гравиметрический способ квазиособых точек
Классы МПК: | G01V7/00 Измерение гравитационных полей земли; гравиметрическая разведка или обнаружение G01V9/00 Разведка или обнаружение способами, не отнесенными к группам 1/00 |
Автор(ы): | Елисеева И.С. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт геофизических методов разведки |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-03-23 публикация патента:
27.10.1997 |
Использование: для повышения геологической эффективности гравиразведки. Сущность изобретения: проводят измерения силы тяжести, трансформацию полей полного нормированного градиента и получение координат (x, z) источников аномалий в разрезе, при этом устанавливают параметры сети наблюдения, определяют оптимальные параметры трансформаций полей функции полного нормирования градиента, осуществляют трансформацию полей выбранного вида с параметрами, близкими к оптимальным, идентифицируют оси синфазности аномальных зон, устанавливают характер источников аномалий и определяют их координаты. Результатом применения этого способа является составление схемы размещения плотностных неоднородностей разреза (субгоризонтальные границы раздела, субвертикальные контакты) без использования априорной геолого-геофизической информации. 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
Гравиметрический способ квазиособых точек (КВОТ), включающий измерения силы тяжести вдоль профиля, вычисление и анализ амплитудного спектра, трансформацию потенциальных полей и получение координат (x, z) источников аномалии в разрезе, отличающийся тем, что устанавливают параметры сети наблюдений протяженность профиля L, расстояния между пунктами dx, число пунктов М, исходя из следующих условий и зависимостей: L 15 Zпред., где Z глубина трансформации, определяемая геологическим заданием, dx![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094065/8805.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094065/8805.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к геофизике, в частности к способу гравиразведки, использующему оператор полного нормированного градиента ПНГ. Известен способ гравиразведки, включающий измерения силы тяжести и интерпретацию гравитационных аномальных кривых на основе применения оператора ПНГ силы тяжести GH /1/:![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-2t.gif)
где
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-3t.gif)
1) отсутствие зависимости между требуемой точностью mg и параметрами сети наблюдений (протяженностью профиля L, числом пунктов M, расстояниями между ними dx), используемыми в процессе регистрации силы тяжести, с одной стороны, и параметрами последующей обработки при интерпретации с другой;
2) отсутствие обоснованных критериев априорного выбора оптимальных параметров трансформации и критериев перехода от квазиособых точек полей Gн(x, z) к положению возмущающих источников;
3) единственный вид продолжаемой функции (Gн) и частотной характеристики вне зависимости от особенностей аномалии;
4) невозможность установить вероятность получения результатов в заданном диапазоне глубин до завершения интерпретации;
5) отсутствие критериев для качественной интерпретации полей;
6) отсутствие единого формализованного подхода к количественной интерпретации экстремальных зон, прослеженных и идентифицированных в различных вариантах трансформированных полей. Наиболее близким техническим решением является способ гравиразведки, предназначенный для изучения распределения неоднородностей разреза земной коры на основе использования функции ПНГ силы тяжести [3] Он включает измерения силы тяжести вдоль профиля, трансформацию полей ПНГ силы тяжести и получение координат источников аномалии в разрезе. В способе реализована возможность априорного определения некоторых оптимальных параметров трансформации, проведение качественного анализа этих полей в целях прослеживания аномальных зон, обусловленных одним и тем же источником, и выбор их для последующей качественной интерпретации (установление характера источника аномалии), формализация процесса интерпретации путем применения специальных бланков-паспортов и двух эмпирически подобранных критериев перехода от положения экстремумов полей Gн(x,z) к координатам аномалиеобразующих источников. Эти отличия приводят к сокращению объема обработки и повышению точности. Известный способ-прототип также имеет ряд недостатков:
