Построение трехмерных геоэлектрических моделей для метода зондирования становлением поля в ближней зоне на основе результатов одномерной инверсии

Чубаров Максим Витальевич; Власов Александр Александрович; Шалагинов Александр Евгеньевич

УДК 550.37

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ДЛЯ МЕТОДА ЗОНДИРОВАНИЯ СТАНОВЛЕНИЕМ ПОЛЯ

В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ОДНОМЕРНОЙ ИНВЕРСИИ

Максим Витальевич Чубаров

Новосибирский государственный университет, 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова 2, студент, тел. (913)944-94-55, 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, e-mail: [email protected]

Александр Евгеньевич Шалагинов

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, научный сотрудник, тел. (913)788-91-31, e-mail: ShalaginovAE@ipgg. sbras.ru

В статье затронута проблема создания трехмерных геоэлектрических моделей с целью расчета синтетических сигналов, а также предложен алгоритм автоматизации построения этих моделей для метода зондирования становлением поля в ближней зоне на основе результатов одномерной инверсии для программного средства Modem3D.

Ключевые слова: GMSH, Modem3D, построение трехмерных моделей, трехмерные модели, геоэлектрические модели, зондирование становлением поля в ближней зоне.

CONSTRUCTING THREE-DIMENSIONAL GEOELECTRIC MODEL FOR METHODS SENSING FORMATION NEAR FIELD BASED ON THE RESULTS OF ONE-DIMENSIONAL INVERSION

Maxim V. Chubarov

Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., Student, tel. (913)944-94-55, e-mail: [email protected]

Alexander A. Vlasov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Researcher, e-mail: [email protected]

Alexander E. Shalaginov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Researcher, tel. (913)788-91-31, e-mail: [email protected]

The article touches upon the problem of creating three-dimensional geoelectric models to calculate the synthetic signals, as well as the automation of the algorithm proposed construction of these models for the method of sensing the emergence of near field on the basis of a one-dimensional inversion results Modem3D software tools.

Key words: GMSH, Modem3D, building three-dimensional models, three-dimensional models, geoelectric model, transient electromagnetic sounding.

Сегодня объекты исследования наземной геоэлектрики усложняются, и для решения прикладных задач часто недостаточно применения только одномерного моделирования. Возрастает число необъяснимых и неверно истолкованных сигналов, поэтому возникает необходимость в трехмерном моделировании. Тем не менее уже существуют мощные средства имитации сигналов в трехмерных средах, но остается достаточно сложная задача построения достоверной трехмерной модели. Построение трехмерной модели - сложный итеративный процесс, для начала которого требуется хорошее стартовое приближение. В качестве начальной модели может выступать трехмерная модель по одномерным инверсиям. Процесс построения занимает у интерпретатора достаточно много сил и времени. В статье предложен алгоритм автоматизации построения трехмерной геоэлектрической модели.

Алгоритм построения трехмерной модели описан на основе результатов, полученных методом ЗСБ, с полигона в Чуйской степи, на юго-востоке села Мухор-Тархата (рис. 1).

88°33'0'Е

г . 1 Пк.31 I □ р]пк. 1 Пк. 10

1к. 32 □

т-г

Условные обозначения:

генераторные контуры ЗС приемные петли ЗС

Рис. 1. Полигон Мухор-Тархата

Предложенный алгоритм (рис. 2) позволяет решить три основных задачи -построение трехмерной модели, составление для построенной модели расчетной сети и оценка полученных результатов. Экспериментальные данные согласуются с синтетическим сигналом одномерных моделей, поэтому далее результаты трехмерного моделирования (трехмерная модель) сравниваются с синтетическим сигналом одномерного моделирования, что позволяет сравнивать данные на более широком временном диапазоне и для трехмерного моделирования оценивать

времена, на которых начинают влиять граничные условия. Также важна оценка качества полученной расчетной сети. В случае малого количества узлов в финальных расчетах получится большая погрешность. В случае большого количества узлов увеличивается точность, а также время расчетов.

