Автоматическое построение трехмерных геоэлектрических моделей по результатам одномерной интрепретации с помощью диаграмм Вороного Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 550.837

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОДНОМЕРНОЙ ИНТРЕПРЕТАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ДИАГРАММ ВОРОНОГО

Алёна Александровна Сафиуллина

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, программист, тел. (913)921-94-57, e-mail: [email protected]

Александр Александрович Власов

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат технических наук, научный сотрудник, тел. (923)221-31-13, e-mail: [email protected]

В статье рассмотрено решение задачи автоматизации построения единой трехмерной геоэлектрической модели по результатам одномерной инверсии. Предложенный алгоритм основан на применении диаграмм Вороного. Параметры трехмерной модели адаптированы для программных средств «Modem3D», «EMF_DC3Dmod», вычисляющих синтетические сигналы зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) и вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).

Ключевые слова: трехмерное моделирование, диаграмма Вороного.

3D GEOELECTRIC MODELS BUILDING BASED ON 1D INTERPRETATION RESULTS USING VORONOI DIAGRAMS

Aliona A. Safiullina

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Programmer, tel. (913)921-94-57, e-mail: [email protected]

Aleksandr A. Vlasov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Research Scientist, tel. (923)221-31-13, e-mail [email protected]

The article considers the solution automation for constructing a unified 3D geoelectrical models based on the results of 1D interpretation. The proposed algorithm is based on the Voronoi diagram application. The 3D model parameters are adapted for software tools, such as «Modem3D», «EMF_DC3Dmod». This software simulates near-field time-domain electromagnetic sounding and vertical electrical sounding signals.

Key words: 3D modeling, the Voronoi diagram.

Рассмотрен способ автоматического построения трехмерных моделей из совокупности одномерных. Одномерная модель - распределение электрических свойств среды от глубины, привязанное к точке измерения. Таким образом, мы имеем набор точек на поверхности, каждой из которых соответствует одномерная модель. Для построения трехмерной модели необходимо «распространить» одномерную модель каждого пикета на некоторый объем. В большинстве слу-

чаев сеть наблюдений неравномерная на поверхности земли, поэтому было принято решено использовать диаграмму Вороного для «распространения» модели в окрестности точки измерения. Для этого был создан отдельный программный комплекс.

На рис. 1 представлена общая схема взаимодействия программного комплекса. На вход программы построения трехмерных моделей подаются одномерные модели в файле определенного формата, который может быть составлен вручную или сгенерирован в программе EMS. Эта программа на основе координат пикетов строит диаграмму Вороного. Диаграмма Вороного позволяет разбить исследуемое пространство на многоугольники, образующие сетку пространственного распределения пикетов. Внутри каждого многоугольника находится ровно один пикет.

Сигналы ЗСБ

Рис. 1. Общая схема взаимодействия программного комплекса: 1 - одномерная модель; 2 - данные об измерительных установках ЗСБ; 3 - трехмерная модель; 4 - данные об измерительных установках ВЭЗ; 5 - файл с геометрией среды «*.ОЕО»; 6 - файл с соотношениями «сопротивление-объем»; 7 - данные об измерительных установках ЗСБ; 8 - файл, содержащий трехмерную сетку «*.М8Н»; 9 - файл, содержащий

трехмерную модель «*.М3Б»

Используя параметры одномерных моделей, соответствующих полигонам, строится трехмерная модель для каждого полигона отдельно. Для этого задает-

ся координата 7, соответствующая мощности слоя. Попарно объединяя каждый многоугольник с многоугольником, следующим за ним по мощности (в рамках одного пикета), мы получаем многогранник, которому сопоставляется сопротивление слоя. Данные о мощности и сопротивлении берутся из входного файла. На этом этапе трехмерная модель не имеет графического представления и записывается в выходной текстовый файл определенного формата в виде набора координат.

В случае построения трехмерной модели по методу ЗСБ (рис. 2) координаты полученных трехмерных моделей передаются в программу ОшбИ [1], которая является автоматическим генератором трехмерной расчетной сети. Для этого при помощи программы 01М ЗЭ генерируется входной файл формата «*.§ео», содержащий необходимые параметры трехмерной модели. Данное программное средство позволяет построить трехмерную сеть, необходимую для построения верифицированной трехмерной модели в программе МоёешЗЭ, и записать параметры этой сетки в файл формата «*.швИ». Для каждого пикета необходимо создавать свой файл.