отсутствует обоснование выбора параметров сети наблюдений при измерениях силы тяжести и их взаимосвязь с параметрами последующей обработки, выбор оптимальных параметров трансформации основан на модельных построениях, основанных на информации о строении разреза (в слабо изученных регионах она может отсутствовать); алгоритм обработки предусматривает продолжение в нижнее полупространство функции ПНГ единственного вида ПНГ силы тяжести - независимо от характера интерпретируемой аномалии и геологической постановки задачи, а также использование единственного вида сглаживающего множителя в частотной характеристике. В результате этих недостатков объем обработки оказывается большим, а положение квазиособых точек может не точно отвечать положению источников аномалии даже при надежном выборе прочих параметров. Подход к решению обратной задачи в способе-прототипе зависит от масштаба выполненных измерений силы тяжести и протяженности профиля из-за отсутствия унификации используемых параметров. Несмотря на некоторую степень формализации процесса количественной интерпретации аномальных зон продолженной функции ПНГ силы тяжести, математическое обоснование критериев идентификации экстремумов с аномалиеобразующими источниками разреза отсутствуют, что приводит к субъективизму при определении их координат. Еще одним недостатком способа-прототипа (и обоих способов аналогов) является невозможность оценить вероятность получения информации о неоднородностях разреза в требуемом диапазоне глубин до полного завершения обработки и анализа ПНГ. В предложенном способе гравиразведки (КВОТ) решается задача повышения геологической эффективности и точности результатов одновременно с возможным сокращением объема обработки и интерпретации за счет надежного выбора параметров полевых измерений силы тяжести и последующих трансформаций, а также использование математически доказанных критериев перехода от квазиособых точек или экстремумов продолженной функции к координатам аномалиеобразующих источников. В известный способ -прототип [3] вводятся следующие дополнительные операции:
Параметры сети наблюдений и величину погрешности аномалии (mg), предназначенную для дальнейшей интерпретации, устанавливают, исходя из требований, связанных с особенностями предлагаемого способа, следующим образом: L 15 Zпред, где Zпред предельная глубина исследований в соответствии с геологическим заданием (обеспечивается возможность трансформаций до заданной глубины); dx >= 0,04 Zпред (возможный диапазон исследований в предложенном способе КВОТ ограничен глубиной Zпред 25 dx); величина погрешности значений аномалии силы тяжести
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-4t.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-5t.gif)
а с другой стороны на экспериментально полученном соотношении между средними значениями модулей коэффициентов разложения аномалий с порядковым номером n 0,01M, n 0,3M и n 0,9M:
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-6t.gif)
Определение требуемой точности регистрации силы тяжести с помощью параметра s позволяет использовать при дальнейшей интерпретации практически весь частотный диапазон амплитудного спектра аномалии силы тяжести, поскольку в этом случае значения коэффициентов ряда разложения будут стабильно больше ошибки их вычисления. С учетом этих параметров выбирают методику построения рейсов и осуществляют измерения силы тяжести вдоль профиля. Проводят анализ амплитудного спектра интерпретируемой аномалии силы тяжести, заданной вдоль профиля в M равноотстоящих точках с шагом dx и погрешностью mg. Он предназначен для определения числа используемых в дальнейшем коэффициентов ряда разложения (N*опт), числа уровней, к которым окажутся приурочены аномалиеобразующие источники, ориентировочного значения их глубины (Zmax) и параметров трансформации, оптимальных для прослеживания неоднородностей на каждом из них: а) вид продолжаемой функции ПНГ: GH(x,z),
или
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-7t.gif)
или
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-8t.gif)
б) вид функции частотной характеристики
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-9t.gif)
где
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094173/960.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094011/183.gif)
причем Rn (N*/N)(z/dx). Параметр m определяет вид продолжаемой функции: при m 1 будет вычисляться полный нормированный градиент (ПНГ) потенциала силы тяжести Fn, при m 2 и 3 соответственно, ПНГ силы тяжести или ПНГ ее производных. Параметр Qn представляет собой некоторую весовую функцию, а Rn -функцию, зависящую от числа используемых коэффициентов, нормированных по количеству точек профиля, и глубины z, нормированной по шагу дискретности dx. Такой вид частотной характеристики позволяет унифицировать формулы (1), (4) и (5) приведением их к единому виду:
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-10t.gif)
где
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-11t.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-12t.gif)
Соблюдение условия (6) на некоторой глубине пересчета z приводит к появлению широкого амплитудного спектра функций Wz и Wx (фиг.1), что является признаком импульсоподобного характера этих функций (квазиособая точка) и свидетельствует о приуроченности к положению неоднородности. Если источники интерпретируемой аномалии расположены в разрезе на одной глубине, можно подобрать единственную функцию частотной характеристики
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094250/934.gif)
Q = {(sin
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094173/960.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094173/960.gif)
