Технология пакетной обработки геофизических данных методами вероятностно-статистического подхода в программном комплексе "Коскад 3D" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Хоу Сюели

• Хоу Сюели
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хоу Сюели

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО И СПЕКТРАЛЬНО -КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ «КОСКАД 3D».

1.1 Компьютерная технология статистического и спектрально-корреляционного анализа «КОСКАД 3D».

1.2 Компьютерная технология «КОСКАД-ПРОФИЛЬ».

1.3 Компьютерная технология «КОСКАД МОДЕЛИРОВАНИЕ».

1.4 Алгоритмическое наполнение компьютерной технологии «КОСКАД 3D».

1.4.1 Методы оценки статистических и градиентных характеристик геофизических полей.

1.4.2 Корреляционные характеристики геофизических полей.

1.4.3 Спектральный анализ геофизических полей.

1.4.4. Методы линейной оптимальной фильтрации геополей.

1.4.5. Алгоритмы обнаружения слабых аномалий.:.

1.4.6.Методы анализа многопризнаковой геофизической информации.

ГЛАВА II. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПАКЕТНОЙ . ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ В КОМПЛЕКСЕ «КОСКАД 3D».

2.1 Компьютерная технология пакетной обработки геофизических данных.

2.2 Методика создания нового сценария (решения, графа обработки).

ГЛАВА III. ПРИМЕРЫ ГОТОВЫХ СЦЕНАРИЕВ РЕШЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

3.1 Сценарий оценки статистических характеристик и районирования территорий по потенциальным полям.

3.2 Сценарий оценки энергии шумовой компоненты магнитного поля.

3.3 Сценарий автоматического трассирования осей аномалий.

3.4.Сценарий стандартной обработки данных глубинной сейсморазведки методами вероятностно-статистического подхода.

3.5.Сценарий оценки относительного 3D распределения масс по данным гравиразведки и магниторазведки.

3.6.Сценарий разложения магнитного поля на составляющие с дальнейшей оценкой положения главных магнитоактивных поверхностей.

Глава IV. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1.Пример районирования территорий по потенциальным полям, их градиентным характеристикам и энергии.

4.2 Пример оценки энергии шумовой компоненты магнитного поля.

4.3 Пример автоматического трассирования осей аномалий потенциальных полей.

4.4 Пример обработки данных глубинной сейсморазведки.

4.5. Пример оценки 3D модели относительного распределения масс.

4.6. Пример разложения магнитного поля на составляющие и оценки положения главных магнитоактивных поверхностей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология пакетной обработки геофизических данных методами вероятностно-статистического подхода в программном комплексе "Коскад 3D"»

До 1950-х годов исследования в области разработки новых способов обработки и интерпретации геофизических наблюдений характеризовались исключительно детерминированным подходом и основывались на применении аналитических методов теории потенциала, уравнений Максвелла, теории упругости. Наряду с дальнейшим развитием детерминированного подхода работы Ф.М.Гольцмана (1971), А.А.Никитина (1978), А.Г.Тархова (1959), Л.А.Халфина (1958), положили начало принципиально новому, вероятностно-статистическому подходу к обработке геофизических данных.

В 70-е годы начались работы по созданию программного обеспечения, реализующего статистические приёмы обработки геоданных (О.А.Кучмин,, А.В.Петров, А.С.Алексашин, А.В.Эрастов, В.В.Никаноров, А.А.Лыхин).

В 80-е годы появилась первая версия компьютерной технологи статистического и спектрально-корреляционного анализа данных «КОСКАД 3D», предназначенной для анализа трехмерной цифровой геоинформации методами вероятностно-статистического подхода.

