Программный комплекс итерационного линейного восстановления строения и нарушенности угольного пласта на основе информативных параметров при сейсмопросвечивании Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-------------------------------- © А.Д Рубан, В.Н. Захаров, А.П. Аверин,

С.А. Вартанов, 2010

УДК 550.832

А.Д. Рубан, В.Н. Захаров, А.П. Аверин, С.А. Вартанов

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ИТЕРАЦИОННОГО ЛИНЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ИНАРУШЕННОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА НА ОСНОВЕ ИНФОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ СЕЙСМОПРОСВЕЧИВАНИИ*

Приведено описание программного комплекса созданного специалистами ИПКОН РАН. Комплекс имеет модульное строение и включает в себя блок моделирования предстоящих сейсмических исследований, блок обработки полевых материалов и блок томографического восстановления волновых полей.

Ключевые слова: программный комплекс, сейсмограммы, трассировка тектонических нарушений.

Семинар № 3

Ж'Жель создания программного комплекса - внедрение в практику современного быстродействующего прикладного программного пакета для решения задач шахтной сейсморазведки

Задачи, решаемые программным комплексом:

- моделирование сейсмических исследований;

- визуализация и обработка полевых материалов;

- восстановление полей сейсмических волн методами реконструктивной томографии;

- ведение баз данных результатов полевых исследований.

Отличительная черта комплекса -объединение всех этапов моделирования, обработки и интерпретации шахтных исследований в едином комплексе, а также комплексный подход к оценке кинематических и динамических параметров волновых полей.

Блок моделирования. Задача блока моделирования заключается в планиро-

вании предстоящих исследований и анализе, зарегистрированных волновых полей. Блок позволяет формировать теоретические сейсмограммы на основе предварительных данных о физикомеханических и сейсмоакустических характеристиках исследуемого массива горных пород.

Решаемые задачи:

- анализ типов зарегистрированных волн;

- оценка ожидаемых результатов.

Алгоритм блока моделирования

основан на решении системы дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных разностей и подробно изложен в [1].

В результате расчетов возможен анализ кинематических и динамических параметров теоретических сейсмограмм по различным типам колебаний, передача набора теоретических сейсмограмм в блок томографического восстановления.

*Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №°07-05-00718-а и №08-05-90437 - Укр-а

Моделирование

І

Рис. 1. Структурная схема программного комплекса

г#і Комплексное моделирование и восстановление

Г^~ІІ В ІІДЗ

Рис. 2. Интерфейс блока моделирования

Блок задания геометрии. Задача блока создание единой базы взаимосвязи геометрии съемки и первичных данных сейсмических измерений.

На основе журнала оператора и имеющейся пространственной привязки измерительных точек (геометрии съем-

ки) формируется поток данных для последующей обработки (корреляции фаз, выделении волновых пакетов и т.д.). Т.е. производится привязка конкретных сейсмических файлов к пространственным координатам пунктов возбуждения и приема.

Рис. 3. Сейсмограмма, полученная в модели без нарушения

Рис. 4. Процесс распространения колебаний в угольном пласте

Рис. 5. Интерфейс блока задания геометрии

Рис. 6. Интерфейс блока визуализации и обработки первичных данных сейсморазведки

По окончании этапа предварительной обработки сейсмограмм (корреляция времен, выделение пакетов) формируются исходные файлы для последующей передачи в блок томографического восстановления.

На этапе ввода координат источников и приемников в правой части окна интерактивно отображается образ геометрии съемки.

Блок обработки первичных данных. Блок визуализации и обработки первичных данных представляет собой стандартный обрабатывающий модуль, входящий в комплект поставки сейсмостанций.

Блок реализует стандартные процессы обработки данных сейсморазведки методом преломленных волн: чтение и визуализацию сейсмограмм, фильтрацию, редактирование трасс и ввод поправок, корреляцию вступлений волн, построение годографов и определение сейсмических скоростей.

Результаты корреляции полезных волн или выделенных волновых пакетов сохраняются в базе данных для последующего формирования исходного файла для передачи в блок томографического восстановления.

В случае возникновения каких либо невязок или сомнений в результатах, всегда возможен возврат на несколько

а Комплексное моделирование и восстановление

Рис. 7. Интерфейс блока томографического восстановления

шагов назад для корректировки данных или повторной обработки части материала.

Блок томографического восстановления. Задача блока томографического восстановления - восстановление и построение восстановленных характеристик изучаемого массива горных пород. Восстанавливаемые характеристики могут быть кинематическими (скорость распространения упругих волн в массиве) или динамическими (амплитуда, энергия, коэффициент затухания, частота).

Алгоритм основан на методе одновременного итерационного восстановления в предположении прямолинейно-

сти траекторий распространения сигналов и квазиизотропности среды.

Реализация метода сводится к следующему:

на каждой итерации выполняется нахождение набора Дтч такого, что

К

D^ = DD т“ , где D^ = е dkD т', , К - коли-

к=1

чество ячеек.

Искомый минимум для функционала

К 2

е (О т',) ® тш

к=1

После этого производится усреднение поправок по г (то есть по лучам):

1 ы

D т = —е D т'

к, н с=1 к,

Рис. 8. План горных работ с нанесением результата томографического восстановления по скоростям продольных волн

и производится переход к следующей

итерации:

т,+1 = тч + D тч

Останов процесса производится по достижении нормой вектора поправок определённого значения или же по окончании определённого количества итераций.

Более подробную информацию о математическом аппарате можно найти в литературе [2, 3].

1. Захаров В.Н. Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче. Диссертация на соискание степени доктора технических наук.

2. Романов М.Е., Колонин А.Г. Криволинейно-лучевая кинематическая и амплитудная

На рис. 8 в качестве примера приводится сопоставление трассировки тектонического нарушения по данным геологической службы шахты и результат томографического восстановления на основе продольных волн.

Жирная линия на рис. 7 соответствует подсеченному по штрекам тектоническому нарушению. Светлые тона соответствуют зонам пониженных скоростей, которые характеризуют нарушенные зоны.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сейсмотомография. Новосибирск: Ин-т математики СО РАН, 1997 г.

3. Ефимова Е.А., Пикус И.Ю. Якубов В.А. Использование методов цифровой томографии для изучения скальных массивов - Труды Гидропроекта, № 144, 1986 г.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------

Рубан А.Д. - доктор технических наук, член-корр. РАН,

Захаров В.Н. - доктор технических наук,

Аверин А.П. - кандидат технических наук,

Вартанов С.А. - УРАН Институт проблем комплексного освоения недр РАН, e-mail: averin.andrey@gmail.com