Автоматизированная система для интерпретации данных индукционных импульсных электромагнитных зондирований с учётом индукционно-вызванной поляризации
Авторы: д.ф.-м.н. Е.Ю. Антонов, м.н.с. М.А. Корсаков
Система TEM-IP представляет комплекс программ для решения разнообразных задач интерпретации данных импульсной электроразведки. В комплекс входят программы моделирования (прямые задачи), точечной и/или совместной инверсии данных (обратные задачи), а также процедуры импорта/экспорта и графической визуализации данных.
Пользовательский интерфейс
Программа имеет дружественный интерфейс, привычный пользователям ОС Windows (рис.1).
В программе реализован импорт данных, имеющих форматы, которые используются в разных типах измерительной аппаратуры, таких как SGS-TEM, FASTSNAP, ЦИКЛ, TEM-FAST. Архитектура системы позволяет расширять возможности импорта данных по мере необходимости.
Разработан графический интерфейс, позволяющий редактировать данные. Система может выполнять пересчёт переходных характеристик в частотную область, что может быть использовано для оперативного анализа спектра сигнала становления и/или подготовки массивов данных для 2D или 3D инверсии. Это обусловлено тем, что решения многомерных задач имеют большее быстродействие именно в частотной области, а независимость решения на выделенных частотах, позволяет использовать параллельные вычисления.
Разработанный программный комплекс является проектно-ориентированным, то есть позволяет объединять первичные данные электромагнитных зондирований (профильные или площадные) в именованный проект для последующего их структурирования, быстрого доступа и работы с каждым объектом данных отдельно. Для выделенных данных имеется возможность по результатам инверсии строить геоэлектрические разрезы (рис. 2), временные разрезы ЭДС, а также кажущегося сопротивления и/или продольной проводимости.
В системе разработан и используется собственный внутренний формат для сохранения экспериментальных данных, характеристик аппаратуры и параметров моделей среды. Файл содержит заголовок, содержащий паспорт зондирования и параметры установки, сами данные (время регистрации, ЭДС, относительную ошибку измерения) и модель – при сохранении протокола результатов инверсии.
В программе реализованы возможности редактирования экспериментальных данных и их предварительной обработки. Это даёт возможность коррекции данных на этапе задания входных параметров (как в табличном, так и графическом виде). В программе реализовано создание протокола (истории) моделей среды, полученных в процессе инверсии и сохранение их в файл со специальным форматом *.mdstore. Также был создан файл для хранения, используемых в проекте, интегральных квадратур преобразования Ханкеля с целью оптимизации расчёта прямых задач. Разработана универсальная опция экспорт профильных данных в форматы, поддерживаемые графическими системами Surfer и Voxler (Golden Software).
Примеры использования программы TEM-IP
Поиски таликовых зон в районе Пякяхинского месторождения.
При поисках таликовых зон привлекают индукционные зондирования методом переходных процессов (ЗМПП). Наряду с отсутствием заземлений к достоинствам этого метода относятся высокая локальность исследований, а также чувствительность по отношению к проводникам, перекрытых высокоомными экранами. Поскольку талые породы по сравнению с мёрзлыми являются хорошо проводящими, возможности метода переходных процессов при поисках таликов оцениваются как высокие.
Рассмотрим результаты применения ЗМПП для поисков таликов в районе Пякяхинского нефтегазового месторождения с целью решения проблем водоснабжения. Для инверсии данных ЗМПП была использована программа TEM-IP.
Найденный в результате инверсии набор параметров верхнего слоя является типичным для мёрзлых осадочных пород [Kozhevnikov, Antonov, 2006]. С точки зрения локализации возможных таликов наибольший интерес представляет центральный отрезок профиля протяжённостью около 2 км (ПК 230-250). Здесь наблюдаются самые низкие значения удельного электрического сопротивления ρ1 и поляризуемости η1 верхнего слоя (рис.4). Это позволяет с большой долей вероятности предполагать здесь наличие протяжённого талика.
Примеры использования программы TEM-IP
Нефтепоисковые исследования в Восточной Сибири.
