книги из ГПНТБ / Автоматизированная система обработки и интерпретации результатов гравиметрических измерений

A l

УДК 550.831 620.1.087.4

• І И В Л И О І

:П - M 91ч à'

Автоматизированная система обработки и интерпретации гравиметрических измерений. М., «Недра», 1973. 352 с. Авт.: О. К. Лнтвиненко, 10. Г. Русьпнов, М. Д . іРунпн, 3. Л. Са­ фонова.

В книге излагаются законченные методы, алгоритмы и тщательно опробованные про­ граммы, написанные в кодах машины М-20 (БЭСМ-Зм,- БЭСМ-4, М-220), по основным этапам обработки и интерпретации гравиметрических данных. Рассматриваются следующие задачи обработки: первоначальная обработка рейсов, уравнивание сетей, вычисление аномальных значений силы тяжести, интерполяция эпачешій функций, различного вида трансформации, устойчивое продолжение функцпй-на плоскости нижнего полупространства и прямая задача гравпразведкп. Получены оценки точности чпелегашх методов решения этих задач и даны рекомендации по выбору параметров счета. Указанные задачи составляют функциональную систему обработки данных гравпразведкн, а ряд методов п программ может быть использован при обработке данных в других областях. Использование как отдельных методов и программ, так п всего их комплекса улучшает качество п достоверность информации, получаемой из геофизических наблюдений. Результаты расчетов на ЭВМ с помощью излагаемого комплекса увеличивают информативность геофизических материалов.

Работа представляет методический интерес в области разработки математических мето­ дов обработки п интерпретации геофизических данных.

Книга предназначена для геофизиков, работающих в производственных экспедициях, сотрудников научно-исследовательских институтов; она может быть использована студентами и аспирантами, интересующимися вопросами применения ЭВМ в разведочной геофизике.

Таблиц 81, иллюстраций 40, список литературы— 121 назв.

АВ Т О Р Ы

О.К. Литшиненко, Ю. Г. Русъянов, М. Д. Рукин, 3. Л. Сафонова

© издательство «НЕДРА», 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

по готовым программам всю исходную информацию, получаемую ежегодно гравиметрическими партиями на территории, обслужи­ ваемой местным вычислительным центром (ВЦ). При обработке на ЭВМ по автоматизированной системе выдерживается точность обра­ ботки на всех этапах, резко улучшается качество, сокращается время обработки, увеличивается достоверность и повышается инфор­ мативность материала. Процесс автоматизированной обработки гра­ виметрических наблюдений возможен при наличии математиче­ ского обеспечения систем.

В целом автоматизация процесса обработки и интерпретации геофизических измерений стала возможной благодаря широкому внедрению ЭВМ и методов вычислений, начавшемуся в области гравпразведки в конце 50-х годов. В начальном периоде применения численных методов реализовывались отдельные наиболее трудоем­ кие операции, например такие, как вычисление поправок за рельеф местностп и трансформации полей. Возможности этого направле­ ния далеко не исчерпаны ввиду сложности ряда задач, особенно задач интерпретации. Существенный вклад в развитие численных методов решения ряда задач обработки данных гравпразведки на. ЭВМ внесли исследования В. Н. Страхова, С. В. Шалаева, М. А. Алек-

С каждым годом перед разведочной геофизикой возникают все более сложные и «тонкие» задачи. Прежде всего, это требует увели­ чения объемов работ и повышения точности съемки. Но обработка результатов измерений вручную приводит к резкому увели­ чению трудоемкости и значительной потере точности в процессе обработки. Тем самым снижаются возможность п эффективность решения обратных задач. Кроме того, в настоящее время ряд поис­ ковых задач не может • быть решен без таких приемов обработки (например, редуцирования, учета переменной плотности промежу-

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время выделяются две крупные области исполь­ зования электронных цифровых вычислительных машин: реше­ ние научно-технических задач и обработка данных самого разнооб­ разного вида (в том числе обработка данных в системах управления).

Для первой области характерны сложные математические задачи, реализуемые большим количеством вычислений при небольших объемах входной и выходной информации (порядка нескольких сотен чисел). Время ввода и вывода информации в такого класса задачах гораздо меньше времени счета. Входная и выходная инфор­

менты на специальных бланках). Время, затрачиваемое на ввод и вывод информации в такого класса задачах, значительно превы­ шает время, затрачиваемое на обработку. При этом необходимо наличие внешних запоминающих устройств ЭВМ, где могли бы храниться данные в объеме не менее 107 бт.

Задачи, входящие во вторую сферу использования ЭВМ, назы­ ваются задачами обработки данных, а их комплекс для какой-либо

* Автоматической системой называют процесс, проходящий без участия неловека. Автоматизированная система — та, в которой в процессе обработки необходимо участпѳ человека.

5

ко второму направлению, так как обработка гравиметрических данных характеризуется чертами обоих направлении.

В гравиразвсдке будем понимать под обработкой данных про­ цесс, в котором по результатам инструментальных измерений опре­ деляется аномальная потенциальная функция п решаются неко­ торые задачи интерпретации. Этому процессу присущи следующие

нений, вычисления интегралов, решения интегральных уравнений, аппроксимации функции различными полиномами и т. д.; 3) исход­ ная и результативная информация имеет разнообразный вид — циф­ ровой, графический, символический; 4) объемы промежуточной информации соизмеримы с объемами вводимой и выводимой инфор­

102 лет) промежуточной п результативной информации на специ­ альных носителях.

Как показал опыт создания специализированных систем обра­ ботки данных в различных сферах производственной деятельности

формулировку цели системы. Так как цели бывают разные, то опти­ мальной системой назовем такую, которая лучше всего реализует сформулированные цели.

