. На практических примерах доказано, что такая методика интерпретации позволяет на каждом шаге итерационного процесса приближаться к искомой модели геологического строения.
Технология совместного использования гравитационного моделирования и векторного сканирования может быть реализована в следующей последовательности [4, 10, 31, 33]:
- трансформация исходного поля в системе VECTOR с целью выявления основных аномалиеобразующих объектов разреза и создание модели первого приближения;
- решение прямой задачи гравиразведки для основных гравиактивных границ и толщ геологического разреза, хорошо изученных геологогеофизическими методами;
- трансформация модельных полей в системе VECTOR с целью определения коэффициентов трансформации, при которых наилучшим образом проявляются особенности строения отдельных горизонтов;
- исключение из наблюденного гравитационного поля эффектов от хорошо изученных по данным бурения и сейсморазведки толщ, а также возможное их уточнение по остаточным полям путем решения обратной задачи;
- интерпретация остаточного гравитационного поля с применением коэффициентов трансформации, определенных при моделировании.
Как видно из рис. 9, в исходном (наблюденном) поле силы тяжести нефтеперспективный рифогенный массив практически не проявляется. Учитывая достаточно высокую изученность территории, с помощью гравитационного моделирования исключено влияние вышележащих отложений, и с использованием системы VECTOR выделена локальная положительная аномалия силы тяжести, совпадающая с контуром структуры, установленным по данным сейсморазведки [4, 9].
а) б) Рис. 9. Отражение рифогенного массива в наблюденном (а) и трансформированном (б) гравитационном полях: 1 - контур верхнедевонского рифа, 2 - скважины Разумеется, в каждом конкретном случае должна применяться своя технология интерпретации, зависящая от объема априорной информации и физикогеологических условий района [9]. В случае, когда априорных геологогеофизических данных недостаточно для построения структурных карт и решения прямых задач, определение оптимальных коэффициентов трансформации целесообразно осуществлять с использованием корреляционных зависимостей между значениями поля, трансформированного в системе VECTOR, и абсолютными отметками целевой границы, полученными по скважинным или сейсмическим данным.
Для наиболее полного извлечения полезной информации из данных гравиразведки в интерпретационном процессе предлагается использовать технологическое сочетание операций, относящихся к двум различным направлениям математической теории интерпретации. Первое направление связано с преобразованием наблюденного поля в другие функции (трансформации поля), которое осуществляется с целью наиболее четкого выявления части полезной информации, связанной с определенными геологическими объектами. Второе направление охватывает численные расчеты аномальных полей и параметров геологической среды, то есть решение прямых и обратных задач гравиразведки.
Таким образом, реализуя возможности интерпретации гравитационных аномалий в системе VECTOR с использованием априорной геологической информации, сочетая методы векторного разделения полей с решением прямых задач и геологическим редуцированием, можно успешно осуществлять моделирование сложнопостроенных геологических сред, определять глубины залегания источников аномалий и идентифицировать эти источники с определенными геологическими объектами, что обосновывает третье защищаемое положение.
ЧЕТВЕРТОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Методы интерпретации гравиметрических данных в комплексе геолого-геофизических исследований, адаптированные для конкретных стадий проведения геолого-разведочных работ и различных физико-геологических условий, обеспечивают выявление нефтеперспективных объектов при региональных исследованиях и построение трехмерных геоплотностных моделей недр при детальном изучении месторождений углеводородов, существенно повышая эффективность гравиметрических исследований при решении задач нефтегазовой геологии [1, 4, 7, 9, 13, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 32, 33, 35, 36, 37, 38].
Разработанные методы интерпретации гравиметрических данных применяются для решения широкого круга геологических задач: картирования рельефа и тектонических элементов кристаллического фундамента, изучения рудных месторождений, выявления зон природной и техногенной нарушенности при проведении горных работ, поиска приповерхностных полостей и зон разуплотнения пород, обеспечения безопасной отработки калийных залежей и многих других. Методы адаптированы для различных стадий проведения геологоразведочных работ: от региональных до детальных исследований месторождений углеводородов, в том числе - совместно с сейсморазведкой 3D.
Интерпретация гравиметрических данных при региональных геолого-геофизических работах Опыт проведения региональных геофизических работ как в Пермском крае, так и по России в целом, позволил сформулировать основные принципы методики гравиметрических наблюдений в комплексе методов, обосновать технологии извлечения информации из результатов наблюдений и определить место гравиразведки на основных этапах региональных геолого-геофизических работ [21, 22, 23, 33, 35, 38].
