CC BY
32
УДК 550.834(571.5)
ОПЫТ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ СТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСЛОВИЯХ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА ЮГА СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
И.К.Семинский1, И.В.Буддо2, Л.В.Суров3, Ю.А.Агафонов4
1Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2,3,4ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», 664011, г. Иркутск, ул. Рабочая, 2А.
Рассмотрены методика и результаты применения подхода математического трехмерного моделирования сигналов при проведении исследований методом зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ). Освещены некоторые сложности и ограничения, связанные с 3D-интерпретацией материалов электромагнитных зондирований.
Ил. 7. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: электроразведка; ЗСБ; становление; трехмерное моделирование; 3D-неоднородность.
EXPERIENCE IN 3D-MODELING OF ELECTROMAGNETIC FIELD FORMATION SIGNALS IN THE SEDIMENTARY COVER OF THE SOUTH OF THE SIBERIAN PLATFORM I.K. Seminsky, I.V. Buddo, L.V. Surov, Yu.A. Agafonov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074. Irkutsk Electrical Prospecting Company, 2A Rabochaya St., Irkutsk, 664011.
The article considers the procedure and application results of the approach of mathematical three-dimensional signal modeling under the exploration by the method of near field transient electromagnetic sounding. Some complexities and limitations associated with 3D-interpretation of electromagnetic sounding materials are covered. 7 figures. 3 sources.
Key words: electrical prospecting; near field transient electromagnetic sounding; formation; three-dimensional modeling; 3D-heterogeneity.
Одним из наиболее распространенных методов электроразведки при изучении осадочного чехла юга Сибирской платформы является метод зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ).
Инверсия полевых данных ЗСБ осложнена некорректностью решения обратной задачи электроразведки. Известно, что для кривых электромагнитных зондирований характерна эквивалентность по проводимости Суть этого понятия состоит в том, что одной полевой кривой зондирования в общем случае можно поставить в соответствие семейство теоретических кривых с разными моделями и набором параметров в рамках каждой аппроксимации [1]. Чем больше погрешность регистрации кривой зСб, тем шире область эквивалентности решений и соответственно больше количество равновероятных геоэлектрических моделей.
Наиболее распространенный подход к интерпретации кривых электромагнитных зондирований (ЭМЗ) - одномерная Ю-инверсия. В большинстве случаев она позволяет с достаточной точностью и надежно-
стью определить геоэлектрические параметры среды. Однако зачастую изучаемую среду невозможно аппроксимировать горизонтально-слоистой в силу влияния неоднородностей геологического происхождения (разломные зоны, трапповые интрузии, дайки и т.д.). Выделить и оценить это влияние позволяет трехмерное математическое моделирование сигналов становления электромагнитного поля.
Необходимо отметить, что с применением 3D-инверсии кривых ЭМЗ область эквивалентности решений многократно возрастает по отношению к случаю горизонтально-слоистого разреза. Данный аспект предъявляет высокие требования к качеству полевого материала, плотности сети наблюдений, а также быстродействию аппаратурно-программных средств, применяющихся при инверсии кривых ЗСБ [2].
Интерпретация данных электроразведки обычно базируется на модели горизонтально-слоистой среды и начинается с определения обобщенных параметров разреза непосредственно по кривым кажущегося сопротивления (Rtau) и проводимости ^Ж). Осадочный
1Семинский Игорь Константинович, студент, тел.: (3952) 780183, 89500714269, e-mail: [email protected]
Seminsky Igor, Student, tel.: (3952) 780183, 89500714269, e-mail: [email protected]
2Буддо Игорь Владимирович, геофизик, тел.: (3952) 780183, 89149291429, e-mail: [email protected]
Buddo Igor, Geophysicist, tel.: (3952) 780183, 89149291429, e-mail: [email protected]
3Суров Леонид Викторович, главный геофизик, тел.: (3952) 780183, e-mail: [email protected]
Surov Leonid, Chief Geophysicist, tel.: (3952) 780183, e-mail: [email protected]
4Агафонов Юрий Александрович, кандидат технических наук, генеральный директор, тел.: (3952) 780183, e-mail: [email protected] Agafonov Yuri, Candidate of technical sciences, Director General, tel.: (3952) 780183, e-mail: [email protected]
чехол Сибирской платформы, являющийся объектом рассматриваемых в статье геофизических исследований, по результатам ID-инверсии, как правило, расчленяют на 6-8 слоев. Однако применение подобного подхода оправдано лишь в том случае, когда параметры разреза меняются только по вертикали.
Исходя из накопленного опыта, такие геологические объекты, как разломные зоны, выклинивающиеся горизонты и трапповые тела, особенно часто встречающиеся в пределах осадочного чехла юга Сибирской платформы, создают аномальные электромагнитные поля и значительно осложняют регистрируемый сигнал. Кроме того, интерпретацию данных ЗСБ затрудняют эффекты парамагнетизма и вызванной поляризации. В связи с вышеперечисленными осложняющими факторами можно сделать вывод, что сигнал, регистрируемый от среды, имеющей в себе какую-либо неоднородность геологического происхождения, в полной мере не является откликом от горизонтально-слоистой среды. Таким образом, применение ID-инверсии для среды данного типа зачастую не является корректным, что послужило причиной перехода к 3D-моделированию сигналов становления электромагнитного поля в случаях присутствия в среде трехмерных неоднородностей.
