20-я юбилейная научно-практическая конференция и выставка
Инженерная и рудная геофизика 2024

В рудной геофизике идет плавный переход к работе с 3D физическими и физико-геологическими моделями месторождений. В значительной степени это обусловлено возрастающими потребностями горнорудных компаний и ростом сложности задач, решаемых в ходе поисков, оценки и разведки рудных месторождений. Эффективность решения обратных задач геофизики во многом зависит от используемых подходов и численных алгоритмов инверсии геофизических данных. Это является одной из причин активного развития автоматизированных систем обработки и интерпретации геофизических данных, реализованных в специализированном ПО.

«Переход в 3D», кроме развития численных алгоритмов, сопровождается усовершенствованием существующих и внедрением новых технологий, аппаратуры, методов обработки, анализа и геологической интерпретации геофизических данных. С каждым годом объем, виды и типы извлекаемой информации о «геологической среде» возрастают, что расширяет возможности и области применения геофизических методов.

К обсуждению намеченных тем буду привлечены специалисты, занимающиеся разработкой (тестированием) ПО для моделирования/инверсии геофизических данных, а также его активные пользователи — геофизики-практики из горнорудных, сервисных, научно-производственных и академических организаций.

Надеюсь, мероприятие позволит создать атмосферу открытого диалога и возможность для обмена опытом и знаниями между участниками!

Несмотря на то, что основные положения теории потенциальных геофизических полей разработаны уже давно, они продолжают развиваться и предлагать исследователям новые инструменты решения разнообразных геологоразведочных задач.

В 1995 году академиком В.Н. Страховым в своей работе «Основные направления развития теории и методологии интерпретации геофизических данных на рубеже XI столетия» сделан прогноз развития теории и методологии интерпретации геофизических данных. В частности, были намечены направления развития методологии и методов геологической интерпретации геофизических данных. Спустя почти 30 лет можно сказать, что многое из его «предсказаний» сбылось, а ряд идей находится в процессе реализации.

Как будут развиваться подходы и методы решения обратных задач грави- и магниторазведки в ближайшие 10 – 20 лет?

По моему мнению, при решении обратных задач грави- и магниторазведки в ближайшие 10–20 лет будут развиваться:

1) конечноэлементный подход к моделированию геологических тел и структур;

2) технологии мягких вычислений (нечеткие множества, нечеткая логика, эволюционная оптимизация и т.п.);

3) аддитивные технологии - представление результатов количественной интерпретации не в виде одного (оптимального по какому-либо критерию, например – минимуму среднего квадрата разности наблюденного и модельного полей) частного решения, а в виде репрезентативного множества равновероятных допустимых решений (с последующим анализом его структуры).

 Также будет усиливаться уже существующий синтез детерминистских и вероятностно-статистических методов, включенных в единую технологическую цепочку построения приближенного пространственного распределения плотности (намагниченности) в изучаемом объеме геологической среды.

От 2D постановки и решения обратных задач полного отказа не произойдет, т.к. во многих физико-геологических ситуациях они достаточно адекватны. Возможно, начнет стираться грань между линейными и нелинейными обратными задачами, т.к. считать петрофизические параметры кусочно-постоянными и точно известными все-таки неправильно. Более достоверные результаты могут быть получены при совместном уточнении конфигурации и физических характеристик геологических тел и границ.

Продолжит свое развитие интерпретационная томография (построение геоизображений – по А.И. Кобрунову). Будут совершенствоваться методы истокообразной аппроксимации для трансформации и 3D интерполяции дискретных значений гравитационного и магнитного полей.

Как изменится методология геологической интерпретации геофизических данных?

«В методологии интерпретации геопотенциальных полей в ближайшие 10 – 20 лет будут так или иначе сохранены этапы качественной и количественной интерпретации. Вряд ли технические возможности построения объемных геоплотностных (геомагнитных) моделей большой размерности, согласующихся с результатами полевых наблюдений, смогут обеспечить замену формализованным и неформализованным приемам анализа морфологии интерпретируемых аномальных полей (трансформации, кластерный анализ, распознавание образов и т.п.). В недалекой перспективе вполне возможна автоматизация построения схем комплексной интерпретации, отражающих состав горных пород, элементы дизъюнктивной и пликативной тектоники, наличие перспективных аномалий с помощью интеллектуальных компьютерных технологий. При региональных исследованиях будут востребованы интерпретационные технологии, учитывающие сферообразную форму Земли, а также расширится использование глобальных моделей геофизических полей.  На стадии поисков определенные перспективы имеет комплексная интерпретация гравитационного и псевдогравитационного полей или магнитного и псевдомагнитного полей, т.е. одних и тех производных потенциала. При детальных работах точность интерпретационных построений может повысить совместное использование материалов скважинных измерений и наблюдений на дневной поверхности в алгоритмах решения обратных задач грави- и магниторазведки.»

Как Вы оцениваете перспективы развития подобных технологий применительно к задачам поиска рудных месторождений (глубины поиска до 1 – 1.5 км)?

Вряд ли системы разновысотных измерений гравитационного и магнитного полей смогут существенно повысить информативность этих методов, также как и тензорная регистрация сигналов.

Так или иначе полученные результаты не будут являться независимыми, т.е. помимо информации о целевых объектах поля будут осложнены влиянием одних и тех же геологических помех (например – эффектами от переменной мощности и плотности рыхлых отложений).