Первый этап проведения региональных геофизических работ связан с выполнением аэрокосмогеологических исследований и аэромагнитных или комплексных аэрогеофизических работ, анализом ранее проведенных гравиметрических работ, дающих общее представление об особенностях строения осадочного чехла и фундамента. Итогом первого этапа исследований является определение первоочередных площадей и объектов для постановки профильных и площадных региональных геофизических работ.
Второй этап региональных работ связан с созданием каркасной сети взаимоувязанных между собой профилей, на которых выполняются геофизические наблюдения. Профили прокладываются с учетом перспективных участков, выделенных по результатам предыдущего этапа. Поскольку задачей работ является изучение строения территории и выявления нефтегазоперспективных зон и объектов, то вместе с сейсморазведкой, обеспечивающей достаточно точные данные вдоль линии профиля, проводятся гравиметрические наблюдения. Новые гравиметрические данные являются как дополнительной информацией при сейсмических построениях, так и базой для взаимной увязки ранее проведенных гравиметрических съемок на данной территории [21]. Они служат основой для комплексной интерпретации геологических и геофизических материалов, позволяя получить согласованную площадную сейсмо-гравиметрическую модель для всей территории исследований. Гравиметрические работы, как правило, проводятся по более густой, чем сейсморазведочные, сети профилей, с целью последующей площадной интерпретации гравиметрических данных [22, 23]. Наиболее информативной является площадная гравиметрическая съемка масштабов от 1:25 000 до 1:100 000.
Комплексная интерпретация результатов полевых геофизических работ в профильном варианте заключается, прежде всего, в решении двумерной обратной линейной задачи гравиразведки, с определением плотностных характеристик основных горизонтов, выделенных по данным сейсморазведки. При этом параметризация модели осуществляется с помощью векторного сканирования исходного гравитационного поля. В ряде случаев, когда подбором плотности не удается добиться удовлетворительного совпадения наблюденной и расчетной кривых Dg или получить геологически обоснованные значения плотностей, осуществляется коррекция отражающих горизонтов и переинтерпретация сейсмических данных [33]. По результатам моделирования совместно с данными магниторазведки можно определить или скорректировать положение разрывных нарушений, выделяемых в осадочном чехле и фундаменте, наметить зоны возможного развития интрузий и других неоднородностей, установить их возможную связь с рельефом кристаллического фундамента и крупными структурами осадочного чехла. Итогом профильных геофизических работ является построение для территории каркасной геофизической модели, имеющей опорные значения глубин плотностных границ на профилях и интерполированные значения между ними (рис. 10) [33].
Рис. 10. Каркасная геофизическая модель: а) гравитационное поле, б) магнитное поле, в) глубинные разрезы по региональным профилям Третий этап заключается в площадной интерпретации гравитационного и магнитного полей. Для площадной интерпретации геопотенциальных полей используется система VECTOR. Важной стадией площадной интерпретации является геологическое редуцирование - вычитание из наблюденного поля гравитационных эффектов, полученных для каркасной модели. При этом изучаются различные варианты, при которых наилучшим образом выделяются известные объекты и создается наиболее информативная и геологически содержательная картина распределения гравитационного поля (рис. 11) [35].
Рис. 11. Результаты комплексной интерпретации геолого-геофизических данных на фоне карты локальных аномалий: 1 - региональные геофизические профили; 2 - границы тектонических структур, 3 - контуры месторождений и локальных поднятий; 4 - контуры гравитационных аномалий; 5 - границы зонально-региональных работ После проведения интерпретации геопотенциальных полей результаты представляются на сводных картах, создаваемых для различных интервалов глубин. Дополнительную информацию дают результаты аэрокосмогеологических исследований и обобщённый геологический, геоморфологический и неотектонический анализ изучаемой территории. В результате работ уточняется модель геологического строения осадочного чехла и кристаллического фундамента, определяются дальнейшие направления геологоразведочных работ с целью создания лицензионного фонда недр [22]. На рис. 11 показаны границы зонально-региональных работ, в пределах которых проведена сейсморазведка 2D и площадные гравиметрические работы масштаба 1:50 000. По результатам этих работ определены участки для лицензирования недропользователями.
Рассмотренные методы и приемы интерпретации комплекса региональных геолого-геофизических методов применяются при проведении региональных и зонально-региональных работ в различных районах Пермского края, в Оренбургской, Кировской и других областях при выполнении подпрограммы Минерально-сырьевые ресурсы Федеральной целевой программы Экология и природные ресурсы России (2002-2010 гг.).