Рис. 2. Диаграмма Вороного для ЗСБ

Сложность создания трехмерной сети для каждой модели заключается в необходимости ее уплотнения в местах расположения генераторной и приемных петель. Трехмерная сеть может быть единой для моделирования сигналов в каждом пикете или для каждого создаваться отдельно. В первом случае сеть получается большой и расчеты занимают значительное вычислительное время и оперативную память. Во втором случае сеть содержит меньшее количество узлов за счет того, что не делается уплотнение сети под каждой точкой, а только под той, которая обсчитывается. Следовательно, вычисления занимают меньшее время и требуют меньшее количество памяти. Но результаты моделирования, выполненные на разных расчетных сетях, могут существенно отличаться.

В программу Modem3D [2], предназначенную для прямого моделирования процессов становления электромагнитных полей, передается набор файлов формата «*.msh» и файл, содержащий в себе соотношения «сопротивление слоя -объем слоя», генерируемый программой GIM3D. Modem3D генерирует единую трехмерную модель из совокупности моделей, содержащихся в файлах формата «*.msh», и записывает ее в файл формата «*.M3D». После чего файл «*.M3D», содержащий трехмерную модель, и файл, содержащий параметры измерительной установки, передаются в программу Modem3D для вычислений синтетических сигналов ЗСБ в ГРИД-среде Condor, развернутой в ИНГГ СО РАН [3].

Так как при построении трехмерной модели по методу ВЭЗ необходимо использовать усеченные треугольные призмы, каждый полигон разбивается на треугольники при помощи алгоритма триангуляции Делоне (рис. 3). Затем формируется файл, содержащий в себе триангулированные трехмерные модели, который, в свою очередь, передается в программу трехмерного моделирования на постоянном токе EMF_DC3Dmod [4]. Данные об измерительных установках ВЭЗ передаются отдельно. Результатом работы программы являются смоделированные сигналы ВЭЗ.

Рис. 3. Диаграмма Вороного для ВЭЗ (триангуляция полигонов)

Первые практические результаты автоматизации построения единой трехмерной геолектрической модели из набора одномерных [5] (на основе диаграмм Вороного) показывают хорошее применение данного подхода для простых моделей, где взаимное влияние соседних измерений невелико. Однако для более сложных моделей это только стартовое приближение, которое требует дальнейшего ручного улучшения. Соответственно, в случаях где неприменимы одномерные модели для толкования сложного разреза, неприменим и предложенный в данной работе алгоритм. В дальнейшем планируется реализовать более гладкое распределение параметров модели между узлами сети наблюдений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Мануал программы GMSH [Электронный ресурс]: Reference manual. URL: http://gmsh.info (дата обращения: 17.02.2016).

2. Иванов М.И., Катешов В.А., Кремер И.А., Эпов М.И. Программное обеспечение модем 3D для интерпретации данных нестационарных зондирований с учетом эффектов вызванной поляризации // Журнал Записки Горного института. - 2009. - Т. 183. - С. 242-245.

3. Мaртьянов А.С., Тейтельбaум Д.В., Сердюк К.С., Влaсов А.А., Ельцов И.Н. Использование свободных сетевых ресурсов предприятия для решения емких вычислительных геофизических задач // НТВ "Каротажник". - 2011. - Вып. 11 (209). - С. 57-64.

4. Неведрова Н.Н., Санчаа А.М., Суродина И.В. Трехмерное моделирование сложных геологических структур (на примере Тункинской впадины Байкальской рифтовой зоны) // Геофизика. - 2007. - № 1. - С. 36-41.

5. Санчаа А.М., Суродина И.В., Власов А.А., Неведрова Н.Н., Сафиуллина А.А. Подходы к составлению трехмерной геоэлектрической модели для численных расчетов // Меж-дунар. конф. «Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики - 2015, посвященная 90-летию со дня рождения академика Г.И. Марчука», г. Новосибирск, 19-23 октября 2015г. - Новосибирск, 2015. - С. 52-53.

© А. А. Сафиуллина, А. А. Власов, 2016