CC BY
12Ученые записки Таврического национального университета имени В.И.Вернадского Серия «География». Том 22 (61). 2009 г. № 1. С. 105-113
УДК 553.98:528.8:519.254
МЕТОДИКА ШТЕГРАЦП ДИСТАНЦ1ЙНИХ ТА ГЕОЛОГО-ГЕОФ1ЗИЧНИХ ДАНИХ ПРИ ПОШУКУ НАФТИ ТА ГАЗУ Станкевич С.А., Титаренко О.В.
ЦАКДЗ1ГН НАН Украти, Кив E-mail: olgatitarenko@casre.kiev.ua
Запропоновано методику штеграцй багатоспектральних зображень та геолого-геофiзичних просторових даних на основi статистично-шформацшно! моделi. За результатами штеграцй одержуеться кiлькiсна тематична карта нафтогазоперспективностi дослвджувано! площi. Забезпечуеться достатньо висока узгодженiсть одержуваних оцшок з результатами розвiдувального буршня.
Ключовi слова: штегращя даних, дистанцiйнi дат, геолого-геофiзичнi дат, нафтогазопошуковi роботи ВСТУП
Розвиток науки й прискорення техшчного прогресу вимагають вс бшьш повного й ращонального використання мшерально! сировини, зокрема нафти й газу. Проте необхщшсть ращонально використовувати кошти при прогноз^ пошуку та розвщщ родовищ вимагае застосовувати нов1 методи, методики та технологи. Технологи прогнозу родовищ нафти та газу ¡з залученням матер1ал1в дистанцшного зондування Земл1 (ДЗЗ) у комплекс з геолого-геоф1зичними даними на сьогодш широко використовуються й долучаються нафтогазорозвщувальними оргашзащями.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1
Специфша використання значно! кшькост географ1чно прив'язано! шформаци, яка необидна для проведення геолопчно! штерпретаци отриманих результапв, створення моделей об'екпв та ощнки нафтогазоперспективносп дшянок вимагае застосування геошформацшного шдходу.
Основою таких технологш е комплексне дослщження нафтогазо-перспективних репошв (дшянок) з використанням геошформацшних технологш задля накопичення достатньо! кшькосп даних по об'ектах, що вивчаються, коректно! штерпретаци цих даних практично на будь-якш стади, починаючи з шдготовчого етапу й заюнчуючи створенням анаттичного результуючого продукту.
При виршенш тематичних завдань ДЗЗ ми маемо справу з вим1рами, спостереженнями, яю мають три головш компоненти: атрибути, що описують об'ект, географ1чш даш, яю дають уявлення про просторове положення об'екту, i
часовi даш, що описують момент i перiод години. Таким чином, даш можна представити як "сировину", з яко! виходить iнформацiя. Ця шформащя найчастiше представлена у виглядi, придатному для обробки автоматичними засобами або при частковш участi людини [1].
Стосовно ршення нафтогазопошукових завдань необхщно мати такi основнi масиви шформаци:
■ матерiали ДЗЗ на площу, яка дослiджуeться, результати !х обробки та анатзу;
■ технiчну шформащю (характеристики та метаданi) про системи ДЗЗ та наземну вимiрювальну апаратуру;
■ схеми профшв, маршрутiв, розташування свердловин, дорiг, наземних орieнтирiв, пдромереж тощо;
■ данi наземних та дистанцшних спектрометрувань, результати !х статистично! обробки й аналiзу;
■ топографiчнi, геологiчнi та структурнi карти рiзних масштабiв та видiв;
■ науково-техшчну, промислову та патентну iнформацiю про дослщжуваш об'екти (географiчну, геологiчну, геофiзичну, геохiмiчну тощо), прямi та непрямi методи пошуку покладiв вуглеводнiв [2,3].
Сучасш технологи використання матерiалiв ДЗЗ у геологорозвщувальному виробництвi заснованi на тому, що аерокосмiчна iнформацiя являе собою складову частину геопросторових даних i обробляеться разом з шшими поверхнями широкого спектра картографiчних i цифрових геологiчних, геофiзичних, екологiчних, геохiмiчних, метеорологiчних та iнших даних за допомогою вiдповiдного програмного забезпечення.
Використання технологш ДЗЗ для пошукiв нафти i газу вимагае додаткового шдтвердження геологiчною iнформацiею, оскiльки поклади вуглеводшв розташованi на значнiй глибинi вщ поверхнi. Поклади розташовуються у пастках, яю можуть бути структурними або не структурними. Мета дистанцiйного зшмання при пошуках вуглеводнiв полягае у виявленш аномалiй у геологiчнiй будов^ у ландшафтi та обrрунтуваннi поверхневих iндикацiйних ознак (iндикаторiв) глибинно! будови л^осфери, якi в тому чи^ можуть вказувати на наявнiсть сприятливих пасток на глибинi [1].