Следующий пример иллюстрирует возможности использования программы TEM-IP для совместной инверсии ЗМПП с проявлениями ВПИ, измеренных при нефтепоисковых работах в одном из районов юга Восточной Сибири. Метод ЗСБ на юге Восточной Сибири применяется с начала 70-х гг. прошлого века, однако – в отличие от соседней с этим регионом Западной Якутии – проявления ВПИ здесь ранее не отмечались. Одна из причин заключается в том, что для структурных исследований использовались соосные установки с большими (0.5–1 км и более) генераторными петлями. При таких разносах эффекты ВПИ слабо проявлены на фоне индукционного становления. В последние годы проявления ВПИ стали заметны благодаря использованию новой схемы наблюдений [Кожевников, Компаниец, 2010; Антонов и др., 2011]: на каждом пункте зондирования выполняются пятью установками – одной соосной и четырьмя разнесёнными (рис. 6а). Размер генераторной петли составляет 500м х 500м, разнос – 0 (соосная установка), 500 и 1000 м.
Геоэлектрический разрез на юге Восточной Сибири может быть аппроксимирован горизонтально-слоистой (одномерной) моделью без азимутальной анизотропии. Если породы проводящие, но не поляризующиеся, переходные характеристики, измеренные соосной и разнесёнными установками, отличаются на ранних временах, однако совпадают на поздних. Точечная и совместная инверсия переходных характеристик даёт один и тот же результат (рис. 6б).
Иная картина наблюдалась при изучении Средне-Окинского лицензионного участка, граничащего на западе с Заславским (рис. 6в). На поздних временах кривые ρτ, измеренные разнесёнными установками, сливаются. Однако – в отличие от предыдущего случая – правая ветвь кривой ρτ для соосной установки располагается выше по отношению к правой ветви кривых для разнесённых установок. Если не учитывать поляризуемость, то выполнить совместную инверсию данных, измеренных всеми пятью установками, не удается. При общем объёме наблюдений на Средне-Окинском участке в количестве 200 физических точек проявления ВПИ отмечены на 85% из них.
Программа TEM-IP позволяет провести совместную инверсию с учётом поляризуемости и согласовать данные измерений с разнесёнными и соосной установками на основе единой модели. В целом геоэлектрическая модель соответствует разрезу осадочного чехла юга Сибирской платформы. Поляризующимся является верхний слой мощностью 50–80 м с параметрами: ρ = 10–15 Омм, η = 3–4%, τ= 50–60 мс, c = 0.5.
.
Антонов Е.Ю., Кожевников Н.О., Корсаков М.А. «TEM-IP» - система интерпретации данных индукционных импульсных зондирований поляризующихся сред [электронный ресурс] // Международная научно-практическая конференция Электромагнитные методы исследований-2010. (Иркутск, 15-20 августа 2010 г.). – 2010. – 2 с. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – ISBN 978-5-88942-096-5.
Антонов Е.Ю., Штабель Н.В., Корсаков М.А. Численное моделирование и инверсия данных импульсных зондирований сложно построенных геологических сред // Геофизические методы при разведке недр: монография / под ред. Л.Я. Ерофеев, В.И. Исаев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2011. – с. 8-11.
Антонов Е.Ю., Кожевников Н.О., Компаниец С.В. Проявления и учёт индукционно-вызванной электрической поляризации верхней части разреза Восточной Сибири // ГЕО-Сибирь-2011. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Ч. 1: сб. матер. VII Междунар. Науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. – Новосибирск: СГГА, 2011. – 192 с. – с. 182-186.
Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Инверсия данных МПП с учетом быстро протекающей индукционно вызванной поляризации: численный эксперимент на основе модели однородного поляризующегося полупространства // Геофизика. – 2007. - №1. - с. 42 – 50.
Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Cовмеcтная инвеpcия данныx МПП c учетом индукционно-вызванной поляpизации // 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.
Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю., Корсаков М.А., Захаркин А.К. Проявления и учёт индукционно-вызванной поляризации при поисках таликовых зон в районе Пякяхинского нефтегазового месторождения // ГЕО-Сибирь-2012. Т. 1. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Ч. 1: сб. матер. VIII Междунар. Науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск. – Новосибирск: СГГА, 2012. – с. 168-173.
Кожевников Н.О., Компаниец С.В. Интерпретация данных ЗСБ с учётом параметров индукционно-вызванной поляризации // Первая международная научно-практическая конференция по электромагнитным методам исследования «ГЕОБАЙКАЛ-2010», Иркутск, 2010. – 2 с.
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.
Могилатов В.С., Захаркин А.К., Злобинский А.В. Математическое обеспечение электроразведки ЗСБ. Система «Подбор» / Науч. ред. д.г.-м.н. Н.О. Кожевников; Ин-т нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН; Сибирский науч.-исслед. ин-т геологии, геофизики и минерального сырья. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007 г. - 157 c. - ISBN 978-5-9747-0067-5.
