Латеральные и глубинные пересчеты дистанционной основы

Мовчан Игорь Борисович,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Национального минерально-сырьевого университета «Горный», г. Санкт-Петербург.

В данной работе представляется один из результатов внедрения системы количественной и качественной интерпретации поля оптической плотности дистанционной основы. В истории вопроса выделяем три элемента: представление о потенциальности полей, понятие аналитического продолжения и решаемые задачи.

Под потенциальными понимают поля, работа сил которых не зависит от формы пути перемещаемого тела, что означает функциональную связь силовой характеристики поля со скалярным потенциалом. В рамках такого представления лишь гравитационное поле и электрическое поле на постоянном токе относятся к потенциальным, магнитное поле - к условно потенциальным (формально пренебрегаем вихревой компонентой силовой характеристики), поле оптической плотности дистанционной основы и рельеф дневной поверхности – к непотенциальным. Под аналитическим продолжением понимаем численное или аналитическое преобразование функции из области её начального задания в другую область – в область существования геологических аномалеобразующих неоднородностей. Представляемой технологией решались две задачи: методическое обеспечение опережающих оценок в условиях минимума априорной информации; параметрическое обеспечение совместного анализа дистанционной основы и геофизических полей.

Наиболее детально проработанными в выбранной нами тематике оказываются способы решения некорректных задач теории потенциала применительно к грави-магнитным полям. Базовой операцией указанных способов можно назвать покомпонентное разделение геолого-геофизического пространственного сигнала на узкополосные условно независимые составляющие и их аналитические продолжения в геологическое полупространство. Термин «некорректных» означает получение в рамках отдельных алгоритмических и модельных представлений множества эквивалентных решений. Нами создан комбинированный аналитический и алгоритмический подход, в рамках которого семейства эквивалентных решений оказывается возможным сузить либо в рамках структурных, либо в рамках рудных моделей [1]. Это позволяет перейти от параметрических разрезов к разрезам геолого-структурным.

В теории аналитических продолжений корректной в смысле существования аналитического решения считается задача одномерная, в нашем случае приводящая к построению разреза. Дву- и трехмерные решения выступают как численные обобщения одномерной задачи: аналитический пересчет выполняется по строкам и столбцам матрицы исходных данных с последующим осреднением результата. Альтернативный подход состоит в аналитическом продолжении потенциального сигнала по системе профилей, субортогональным доминирующим простираниям структурного плана с последующими интерполяционными обобщениями. Подобная методика допускает детальную оценку морфологии локализованных неоднородностей, а в случае узкополосного разделения обрабатываемого сигнала – реконструкцию разноранговых и, соответственно, разноглубинных неоднородностей. Способ апробирован на широком спектре задач по выполнению опережающего прогноза в диапазоне масштабов 1:25 000 – 1:100 000 [2].

Нередки случаи инициации работ по лицензионным участкам за пределами Российской Федерации в условиях отсутствия геофизического информационного обеспечения. Определяя это как минимум априорной информации, отметим, что такие же ситуации встречаются и в пределах России, что связано с наличием этого обеспечения лишь в фондах и только в аналоговой форме, с одной стороны, либо с аспектами коммерческой тайны, с другой. Здесь топо- и дистанционная основа выступают как единственный материал широкого доступа для выполнения первичных структурных оценок [3]. На фоне принятых в аэрокосмогеологии полуэмпирических подходов нами предлагается система автоматизированного дешифрирования, опирающаяся на алгоритм минимизации дисперсионного функционала и разделение поля оптической плотности на несколько узкополосных составляющих. В итоге получаем структурные схемы на разных уровнях детальности (рис. 1), верифицируемые на отдельных участках дешифрированием ручным.

а)                                                           б)                                                           в)

Рис. 1. Результат применения авторской системы автоматизированного линеаментного дешифрирования дистанционной основы на разных уровнях генерализации: преобразование площадного изображения (космообраза) полигона в структурный каркас (а – высокочастотный; б – среднечастотный; в – низкочастотный).

Опыт апробации подхода демонстрирует его эффективность для локализации перспективных объектов при последующей детализации геофизическими и геохимическими методами.

Один из ключевых методических элементов, активно используемых нами в задачах районирования, заключается в картировании границ областей пространственной стационарности в структуре сигнала, задаваемого на площади исследуемого полигона. Под областью пространственной стационарностью понимаем пространственный интервал, в пределах которого амплитудно-частотный состав сигнала не меняется [4]. В основе алгоритма лежит операция свертки, оценка анизотропии направленности осей аномалий, расчет локальных автокорреляционных функций. Итог имеет форму схемы районирования, которая в совокупности с линеаментным дешифрированием и распознаванием образов с обучением допускает решение задачи актуализации геологической основы.