Интерпретация гравиметрических данных при изучении нефтеперспективных рифогенных структур Результаты интерпретации аномалий силы тяжести путем совместного применения векторного сканирования и моделирования в комплексе с другими геолого-геофизическими данными рассмотрим на примере Шершневского месторождения нефти, связанного с рифогенным массивом в бортовой зоне развития Камско-Кинельской системы впадин (ККСВ). Здесь потребовалось использование комплексирования методики векторного разделения полей с геологическим редуцированием, что позволило последовательно вычитать из наблюденного поля гравитационные эффекты от геологических объектов известного строения. Такой подход возможен в том случае, когда на исследуемом объекте имеется достаточная априорная геологическая информация [1, 4, 13, 18, 24, 26, 27, 36, 37].
Месторождение расположено в Соликамской депрессии Предуральского краевого прогиба в пределах распространения соляной толщи, включающей залежи калийных солей Верхнекамского месторождения (ВКМКС). Толща солей находится на глубинах от 200-400 м до 500-700 м. Ниже, на глубине 1.5-2.3 км залегают нефтяные залежи, суммарные ресурсы которых оцениваются более 100 млн. тонн. Эти залежи приурочены к многочисленным рифогенным массивам позднедевонского возраста, входящим в ККСВ.
С целью определения вклада в суммарное гравитационное поле влияния различных толщ геологического разреза по имеющимся структурным картам, построенным по данным сейсморазведки и бурения, решена прямая задача для основных гравиактивных границ: кровли и подошвы солей, нижнепермских рифов и девонского рифа. Каждое из модельных полей было обработано в системе VECTOR. Анализ полученных карт и трехмерных диаграмм распределения поля показал, что гравитационные эффекты от кровли солей и девонского рифа локализуются примерно при одних и тех же коэффициентах трансформации [4]. Учитывая, что аномальные плотности этих объектов противоположны по знаку, а кровля солей создает более интенсивную аномалию, выделить по наблюденному полю эффект от девонского рифа не представляется возможным.
Изучение формы поверхности соли выполнено путем обработки гравитационного поля в системе VECTOR с малыми коэффициентами трансформации [24]. Выбор коэффициента трансформации, при котором локальная составляющая гравитационного поля наилучшим способом отражает морфологию кровли солей, выполнен по корреляционным зависимостям между отметками кровли солей по скважинам и значениями трансформанты поля. Далее, используя полученную корреляционную зависимость (коэффициенты регрессии), по локальным аномалиям вычислены абсолютные отметки залегания данного горизонта (рис. 12 а). Нефтеразведочные скважины, пробуренные на месторождении позднее, подтвердили гравиметрические построения. Расхождения абсолютных отметок кровли солей составляют от 1 до 17 м (для карты, построенной по сейсмическим данным, эти расхождения составили от 5 до 27 м).
а) б) Рис. 12. Карты кровли солей (а) и составляющей поля, обусловленной артинскими рифами (б) Шершневской площади: 1 - кровля солей, построенная по гравиметрическим данным; 2 - изогипсы соответствующих отражающих горизонтов по сейсмическим данным; 3 - скважины; 4 - контрольные скважины По артинским отложениям Шершневская структура осложнена многочисленными, различными по амплитуде и морфологии, органогенными постройками пермского возраста. Для того, чтобы выделить гравитационные эффекты от данных рифов из наблюденного поля исключено влияние вышележащих отложений. Остаточное поле вновь подвергнуто векторной обработке с коэффициентами, определенными при трансформации модельных полей в системе VECTOR. В результате получена карта, отражающая гравитационное поле слоя на эффективных глубинах залегания артинских рифов (рис. 12 б). Сопоставление вычисленных аномалий со структурной картой отражающего горизонта Ат показало высокую степень их совпадения.
После исключения влияния всех вышележащих отложений и фоновой составляющей гравитационного поля выделена локальная положительная аномалия силы тяжести амплитудой порядка 1 мГал, обусловленная влиянием верхнедевонско-турнейской органогенной постройки, что убедительно свидетельствует о достоверности проведенной интерпретации. Таким образом, в результате интерпретации выявлены плотностные неоднородности надсоляной толщи, построена карта кровли солей и выделены аномалии, обусловленные нижнепермскими и девонским рифогенными массивами [4, 9].