Огильви А.А. Основы инженерной геофизики: Учеб. для вузов / Под ред. В.А. Богословского – М.: Недра, 1990. – 501 с.
Светов Б.С., Агеев В.В. Влияние поляризуемости горных пород на результаты электромагнитных зондирований // Физика Земли. – 1999. - №1. - с.19-27.
Стогний Вас.В., Коротков Ю.В. Поиск кимберлитовых тел методом переходных процессов. Новосибирск: Изд-во «Малотиражная типография 2D», 2010. – 121 с.
Табаровский Л.А. Электромагнитные поля поперечно-электрического и поперечно-магнитного типа в многослойных средах / В кн.: Электромагнитные методы исследования скважин. Отв. ред.: Ю.Н. Антонов. – Новосибирск: Наука, 1979. - С. 225-233.
Табаровский Л.А., Соколов В.П. Программа расчета нестационарного поля дипольных источников в горизонтально-слоистой среде (АЛЕКС) // Электромагнитные методы геофизических исследований. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. – 1982. - с. 57-77.
Табаровский Л.А., Эпов М.И. Прямая задача зондирований становлением поля для среды с набором тонких проводящих пластин// Известия вузов. Серия Геология и разведка. - № 7. – 1990. - с.113-117.
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.
Тихонов А.Н., Скугаревская О.А. О становлении электрического тока в неоднородной среде. I // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. – 1950. - Т. XIV. - № 3. – с. 199-222.
Хабинов О.Г., Власов А.А., Антонов Е.Ю. Система интерпретации данных площадных электромагнитных зондирований // ГЕО-Сибирь-2010. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технология поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Ч. 1: сб. матер. VI Междунар. науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апреля 2010 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА. – 2010. - с. 164-168.
Эпов М.И., Антонов Е.Ю. Прямые задачи электромагнитных зондирований с учётом дисперсии геоэлектрических параметров // Физика Земли. – 1999. - № 3-4. - С. А48-А55.
Эпов М.И., Антонов Е.Ю. Исследование влияния параметров вызванной поляризации при нестационарных электромагнитных зондированиях сложнопостроенных геологических сред // Геология и геофизика. – 2000. - Т. 41. - № 6. - С. 920-929.
Эпов М.И., Дашевский Ю.А., Ельцов И.Н. Автоматизированная интерпретация электромагнитных зондирований // (Препринт / ИГиГ СО АН СССР; № 3). - Новосибирск, 1990. - 29 с.
Barsukov P.O., Fainberg E.B., Khabensky E.O. Shallow Investigations by TEM-FAST Technique: Methodology and Examples // Chapter 3 in «Methods in Geochemistry and Geophysics», Volume 40 / V.V. Spichak, Editor. 2007 by Elsevier B.V. ISSN: 0076-6895, DOI: 10.1016/S0076-6895(06)40003-2. - www.aemr.net/
Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorbtion in dielecrtrics // J. Chem. Phys. – 1941. –v.6. – P. 341-353.
Kozhevnikov, N.O., and Antonov, E.Y., Fast-decaying IP in frozen unconsolidated rocks and potentialities for its use in permafrost-related TEM studies // Geophysical Prospecting, 2006, 54, 383 – 397.
Kozhevnikov N.O., Antonov E.Yu. Inversion of TEM data affected by fast-decaying induced polarization: numerical simulation experiment with homogeneous half-space // Journal of Applied Geophysics, 2008, N. 66, p. 31–43.
Lee T. Transient response of a polarizable ground // Geophysics. – 1981. – Vol. 46. - N 7. – p. 1037–1041.
McAllister, K. and Raiche, A.P., 1986, Program GRENDL – Manual prepared for AMIRA by the Mathematical Geophysics Group, CSIRO Division of Exploration Geoscience.
Nelder J.A. and Mead R., 1965, A simplex method for function minimization // Computer Journal. – NO 7. – P. 308–313.
Stoyer, C.H., 1988, TEMIX-G-User's Manual: Interpex Limited, Golden, CO.
Zonge modeling. Geophysical Modeling and Inversion Software: TEM. Manuals: TEM1D, TCIMV. - http://zonge.com/instruments-home/software/modeling-tem/
Aarhus Geophysics. Products Overview. - http://www.aarhusgeo.com/
Сибирский суперкомпьютерный центр (Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН). - www2.sscc.ru/