В России программные пакеты для трехмерного моделирования появились в начале 90-х годов прошлого века (программы Stratamodel, IRAP RMS и 3D Property). Любая подобная программа представляет один из математических методов расчета, заключенный в интерфейс, удобный для быстрого и корректного программирования расчетной задачи. При подготовке материалов для данной статьи использовался программный комплекс «GeoEM», разработанный коллективом авторов из Новосибирска [3]. Применяемые в этом комплексе методы конечноэлементного моделирования базируются на использовании специальных математических постановок с выделением поля и автоматическом построении нерегулярных сеток. Это позволяет кардинально сократить вычислительные затраты и обеспечить достаточно высокую точность получаемых решений для геоэлектрических моделей различной степени сложности. Реализованные в комплексе алгоритмы автоматического построения конечноэлементных сеток позволяют существенно упростить его использование для специалистов-геофизиков, не обладающих профессиональными навыками в области вычислительной математики. При этом основное достоинство 3D-моделирования состоит в том, что, зная примерные параметры объекта исследований (размеры, сопротивление) и фоновую геоэлектрическую модель, можно, сравнивая полевые и синтетические сигналы, уточнить геоэлектрические и геометрические характеристики неоднородности, а также оценить специфику влияния неоднородности на зарегистрированный сигнал.
Задачей исследования, представленного в данной статье, являлась параметризация геологической неоднородности, залегающей в среде, которая в первом приближении соответствует осадочному чехлу Сибирского кратона. Параметризация проводилась посредством теоретического трехмерного моделирования электромагнитных откликов. В результате исследования планировалось получить минимальную невязку
при сравнении промоделированных сигналов с их полевыми аналогами, что является доказательством корректного подбора параметров геоэлектрической модели.
В качестве полигона для исследований был выбран участок «Модельный», располагающийся на юге Сибирской платформы. Исходя из априорной информации известно, что в его пределах возможно присутствие трапповых интрузий. На участке специалистами Иркутского электроразведочного предприятия производились нефтегазопоисковые полевые работы методом ЗСБ. Использовалась установка с тремя разносами: соосный (0 м) и два по 1000 м (рис. 1). Степень соответствия изучаемой среды горизонтально-слоистому разрезу оценивалась с использованием многоразносных установок.
ГЕНЕрВТСрНВЯ ПЕТЛЯ
Рис. 1. Установка ЗСБ с тремя разносами: 0 и 1000 м
По окончании полевых исследований был получен первичный материал, анализируя который и опираясь на опыт предыдущих исследований, можно сделать вывод, что геологический разрез в районе генераторных петель № 94, 95, 97, 98 (рис. 2) отличается от горизонтально-слоистого.
В случае, когда исследуемая среда соответствует горизонтально-слоистой, кривые на одинаковых разносах на поздних временах становления должны быть близки (поле вихревых токов стремится к однородному распространению во всех направлениях). Типичные сигналы становления поля, зарегистрированные от горизонтально-слоистой среды, показаны на рис. 3 А.
Как видно на рис. 3 Б, лишь на ранних временах расхождение ЭДС кривых на разносе 1000 м превышает 10%, что связано с изменчивостью геоэлектрических свойств верхней части разреза (ВЧР). На поздних временах расхождение не превышает первых процентов, что говорит о близости исследуемой среды к горизонтально-слоистой.
Типичные кривые ЗСБ для случая неоднородной среды представлены на рис. 4 А. На одинаковом разносе 1000 м расхождение ЭДС кривых составляет несколько десятков процентов (рис. 4 Б), что свидетельствует о некорректности применения подхода одномерной инверсии кривых ЗСБ в этом случае.
На рис. 5 А представлены сигналы ЗСБ, зарегистрированные от источника № 94, находящегося в непосредственной близости от неоднородности. Для петель данного источника невозможно подобрать теоретическую Ю-кривую с погрешностью менее 16.26% (рис. 5 Б) из-за несоответствия геоэлектрического разреза одномерному.
Рис. 2. Схема сети наблюдений ЗСБ на участке «Модельный». Цифрами обозначены номера генераторных
и приемных петель
Рис. 3. Типичные кривые ЗСБ и график расхождения: А - кривые кажущегося сопротивления в условиях горизонтально-слоистого разреза; Б - график расхождения кривых ЭДС (разнос 1000 м)
Рис. 4. Типичные кривые ЗСБ и график расхожедния: А - кривые кажущегося сопротивления в условиях неоднородного разреза; Б - график расхождения кривых ЭДС (разнос 1000 м)
Рис.5. Полевые кривые ЗСБ: А - кривые кажущегося сопротивления от источника №94; Б - результат Ю-инверсии кривой, зарегистрированной на пикете №281 с разносом 1000 м
Применяемая в данной ситуации одномерная инверсия не приносит корректного результата, так как на Ю-сигнал накладывается аномальное поле, создаваемое трехмерной неоднородностью. Подобная ситуация и с сигналами от источников № 95,97,98. В связи с этим, для источников № 94, 95, 97, 98 было принято решение провести трехмерное моделирование сигналов становления.
