CC BY
93
ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И СОВМЕСТНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ С УЧЁТОМ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Михаил Александрович Корсаков
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)333-28-16, e-mail: KorsakovMA@ipgg. sbras.ru
Евгений Юрьевич Антонов
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3, тел. (383)333-28-16, заведующий лабораторией, e-mail: AntonovEY@ipgg.sbras.ru
Николай Олегович Кожевников
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3, главный научный сотрудник, тел. (383)333-28-16, e-mail: KozhevnikovNO@ipgg. sbras.ru
В статье описана научно-исследовательская версия программно-алгоритмической системы для совместной инверсии данных импульсных индукционных зондирований геологических сред с учётом низкочастотной дисперсии электрической проводимости.
Ключевые слова: инверсия, импульсные зондирования, индукционно-вызванная поляризация.
GEOPHYSICAL MODELLING AND JOINT INTERPRETATION SYSTEM FOR TIME-DOMAIN ELECTROMAGNETIC SOUNDINGS IN CONDUCTIVE POLARIZABLE MEDIUM
Mikhail A. Korsakov
Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Prosp. Acad. Koptyuga, post-graduate, tel. (383) 333-28-16, e-mail: KorsakovMA@ipgg. sbras.ru
Evgeny Yu. Antonov
Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Prosp. Acad. Koptyuga, head of laboratory, tel. (383) 333-28-16, e-mail: AntonovEY@ipgg.sbras.ru
Nikolai O. Kozhevnikov
Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Prosp. Acad. Koptyuga, general researcher, tel. (383) 333-28-16, e-mail: KozhevnikovNO@ipgg.sbras.ru
The paper discusses computer system for joint inversion transient electromagnetic data in conductive and polarizable geological medium.
Key words: inverse problem, transient electromagnetics, inductively induced polarization.
Первые автоматизированные системы для интерпретации данных импульсной индуктивной электроразведки появились в конце 80-х годов прошлого века. Наиболее известными из них были GRENDL [McAllister, Raiche, 1986], TEMIX [Stoyer, 1988], ЭРА [Табаровский и др., 1989; Эпов и др., 1990] и ПОД-
БОР [Могилатов, Злобинский, 1995]. В связи с широким внедрением персональных компьютеров, эти системы получили распространение и в течение многих лет служили и служат рабочими инструментами в геофизических исследованиях. Упомянутые отечественные и зарубежные программные комплексы предназначены для инверсии данных зондирований становлением поля в рамках модели горизонтально-слоистой проводящей среды.
К настоящему времени в России и за рубежом разработаны программные пакеты для интерпретации данных наземных импульсных электромагнитных зондирований. Наиболее известными среди них являются следующие.
EMS (ИНГГ СО РАН, г. Новосибирск). Современная версия программы ЭРА для интерпретации данных площадных импульсных индукционных зондирований. В новой версии существенно развит пользовательский интерфейс и графическая визуализация данных и результатов интерпретации, инверсия данных выполняется в рамках модели слоистой проводящей среды.
ПОДБОР (СНИИГГиМС, ИНГГ СО РАН, г. Новосибирск) Система ПОДБОР использует быстрое решение прямой задачи импульсной индукционной электроразведки во временной области А.Н. Тихонова. Инверсия реализует возможность использования четырёх методов: Левенберга-Марквардта, Ньютона, линейной инверсии (локальный ряд Тейлора), минимизации с использованием линеаризованной прямой задачи.
EM Vision (Encom, Австралия). Комплекс обработки данных электромагнитных зондирований с возможностью учета эффектов индуционно-вызванной поляризации (ВПИ). Интерфейс программы позволяет обрабатывать результаты измерений, представленных в форматах известных марок зарубежной аппаратуры электромагнитных зондирований (Artemis, Geonics, Sirotem, Zonge Engineering, Airborne GEOTEM и др.)