Шершневская структура граничит на юго-востоке с Белопашнинским рифогенным массивом (месторождение им. Архангельского) и на северо-востоке - с Зыряновским поднятием. В гравитационном поле западное крыло Белопашнинского поднятия отражается положительной аномалией на тех же коэффициентах трансформации, что и Шершневская структура (рис. 13 а). Зыряновская структура непосредственно не находится на исследуемой площади, однако по направлению к ней на глубинах, соответствующих фаменско-турнейским отложениям (рис. 13 б), наблюдается достаточно интенсивная положительная аномалия. Возможно, она является гравитационным эффектом от продолжения Зыряновской структуры на юго-запад. Эта аномалия рекомендована для проверки дальнейшими геолого-геофизическими работами [4].
Сейсморазведочные работы, проведенные здесь в 2008 г. ОАО Пермнефтегеофизика, подтвердили наличие нефтеперспективного Зыряновского рифогенного массива.
а) б) Рис. 13. Проявление девонского рифа на 3D диаграммах гравитационного поля Гравиметрическое сопровождение сейсморазведки 3D Трехмерная сейсморазведка является в настоящее время наиболее эффективной технологией наземных геофизических исследований при поисках и разведке месторождений углеводородов. В комплексе с геофизическими исследованиями скважин она позволяет не только получить трехмерные структурные модели нефтеперспективных объектов, но и проследить в межскважинном пространстве зоны с улучшенными емкостными свойствами, оценить их нефтенасыщение, выделить перспективные участки для поисково-разведочного и эксплуатационного бурения. Очевидно, что проведение дорогостоящих исследований 3D сейсморазведки требует использования всей имеющейся информации о геологическом строении месторождений, в том числе полученной по гравиметрическим данным.
Положительный опыт гравиметрического сопровождения сейсморазведки 3D получен на различных площадях Пермского края и в Удмуртской Республике [7, 25, 32]. Установлено, что комплексирование сейсмических исследований 3D и гравиметрии существенно повышает информативность работ при изучении нефперспективных площадей. Результаты интерпретации гравиметрических данных позволяют выявлять плотностные (и скоростные) неоднородности среды как в верхней части разреза, так и в более глубоких отложениях, и в итоге построить детальную геологическую модель месторождения.
Изучение глубинного строения территории рассмотрим на примере Решетниковского месторождения нефти в Урдуртской Республике, где по гравитационному и магнитному полям с использованием структурных карт основных отражающих горизонтов, полученным по данным сейсморазведки 3D, построена модель строения кристаллического фундамента.
Если магнитное поле несет в себе информацию преимущественно о вещественном составе и морфологии поверхности кристаллического фундамента, то в гравитационное поле существенный вклад вносят также плотностные неоднородности осадочного чехла. Для оценки степени вклада в суммарное гравитационное поле отдельных плотностных границ разреза проведено решение прямой задачи [33]. Вычитание модельного эффекта из наблюденного гравитационного поля позволило существенно упростить морфологию аномалий силы тяжести и уверенно протрассировать зону, разграничивающую участки с различным характером распределения аномалий силы тяжести: резкое увеличение значений поля на западе и слабоградиентный характер его на востоке площади (рис. 14 а). Эта зона совпадает с разломами фундамента, полученными по геологическим данным и выделенными по магнитному полю. Кроме того, в эту зону легли тектонические нарушения, протрассированные по данным сейсморазведки 3D [32].
292222мГал 26.995.924.222965 3.2.1.20.991 2 3 4 5 6 7 0 1 2км а) б) Рис. 14. Особенности строения кристаллического фундамента: а) остаточное гравитационное поле, б) 3D диаграмма гравитационного поля: 1 - пункты гравиметрических наблюдений, 2 - скважины; разломы кристаллического фундамента: 3 - по геологическим данным, 4 - по аэромагнитным данным, 5 - по данным сейсморазведки 3D, 6 - по гравиметрическим данным; 7 - контур съемки сейсморазведки 3D Плотностные неоднородности внутреннего строения фундамента выявлены на 3D диаграммах гравитационного поля, полученных в системе VECTOR.
На рис. 14 б приведено одно из вертикальных сечений диаграммы. На западе площади отчетливо выделяется интенсивная отрицательная аномалия, которая, возможно, связана с разуплотненными зонами фундамента. Эпицентр этой аномалии находится в зоне регионального разлома и, вероятно, характеризует дезинтегрированный, трещиноватый состав пород фундамента.
Таким образом, результаты интерпретации гравиметрических и аэромагнитных данных в дополнение к материалам сейсморазведки 3D позволяют выявлять плотностные неоднородности кристаллического фундамента, трассировать зоны тектонических нарушений и построить детальную геологическую модель месторождения, включая его глубинную часть.