В качестве фоновой модели была выбрана осред-ненная геоэлектрическая модель, полученная по результатам Ю-инверсии кривых ЗСБ точек зондирования, находящихся в непосредственной близости от рассматриваемых источников (рис. 6). При составлении исходной модели учитывались геологические осо-
бенности строения разреза на участке работ, полученные в результате сейсморазведочных исследований и бурения. Неоднородности, ассоциирующейся с трапповой интрузией, были присвоены размеры: длина - 2800 м, ширина - 2600 м, высота - 150 м, глубина залегания - 700 м. Расчет производился в диапазоне времён становления от 1 до 500 мс. Сопротивление объекта было задано равным 10 Ом-м.
В результате трёхмерного моделирования для каждой точки зондирования рассчитаны три типа кривых: от фоновой модели (1й), Эй-неоднородности (аномальное поле неоднородных объектов) и суммарный сигнал (3й), которые представляются вместе с полевым сигналом (рис. 7 А).
Рис. 6. Фоновая геоэлектрическая модель, осложненная трехмерной неоднородностью (А),
и параметры последней (Б)
ЗТаи> ЗТаи, 5Ш1
Рис. 7. Пример подбора параметров неоднородного объекта для источников № 94 (А) и № 95 (Б)
На рис. 7 А невязка между полевой кривой и синтетической составляет 4%, на 7 Б - 5%, поэтому можно сделать вывод, что подбор модели исследования произведен корректно и объект правильно параметризован.
Таким образом, применение 3D-моделирования позволяет на качественном уровне определять сте-
пень и тип осложнения полевого сигнала. Учитывая эту информацию в ходе интерпретации, можно повысить точность определения геоэлектрических параметров разреза, что существенно повышает результативность зондирований становлением поля в ближней зоне.
Библиографический список
1. Могилатов В.С., Захаркин А.К., Злобинский А.В. Математическое обеспечение электроразведки ЗСБ. Система «Подбор» / Новосибирск: ГЕО, 2007.
2. Персова М.Г. Зондирование становлением поля трехмерных сред и проблемы интерпретации // Сибирский журнал индустриальной математики. Апрель-июнь. 2009. Т. XII, № 2(38).
3. Persova M.G., Soloveychik Y.G., Shilak D.V. et al. Software for solution of 3D problems of electrical survey by transient electromagnetic field using finite elements method // Korus-2005: The 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology. Novosibirsk, 2005.
УДК 663.1:628.32
НАКОПЛЕННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УЩЕРБ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА С.С.Тимофеева1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены опасности, с которыми человечество сталкивалось в процессе цивилизационного развития и показано, что современный этап характеризуется все возрастающим экологическим ущербом. Дана характеристика понятия накопленный (прошлый) экологический ущерб и загрязнения в соответствии с ГОСТ Р 54003-2010, а также характеристика накопленного в прошлом экологического ущерба (ПЭУ). Проведено ранжирование отраслей промышленности, приоритетных для Байкальского региона, по ПЭУ. Показано, что наибольшую опасность для региона представляют отвалы угольных шахт и разрезов г. Черемхово, останки Ангарского мышьякового завода г. Свирска, цех ртутного электролиза г. Усолье-Сибирское, шламонакопители Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, полигоны и свалки промышленных и бытовых отходов. Табл. 1. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: опасности; накопленный в прошлом экологический ущерб; ранжирование; экспертная оценка; ликвидация.
BAIKAL REGION ACCUMULATED ENVIRONMENTAL DAMAGE S.S.Timofeeva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article deals with the hazards the mankind faced during the civilizational development and shows that the present stage is characterized by the growing environmental damage. The characteristic of the concept of the accumulated (past) environmental damage and the pollution is given in accordance with GOST P 54003-2010, the characterization of the environmental damage accumulated in the past is given as well. The ranking of branches of industries that are priority for the Baikal region by the past environmental damage is carried out. It is shown that the dumps of Cheremkhovo coal mines and quarries, the remains of Angara arsenic plant in Svirsk, the mercury electrolysis workshop in Usolie-Siberian, the tailings pond of Baikal Pulp and Paper Mill, the landfills and dumps of industrial and municipal waste are the most hazardous for the region. 1 table.12 sources.
Key words: hazards; environmental damage accumulated in the past; rankings; expert assessment; liquidation.
Человечество в ходе исторического процесса эволюции постоянно сталкивалось с различными природными опасностями (землетрясениями, наводнениями, ураганами, грозами, лесными пожарами, агрессивными представителями животного мира и др.). Затем в практику стали все чаще входить агрессивные столк-
новения человеческих сообществ (племен, родов, общин и других социальных структур и систем), обусловленные необходимостью обеспечения и решения тех или иных общественных интересов и задач. Возникла военная опасность. По мере интеллектуального развития человечества (овладения огнем, ремеслами,
1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106.
Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952) 405106.
