Б. Электронный банк информации геопотенциальных полей и его математическое обеспечение.

Создание электронного банка информации гравитационных и магнитных аномалий Δg и ΔТ предусматривает хранение, передачу и извлечение данных в электронном виде с целью построения карт, сложения и вычитания геопотенциальных полей, а также их трансформаций.

Необходимость создания такого банка данных обусловлена - помимо обычной информационной функции – следующими причинами:

1. Перевод информации в электронную форму представления существенно облегчает возможность приобщения геопотенциальных методов к оперативной интерпретации сейсмо- и электроразведочных данных;

2. При переводе в электронную форму постоянно действующий фактор труднодоступности гравимагнитных данных преобразуется во временный, устраняемый в результате однократного акта преодоления, связанного с кодированием значений полей и их интерполяцией в узлы равномерной сети, вписанной в условную систему координат.

В итоге, создаваемый банк снимает ограничения для пользователя, получающего возможность востребовать сведения по любой площади, профилю, скважине, размещенным в той же условной координатной системе.

Подготовка исходных данных грави- и магниторазведки для занесения в банк осуществляется следующим образом:

1. Исходные данные (карты значений наблюденного поля) на бумажном носителе после сканирования и оцифровки вводятся в программу картопостроения, работающую с равномерными сетками-матрицами (INPRES,Surfer) путем оцифровки значений по изолиниям или пикетам.

2. Внесенные данные пересчитываются на равномерную сетку программой – картопостроителем.

3. Сетки данных Δg и ΔТ приводятся к единой системе координат и устанавливается равный шаг сетки (это необходимо для дальнейших математических операций с картами)

4. Последним этапом осуществляется редакция значений Δg и ΔТ с распечаткой контрольных карт Δg и ΔТ из созданного электронного банка данных.

Компьютеризация всех операций картопостроения осуществляется через упомянутые цифровые матрицы с сантиметровым (или менее) узлом ячейки. В этих узлах по соответствующим командам может производиться нормировка, суммирование, вычитание и прочие вспомогательные процедуры. В эти же узлы осуществляется передача значений геопотенциальных полей из пунктов наблюдения или с карт изолиний. Тем самым создается банк дискретных значений анализируемых полей с любым шагом. Существующие пакеты программ картопостроения позволяют получить карты требуемого сечения по любому сегменту изучаемой территории.

Решение задачи создания банка цифровой информации геопотенциальных полей не может быть ограничено только одной функцией, а именно получением цифровых матриц полей Δg и ΔТ определенного масштаба по территории исследований. Структура банка должна обеспечить возможность осуществления различных преобразований этой информации, то есть иметь многофункциональный характер. Такая многофункциональность обусловлена необходимостью выделения из суммарных, интегральных по своей природе, геопотенциальных полей, составляющих, связанных с гравиактивным (магнитоактивным) влиянием отдельных факторов разреза. Аномалии, вызываемые интересующими нас факторами (тектоническими или седиментационными структурами осадочной толщи, блоками и разломами фундамента и т.п.) могут быть “затенены” влиянием других и “утонуть” в общей интегральной картине. Чтобы извлечь их оттуда, требуется осуществить трансформации (т.е. разделить аномалии по частоте, или по размерам, иными словами, отделить низкочастотные составляющие, обусловленные влиянием мощных и глубинных крупноразмерных масс фундамента, от влияния небольших и относительно неглубоких неоднородностей строения осадочной толщи) и ввести упоминавшиеся геологические редукции (т.е. вычислить и исключить из исходного поля влияние изученных, известных элементов разреза).* Это позволяет существенным образом увеличить геологическую отдачу от комплексирования гравимагнитных методов с сейсморазведкой. К числу таких трансформаций, которые снабжены соответствующим программным обеспечением в уже действующей инфраструктуре банка относятся:

1) Осреднение в выбранном скользящем окне с получением цифровой матрицы средних значений поля и распечаткой соответствующих карт Δg_ср и ΔТ_ср ;

2) вычисление и распечатка соответствующих карт остаточных составляющих Δg_∑ - Δg _ср и ΔТ_∑ - ΔТ _ср ;

3) вычисление в скользящем окне и распечатка карт стандартов полей Δg и ΔТ-S(Δg) и S(ΔТ);

4) вычисление и распечатка карт коэффициентов корреляции Δg и ΔТ, позволяющих судить о наличии линейной взаимосвязи между аномалиями Δg и ΔТ, общности или различия их источников;

6) Вычисление и распечатка карт направленного суммирования (вычитания) полей Δg и ΔТ по методике комплексного параметра КП [11]. Эти карты способствуют пространственному разделению участков приподнятого и погруженного залегания кристаллического основания осадочного бассейна, выявлению зон накопления в разрезе толщ преимущественно карбонатного и терригенного состава, то есть являются основой для структурно-геофизического районирования территории.