Сегодня, функциональное наполнение технологии «КОСКАД 3D», позволяют провести полный статистический, спектрально-корреляционный и градиентный анализ геополей. В ней широко представлены наиболее распространенные в разведочной геофизике линейные оптимальные фильтры, позволяющие решать задачи разложения поля на составляющие, исключения тренда, корректной оценки формы аномалий. Особый интерес представляют уникальные адаптивные фильтры, позволяющие корректно обрабатывать нестационарные по статистическим и спектрально-корреляционным характеристикам геофизические поля. С помощью алгоритмов обнаружения, успешно решаются задачи выделения слабых, соизмеримых по амплитуде с уровнем помех, аномалий линейной и изометричной формы по одному или нескольким признакам. Алгоритмы обработки многопризнаковой геолого-геофизической информации позволяют эффективно решать задачу районирования исследуемых площадей по комплексу признаков, распознавания многопризнаковых аномалий, проводить анализ многопризнаковой геоинформации на основе методов компонентного анализа.

Данная работа представляет дальнейшее развитие технологии «КОСКАД ЗБ» в плане совершенствования технологии обработки и интерпретации геофизической информации, оптимизации построения графов обработки, повышения эффективности использования вероятностно-статистических методов в целом.

Актуальность. Большинство из алгоритмов, реализованных в компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ», предназначены для реализации конкретного преобразования с данными, но не решают конкретной интерпретационной задачи. Решение же геологической задачи, чаще всего сводится к последовательному выполнению большого числа преобразований, с использованием отдельных модулей компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ». Более того, часто в результате обработки большого объема данных, выстраивается оригинальный граф обработки решения законченной 4 интерпретационной задачи, но инструментария для его сохранения, редактирования и передачи с целью дальнейшего использования в компьютерной технологии «КО СКАД ЗО» отсутствует.

Именно поэтому создание технологии, реализующей автоматическую обработку информации по заданной схеме для решения конкретных интерпретационных задач на основе комплекса «КОСКАД ЗБ» является актуальным.

Целью исследования является разработка компьютерной технологии для решения различных интерпретационных задач, используя одни и те же I алгоритмы программного комплекса «КОСКАД ЗБ» с разными, часто уникальными, стартовыми параметрами. С помощью этой системы, пользователь может значительно повысить эффективность обработки и интерпретации геофизических данных с использованием компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ», и исключить ошибки, связанные с не достаточной степенью квалификации в области применения методов вероятностно-статистического подхода.

Задачи исследований:

Основной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка программного обеспечения для организации пакетного режима обработки в компьютерной системе «КОСКАД ЗБ» . Решение этой задачи достигается с помощью реализации следующего:

1. Изучение организации базы данных и функционального наполнения компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ» с целью разработки эффективного программного обеспечения для реализации пакетного режима обработки данных.

2. Разработка программной реализация функции создания, редактирования, сохранения и обмена сценариями (графов обработки) между пользователями.

3. Создание удобного программного интерфейса для построения сценариев обработки данных в пакетном режиме.

4. Решение проблемы выполнения масштабных графов обработки, требующих больших временных затрат, связанной с необходимость прервать выполнения определенного графа обработки с возможностью дальнейшего продолжения его работы

5. Тестирование и отладка программного обеспечения с использованием реальных сценариев обработки и интерпретации геофизических наблюдений.

Научная новизна исследований определяется;

1. Созданием оригинальной компьютерной технологии пакетной обработки геофизических данных методами вероятностно-статистического подхода в программном комплексе «КОСКАД ЗБ».

2. Разработкой новых графов обработки (сценариев), позволяющих пользователю удобно и эффективно проводить интерпретацию геофизических данных с использованием компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ». 6

3. Программной реализацией процедуры автоматической обработки геофизических данных по созданным сценариям в программном комплексе «КОСКАД 3D».

Защищаемые положения:

1 .Разработанная компьютерная технология пакетной обработки данных, обеспечивающая редактирование и сохранение оригинальных сценариев обработки и интерпретации геолого-геофизической информации с использованием методов вероятностно-статистического подхода, повышает эффективность использования программного комплекса «КОСКАД 3D».

2.Предложен пакет оригинальных сценариев обработки и интерпретации1 геофизических наблюдений, включающий полный статистический, спектрально-корреляционный и градиентный анализ геофизических полей, автоматическое трассирование осей аномалий геофизических данных, оценку энергии высокочастотной компоненты магнитного поля, обработку данных глубинной сейсморазведки и построение 3D моделей распределения магнитных и гравитационных масс.