Рис. 2. Алгоритм построения трехмерных геоэлектрических моделей

Важной особенностью алгоритма является то, что он позволяет на определенных шагах использовать обратную связь - возвращаться на ранние шаги с целью корректировки данных, используемых в работе алгоритма.

Для получения результатов моделирования необходимо выполнить следующие действия.

• Автоматически создать файл формата GEO (файл, содержащий параметры моделей, координаты точек пикетов, границ моделей, а также связи между

ними) с трехмерной геометрией. Для каждого пикета сгенерировать трехмерную модель, соответствующую одномерной модели, для оценки качества расчетной сети. При помощи алгоритма Вороного, на вход которому подаются результаты одномерной инверсии [1], разделить исследуемую область на связные участки. Центром каждого участка должны быть координаты центров исследуемых петель. На каждой итерации возможно возвращение к ранним шагам с целью корректировки данных.

• На основе полученной модели сгенерировать трехмерную расчетную сеть при помощи ПО GMSH [2]. В качестве алгоритма генерации сети используется алгоритм триангуляции Делоне. В случае если в построенной сети оказалось слишком много элементов либо качество элементов такое, что дальнейшие расчеты приводят к зацикливанию, интерпретатор может вернуться к исходному файлу формата GEO и поправить его вручную. Варианты правки - расширение границ либо уплотнение расчетной сети в узлах.

• Расчетную сеть загрузить в ПО Modem3D [3] для установления сопротивления каждому объему трехмерной геометрии. Кроме сопротивления необходимо задать магнитную проницаемость среды. В случае несвязности компонентов интерпретатор может корректировать исходный файл либо провести эксперимент с новыми данными.

• Для полученной трехмерной модели среды выполнить расчеты синтетических сигналов ЗСБ при помощи Modem3D. Кроме того, расчеты также выполнить для трехмерных моделей [4], соответствующих одномерным моделям, с целью оценки качества моделирования. При достаточно спорных результатах интерпретатор может перейти к первому пункту и скорректировать входные данные на свое усмотрение с целью получить более точные расчеты.

Итогом выполнения алгоритма является трехмерная геоэлектрическая модель (рис. 3) и рассчитанные синтетические сигналы.

Рис. 3. Трехмерная геоэлектрическая модель

В результате работы алгоритма (рис. 4) на тестовых данных были получены результаты, соответствующие погрешности в 5 % на ранних временах, и расхождение результатов на поздних, что обусловлено эффектами трехмерности. Исходя из полученных результатов, интерпретатор может делать выводы по качеству эксперимента.

Для дальнейшей автоматизации процесса построения трехмерной модели необходимо совместно с разработчиками Modem3D реализовать возможность задания сопротивления объемов в автоматическом консольном режиме. В настоящее время эта задача решается только вручную с помощью пользовательского интерфейса.

Рис. 4. Результаты моделирования

Кроме того, для построения более реалистичных моделей предполагается реализовать возможность в автоматическом режиме добавлять искусственные промежуточные модели с плавным изменением параметров между точками измерения.

Также для быстрого схождения к решению в Modem3D обязательно должен применяться встроенный в GMSH алгоритм оптимизации расчетной сети NETGEN [5], который позволяет исключить из расчетной сети вырожденные тетраэдры. Однако сегодня реализация этого алгоритма работает нестабильно и необходимо совместно с разработчиками (или своими силами), используя открытые исходные коды, исправить имеющиеся в ней ошибки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сафиуллина А. А., Власов А. А. Автоматическое построение трёхмерных геоэлектрических моделей по результатам одномерной интерпретации с помощью диаграмм Вороного // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. - С. 18-22.

2. GMSH. A three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and postprocessing facilities. - URL: http://gmsh.info/ (дата обращения: 21.09.16).

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

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

5. Netgen Mesh Generator. - URL: https://sourceforge.net/p/netgen-mesher/git/ci/master/tree/ (дата обращения: 27.09.16).