Возможность осуществления геологического редуцирования путем решения прямой задачи обеспечивается наличием в действующей инфраструктуре банка программы вычисления прямого трехмерного эффекта (О.В.Витвицкий, РГУ нефти и газа им. Губкина), создаваемого гравиактивными массами каменной соли и иных факторов, а также программ вычисления прямого двумерного эффекта в гравитационном и магнитном полях (Cravbul и Magbul – А.А.Булычев, МГУ им. Ломоносова). В двумерном варианте появляется возможность провести вычисление вертикальных и горизонтальных градиентов, осуществить продолжение полей в нижнее полупространство и т.п.

Физико-геологические основы частотных трансформаций, геологического редуцирования и направленного суммирования базируются на известных представлениях о геологической природе аномалий геопотенциальных полей (более подробное изложение этих основ представлено в публикации [12]. Считается, что геологическая природа гравитационных и магнитных аномалий платформенных территорий определяется сочетанием таких мощных физико-геологических факторов как рельеф поверхности кристаллического фундамента и его внутренняя структура, формирующих основной низкочастотный рисунок поля, структура осадочного чехла, наличие глубинных разломов. Причем каждый из этих факторов может при определенных условиях играть как ведущую, так и подчиненную роль, проявляясь в каждом из названных полей как одинаково, так и по-разному. Обычно полагают, что при неглубоком залегании фундамента платформы в том и в другом поле наиболее интенсивно «работает» рельеф его поверхности и внутренняя структура. При значительном погружении фундамента в поле силы тяжести начинает преобладать относительно высокочастотное влияние неоднородностей осадочной толщи, а в магнитном – роль поднятий и погружений фундамента ослабевает и главным становится фактор его внутреннего строения. В целом очевидно, что в изучении фундамента, в котором скрыты «корни» структур осадочных формаций, в осуществлении тектонического районирования территории данные грави- и, особенно, магниторазведки, имеют решающее значение. Об этом, в частности, пишет Р.А. Гафаров в своей известной монографии [13], отмечая «устойчивость» магнитных аномалий в течение геологической истории: «после прекращения магматической деятельности и складчатостей, сформировавших фундамент древних платформ, их магнитные аномалии не претерпевали сколько-нибудь коренных изменений, кроме общей эволюции, обусловленной изменением геомагнитного поля Земли в целом. Очертания и простирания магнитных аномалий и их пространственные соотношения сохранились со времени консолидации складчатого фундамента древних платформ и отображают распределение складчатых магнитных комплексов докембрия».

Однако, отмечавшийся косвенный характер этой гравимагнитной информации (в силу эквивалентности проявления различных геологических разрезов в геофизических полях) обусловливает неоднозначность ее трактовок. Такая неоднозначность имеет место, как при решении поисковых геологических задач, так и на этапе геотектонического районирования территорий, осуществляемого на основе тех же геофизических данных. Из теории и практики геофизических исследований, связанных с именами А.А. Архангельского, И.Г. Клушина, А.А. Борисова, В.И. Шрайбмана и др. известно, что совместное рассмотрение аномалий Δg и ΔТ, то есть анализ их определенных знаковых и морфологических сочетаний, позволяет уменьшить долю этой неоднозначности. Принципы и приемы совместного анализа полей Δg и ΔТ заложены еще Фотиади в 1958 году, когда он указал, что четко выраженная аномалия Δg, расположенная в слабо аномальном или близком к нормальному геомагнитном поле, обычно отражает неоднородности чехла. В свою очередь зона аномалий Δg и четко выраженная зона магнитной аномалии, совпадающие по своему положению, отражают неоднородность состава и строения фундамента платформы. В дальнейшем им были рассмотрены и описаны (истолкованы) четыре простых знаковых сочетания кривых Δg и ΔТ (++,+-,-+,--), а затем в литературе появились описания так называемых сложных сочетаний в сопоставлении с разнообразными геологическими моделями (Н.Я. Кунин, 1972, В.И. Семеркин, 1977 и др.).

