книги из ГПНТБ / Булах Е.Г. Автоматизированная система интерпретации гравитационных аномалий (метод минимизации)

Е. Г. Булах

Автоматизированная система интерпретации гравитационных аномалий с

( м е т о д м и н и м и з а ц и и )

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н А У К О В А Д У М К А » К И Е В — 1 9 7 3

551.42 УДК 550. 831:681.3:51 Б90

В монографии описывается построенная на основании метода минимизации авто­ матизированная система интерпретации гравитационных аномалий, которая со­ стоит из отдельных этапов. Сюда входят решение прямых задач, вычисление фоно­

и размеры геологических объектов. Применение всех этапов системы иллюстри ­ руется несколькими примерами из практики геологической интерпретации . Монография рассчитана на геофизиков.

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р докт. геол.-мин. наук

А.А. Ю н ь к о в

Э К З Е М П Л Я Р

Ч И Т А Л Ь Н О Г О 3 * .г л

Редакция литературы о З е м л е и Космосе

0255-165 9 9 _ 7 3 М22Ц04)— 73

О И з д а т е л ь с т в о « И а у к о в а д у м к а » , 1973 г.

эффективность известных методов интерпретации и способствовать разработке новых методов, которые ранее не могли быть внедрены •из-за громоздких расчетов.

Четвертое направление охватывает работы по созданию специ­ ализированных счетно-решающих машин для интерпретации ано­ малий.

Рассмотрим подробнее каждое направление.

Первое направление. Вычислительные машины позволяют доста­ точно быстро производить расчет по самым сложным формулам. Поэтому естественно, что в самом начале исследования по исполь­ зованию вычислительных машин при обработке и интерпретации геофизических наблюдений были направлены на автоматизацию трудоемких вычислений.

К периоду внедрения вычислительной техники в гравиметрии самыми громоздкими были расчеты, связанные с трансформацией полей. Поэтому для вычисления гравиметрических задач прежде

машины для трансформации полей И. А. Балабушевич, Б . В. Бондаренко, Р. Ф. Володарский, О. К. Литвиненко, В. Н. Страхов и др. Применение вычислительных машин для трансформации ано­

ся работы по вычислению на ЭЦВМ поправок за влияние рельефа

малий. Вычислительные машины позволяют достаточно быстро производить самые сложные расчеты. Однако основное значение этих исследований для интерпретации аномалий заключается в том, что при новых технических возможностях могут быть созданы качественно новые методы интерпретации. Теперь возникает зада­ ча разработки более универсальных методов интерпретации, приме­ нять которые без вычислительных машин нельзя. Создать один универсальный машинный метод интерпретации гравитационных аномалий невозможно — в различных физико-геологических усло­ виях методы интерпретации будут разные. Необходимо получить небольшой комплекс таких методов и четко определить области их применения. В настоящее время уже имеются работы по созданию эффективных машинных методов интерпретации.

Первым этапом второго направления являются разработки эф­ фективных методов решения прямых задач, что имеет важное зна­

4

лии, в результате по совокупности всех данных (геологических и

исследователи приходят к выводу, что с помощью трансформаций полей нельзя выделить аномалию, которая была бы обусловлена только искомым геологическим объектом. В практике интерпрета­

деляются вычитанием из наблюденного гравитационного поля влия­ ния объектов, местоположение и размеры которых установлены по геологическим данным или при интерпретации данных других гео­ физических методов. При этом снова необходимо решать прямые задачи для тех геологических структур, которые составлены исследо­ вателем.

При вычислении аномалий от определенных геологических объектов сталкиваемся с обилием возмущающих масс. Это и приво­ дит к большим трудностям. Однако вычислительный процесс реше­ ния прямой задачи можно с достаточной степенью точности унифи­ цировать.

