Программно-алгоритмическое обеспечение геодинамического мониторинга приповерхностных неоднородностей с использованием фазометрического метода контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Программно-алгоритмическое обеспечение геодинамического мониторинга приповерхностных неоднородностей с использованием фазометрического метода контроля

В данной статье авторы освещают проблему оперативной оценки чувствительности, качества подготовки, анализа и трактовки полученных геодинамических данных системы геодинамического мониторинга на основе фазометрического метода контроля. Предлагаются подходы, которые предполагают существенное повышение достоверности получаемых данных в ходе проведения геодинамического мониторинга. В частности, сеточное моделирование на основе замещающей эквивалентной модели среды. Предложен и реализован математический алгоритм свертки полотна сеточной модели. В свою очередь это позволит стандартизировать полученную в рамках единого цикла обработки и анализа данных информацию. Так же будет минимизироваться человеческий фактор при выполнении трудоемких операций в работе с данными. Будет повышено качество предоставляемой информации о фазометрических процессах в исследуемой среде. Будет создана эффективная программная оболочка для фазово-геодинамических исследований.

Реальная геологическая среда всегда трехмерна, однако обработка информации в геодинамическом контроле в рамках трехмерных моделей очень сложна и для конкретных ситуаций не всегда возможна. Во многих случаях в этом нет необходимости из-за того, что геодинамический объект удовлетворительно аппроксимируется более простыми моделями с меньшими размерами (двумерными или одномерными). При этом уменьшается число контролируемых параметров, упрощаются алгоритмы обработки и, соответственно, снижаются вычислительные затраты, устраняется неоднозначность решения обратной задачи (в рамках рассматриваемой модели).

Очевидно, что в этом случае обработка информации и интерпретация наблюдений осуществляется в предположении о конкретной модели объекта, в рамках определенной модели. Реальные геодинамические объекты имеют структуру, достаточно точно описываемую комбинациями простых элементарных моделей.

Алгоритм свертки эквивалентной модели полотна моделируемой среды

Существуют различные виды эквивалентных схем, которые могут служить исходной электрической моделью среды, используемой для моделирования функций геоэлектрического разреза. Выбор той или иной модели определяется, прежде всего, условиями выбора методов контроля, основными из которых являются частоты зондирующего эффекта. Но при всех условиях основой для построения эквивалентной схемы является представление о том, что электрическая модель исследуемой среды может служить эквивалентной схемой в виде параллельных или последовательно соединенных частотно-независимых активных и емкостных сопротивлений.

Рисунок 1. Эквивалентная схема замещения используемая в полотне свертки

геодинамический фазометрический оценка

Русским математиком С.А. Гершковичем был разработан метод электрических сеток для замещения модели сплошной среды, приводящей к конечно-разностным уравнениям аппроксимации поля [85]. Этот метод предполагает непрерывность и неразрывность сред, но как показывают последние экспериментальные данные, среды не являются сплошными в силу многокомпонентности и макропустотности пород их слагающих. Предлагаемая модель геоэлектрического разреза (Рисунок 1) позволяет учесть эти условия, что особенно важно при исследовании эффектов вызванной анизотропии.

Рисунок 2. Графическое представление свертки полотна среды моделирования в эквивалентные сопротивления

В результате расчета эквивалентной схемы получаются базовые соотношения для тензора электрических сопротивлений частицы среды, находящейся в состоянии геодинамического покоя.

Рисунок 3. Фрагмент алгоритма свертки эквивалентных моделей замещающей среды до комплексных эквиваленных сопротивлений

Полученные, при построении сеточных моделей геоэлектрического разреза в системе мониторинга неоднородностей, комплексные эквивалентные сопротивления позволяют учесть анизотропность сред.

Разработка программной оболочки исследования чувствительности фазометрического метода

В рамках создания программного комплекса «Геоэлектрик», были разработаны структуры, адекватно отражающие состав и содержание геодинамических моделей, необходимых для расчета основных характеристик фазометрических процессов.

Данная программа для ЭВМ предназначена для моделирования неоднородностей геологической среды для оперативной оценки чувствительности фазового метода.Программа применяется для синтеза и геоэлектрического моделирования различных геологических сред и неоднородностей.

Программа выполняет следующие функции:

- создание геоэлектрической модели геологической среды;

- создание эквивалентной схемы геологической среды;

- создание сетки (полного полотна) исследуемой геологической среды с конкретной используемой установкой (Веннера, Шлюмберже, и др.) для геоэлектрического метода контроля;

- позволяет настраивать электрические параметры геологической среды (электропроводимость, сопротивление, диэлектрическая проницаемость и др.), так же позволяет осуществлять выбор некоторых готовых моделей;

- позволяет формировать неоднородность в геологической среде, так же формировать ее электрические параметры;

- расчет фазовых и временных задержек прохождения результирующего сигнала через изучаемую геологическую среду;

- расчет амплитудных характеристик сигналов;

- предоставление полученных результатов в графическом виде (с возможность записи в txt формат).

- дает представление о происходящих процессах и их зависимостей в заданной геологической среде при применении геоэлектрического метода контроля с конкретной установкой.

Рисунок 4. Результаты моделирования в программе

Оптимизированы известные математические алгоритмы и реализованы новые программные алгоритмы предварительной оценки получаемых данных, в частности, оценка происходит на основе сеточного моделирования исследуемой среды.

Заключение

Систематизированы основные особенности влияния протекания фазовых процессов при сеточном моделировании исследуемой среды. Опробованы алгоритмы свертки полотна среды для оперативной оценки чувствительности системы мониторинга на основе фазового метода контроля.

Рассмотрен фазометрический принцип контроля, позволяющий существенно уменьшить аппаратные затраты и, соответственно, с более высокой надёжностью и точностью реализовывать задачи геодинамического мониторинга.

Кроме того, разработаны методы оценки чувствительности регистрации неоднородностей в приповерхностных слоях исследуемой среды, отличающиеся выделяемыми аномальными составляющими поля и позволяющие повысить чувствительность при проведении автоматизированного контроля.

Обоснована методика сеточного моделирования и разработаны базовые модели объектов и процессов, учитывающие влияние фазы и электрических полей.

Список литературы

геодинамический фазометрический оценка

1.Королев В.А. Мониторинг геологической среды. - М.: Изд-во МГУ, 1995.

2.Хмелевской В.К., Горбачев Ю.И., Калинин А.В., Попов М.Г, Селиверстов Н.И., Шевнин В.А. Геофизические методы исследований: учеб. пособие. - Петропавлоск-Камчатский: Изд-во КГПУ, 2004. 232 с.

3.Кузичкин О.Р., Кулигин М.Н., Калинкина Н.Е. Регистрация геодинамики поверхностных неоднородностей при электроразведке эквипотенциальным методом // Методы и средства передачи и обработки информации. Вып.1. - СПб.: Гидрометеоиздат, -2001.- С.107-109.

4.Новицкий Г.П. Комплексирование геофизических методов разведки. Л., «Недра», 1974. 256 с.

5.Смольников В.М., Кукуруза В.Д. Методические особенности геоэлектрических исследований приповерхностных и глубинных неоднородностей. - Киев: Наукова думка,1978.

Размещено на Allbest.ru