Практическую ценность заключается в программной реализации оригинальной технологии пакетной обработки геофизических данных, входящей в состав программного комплекса спектрально-корреляционного анализа данных «КОСКАД 3D».

Применение технологии пакетной обработки позволяет в значительной степени автоматизировать процесс решения интерпретационных задач геофизики. При этом результаты выполнения конкретного графа обработки, как 7 промежуточные, так и конечные, сохраняются в базе данных технологии «КОСКАД ЗБ» и могут быть использованы для дальнейшей обработки; визуализации и экспорта в другие обрабатывающие системы.

Технология включена в состав комплекса «КОСКАД ЗБ» и успешно используется во многих производственных и научных геологоразведочных организациях (ГАЗПРОМ ПРОМГАЗ, ВСЕГИИ, АЛРОСЛ, ГРАВИРВЗВЕДКА и

ДР-) • .■■'.':■"- .

Личный вклад

Все положения, выносимые на защиту, выполнены автором или при его непосредственном участии. Автором проведены исследования по разработке программной; реализации . технологии пакетной обработки геолого-геофизической информации с использованием модулей системы «КОСКАД 313», предложены и апробированы оригинальные сценарии обработки.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты работы докладывались, на международной научной конференции: студентов, аспирантов и молодых ученых. «Молодые - в науках о земле» 2010 г. Москва РГТРУ; на международной научной конференции «Ломоносов-2011»,. 2011 г. г. Москва МГУ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения; четырех глав, заключения, содержит 133 страницы текста, 59 рисунков. Список литературы составляет 39 наименования.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Хоу Сюели

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации рассматривается компьютерная технология пакетной обработки данных, которая даёт возможность создавать, редактировать и сохранять оригинальные сценарии интерпретации геолого-геофизической информации с использованием методов вероятностно статистического подхода, реализованных в компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ».

Разработанная технология является дальнейшим развитием компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ». Технология пакетной обработки позволяет пользователю значительно повысить эффективность обработки и интерпретации геофизических данных с использованием компьютерной технологии «КОСКАД ЗБ».

В работе предложены оригинальные графы обработки данных с использованием функционального наполнения технологии «КОСКАД ЗБ», позволяющие проводить полный статистический, спектрально-корреляционный и градиентный анализ, районирование территорий и оценку положения пород кристаллического фундамента по данным гравиразведки и магниторазведки, обрабатывать данные глубинной сейсморазведки по региональным профилям, проводить оценки ЗБ распределения аномалиеобразующих масс.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хоу Сюели, 2011 год

1. Аронов В.И. Методы математической обработки геолого-геофизических данных на ЭВМ. М., Недра 1977.

2. Аронов В.И. Методы построения карт геолого-геофизических признаков и геометризация залежей нефти и газа на ЭВМ. Москва, Недра 1990.

3. Бат М. Спектральный анализ в геофизике./ Пер. с английского Лисина В.Н., Кузнецова В.М. М. Недра 1980.

4. Вахромеев Г.С. Основы методологии комплексирования геофизических исследований при поисках рудных месторождений. М., Недра 1978.

5. Вахромеев Г.С., Давыденко А.Ю. Моделирование в разведочной геофизике. М. Недра 1987.

6. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике. М., Недра 1990.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., Наука 1969.

8. Гольцман Ф.М., Калинина Т.Б. Статистическая интерпритация магнитных и гравитационных аномалий. Ленинград, Недра 1983.

9. Гольцман Ф.М., Калинина Т.Б. Комплексирование геофизических наблюдений. Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли 1973 №8 стр. 31-42.

10. Ю.Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. М. Недра, 1980.

11. Девис Дж. Статистический анализ данных в геологии. М., Недра 1990.129

12. Демура Г. В., Лукина О.П., Никитин A.A. Выделение геофизических аномалий с помощью самообучающихся фильтров. Изв. Вузов. Геология и разведка 1973, №9, стр. 103-109.

13. Демура Г.В., Никитин A.A., Тархов А.Г. Классификация геологических объектов по данным комплекса геофизических методов на принципах самообучения. Изв. Вузов. Геология и разведка 1974 №2 стр. 133-142.