В итоге со всей очевидностью выявилось, что аномалии Δg и ΔТ действительно могут иметь общие источники, которые предопределяют связь этих полей и возможности их совместной интерпретации на основе пуассоновского анализа, корреляционного анализа, построения согласованных моделей и т.п.

В работах [11,12] предложена и реализована новая методология комплексирования гравимагнитных и других геофизических данных, названная методикой комплексного параметра КП. Она вызвана к жизни опытом разведки нефти и газа в Прикаспийской впадине. Этот опыт свидетельствовал о приуроченности крупных месторождений к плотным и немагнитным подсолевым карбонатным постройкам верхнедевонского-нижнепермского возраста.

Проведенный на различных участках впадины анализ соотношения гравитационных и магнитных аномалий (в кондициях масштаба 1:50 000 и 1:200 000) показал, что зонам развития карбонатных построек соответствует инверсное сочетание аномалий Δg и ΔТ, физико-геологическая природа которого объясняется повышенной в сравнении с терригенными и галогенными образованиями плотностью карбонатных пород и пониженной их магнитной восприимчивостью по отношению к компенсирующим терригенным толщам. Солянокупольный фактор-помеха в магнитном поле почти не проявляется. Оно характеризуется преобладающими простираниями аномалий, имеющих вкрестбортовую ориентировку, так как рельеф магнитного поля обусловлен строением и составом пород нижнего терригенного комплекса чехла и фундамента. Слабый диамагнетик – соль создает очень незначительные влияния, несоизмеримые с аномалиями ΔТ, обусловленными магнитоактивными массами выступов-цоколей, к склонам которых обычно приурочено карбонатонакопление. Такая модель рифообразования хорошо известна из работ многих геологов (А. Леворсен,1970, Р. Кинг,1975, В.Г. Кузнецов,1978) и подтверждается открытием ряда крупных месторождений, в том числе в Прикаспии («Карачаганак» и др.). Цокольное основание образовано вышеупомянутым нижним терригенным комплексом пород осадочного чехла и фундамента, характеризующимся повышенной магнитностью, или предоставлено унаследованными, более молодыми структурами. Таким образом, участки понижений уровня аномалий ΔТ, осложненные локальным повышением уровня Δg, могут служить индикаторами наличия карбонатного тела в подсолевом разрезе; на этих участках целесообразно проводить целевую, структурно-формационную интерпретацию данных сейсморазведки, позволяющую «увидеть» искомый объект, определить глубину его подошвы и кровли, уточнить пространственную конфигурацию (11,12).

«Фокусировку» сейсморазведки было предложено выполнять по специальным картам комплексного параметра КП. Цель построения карт КП-1 (первого рода) заключается в выделении участков (максимумов КП-1), где аномалии Δg и ΔТ моногеничны, то есть обусловлены общими источниками – блоками плотных и относительно магнитных масс-выступов фундамента и нижнего терригенного комплекса осадочного чехла (прямое знаковое сочетание: + Δg,+ ΔТ). Такие карты можно назвать картами «сходства». В свою очередь, цель построения карт КП-2 (второго рода) заключается в выделении участков амоногеничности Δg и ΔТ (инверсное сочетание: + Δg,- ΔТ)- карты «различия». Карты «различия» помогают определить пространственное закономерности размещения упоминавшихся зон карбонатонакопления (максимумов КП-2) и, прежде всего, погребенных органогенных построек (плотных, но немагнитных), обычно зарождающихся и развивающихся на склонах палеоподнятий-цоколей (максимумов КП-1). Методика КП более детально описана в (12) и является развитием подхода, основанного на анализе различных сочетаний – знаковых и морфологических – аномалий Δg и ΔТ. Направленное суммирование можно сделать еще более эффективным, если исключить из поля силы тяжести гравитационное влияние солянокупольной толщи.

Исключение гравиэффектов, обусловленных солью и надсолевыми толщами, экранирующими в поле Δg влияние подсолевых объектов, достигается введением геологической редукции, то есть вычитанием этих эффектов из суммарного аномального поля.