CC BY
31
УДК Р.М. Гайсин, П.В. Потапов, А.Ю. Цариков
550.837.31
ОБРАБОТКА ДАННЫХ ПОДЗЕМНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
Рассмотрены основные положения программы обработки данных подземной электроразведки, приведен алгоритм расчета и результаты обработки модельных данных.
Ключевые слова: электроразведка, моделирование, томография, модель среды, экваториально-дипольное электрическое просвечивание, нормирующая функция.
Как известно, зоны тектонической нарушенности характеризуются высокой газодинамической активностью. Выделение и оконтуривание таких зон возможно геофизическими методами, в частности подземной электроразведкой. Программа обработки данных подземной электроразведки (метод ЭДЭП) должна выделять аномальные по электрическим свойствам зоны.
При разработке программы обработки данных подземной электроразведки были использованы основные принципы реконструктивной томографии:
1. Исследуемый массив в плане разбивается на ячейки, размер ячейки брался размером 10x10 м.
2. Между источником (генератор электрического сигнала) и приемником (измерителем разности потенциалов) проводится линия (линия наблюдения).
3. Всем ячейкам, пересекаемым линией наблюдения, присваивается вес в зависимости от длины линии в пересекаемой ею ячейке.
4. Измеренное в точке наблюдения значение разности потенциалов присваивается ячейке с учетом ее веса.
5. Для нового положения приемника и новой линии наблюдения проводится операция пп. 3—4, при этом новое значение напряжения суммируется с уже записанным значением при предыдущей операции.
6. После того, как будут перебраны все линии наблюдения, значение в ячейках для выравнивания делится на количество проходов (суммирований).
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 2. С. 46-51. © 2017. Р.М. Гайсин, П.В. Потапов, А.Ю. Цариков.
7. По полученным данным строится карта отклонений (образ).
Рассмотрим подробнее, как проводятся вышеперечисленные операции и особенности, которые были использованы при разработке программы обработки данных подземной электроразведки (метод экваториально-дипольного электрического просвечивания — ЭДЭП).
Программа разрабатывалась в среде МАТЛАБ, это связано с тем, что программный комплекс МАТЛАБ имеет оптимизированные алгоритмы для обработки данных, представленных в виде массивов, и все необходимые математические функции. Разработанная программа имеет графический интерфейс и может использоваться без среды МАТЛАБ, при условии подключенной библиотеки функций МАТЛАБ ^упИте), но в этом случае будет отсутствовать возможность оперативных изменений и внесения поправок в программу обработки.
Методика проведения измерений предполагает проведение исследований по параллельным подземным выработкам. Поэтому область построения восстановленного образа ограничена начальным и конечным пикетами измерений и выработками плюс еще 30 м с каждой стороны. Область измерений разбивается на ячейки размером 10x10 м, размер ячеек выбран в соответствии с шагом проведения исследований. Как известно, при малом количестве линий наблюдения на восстановленном образе возникают артефакты обработки в виде вытягивания образа вдоль линии наблюдения, так называемая «звезда». К сожаления, условия проведения измерений не позволяют обеспечить всесторонний доступ к объекту исследования. Этот факт необходимо учитывать при интерпретации полученных результатов.
Линия наблюдения проходит по ячейке произвольным образом, поэтому необходимо это учитывать. Длина линии наблюдения в ячейке будет определять ее вес. В программе расчета за вес ячейки принимается отношении длины линии наблюдения в ячейке к длине диагонали ячейки (максимальная длина линии). Программа расчета определяет след линии и вес ячейки.
Если в рентгеновской томографии результат в точке наблюдения определяется только поглощающей способностью среды вдоль линии наблюдения, и, поэтому теоретически можно достоверно восстановить образ (область с отличным от окружающей среды поглощающей способностью, связанной с плотностью материала), то в электроразведке значение потенциала в
любой точке определяется как свойствами среды в точке, так и свойствами области окружающей точку.
В наземной электроразведке геоэлектрический разрез называется томографическим по аналогии с реконструктивной томографией, так как сопротивление каждой ячейки массива определяется многократно при различных геометрических параметрах установки. В этом случае измерения представляют собой комбинацию метода электропрофилирования с различной глубинностью исследования и метода вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). В качестве опорной модели принята горизонтально-слоистая модель. В случае подземной электроразведки (в частности ЭДЭП) возможности метода существенно ограничены, в первую очередь ограниченными возможностями пространственного перемещения электродов.
При наземной электроразведке изменение геометрических параметров установки учитывается при помощи нормирующей функции, носящей название коэффициента установки. При этом на однородном полупространстве значение кажущегося сопротивления (при работе методом сопротивлений) совпадает с истинным удельным сопротивлением массива, на неоднородном полупространстве кажущееся сопротивление некая величина, изменение которой связываются с изменениями проводящих свойств массива. При ЭДЭП измеряемым параметрам является напряжение на приемном диполе, пересчет полученных значений в кажущиеся сопротивления невозможен в принципе (для угольных пластов), так как мы имеем как минимум 2 среды с различными сопротивлениями и получить 2 неизвестных из одного уравнения Ома невозможно (можно получить отношение). В связи с вышеизложенным, при обработке данных ЭДЭП методами томографии в ячейки предпочтительно заносить значения измеренного приведенного напряжения (измеренное напряжение/ток генератора = иизм/1ген) на линии наблюдения. При измерениях напряжение на приемном электроде (Ц^) зависит также от расстояния, то есть необходимо ввести нормирующую функцию, аналог коэффициента установки при наземной электроразведке.