EMIGMA (PetRos EiKon Incorporated, Канада). В программном комплексе реализован набор функций, основными из которых являются обработка данных как аэро-, так и наземных импульсных электромагнитных зондирований (наземные измерения осуществляются установками с совмещёнными и разнесёнными петлями). Инверсия данных измерений осуществляется с помощью алгоритмов Оккама и Марквардта в рамках горизонтально-слоистой модели среды. Кроме этого, программный комплекс содержит пакет для моделирования электромагнитных полей в трёхмерных средах. Большим достоинством комплекса является развитый графический интерфейс, сопоставимый по уровню со специализированными системами визуализации.
TEM-RESEARCHER (Applied ElectroMagnetic Research (AEMR), Голландия). Продукт входит в многоцелевую геофизическую систему TEM-FAST 48HPC. С помощью этой программы можно проводить инверсию данных в рамках горизонтально-слоистых и градиентных моделей. Предусмотрена возможность моделирования с учётом ВПИ и магнитной вязкости. Для визуализации результатов инверсии строятся 2D- и/или ЭБ-изображения геоэлектриче-ских разрезов. Для данных ЗСБ и ВЭЗ реализован алгоритм совместной инверсии.
STEMINV (Zonge International Inc., США). Система интерпретации данных электромагнитных зондирований, ориентированная на аппаратуру фирмы -производителя геофизической аппаратуры Zonge. Программная система состоит из нескольких независимых модулей: TEM1D - для моделирования электромагнитных откликов индукционной петлевой системы; TCINV - для инверсии данных в рамках горизонтально-слоистой модели среды. Для инверсии данных используются итерационные алгоритмы линейной минимизации.
SiTEM/SeMDI (Aarhus Geophysics, Дания). Состоит из двух программных продуктов, предназначенных для обработки (SiTEM) и инверсии (SeMDI) данных импульсной индуктивной электроразведки. SeMDI можно также использовать для инверсии данных метода сопротивлений. Возможна совместная инверсия данных импульсной индуктивной электроразведки и ВЭЗ.
Анализ перечисленных выше наиболее известных программных средств позволяет сделать выводы о тенденциях развития программного обеспечения для методов импульсной индуктивной электроразведки и сформулировать основные требования к разрабатываемому авторами программному пакету. На рис. 1 представлен общий вид основного рабочего окна программы.
С начала 70-х годов прошлого века в публикациях о результатах съёмок индукционным методом переходных процессов (МПП) появляются сообщения о регистрации немонотонных неустановившихся сигналов. Как выяснилось, причиной их появления является индукционно вызванная поляризация (ВПИ) геологической среды. Явление вызванной электрической поляризации (ВП) давно используется при решении геологических задач. Наиболее полно изучена и широко применяется вызванная поляризация, измеряемая при помощи заземлённых электрических линий для возбуждения и приёма поля; для такого типа ВП характерны большие времена релаксации, поэтому зачастую влиянием индукционных процессов можно пренебречь. Что касается быстропротекающей вызванной поляризации (БВП), проявляющейся при индукционном возбуждении и регистрации переходных процессов, то данное явление обычно рассматривается как геологическая помеха. Это обусловлено как слабой изученностью самих процессов БВП, так и тем, что на ранних временах преобладают индукционные эффекты. Вместе с тем показано, что совместная инверсия результатов индукционных зондирований (для установок разной геометрии и/или размера) с учётом частотной дисперсии электропроводности позволяет оценивать параметры БВП даже в условиях сильного проявления индукционных эффектов [Кожевников, Антонов, 2009а, 2009б].
Сказанное выше послужило основанием для дальнейшего развития первой версии научно-исследовательской программно-алгоритмической системы [Антонов и др., 2010] за счёт обеспечения возможности совместной интерпретации данных импульсных индукционных зондирований. Как и в первой версии, для учёта поляризуемости среды используется комплексная частотно -зависимая электропроводность, описываемая формулой Коул-Коул.