Другим направлением использования гравиметрических данных при интерпретации результатов сейсморазведочных работ 3D является изучение верхней части разреза с целью определения априорных статических поправок. В сейсморазведке МОГТ весьма остро стоит проблема подготовки статических поправок, исключающих скоростные неоднородности горных пород верхней части разреза (ВЧР) из времен регистрации целевых отражающих горизонтов.
Это связано, прежде всего, с резким сокращением объемов как специальных работ МПВ и МОВ, направленных на изучение верхней части разреза, так и сейсмокаротажных исследований ВЧР.
Технологию интерпретации гравиметрических материалов с целью определения плотностей пород верхней части разреза с последующим вычислением статических поправок рассмотрим на примере одной из площадей, расположенных в Соликамской депрессии [7]. На площади с целью детального изучения геологического строения месторождения нефти поставлены сейсморазведка 3D (ОАО Пермнефтегеофизика) и гравиразведка масштаба 1:10 000 (Горный институт УрО РАН). Гравиметрическая съемка выполнена с использованием гравиметров Autograv CG-5 по сейсмическим профилям 3D по сети 250300 м с шагом 50 м. Среднеквадратическая погрешность определения аномалий Буге составила 0.028 мГал. Основной задачей гравиразведки являлось изучение плотностного строения территории и, прежде всего, локализация плотностных неоднородностей в надсолевой и солевой толщах.
Данная площадь может рассматриваться как полигон для построения сейсмогравиметрической модели ВЧР с целью определения априорных статических поправок, поскольку здесь ранее проводились сейсморазведочные работы 2D, и имеется достаточно большой объем углубленных скважин, где были выполнены микросейсмокаротажные работы (МСК). Кроме того, на обрамлении изучаемой площади имеются кондиционные карты аномалий силы тяжести масштаба 1:25 000, которые использованы для учета краевых эффектов при трансформациях поля.
Путем сейсмо-гравиметрического моделирования построена карта изменения скоростей в данной толще на всю площадь исследования, которая затем пересчитана с учетом мощности ВЧР в карту статических поправок (рис. 15 б).
Сравнение полученных результатов с поправками, определенными при обработке первых вступлений всей совокупности сейсмических записей 3D в комплексе программ Millenium (Green Mountain Geophysics, USA) в ОАО Пермнефтегеофизика (рис. 15 а), показывает очень хорошую их сходимость. Это говорит о достоверности полученных результатов и возможности прогноза скоростных неоднородностей ВЧР по гравиметрическим данным опережающего сейсмические работы 3D. При отсутствии на площади скважин с МСК в качестве априорных данных о скоростях упругих волн могут выступать результаты интерпретации сейсмических наблюдений, предшествовавших площадной съемке [8].
Рис. 15. Карты статических поправок, полученных различными способами: а) по преломленным волнам (комплекс программ Millenium), б) по гравиметрическим данным (точками на картах показаны скважины с МСК) Опыт гравиметрического сопровождения сейсморазведочных работ 3D, интерпретация полученных результатов на основе новых технологий на ряде нефтяных месторождений в Удмуртской Республике и на территории Пермского края наглядно демонстрирует высокую эффективность высокоточной гравиразведки при построении детальной геологической модели месторождения и необходимость включения гравиразведки в поисково-разведочный комплекс с целью уточнения геологического строения изучаемых объектов и оптимизации этапа освоения нефтяных месторождений.
Таким образом, полученные результаты применения разработанных методов интерпретации гравиметрических данных для решения различных геологических задач, доказывают обоснованность четвертого защищаемого положения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации теоретически обоснованы и развиты на современном уровне новые методы обработки и интерпретации высокоточных гравиметрических исследований. Аппаратурные и программно-алгоритмические возможности современной гравиразведки позволили определить новые подходы к обработке и интерпретации аномалий силы тяжести с целью повышения геологической эффективности гравиметрических исследований.
Основные результаты исследований сводятся к следующему.
1. Анализ возможностей современной автоматизированной гравиметрической и топографо-геодезической аппаратуры позволил разработать эффективные методики полевых наблюдений, которые обеспечивают максимальную точность и производительность работ.
2. Установлено, что ошибки, вносимые в аномалии Буге традиционными процедурами обработки гравиметрических данных, существенным образом загрубляют аномалии силы тяжести. Для повышения точности необходимо принятие новых стандартов редуцирования полевых гравиметрических данных, учитывающих современные знания о форме Земли.
