Введение к работе
Актуальность темы. Разведка перспективных месторождений полезных ископаемых является стратегическим направлением развития сырьевой базы нашей страны. Актуальность проведения таких работ в последнее время особенно возросла ввиду выработки и истощения уже освоенных месторождений. Снижение объемов геологоразведки уже привело к тому, что существующая материально-техническая база значительно устарела.
Среди существующих методов электроразведки метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ) отличается низкими затратами на проведение исследований, широким диапазоном глубин исследования, высокой степенью информативности данных, экологичностью. Эти преимущества связаны с использованием в качестве источника возбуждения электрических токов в земной коре вариаций естественного геомагнитного поля (МТ-поля). Поэтому метод МТЗ является одним из наиболее приоритетных направлений развития геофизики и геологоразведки. Необходимость нахождения крупных месторождений углеводородов способствовала развитию МТЗ как глубинного, регионального метода. В настоящее время перспективным направлением стала разведка небольших сконцентрированных месторождений, доступных для разработки малым компаниям. За последнее десятилетие доля локальных работ методом МТЗ существенно возросла и продолжает расти. Локальная геологоразведка на площади 10-100 км2 характеризуются большим объемом полевых работ – до тысячи точек регистрации, который требуется провести за короткий временной отрезок. Регистрация полевых сигналов производится в автоматическом режиме, а длительность регистрации подбирается опытным путем, что связано со случайным нестационарным характером вариаций МТ-поля и функциональными ограничениями аппаратуры. Длительное время регистрации снижает производительность метода МТЗ, влияние человеческого фактора объясняет появление ложных сигналов.
В соответствии с методом МТЗ требуется оценивать импедансные характеристики земного разреза, пользуясь для этого сигналами зарегистрированного электромагнитного поля. В основе метода лежит модель Тихонова-Каньяра, связывающая сигналы и импедансную характеристику линейной зависимостью. Восстановление такой непараметрической модели затрудняется непостоянством вариаций электромагнитного поля и наличием шумов сравнительно высокого уровня, в том числе и детерминированных. Под адекватностью идентифицируемой модели будем понимать соответствие оцениваемых импедансных характеристик естественным ограничениям, установленным, в частности, для их первых производных. Целью обработки полученных данных является получение робастных оценок импедансных характеристик, удовлетворяющих установленным требованиям адекватности.
Соотношение уровня составляющих МТ-поля и шумов в регистрируемых сигналах непостоянно, поэтому если за время регистрации сигналов не накопится достаточной информации для получения робастных решений, то оценки импедансных характеристик будут иметь значительный разброс. Отсутствие оперативной оценки достаточности информации в регистрируемых сигналах снижает практическую эффективность метода МТЗ. Количество информации в регистрируемых сигналах будем считать достаточным, если на их основе можно получить вполне адекватные оценки, а дальнейший сбор информации не приведет к их улучшению. Под качеством зарегистрированных данных будем понимать совокупность показателей, описывающих степень достаточности информации и адекватность оценки импедансных характеристик.
Таким образом, разработка методики оценки качества магнитотеллурических данных, разработка аппаратуры для организации процесса сбора данных и оценки качества в режиме реального времени будет способствовать решению актуальной задачи повышения производительности работ методом МТЗ.
Научная проблема порождена отсутствием способа оценки качества результатов магнитотеллурического зондирования, который позволит контролировать процесс регистрации сигналов и принимать решение о времени его окончания.
Объектом исследования является система сбора, передачи и первичной обработки результатов регистрации магнитотеллурических полей.
Предмет исследования – методы подготовки и настройки регистрирующей аппаратуры, способы передачи, контроля и оценки достаточности зарегистрированных данных, алгоритмы первичной обработки и общая методика проведения работ МТЗ.
Цель исследования – повышение эффективности проведения работ магнитотеллурического зондирования за счет модернизации методики, разработки новых аппаратных и алгоритмических средств и повышения уровня их автоматизации.