Рассмотрим зависимость от расстояния (модельная
кривая на ненарушенном массив, см. рис. 1). Полученную зависимость можно аппроксимировать полиномом 2 или 3 степени и использовать обратную зависимость в качестве нормирующей функции. Данная функция за пределами аппроксимации может осциллировать, что может привести к неожиданным
результатам при использовании ее на расстояниях больших интервала аппроксимации. Более удобно использовать в качестве аппроксимирующей функции экспоненциальную вида К = а*exp(-b*R) (см. рис. 1)
данная нормирующая функция получена на модели, в реальном случае в качестве нормирующей функции предлагается брать результаты полученные на ненарушенном массиве. Так как неизвестно, какой участок является ненарушенным, то предлагается путем просмотра первичных данных, выбрать несколько профилей, измерения на которых имеют гладкий вид и получить средний опорный профиль, для которого и будет вычисляться нормирующая функция. В случае выбора всех измеренных значений, в качестве опорного будет среднее значение по области измерений и карта аномалий будет представлять отличие той или иной зоны от среднего по области измерений.
После получения нормирующей функции на опорных профилях необходимо нормализовать все результаты с учетом расстояния. Поэтому предлагается нормировать функции путем вычитания из измеренных значений нормирующей функции U = U - К .
норм изм норм
Рис. 1. Зависимость измеренного напряжения от расстояния до источника и ее аппроксимация экспоненциальной функцией (К = 114*exp(-0,104*R))
I I I I I I I I I
О 50 100 150 200 250 300 350 400
Рис. 2. Результат обработки модельных данных, пунктиром выделен ано-малообразующий объект
После нормирования измеренного значения программа присваивает ячейкам, лежащим на следе, значения, равные ияч = = инорм*ВЕС. ВЕС — это значение веса для каждой ячейки на линии наблюдения.
Особенностью данной программы расчета является следующее. После присвоения значений ячейкам следа необходимо учесть влияние соседних областей на измеренное значение на данной линии наблюдения. В принципе оно нам неизвестно и не может быть вычислено или определено каким-либо реально осуществимым способом. Но мы можем вполне определено утверждать, что влияние соседних областей уменьшается с увеличением расстояния. Наиболее естественной функцией влияния представляется экспоненциальная функция. Поэтому, после присвоения ячейкам следа значений ияч, во все ячейки не лежащие на следе заносится значение равное ивлияние = = U^*exp(-alfa*R), R — расстояние до ячейки. В программе предустановленное значение коэффициента влияния alfa принято равным 0,15, его можно менять в любых пределах, предварительно изменив максимальные и минимальные предустановленные значения. Выбор оптимального значения alfa возможен только после опытных работ на реальных объектах с изученной насколько возможно геологией. Разные линии наблюдения имеют различное количество ячеек на следе, соответственно разное количество записей в соседние ячейки. Для выравнивания, после суммирования влияния — значение в ячейке делится на количество суммирований (количество ячеек следа).
После обработки одной линии наблюдения происходит переход к другой, к ранее записанным значения в ячейки до-
бавляются вновь посчитанные, с учетом количества ячеек. По окончании счета строится карта средствами программы МАТ-ЛАБ и запись файла данных для построения карты в программе SURFER (данная программа является эталонной для построения карт).
Проверка работоспособности программы обработки данных подземной электроразведки проводилось на расчетных данных, полученных по результатам моделирования. В программе моделирования задавалось положение аномалообразующего объекта, его параметры и полученные данные обрабатывались программой обработки. Результат обработки приведен на рис. 2. Аномальные зоны по краям области счета связаны с малым количеством точек измерения на краях. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о работоспособности программы.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Гайсин Роберт Мударасович1 — кандидат технических наук, доцент,
Потапов Прокопий Васильевич — кандидат технических наук, зав. лабораторией, АО НЦ ВостНИИ, Цариков Александр Юрьевич1 — аспирант, 1 МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: ftkp@mail.ru.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 2, pp. 46-51. R.M. Gaysin, P.V. Potapov, A.Yu. Tsarikov DATA PROCESSING OF UNDERGROUND ELECTRICAL EXPLORATION
This article describes the main theses of the data processing program of underground electrical exploration, an algorithm for the calculation and the results of model data.
Key words: electrical exploration, modeling, imaging, MODEL OF ENVIRON-MENT, Equatorial electric dipole-raying, normalize function.
AUTHORS
Gaysin R.M.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Potapov P.V., Candidate of Technical Sciences, Head of Laboratory, Research center VfostNII on safety of works in mining industry, 650002, Kemerovo, Russia, Tsarikov A.Yu.1, Graduate Student,
1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: ftkp@mail.ru.
UDC 550.837.31