3. Разработана методика использования векторизованных крупномасштабных топографических карт для вычисления поправок за влияние рельефа и на практических примерах обоснована методика анализа картографической информации о рельефе местности. Впервые экспериментально доказана возможность использования цифровых моделей рельефа GTOPО30 и SRTM для вычисления поправок удаленных областей рельефа.
4. Предложена методика создания аналитической модели рельефа с использованием дискретного преобразования Фурье и обосновано применение истокообразных функций для аппроксимации пространственного распределения поправок.
5. Создана компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности при гравиметрических наблюдениях, отличительными особенностями которой являются максимально полное использование цифровых картографических данных о рельефе, построение аналитических аппроксимаций рельефа и стохастическое моделирование для оценки точности получаемых результатов. Технология характеризуется полной автоматизацией вычислений для всей области учитываемого влияния рельефа, высокой точностью значений поправок и быстротой вычислений.
6. Впервые предложено рассматривать учет влияния неоднородностей верхней части разреза как поправку в аномалии Буге за переменную плотность промежуточного слоя, аналогичную поправке за влияние рельефа местности. Задача учета влияния неоднородностей верхней части разреза может быть решена при наличии априорной информации.
7. Создан алгоритм построения согласованной сейсмогравиметрической модели верхней части разреза с использованием корреляционной зависимости между плотностью пород и скоростью упругих волн и разработан метод итеративного подбора плотностной модели как первого этапа интерпретации гравитационных аномалий. Произведено тестирование созданных технологий при интерпретации аномалий силы тяжести в различных геолого-геофизических условиях и при различном объеме априорной информации.
8. Показано, что использование плотности пород, полученной по геологогеофизическим данным, и уточнение ее в процессе интерпретации позволяет успешно вычислять аномалии силы тяжести с переменной плотностью промежуточного слоя. Гравиметрические данные могут использоваться при обработке сейсморазведочных данных для введения априорных статических поправок.
9. Исследованы возможности системы векторного сканирования для выделения аномалиеобразующих источников в вертикальной и горизонтальной плоскостях, разработаны технологии сочетания методов векторного сканирования и гравитационного моделирования при решении различных геологических задач. Реализуя возможности интерпретации потенциальных полей в системе VECTOR с использованием априорной геологической информации, сочетая методы векторного разделения полей с решением прямых задач и геологическим редуцированием, можно успешно решать сложные геологические задачи, определять глубины залегания источников аномалий и идентифицировать их с целевыми геологическими объектами.
10. Обосновано применение современных методов интерпретации гравиметрических данных при проведении региональных и зонально-региональных геолого-геофизических работ для выделения перспективных объектов и участков для лицензирования.
11. Реализованы возможности интерпретации потенциальных полей для построения трехмерной геоплотностной модели месторождений нефти. Показано, что совместное применение системы векторного сканирования и гравитационного моделирования позволяет построить геологическую модель, адекватную априорной геологической информации и наблюденному полю. Эффективность технологии показана на примерах интерпретации гравиметрических данных в сложных физико-геологических условиях.
12. Предложены пути комплексирования сейсмических исследований 3D и современной гравиметрии для повышения информативность геофизических работ при детальном изучении месторождений углеводородов. Результаты интерпретации гравиметрических данных позволяют выявлять плотностные (и скоростные) неоднородности среды как в верхней части разреза, так и в более глубоких отложениях, и в итоге построить детальную геологическую модель месторождения.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Маловичко А.К., Бычков С.Г., Орлов Л.К. Подготовка структур, перспективных на нефть и газ, к глубокому бурению // Геология нефти и газа, №9, 1991. - С. 20-22.
2. Долгаль А.С., Бычков С.Г., Антипин В.В. Повышение точности определения поправок за влияние рельефа при гравиметрической съемке // Геофизика, №6, 2003. - С. 44-50.
3. Долгаль А.С., Новоселицкий В.М., Бычков С.Г., Антипин В.В. Компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа земной поверхности при гравиметрической съемке // Геофизический вестник, №5, 2004. - С. 1019.
4. Бычков С.Г. Современные технологии интерпретации гравиметрических данных при исследованиях на нефть и газ // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело, 2005, 22 с.
5. Бычков С.Г. Особенности обработки результатов современной гравиметрической съемки // Геофизический вестник, №12, 2005. - С. 9-13.
6. Бычков С.Г. Определение поправок за влияние верхней части разреза при гравиметрических исследованиях на нефть и газ // Геофизика, №1, 2007. С. 56-58.
7. Бычков С.Г. Технология определения статических поправок по гравиметрическим данным // Геофизика, №3, 2009. С. 65-68.