Возможные цели системы: 1) сокращение времени обработки; 2) обеспечение необходимой точности обработки; 3) обеспечение своевременности и полноты отчетов; 4) обеспечение долговремен­ ного п бессрочного хранения различной информации (первоначаль­ ных и частично обработанных данных); 5) увеличение информатив­ ности и объемов работ; 6) использование новой техники; 7)сокра­ щение бумажных операций; 8) увеличение производительности труда; 9) высвобождение высококвалифицированного персонала от тех­ нической обработки; 10) повышение культуры, четкости и органи­ зованности производства и т. д. Одни из этих целей могут быть сфор­ мулированы четко и заранее, другие определены лишь в процессе работы системы. Когда встречается с системой ССАОД, то не всегда

6

можем сформулировать цели сразу на языке математики. В системе обработки гравиметрических измерений можно сформулировать, как видно из сказанного выше, и некоторые цели системы и поста­ новку задачи.

Постановка математической задачи и математическое обеспе­ чение: 1) описание входных данных системы (их физический смысл, представление в виде математических функций, принадлежащих некоторому функциональному пространству); 2) определение функ­ ций, получаемых на выходе системы, и их вида (цифрового, бук­ венно-цифрового, графического); 3) описание алгоритма перера­ ботки входных данных системы (представление его как последо­ вательности операторов, воздействующих на функции, изобража­ ющие исходные данные); 4) реализация алгоритмов численными методами, обеспечивающими определенную точность вычислений результативных функций в зависимости от точности исходных дан­ ных; 5) создание библиотеки алгоритмов и программ с их описанием; 6) обеспечение надежности работы системы (методы контроля за исходной информацией и процессом вычислений как по отдельным программам, так и по всему комплексу программ); 7) обеспечение гибкости системы (использование нескольких численных методов при вычислении определенной функции, возможность получения

загрузка и способность к увеличению объемов работ); 3) скорость (скорость ввода, обработки и вывода информации); 4) емкость обору­ дования (объемы обрабатываемой информации); 5) виды носителей

исходных данных с минимальной задержкой и немедленной пх обработкой, поступление исходных данных с некоторой задержкой и обработкой их в режиме разделенного времени, поступление всей совокупности исходных данных с непоточной их обработкой); 2) учет существующего процесса (технологии) обработки; 3) место полу­ чения исходных данных и ответственность за их получение; 4) место обработки данных и ответственность за их обработку; 5) способы поступления исходных данных к месту обработки; 6) частоту и объем поступления исходных данных, частоту и объем выдачи результа­ тивных данных.

С о д е р ж а н и е ч е т в е р т о г о а с п е к т а системы вклю­ чает: 1) определение стоимости оборудования, персонала и затрат при переходе на автоматизированную и затем на автоматическую систему; 2) стоимость единицы результативной информации и т. д.

Из формулировки и разработки этих крупных аспектов сла­ гается система обработки.

7

Ч А С Т Ь П Е Р В А Я

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

поверхности Земли, и их совокупность образует сеть наблюдений. Сеть пунктов наблюдении в подавляющем большинстве съемок бывает нерегулярной (пункты наблюдении расположены, вообще говоря, в узлах произвольной сетки).

Физическая поверхность Земли задается прямоугольными коор­ динатами {х, у, z) пунктов наблюдений. Поскольку координаты (х, у, z) измеряют и вычисляют при топографических работах, которые идут параллельно, а иногда и отстают от собственно гравиметри­ ческих измерений, то пунктам наблюдений придают порядковые номера или условные числа (номер профиля и номер пикета). Эти условные числа имеют смысл условной системы координат, н мы в дальнейшем будем обозначать их как ПР, ПК (профиль, пикет).

При относительном способе измерения силы тяжести на каждом

смысл приращения вертикальной составляющей силы тяжести между

kt° — температурный коэффициент; с — цена деления шкалы микро­

ности.

8

Б 1965 г. [52] была сформулирована, задача создания автомати­ зированной системы обработки гравиметрических измерений на ЭВМ и выделен ряд крупных естественных этапов обработки:

1.Первоначальная обработка рейсов (ограниченной последо­ вательности наблюдений).

2.Уравнивание опорных или каркасных сетей.

3.Редуцирование абсолютных значений силы тяжести на некоторую поверхность относимости (введение необходимых по­ правок).

4.Построение в различных редукциях карт изолиний.

5.Различного вида трансформации потенциальных полей.

6.Вычисление функций в нижнем полупространстве (некоррект­ ные задачи).

7.Решение прямой задачи гравиметрии для тел произвольной формы (используется в этапе 3 и самостоятельно).

Традиционный процесс обработки гравиметрических измерений обычно заканчивается этапом построения карт. Но разграничить

круг задач, входящих в обработку и интерпретацию, особенно при использовании ЭВМ, можно лишь довольно условно. Так, например, различные трансформации могут рассматриваться как обработка и как элемент интерпретации, в связи с этим они и включены в си­ стему обработки. Таким образом, несколько расширив понятие обработки, за счет включения этапов 5 и 6, в дальнейшем будем называть систему обработки с элементами интерпретации просто системой обработки.

Поясним физический смысл обработки измерений на каждом из перечисленных выше этапов, хотя каждый из них состоит из целой серии достаточно сложных задач, большинство которых может представлять и самостоятельный интерес. Для общности описания физической сущности процесса введем некоторые опреде­

ностей, обусловленных конструкцией гравиметров и методикой

где Nt — функция Ni (ПРПКг , t\, tty; нижний индекс y ТѴозначает номер наблюдения в определенном пункте Р (ПРПК) с условными координатами ПР, ПК, а верхний — номер рейса по тем же пунктам; функцию N назовем элементом множества.

Затем задан закон, по которому каждому элементу из множе­ ства (1.1) ставится в соответствие единственный вполне определен-

9