Для научно-исследовательской версии системы интерпретации данных импульсной индуктивной электроразведки важна возможность импорта и экспорта данных, соответствующих разным типам измерительной аппаратуры или
систем интерпретации. Это позволяет экономить время при работе с данными, которые были получены в разное время и/или на разной аппаратуре. Экспорт данных в разные форматы способствует их удобной передаче для обработки и интерпретации в других программных пакетах.
В последние годы в результате электроразведочных работ получают массивы данных всё большего объёма, что делает актуальной разработку интерфейса для 2D- и 3D-визуализации поля и его трансформаций в виде кажущегося сопротивления рт(t) или продольной проводимости 8Т (Ит), а также экспорта
данных и результатов инверсии в виде, удобном для использования в специальных графических программах.
По-прежнему актуальной задачей остаётся создание быстрых алгоритмов решения прямой задачи. Разработанная система предусматривает: ускорение за счёт использования разных подходов и решений в зависимости от постановки («обычная» проводящая или поляризующаяся среда); набор прямых задач, обладающих разной скоростью и точностью решения, а также возможность простого переключения между ними; параллельные алгоритмы. Всего в интерпретационной системе могут использоваться четыре алгоритма решения прямой задачи.
При исследовании поляризующихся сред предусмотрена возможность учёта параметров установки, режимов токового импульса (время выключения, продолжительность импульса, влияние предшествующих импульсов), а также выбора критериев, используемых при минимизации целевой функции.
Рис. 1. Основное рабочее окно программы ТЕМ-ІР: а - панель данных, б - графическое окно, в - модель, г - параметры генераторно-приёмных установок Система интерпретации данных нестационарных индукционных зондирований показала высокую эффективность при поисках таликовых зон в районе Пякяхинского нефтегазового месторождения, а также совместной инверсии переходных характеристик, измеренных при нефтепоисковых работах в Восточ-
ной Сибири и Западной Якутии. Во всех перечисленных случаях интерпретация проводилась в рамках модели поляризующейся среды.
Выводы
Разработан программно-алгоритмический комплекс для интерпретации данных индукционных импульсных зондирований, в том числе с учётом индукционно-вызванной поляризации. Возможность совместной инверсии данных, измеренных установками разной геометрии, позволяет более уверенно определять параметры поляризующихся геологических сред.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Антонов Е.Ю., Кожевников Н.О., Корсаков М.А. «TEM-IP» - Система для интерпретации данных индукционных импульсных зондирований поляризующихся сред [Электронный ресурс] // Первая международная научно-практическая конференция по электромагнитным методам исследования «ГЕОБАЙКАЛ-2010», Иркутск, 2010. - 2с.
Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Совместная инверсия данных МПП с учетом индукционно-вызванной поляризации // Геология и геофизика. - 2009а. - т. 50. - №2. - с. 181-190.
Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Импульсная индуктивная электроразведка поляризующихся сред // Геофизический журнал. - 2009б. - т. 31. - № 4. - с. 104-118.
Могилатов В.С., Злобинский А.В. Программа для ЭВМ ПОДБОР // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 950272, РосАПО, заявка № 950200, дата регистрации 02.08.1995 г.
Табаровский Л.А., Эпов М.И., Дашевский Ю.А., Ельцов И.Н Система автоматизированной интерпретации результатов электромагнитных зондирований «ЭРА» // Всесоюзный семинар «Нетрадиционные методы геофизических исследований неоднородностей в земной коре», Звенигород, 14-16 декабря 1989 г. М.: 1989. - с. 43-44.
Эпов М.И., Дашевский Ю.А., Ельцов И.Н. Автоматизированная интерпретация электромагнитных зондирований // (Препринт / ИГиГ СО АН СССР; № 3). - Новосибирск, 1990. -29 с.
McAllister, K. and Raiche, A.P., 1986, Program GRENDL - Manual prepared for AMIRA by the Mathematical Geophysics Group, CSIRO Division of Exploration Geoscience.
© М.А. Корсаков, Е.Ю. Антонов, Н.О. Кожевников, 2013