8. Бычков С.Г., Митюнина И.Ю. Учет влияния неоднородностей верхней части разреза по сейсмическим и гравиметрическим данным // Известия вузов.
Нефть и газ, №5, 2009. - С. 22-27.
Монография 9. Бычков С.Г. Методы обработки и интерпретации гравиметрических наблюдений при решении задач нефтегазовой геологии - Екатеринбург: УрО РАН, 2010. - 187 с.
Патент, свидетельства об официальной регистрации 10. Способ многокомпонентного гравиметрического моделирования геологической среды: пат. №2365895 С1, РФ, МПК G01V 7/00 (2006.01) / Новоселицкий В.М., Бычков С.Г., Долгаль А.С., Чадаев М.С.; заявитель и патентообладатель ГИ УрО РАН. - 2007146867/28; заявл. 17.12.2007; опубл. 20.08.2009, бюл.№23.
11. Программа интерпретации геопотенциальных полей методом векторного сканирования VECTOR: свидетельство об офиц. регистрации № 2004611611 / Новоселицкий ВМ., Кутин В.А., Чадаев М.С., Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Антипин В.В.; заявитель и правообладатель ГИ УрО РАН. - № 2004610697; заявл. 29.03.2004; зарегистрировано 01.07.2004.
12. Программа высокоточного вычисления поправок за влияние рельефа поверхности Земли при гравиметрических наблюдениях АТТР: свидетельство об офиц. регистрации № 2004611612 / Долгаль А.С., Новоселицкий В.М., Бычков С.Г., Антипин В.В.; заявитель и правообладатель ГИ УрО РАН. - № 2004610698; заявл. 29.03.2004; зарегистрировано 01.07.2004.
Статьи в рецензируемых отечественных и зарубежных изданиях 13. Новоселицкий В.М., Бычков С.Г. Эволюция гравиразведки в Пермском Прикамье // Геофизика. Спец.выпуск, 2000. - С. 115-120.
14. Bitchkov S., Novoselitskiy V., Prostoloupov G., Scherbinina G, Tchadaev M.
The computer-based system VECTOR as a tool for detection and localization of both gravity and magnetic field sources and its applications at geological interpretation // Abstracts of Contribution of the EGS-AGU-EUG Joint Assembly, France, Nice, 2003, Vol. 5, EAE03-A-01497. - 4 с.
15. Долгаль А.С., Бычков С.Г., Антипин В.В. Определение топографических поправок при гравиметрических наблюдениях на основе аналитических аппроксимаций рельефа // Геоинформатика, №1, НАНУ, Киев, 2003. - С. 33-42.
16. Novoselitskiy V., Prostoloupov G., Scherbinina G., Iakovlev S., Bychkov S.
Microgravity investigation for solution an engineering and geological problems by use the computer-based system УVECTORФ // International workshop УGeosciences for urban development and environmental plattingФ, Lithuania, Vilnius, 2003. - P.
118-120.
17. Долгаль А.С., Бычков С.Г., Антипин В.В. Компьютерная технология определения поправок за влияние рельефа местности при гравиметрических наблюдениях // Материалы Междунар. геофизической конф. Геофизика XXI века - прорыв в будущее М., 2003. 171.pdf. - 4 с.
18. Бычков С.Г., Новоселицкий В.М., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П.
Информационная технология содержательной интерпретации геопотенциальных полей // Геоинформатика, №3, НАНУ, Киев, 2004. - С. 52-57.
19. Долгаль А.С., Новоселицкий В.М., Бычков С.Г., Антипин В.В. Определение поправок за влияние рельефа местности земной поверхности при гравиметрических наблюдениях на основе линейных аналитических аппроксимаций // Вестник отделения наук о Земле РАН № 1(22), 2004.
- 15 с.
20. Долгаль А.С., Бычков С.Г., Антипин В.В. Определение поправок за влияние удаленных областей рельефа местности при гравиметрических наблюдениях // Вестник Пермского ун-та. Геология. Вып. 3. 2004. - С. 95-101.
21. Бычков С.Г., Неганов В.М., Нояксова Л.Д. Геофизическая изученность // Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края: энциклопедия. Пермь:
Книжная площадь, 2006. - С. 41-49.
22. Красноштейн А.Е., Барях А.А., Бачурин Б.А., Новоселицкий В.М., Бычков С.Г. Комплексный подход к решению региональных проблем освоения георесурсов (на примере Пермского края) // Устойчивое развитие: природаЦ обществоЦчеловек: Мат. Междунар. конференции. Т. II, М., ЗАО УИнновационный экологический фондФ, 2006. - С. 41-42. (Лауреат конкурса статей, проведенного в соответствии с Приказом МПР России № 48 от 13.03.2006).