Конечные решения в общем случае должны иметь вид площадных схем и карт, а также системы разрезов. При наличии лишь дистанционной основы стандартное методическое обеспечение под построение разрезов, как разновидность глубинных аналитических пересчетов поля оптической плотности, отсутствует. В аэрокосмогеологии сформировано эмпирическое представление о пропорциональности линейных размеров геоморфологических аномалий глубине залегания структурных и/или вещественных особенностей. Практикуется отнесение отдельных линеаментов в зависимости от их длины к детерминированной глубине, что не содержит в своей основе четкого физического обоснования, за исключением апелляций к механизмам, подобным многоуровневой изостатической компенсации. Представителями Газпрома анонсируется возможность построения «томограмм» месторождений лишь по рельефу дневной поверхности на основе его частотных характеристик [5]. В последнем случае имеет место достаточно интересный алгоритм, но весьма сомнительное физическое обоснование корректности глубинного пересчета с апелляцией к Марковским переходам и к имитации установок для электромагнитного зондирования. С.А. Серкеровым (1991) обоснована возможность унифицированного спектрального пересчета в объем геологического пространства любых геофизических полей и в основе своей данный пересчет подобен [5].

Физическое обоснование сформированному унифицированному подходу к глубинным пересчетам геолого-геофизических полей в 2007 году было опубликовано в работе [6], где рассмотрена гидродинамическая модель неравновесной геологической среды. Ее основные положения:

- в слое вязкой жидкости при нарушении его плотностного равновесия наблюдаются процессы спонтанного упорядочивания, проявляющиеся в закономерной стратификации и ячеистом дроблении поверхностей раздела;

- в системе волновых профилей, экспериментально фиксируемых в этом слое, наблюдается близкое к логистической увеличение длины внутренних волн при движении от кровли к подошве пласта;

- в масштабе геохронологической шкалы геологическая среда ведет себя как вязкая жидкость, обладающая в общем случае неравновесным распределением плотностных неоднородностей во внешнем гравитационном поле;

- в результате процессов спонтанного упорядочивания имеем по латерали геоблоковое дробление, а по вертикали – стратификацию геологической среды. Причем и в системе геоблоков, и в рельефе поверхностей раздела наблюдаем выраженную пространственную периодичность с указанным выше закономерным вертикальным изменением длины волны.

Здесь мы выводим волновую аналогию для аналитического продолжения непотенциальных полей, заданных по профилю. Для её трехмерного обобщения применяется аналогия со ставшим классическим в гидродинамике опытом Бенара, постулирующим существование аналитической зависимости между линейным размером ячейки (геоблока) и мощностью неравновесного слоя, в котором эта ячейка, как трехмерная структура, сформировалась. Применением этих оценок в комплексе с процедурой свертки пересчитываем поле оптической плотности в

- глубинную структурную поверхность, отражающую наличие син- и антиформ, сопоставляемых к эталонными (рудными) объектами;

- систему региональных разломов, восстанавливаемых как зоны высокой коррелируемости между линеаментными схемами разной степени генерализации и, соответственно, разной глубинности;

- семейство структурных разрезов, построенных субортогонально доминирующим простираниям реконструированного структурного плана.

Литература

1.                  Мовчан И.Б., Яковлева А.А., Сергеев С.П. Совместная обработка материалов дистанционного зондирования и магнитного поля на примере западного побережья Красного моря // Региональная геология и металлогения, ВСЕГЕИ. – №50. – 2012. – с.55-64.

2.                  Мовчан И.Б., Кирсанов А.А., Яковлева А.А. Принципы аналитического продолжения непотенциальных полей при создании трехмерной глубинной модели // Труды межд.конф. «Новые технологии обработки и использования данных дистанционного зондирования Земли в геологоразведочных работах и при ведении мониторинга опасных геологических процессов». – ВСЕГЕИ. – апрель, 2012. – 5 С.

3.                  Мовчан И.Б. Опережающий прогноз и структурная реконструкция на примере участка в окрестности г. Фреснилло (Центральная Мексика) // Журн. науч. публикаций аспирантов и докторантов. – Курск. – №2. – 2012. – с.10-12.

4.                  Дэвис Дж. Статистика и анализ геологических данных // М., Мир. – 1977. – с.187-322.

5.                  Черников А.Г., Либина Н.В., Матушкин М.Б. Способ выявления внутренних неоднородностей Земли / Заявка: 2004138868/28, Газпром. – 30.12.2004. – 10 С.

6.                  Петров О.В. Диссипативные структуры Земли как проявление фундаментальных волновых свойств материи / СПб., ВСЕГЕИ. – 2007. – 304 С.

Поступила а редакцию 16.01.2013 г.