14. Н.Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложение. М. Мир. 1971.

15. Енюков И.С. Методы, алгоритмы, программы многомерного статистического анализа. М. Финансы и статистика 1985.

16. Канасевич Э.Р. Анализ временных последовательностей в геофизике. М. Недра 1985.

17. Клаербоут Джон Ф. Сейсмическое изображение земных недр. М. Недра 1989.

18. Клаербоут Джон Ф. Теоретические основы обработки геофизической информации. М. Недра 1981.

19. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Т.11 М. Сов.радио 1969.

20. Ломтадзе В.В. Программное обеспечение обработки геофизических данных. М. Недра 1982.

21. Михайлов И.Н., Мудрецова Е.А. Методические рекомендации по интерпретации высокочастотной гравиметрической съемки с целью поисков залежей нефти и газа. НПО « НЕФТЕГЕОФИЗИКА», 1990.

22. Никитин A.A. Статистические методы выделения геофизических аномалий. М. Недра 1979.

23. Многомерные аналоги способа обратных вероятностей и самонастраивающейся фильтрации. Геология и разведка Изв. ВУЗов N2 1989 г. Петров A.B., Никитин A.A.

24. Программно-алгоритмическое обеспечение обработки геофизических данных при выделении слабоконтрастных объектов. "Советская геология", N6,1991 г. Петров A.B., Никитин A.A.

25. Классификация комплексных геополей на однородные области. Геология и разведка Изв.ВУЗов N3 1990. Петров A.B., Никитин A.A.

26. Комплекс спектрально-корреляционного анализа данных "КОСКАД". Тезисы Всесоюзного семинара им. Успенского "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий". Алма-Ата, Февраль, 1990. Петров A.B., Никитин А.А.,Лыхин A.A.

27. Пакет программ спектрально-корреляционного анализа данных. Тезисы Международного семинара "Автоматизация научных исследований вгеологии, горном деле, экологии." Москва. Апрель, 1991. Петров A.B., Никитин A.A., Демура Г.В.

28. Статистические методы обнаружения слабоконтрастных аномалий. Тезисы Всесоюзного семинара им.Успенского "Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий". Москва. Февраль, 1990. Петров A.B., Никитин A.A.

29. Алгоритм двумерной адаптивной энергетической фильтрации геофизических наблюдений. Геология и разведка. N4, 1994 стр. 124-128.

30. Оценка информативности комплекса геофизических признаков. Геология и разведка Изв.ВУЗов N6 1995г.стр.93-97.132

31. Петров A.B., Никитин A.A. «Теоретические основы обработки геофизической информации» Москва 2008. Учебник

32. Лобанов Ф.М, Петров A.B. и др. «Интерпродолжение и эпигенетическое магнитоминералообразование в нефтегазоразведке» Учебное пособие для студентов, аспирантов, и научных сотрудников. Москва 2009.

33. Петров A.B., Ермолаева Г.М., Солоха Е.В. «Распознавание многопризнаковых геофизических аномалий на основе проверки многомерной гипотезы. Ж. Технологии сейсморазведки №2, Изд. ГЕРС Тверь 2009, с. 24-29

34. ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИт

35. Петров A.B., Юдин Д.Б., Хоу Сюели, 2010 г., Обработка и интерпретация геофизических данных методами вероятностно — статистического подхода с использованием компьютерной технологии «КОСКАД 3D». Вестник Краунц. Науки о земле. 2(16).

36. Хоу Сюели, 2011 г., Статистическое зондирование потенциальных полей в скользящих окнах. Международная научная конференция «Ломоносов-2011», г. Москва МГУ.

37. Хоу Сюели, 2010г., Выделение слабоконтрастных аномалий в геофизических полях с использованием технологии «КОСКАД 3D». V Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. "Молодые -наукам о земле" г. Москва РГГРУ.

38. Хоу Сюели, Разделение геофизических полей на составляющие с использованием технологии «КОСКАД 3D». V Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. "Молодые наукам о земле" 2010г. г. Москва РГГРУ.