23. Новоселицкий В.М., Бычков С.Г. Гравиметрические исследования в комплексе методов на различных стадиях изучения нефтегазоперспективных объектов // International Conference & Exhibition ЕАГО, SEG, and AAPG.
Tyumen-2007. Тюмень, 2007. L21/pdf. - 4 с.
24. Новоселицкий В.М., Бычков С.Г., Щербинина Г.П., Простолупов Г.В., Яковлев С.И. Гравиметрические исследования изменений плотностной характеристики геологической среды под воздействием горных работ // Горный журнал, №10, 2008. - С.37-41.
25. Бычков С.Г., Митюнина И.Ю. Исключение влияния неоднородностей верхней части разреза по сейсмическим и гравиметрическим данным // Материалы X международной научно-практической конф. ГЕОМОДЕЛЬ-2008.
Геленджик, 2008. Бычков.pdf. - 4 с.
26. Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П. Гравиметрические исследования нефтеперспективных объектов Камско-Кинельской системы прогибов // Нефть. Газ. Новации. №4, Самара, РОСИНГ, 2009. - С. 6-11.
27. Бычков С.Г., Долгаль А.С., Щербинина Г.П., Простолупов Г.В. Томографическая интерпретация аномалий силы тяжести с использованием системы VECTOR // Вестник Пермского научного центра, № 4, Пермь, 2009. - С. 28-39.
Статьи в журналах, сборниках и материалах конференций 28. Бычков С.Г. Построение контактной поверхности с использованием конхоиды Слюза // Вопросы обработки и интерпретации геофизических наблюдений, №12. Пермь: Перм. ун-т, 1974. - С. 127-130.
29. Маловичко А.К., Бычков С.Г. Исключение из аномалий силы тяжести влияния верхней части разреза // Геофизические методы поисков и разведки нефти и газа. Пермь: Перм. ун-т, 1980. - С. 21-26.
30. Шихов С.А., Бычков С.Г., Казанцев А.Е. Принципы и возможности гравитационного моделирования при решении задач нефтегазовой геологии // Геофизические методы поисков и разведки нефти и газа. Пермь: Перм. ун-т, 1984. - С. 12-18.
31. Новоселицкий В.М., Мартышко П.С., Бычков С.Г., Щербинина Г.П., Простолупов Г.В. Математические и геологические проблемы в системе VECTOR // Материалы второй Всерос. конференции Геофизика и математика. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. - С. 240-247.
32. Новоселицкий В.М., Чадаев М.С., Бычков С.Г., Щербинина Г.П., Простолупов Г.В. Гравиметрическое сопровождение сейсморазведки 2D и 3D с целью обнаружения, локализации и описания нефтегазоносных объектов // Материалы рег. научн.-техн. конференции Проблемы и перспективы геологического изучения и освоения мелких нефтяных месторождений. Ижевск, 2002. - С.
103-104.
33. Бычков С.Г., Фурман В.Ф. Изучение глубинного строения территории Удмуртской республики по сейсмо-, грави-, магниторазведочным данным // Материалы междунар. семинара Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. М., 2004.
- С. 15-16.
34. Бычков С.Г. Вычисление аномалий Буге при высокоточных гравиметрических наблюдениях // Геология и полезные ископаемые Западного Урала.
Материалы рег. научно-практ. конференции, Пермь: ПГУ, 2006. - С. 188-189.
35. Бычков С.Г., Геник И.В. Построение геолого-геофизической модели передовых складок Урала на территории Пермского края // Материалы Междунар. конференции Изменяющаяся геологическая среда: пространственновременные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов Т.1. Казань, 2007. - С. 90-97.
36. Новоселицкий В.М., Бычков С.Г. Основные направления современных гравиметрических исследований нефтегазоперспективных объектов // Материалы Междунар. семинара Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Казань: Казан. унт, 2009. - С. 74-76.
37. Бычков С.Г. Современная гравиразведка при исследованиях нефтегазоперспективных объектов // Материалы IX Междунар. конференции Новые идеи в науках о Земле. М., 2009. - С. 38. Бычков С.Г., Долгаль А.С., Мичурин А.В. Уточнение глубинного строения Пермского края по результатам интерпретации геопотенциальных полей // Материалы междунар. конференции Пятые научные чтения Ю.П.Булашевича Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей Екатеринбург: ИГФ УрО РАН, 2009. - С. 165-168.