В самом деле, пусть установлено, что возмущающее тело мож­ но считать двухмерным. Допустим далее, что возмущающие массы будут сосредоточены в одной или нескольких областях. Каждую область можно хорошо аппроксимировать кусочно-прямолинейным контуром. Таким образом, гравитационное поле, которое создается любым двухмерным телом, аппроксимируется суммой гравитацион­ ных полей от уступов. Каждый уступ определяется пятью парамет­

В последнем случае каждый геологический объект описывается семью параметрами. Шесть из них характеризуют положение гра­ ней, а седьмой — избыточную плотность. Такая аппроксимация позволяет описывать тела с переменной плотностью.

Составленные программы позволяют рассчитывать наблюденное поле. К вычислению аномалии приступают с того этапа интер­ претации, когда составлена гипотеза о геологическом строении участка. В вычислительную машину необходимо вводить информа­ цию, которая отображает заданную геологическую схему. Это си­ стема пятимерных (для двухмерного геологического разреза) или се­ мимерных (для трехмерного разреза) векторов. Кроме того, необхо­ димо задаться координатами начальной точки, расстоянием между точками по профилю и между профилями, координатами конечной точки. Программы составляются для нефиксированного числа век­ торов, отображающих геологическое строение. В зависимости от объема оперативной памяти это число ограничивается сверху. Та-

5

ким образом, в каждом конкретном случае в вычислительную машину необходимо ввести число, равное количеству векторов ин­ формации, описывающей геологическую схему.

Целесообразность таких расчетов проверена на многочисленных примерах при интерпретации сложных в геологическом отношении

отыскания особых точек [59, 60, 74]. Получены довольно устойчи­ вые алгоритмы, позволяющие реализовать вычислительные процес­ сы на ЭЦВМ.

ния, размеров возмущающих тел и избыточной массы (метод сеток). Аналогичная постановка задачи дана также в работе [89]. Полупро­ странство, где сосредотачиваются возмущающие массы, разбивается на элементарные тела (призмы или параллелепипеды). Минимизи­ руя разность между наблюденной и теоретической аномалиями, находят значения избыточных плотностей внутри каждого элемен­

Другой вариант метода сеток изложен в работе [31]. Позднее

составленного функционала используется метод наименьших квад­

ный эффект вычисляется в точках квадратной сети. Метод может

Основываясь на теореме Пуанкаре, Д . Зидаров разработал ори­ гинальный метод определения конфигурации возмущающих геоло­ гических объектов [117]. Если известны центры масс, то можно построить сходящийся итерационный процесс «выметания» возму-

6

щ а ю щ их масс в окружающее пространство. Вычислительные циклы повторяются до получения однородных геологических объектов с заданной избыточной плотностью.

Д л я геологического прогнозирования разработаны методы спе­ циального корреляционного анализа [33]. Принимая определен­ ный участок за эталонный, можно прогнозировать геологическое строение по наблюденным геофизическим полям в других сход­ ных районах.

Эвристический метод решения одного класса обратных задач теории потенциала предложен И. Недялковым [102]. Параметры геологической схемы определяются с помощью специально постро­ енных алгоритмов самообучения.

Можно было бы продолжить обзор работ, которые по своему характеру относятся к этому направлению. Сюда вошла бы и фун­ даментальная монография Ф. М. Гольцмана [20], и целый ряд ра­

расчетов направлены на внедрение в практику нового метода или нового способа обработки и интерпретации аномалий. На первый взгляд совсем не принципиален вопрос о средствах вычисления та­ ких палеток или таблиц. Это справедливо, когда формулы не очень громоздки и допускают вычисления с помощью таблиц и арифмо­

Сделать полный обзор работ третьего направления нет воз­ можности. С помощью вычислительных машин за последнее время

специализированные счетно-решающие устройства основаны на общности свойств различных физических полей. Они используют математическую аналогию между гравитационным полем и элек­ трическими, радиоактивными, электромагнитными, световыми по­ лями.

Исследователи пришли к выводу, что моделирующие устройства только тогда эффективно применяются для интерпретации наблю­ денного поля, когда выполняются следующие условия:

1)параметры возмущающего тела легко изменяются;

2)расчет поля производится достаточно быстро;

3)результаты вычисления выдаются в таком виде, чтобы вычис­

7