Основними постулатами при пошуках нафтогазоносних структур дистанцшними методами, були й залишаються твердження про неоген-четвертинний час утворення нафтогазових покладiв, провiдну роль неотектошчного фактора та геофлюlдодинамiчних процеав у формуваннi родовищ нафти i газу. Цi процеси i явища мають вплив на формування сучасно! земно! поверхнi та И
покриття, що фiксуеться дистанцiйними сенсорами одночасно на значнiй територи в широкому спектрi електромагнiтного випромшювання.
Нами зроблено спробу застосування нового шдходу до виявлення геологiчних об'екпв - площинних структурних утворень з певними геолопчними (а також дистанцшними) характеристиками - на матерiалах дистанцшного зондування у рiзних спектральних дiапазонах з одночасним використанням геолого-геофiзичних даних.
При штегруванш геолого-геофiзичних i геоморфолопчних ознак з дистанцiйними даними залучаються:
■ матерiали багатозонально! космiчно! зйомки;
■ топографiчнi карти масштабу 1:100 000 - 1:10 000;
■ цифровий рельеф територи дослщження;
■ розподш температури поверхш;
■ структуры карти по вiдбивним горизонтам масштабiв 1:10 000 - 1:50 000;
■ геолого-промисловi данi про продуктивнють свердловин;
■ геологiчнi розрiзи;
■ стратиграфiчнi колонки;
■ данi наземних та дистанцшних фотометричних та спектральних вимiрювань;
■ iнформацiя по геоеколопчнш ситуацп в районах дослiджень.
2. 1НТЕГРАЦ1Я ГЕОЛОГО-ГЕОФ1ЗИЧНИХ ТА ДИСТАНЦ1ЙНИХ ДАНИХ
1нтегращя геолого-геофiзичних даних спроможна суттево пiдвищити ефективнiсть застосування дистанцiйних зображень при вирiшеннi нафтогазопошукових задач [4]. Якщо сумiсна тематична обробка багатоспектральних наборiв аерокосмiчних зображень зараз не викликае особливих труднощiв, то залучення даних принципово шшо! фiзично! природи потребуе розробки спецiальних моделей.
По-перше, аерокосмiчнi зображення, як правило, одержуються в цифровiй растровiй формi, а геолого-геофiзичнi данi - у формi наборiв просторових вiдлiкiв на нерегулярнш решiтцi, причому майже завжди бшьш низько! просторово! розрiзненостi. Тому першим етапом штеграци мае бути просторова регуляризащя наявних геолого-геофiзичних даних до растру аерокосмiчного зображення. Сучаснi геошформацшш системи мають для цього цший арсенал способiв - вiд простшо! сплайн-iнтерполяцil до геолого-геофiзичного моделювання [5].
По-друге, вiдомi моделi iнтеграцil залишають вщкритим питання про порядок сумюно! обробки кiлькiсних полiв рiзноl фiзичноl природи. Очевидно, що перед обробкою рiзноманiтнi данi мають приводиться до певно! едино! кiлькiсно-
вимiрювальноl форми, наприклад шляхом рiзного роду масштабування, нормування та фiльтрування. Наприклад, в математичнш статистицi прийнято центрувати та нормувати вхщш фiзичнi даш таким чином, щоб 1х диспершя складала одиницю. В загальному випадку слiд перед обробкою обрати певний единий дiапазон припустимих змiн даних /т .. /шах] та визначити вщповщш перетворення Еу, зазвичай лшшш:
Еу: [хтах у .. хт1п у] ^ /т1п .. /тах] , ^ У 1 .. т , ( 1 )
де хтах;-, хт1пу - максимальне та мiнiмальне значення у-го геолого-геофiзичного показника, /т1п, /тах - верхня та нижня границi единого дiапазону, т - загальна кшьюсть використаних геолого-геофiзичних полiв.
Додаткову шформащю про рацiональне масштабування даних можуть надати позитивш та негативнi приклади пошукових об'ектiв. Наприклад, iнколи можливо пщбрати таку систему масштабувальнних перетворень Еу, у = 1 .. т, яка забезпечить максимальну вщмшшсть набору рiзнорiдних даних вiд позитивних i негативних прикладiв в заданш iнформацiйнiй метрицi [6].