Задачи исследования:
Построение критерия эффективности результатов полевых работ методом МТЗ и усовершенствование методики их проведения.
Выполнение сравнительного анализа и определение требований к характеристикам аппаратуры МТЗ для геологоразведки.
Разработка телеметрической аппаратуры для проведения работ по методу МТЗ.
Определение критерия адекватности импедансных характеристик и разработка метода отбраковки данных, не удовлетворяющих критерию.
Разработка алгоритма получения робастных оценок для импедансных характеристик.
Выбор показателей достаточности информации и степени качества регистрируемых данных и разработка алгоритма принятия решения об окончании регистрации сигналов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Метод отбраковки неудовлетворительных данных и алгоритм получения оценок импедансных характеристик, который позволяет получить показатели качества данных адекватные установленным критериям.
Выбор статистических показателей для количественной оценки качества и достаточности данных;
Алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, позволяющий принимать решение о достаточности времени регистрации компонент МТ-поля;
Телеметрическая аппаратура, позволяющая автоматизировать процесс сбора информации, контроля ее пригодности и сокращать необходимое время регистрации;
Модернизированная методика проведения полевых работ по методу МТЗ повышает производительность геологоразведки.
Научной новизной обладают следующие результаты:
-
Модернизированная методика проведения полевых работ МТЗ, позволяющая повысить производительность геологоразведки за счет применения новой автоматизированной системы.
-
Требования к аппаратным средствам МТЗ, обеспечивающие повышение экономического эффекта геологоразведочных работ.
-
Алгоритм отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик.
-
Алгоритм, оценивающий качество данных регистрируемых магнитотеллурических полей в режиме реального времени, позволяющий оценить достаточность времени сбора данных.
Практическая ценность:
Предложенная методика проведения полевых работ и сформулированные требования к характеристикам аппаратных средств МТЗ позволяют контролировать процесс регистрации магнитотеллурических полей одним автоматизированным рабочим местом, снижая объем полученных неудовлетворительных данных.
Программное обеспечение, реализующее алгоритмы отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик, позволяет в полевых условиях в режиме реального времени выполнять первичную обработку информации и принимать оперативные решения об изменении хода полевых работ.
Разработанная телеметрическая аппаратура МТЗ, обеспечивающая удаленный контроль за группой регистрационных станций, позволяет автоматизировать процесс сбора и оценки качества информации и, тем самым, сократить необходимое время регистрации.
Алгоритм определения достаточности информации в зарегистированных полях позволяет минимизировать время сбора данных и повысить производительность полевых работ.
Достоверность полученных результатов основана на корректном применении методов статистической обработки данных и цифровой обработки сигналов, подтверждена точностью совпадения полученных оценок с имитационной моделью и экспериментальными результатами, полученными при проведении лабораторных и натурных испытаний, в том числе с применением сертифицированной аппаратуры.
Использование результатов диссертации. Результаты работы использованы при проектировании аппаратно-программного комплекса МТ-Зонд для проведения работ методом МТЗ по заказу ООО «Свелинк».
Личный вклад автора. Лично разработаны показатели и критерии достаточности регистрируемых сигналов МТЗ, модернизирована методика проведения полевых работ, требования к аппаратуре МТЗ, аппаратная часть MT-Зонд и программное обеспечение для аппаратной части. В соавторстве были разработаны: методика расчета импедансных характеристик, алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, разработка программного обеспечения комплекса МТ-Зонд; проведение полевых испытаний; обработка экспериментальных данных и полевого материала.
Апробация результатов диссертации. Основной материал диссертации отражен в научных докладах на Всероссийских научно-технических конференцих «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность» в ОмГТУ (2008-2009г.) и школы-семинара «Электромагнитные исследования в Восточной Сибири» СНИИГГиМС (2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ: одна статья по списку журналов ВАК, 5 статей в материалах международных и всероссийских конференций.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 93 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 137 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 7 таблиц, и приложения на 5 страницах.