где k также определяется при анализе амплитудного спектра. Прослеживают и идентифицируют оси синфазности одноименных аномальных зон повышенных и пониженных значений ПНГ во всех вариантах продолженных полей. По характеру изменения этих полей в зависимости от изменения параметров трансформации делают заключение о причине, вызвавшей ту или иную аномальную зону особенность микрорельефа субгоризонтальной границы разреза, субвертикальный контакт или центр тяжести изолированного тела. Определяют координаты (x, z) источников аномалии на основе применения двух математически обоснованных критериев перехода от положения квазиособых точек продолженных полей полного нормированного градиента к положению этих источников, используя при этом бланки паспортов (фиг.4), отвечающие требованиям этих критериев. На бланке паспорта нанесена система координат N*/N, z/dx и семейство гипербол Rn, причем шкала оси абсцисс нелинейна и масштаб ее меняется таким образом, что эти гиперболы Rn оказываются представлены отрезками прямых, а шкала оси ординат нормирована по величине шага дискретности, что исключает зависимость от масштаба используемой съемки. На этот бланк выносится информация относительно номера интерпретируемой зоны, результатов анализа амплитудного спектра и качественной интерпретации данной зоны и в окрестностях N*опт/N строятся графики изменения протяженности оси зоны и положения и величины экстремумов при использовании каждого конкретного значения N*/N. Количественная интерпретация предполагает использование критерия F1 при анализе первого из них и критерия (Гн) для второго. Критерий F1 позволяет определить глубину гравитирующего источника по положению максимума, отвечающего наибольшему значению Rn, или, при наличии нескольких аномалиеобразующих источников, расположенных на разных глубинах, по положению угловых точек графика (z)max f(N*/N). Действие критерия F1 основывается на формуле 12:
(Z) Max/dx=Rn+F1
где
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-13t.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-14t.gif)
(Гн)max 2N*/In 2N*, (13)
При наличии нескольких зон повышенных значений поля эта формула определяет сумму значений максимумов приуроченных к одной и той же глубине, причем величины каждого из них пропорциональны обуславливающему их гравитационному эффекту. Поскольку равенство (6) должно иметь место в наибольшем возможном диапазоне частот, предельное значение максимума зоны составляет 2N*опт/In 2N*опт. В случае размещения аномальных источников на разных глубинах величина максимума зоны при использовании оптимального (для нее) числа членов ряда разложения определяется выражением
(Гн)max 2p N*опт / In 2N*, (14)
где p < 1, причем величина этого максимума может увеличиваться по мере дальнейшего возрастания N* > N*опт, однако в окрестностях N*опт происходит изменение закона его увеличения с увеличением N* в соответствии с отношением г(x)/г. Таким образом, критерием определения глубины размещения аномалиеобразующего источника по величине экстремума интерпретируемой зоны может служить: а) положение (Гн)мax, вычисленного с использованием единственного оптимального числа членов ряда разложения; б) положение максимума графика (Гн)max= f(N*, z); в) положение угловых точек этого графика. Составляется каталог координат аномалиеобразующих источников разреза с указанием его возможной связи с субгоризонтальными плотностными границами, субвертикальными контактами или с центрами тяжести изолированных источников. Эти источники могут быть вынесены на разрез для дальнейшего составления схемы размещения плотностных неоднородностей или использования при комплексной интерпретации совокупности назависимых геолого-геофизических данных. Предлагаемый способ гравиразведки КВОТ реализован следующим образом (на примере профилей 1Ц-14 и М-5):
Определяют параметры сети регистрации силы тяжести вдоль профиля. В соответствии с геологическим заданием необходимо получить информацию о распределении неоднородностей разреза вдоль профиля М-5 в диапазоне глубин от 0 до 8 км. В этом случае Zпред можно считать равной 10 км, а протяженность профиля L должна составить 15 Zпред, т.е. 150 км. Расстояние между пунктами наблюдения должно быть не менее 0,04 Zпред, т.е. не менее 400 м. Если принять dx 500 м, то количество точек профиля M будет равно 300. Для определения требуемой точности аномалии силы тяжести, которая должна быть получена вдоль профиля М-5, были использованы результаты проведенной ранее съемки масштаба 1:200000 вдоль этого же направления, вычислен амплитудный спектр кривой силы тяжести, проанализирована его низкочастотная часть (фиг.5), на основе чего установлена величина параметра:
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-15t.gif)
Далее подставляют это значение в установленное М 300 в формулу
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-16t.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-17t.gif)
![гравиметрический способ квазиособых точек, патент № 2094830](/images/patents/378/2094830/2094830-18t.gif)
Класс G01V7/00 Измерение гравитационных полей земли; гравиметрическая разведка или обнаружение
Класс G01V9/00 Разведка или обнаружение способами, не отнесенными к группам 1/00