По-трете, дуже важливим етапом штеграцп е вибiр адекватно! метрики сумюно! обробки даних. Зараз при сумюнш обробцi дистанцшних та геолого-геофiзичних даних використовують рiзноманiтнi статистичнi - Махалонобiса, Бхатачарiя, Чернова [7], тощо, iнформацiйнi - взаемна ентротя, Фiшеровська iнформацiя [8], тощо та евристичнi - нелiнiйнi шдекси, топологiчнi оцiнки [9], тощо. При нафтогазопошукових дослiдженнях з використанням дистанцшних даних добре себе зарекомендувала шформацшна дивергенцiя Кульбака-Лейблера [10] Б:
т р
Б = Е Ру 1о§2 -L . ( 2 )
у=1 Чу
де ру, Чу - розподiли густин ймовiрностей у-го з оброблюваних полiв даних для поточного вимiрювання та цшьового зразка вiдповiдно.
Пiсля того, як визначено процедури просторово! регуляризаци Яу, у = 1 .. т та масштабувальнi перетворення (1) та обрано шформацшну метрику (2), стае можливим провести сумiсну обробку дистанцшних та геолого-геофiзичних даних для 1х штеграци. Загальний порядок штеграци т просторових полiв даних пояснюеться схемою приведеною на рис.1.
к. ■■
■■
■ V .-
¿ = 1
™ ГI.
О = I рЛов,М - Ъ
Рис.1. Алгоритм штеграци просторових дистанцшних та геолого-геофiзичних даних
Для виконання просторово! регуляризаци Я}- та масштабувальних перетворень потрiбнi параметри вхщних Ах;- та цiльового растру, а також значення вхвдних дiапазонiв кожного набору даних [хтах] .. хттта единого вихщного дiапазону [/тт .. Ушах] даних. Густини iмовiрностi р^ для обчислення шформацшно! дивергенци В оцiнюються за вибiрковими гiстограмами, причому для об'екпв пошуку бажано мати перелiк еталонних дiлянок даних z(x). Якщо таких дшянок в межах району дослщжень немае, оцiнювання густин iмовiрностi qj мае здшснюватися або за виявленими аномалiями наборiв даних, або за певними додатковими мiркуваннями, зовнiшнiми вщносно системи штеграци даних.
3. ПЕРЕВ1РКА МЕТОДИКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
Результатом штеграци дистанцiйних та геолого-геофiзичних просторових полiв даних мае бути певна кшьюсна величина, яка однозначно характеризуе близьюсть довiльного m-вимiрного просторового сегменту даних до еталонного зразка.
Просторовий розподш ще! величини - це тематична карта, яка забезпечуе осмислену iнтерпретацiю та вiзуалiзацiю багатовимiрних полiв даних рiзноl фiзичноl природи. Показником близькосп поточного та еталонного наборiв даних е iмовiрнiсть !х переплутування е. В обранш iнформацiйнiй моделi цю iмовiрнiсть можна оцiнити як [11]
е = 2- т ° . ( 3 )
На рис.2 показано розподш штенсивностей вхщних просторових полiв даних, а на рис.3 - вихщна ¿мов1ршсть (3) за результатами ¡нтсграц^'.
Рис.2. Вхщш поля дистанцiйних та геолого-геофiзичних даних:
а - косм1чне зображення на територiю досл!дження (Landsat/ETM+, 27.09.2005), б -просторовий розподш температури поверхш, К; в - цифровий рельеф територп дослщження; г - структурна карта по вщбивному горизонту В-26 масштабу 1:50 000
Рис.3. Просторовий розподш iмовiрностi помилки за результатами штеграци дистанцшних та геолого-геофiзичних даних. На схему нанесено розвщувальш свердловини: + - продуктивш, ° - непродуктивнi
В результат штеграци одержано графiчний образ просторового розподшу iнтегрального iндикатора за даними дистанцшних та геолого-геофiзичних дослщжень, який можна трактувати як комплексну оцшку нафтогазоперспективностi дослщжувано! площi. За результатами розвщувального бурiння встановлювалося наявнють чи вiдсутнiсть вуглеводнiв в прогнознш точцi. Оскiльки достовiрних кiлькiсних характеристик виявлених покладiв вуглеводнiв немае, оцшювалося рангова кореляцiя мiж розподiлом штегрального iндикатору та розташуванням продуктивних / непродуктивних свердловин. Коефщент рангово! кореляцп Кендала за даними 22 розвщувальних свердловин перевищуе 0,82, що свщчить про достатню ефективнiсть запропоновано! методики.
За нашими оцшками та даними попередшх дослщжень можна очiкувати на високу шдтверджувашсть (на рiвнi 60-80 %) результат штеграци дистанцiйних та геолого-геофiзичних даних при дослiдженнi нафтогазоперспективностi окремих територш.
ВИСНОВКИ
Отриманi результати дозволяють площинно в регiональному масштабi визначити д^нки, статистичнi характеристики яких найбшьше подiбнi до характеристик еталонного об'екта - родовища. Розрiзненiсть геологiчних даних, яю використовувались для аналiзу, зютавима з розрiзненiстю дистанцiйних даних. В результат проведеного аналiзу i штерпретаци отриманих даних видiлено дiлянки, яю е перспективними на наявнiсть нафтогазоносних структур.
Застосування запропоновано! методики штеграци дистанцiйних та геолого-геофiзичних просторових даних полягае в реалiзацi! ще! пiдкрiплення геоiндикацiйних ознак глибинних геолопчних структур на космiчному зображеннi наземними даними (можливо меншо! просторово! розрiзненостi).
Застосування запропоновано! методики дозволить тдвищити оперативнiсть та об'ективнiсть попереднiх оцшок нафтогазоперспективностi площ, що дослiджуються, що е дуже важливим при нафтогазопошукових роботах.
Перелiк лiтератури
1. Кузнецов О.Л., Никитин А.А. Геоинформатика // М. : Недра, 1995. - С. 212
2. Геофизические методы исследования / Под ред. В.К.Хмелевского. - М. : Недра, 1988.
3. Бондаренко В.М., Демура Г.В., Ларионов А.М. Общий курс геофизических методов разведки. - М. : Недра, 1986.
4. Станкевич С.А., Седлерова О.В. 1нтеграцш дистанцшних та геоф1зичних просторових даних при пошуку вуглеводтв на морському шельф1 // Геошформатика, 2007. - № 3. - С.77-81.
5. Пивняк Г.Г., Бусыгин Б.С. , Никулин С.Л. ГИС-технология интегрированного анализа разнородных и разноуровневых геоданных // Доповщ Нацюнально! академи наук Украши, 2007. - № 7. -С. 115-123.
6. Атаков А.И., Гололобов Ю.Н., Мавричев В.Г., Кирсанов А.А., Липияйнен К.Л. Новые технологии обработки дистанционных геолого-геофизических данных при нефтегазопоисковых работах // Материалы 8-ой Всероссийской научно-практической конференции "Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях". - М. : ГИСА, 2007. - CD.
7. Фукунага К. Ведение в статистическую теорию распознавания образов. - Пер. с англ. - М. : Наука, 1979. - С. 368
8. Landgrebe D.A. Signal Theory Methods in Multispectral Remote Sensing.- Hoboken: John Wiley, 2003. -Р. 520
9. Станкевич С. А. Алгоритм статистично! класифжацп об'ектв дистанцшного спостереження за !х спектрально-тополопчними характеристиками // Науковий вюник Национального прничого ушверситету, 2006. - № 7. - С. 38-40.
10. Архшов О.1., Станкевич С.А., Титаренко О.В. Картування границь нафтогазоносних дшянок за даними наземного спектрометрування // Теоретичш та прикладт аспекти геошформатики. - Ки!в: Всеукрашська асощацш геошформатики, 2009. - С. 123-131.
11. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. - Пер. с англ. - М.: Наука, 1973. - С. 899
Станкевич С.А., Титаренко О.В. Методика интеграции дистанционных и геолого-геофизических данных при поиске нефти и газа // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: География. - 2009. - Т. 22 (61). - №1 - С. 105-113.
Предложена методика интеграции многоспектральных изображений и геолого-геофизических пространственных данных на основе статистическо-информационной модели. В результате интеграции получается количественная тематическая карта нефтегазоперспективности исследуемой площади. Обеспечивается достаточно высокая согласованность получаемых оценок с результатами разведочного бурения.
Ключевые слова: интеграция данных, дистанционные данные, геолого-геофизические данные, нефтегазопоисковые работы
Stankevich S.A., Titarenko O.V. Remote sensing and geophysical data fusion technique for oil and gas prospecting // Scientific Notes of Taurida V. Vernadsky National University. - Series: Geografics. - 2009. -Vol. 22 (61). - №1 - P. 105-113.
The technique for multispectral imagery and geophysical spatial data fusion on the basis of statistical-information model is offered. The result of data fusion is the quantitative thematic map of possible oil and gas deposit within the explored area. The sufficient consistency between the obtained estimations and exploratory drilling outputs is provided.
Keywords: data fusion, remote sensing data, geophysical data, oil and gas prospecting
Поступила в редакцию 22.04.2009 г.