Для повышения эффективности поисков глубокозалегающих рудных месторождений следует максимально приблизиться к изучаемому объекту, что возможно при:

1)     проведении наземно-скважинных и межскважинных измерений;

2)     приближенном учете влияния аномальных эффектов от перекрывающих рудные залежи горных пород путем решения прямой задачи (геологического редуцирования).

Какие методические способы повышения количества извлекаемой информации о «геологической среде» в грави- и магниторазведки существуют, но не используются на практике?

В настоящее время очень мало примеров практического применения геологического редуцирования, которое требует грамотного построения геологической модели перекрывающих горизонтов и отвечающего ей пространственного распределения физических свойств горных пород. Само решение прямых задач грави- и магниторазведки для 3D моделей серьезной проблемы уже не составляет.

Здесь можно пытаться с учетом резко возросших вычислительных возможностей компьютеров строить различные гипотетические распределения плотности (намагниченности) и анализировать набор соответствующих им разностных полей, содержащих информацию о глубокозалегающих объектах. Уже после редуцирования можно решать обратные задачи с целью оценки параметров источников аномалий в разностном поле.

Улучшение петрофизической основы для интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. В нефтегазовой геологии лабораторное изучение свойств керна и формирование зависимостей «керн-ГИС» проводится очень тщательно и позволяет получать принципиально новую полезную информацию. В настоящее время значительная часть наземных гравиметрических съемок (не говоря уже об аэромагнитных) проводится без отбора и изучения физических свойств.

Рост потребностей горнорудных компаний, сложности геологических задач и конкуренции среди сервисных компаний стимулирует активное развитие, разработку и внедрение новых подходов к измерениям, сбору, обработке и анализу геофизических данных — новых геологоразведочных технологий.

В частности, с появлением БПЛА стали активно развивать идею выполнения разновысотных съемок потенциальных полей (преимущественно, аэромагнитных).

Однако, любое потенциальное поле можно пересчитать с поверхности наблюдений на заданную высоту(ы). При этом задача пересчета решается однозначно (с некоторыми оговорками). Следовательно, значимого прироста информации о «геологической среде» по результатам разновысотных съемок ожидать сложно.

Все чаще векторные (тензорные) аэромагнитные съемки применяются при поисках рудных месторождений. Авторы работ на основе полевых данных и результатов математического моделирования доказывают преимущества векторных съемок над стандартными («модульными»): (1) повышение разрешения и достоверности моделей, восстанавливаемых на основе 3D инверсии эффективной магнитной восприимчивости или вектора намагниченности, (2) снижение неоднозначности решения обратной задачи и др. Компонентные магнитометры (например, СКВИД-магнитометры), используемые для векторных съемок, в настоящее время «несерийные» и дорогостоящие приборы.

Можно полагать, что в ближайшие 10 лет появятся «дешевые» высокоточные феррозондовые компонентные магнитометры. Это сделает векторные съемки доступнее для большинства сервисных компаний. По моему мнению, значимое преимущество «векторных» съемок будет лишь при поисках высокомагнитных рудных объектов. В остальных случаях более эффективным окажется: (1) укрупнение масштаба съемки и/или (2) уменьшение высоты наблюдений.

В последние 10-лет количество примеров применения совместной инверсии геофизических данных (например, данных магнито-, грави- и электроразведки) применительно к поискам рудных месторождений возрастает. Авторы работ отмечают, что использование данных разных геофизических методов позволяет: (1) сузить эквивалентность решений обратной задачи, (2) улучшить детальность восстанавливаемых моделей, (3) повысить качество геологической интерпретации, (3) автоматизированно строить геолого-геофизические модели.

Со многими утверждениями можно согласиться, опираясь на «принципы комплексирования». По сути, программы совместной инверсии — это прототипы автоматизированных систем геологической интерпретации геофизических данных. Однако, алгоритмы инверсии должны учитывать петрофизические связи между параметрами, которые часто являются уникальными для каждого объекта, а сами объекты — имеют сложное геологическое строение.

Мне кажется, что совместная инверсия геофизических данных будет эффективна только в простых случаях (при решении обратных задач «рудного типа» — объект выделяется контрастными геофизическими аномалиями).

Какие перспективы у векторных (тензорных) аэромагнитных съемок в рудной геофизике?

 Очень трудно прогнозировать в наше быстро меняющееся время как будет развиваться то или иное направление.

Измерение компонент магнитного поля предпочтительнее во всех случаях, т.к., строго говоря, модуль полного вектора магнитного поля не является потенциальной функцией.

Однако при вводе в эксплуатацию векторных систем измерения необходимо решать часть сопутствующих проблем, связанных, в частности, с точным определением пространственной ориентации измерительной системы (например, с использованием специальных средств инерциальной навигации). Подобные системы уже разрабатываются и в ближайшем будущем станут доступны широкому кругу сервисных компаний.

Будем следить за развитием этого направления…

Сделайте все же прогноз, как будут развиваться векторные аэромагнитные съемки?

Я полагаю, что в короткое время будут выполнены опытно-методические работы, направленные на тестирование и отработку технологии векторных аэромагнитных съемок. Дальнейшее их развитие будет напрямую зависеть от полученных результатов.

При оптимистичном сценарии - в обозримом будущем (не более 3-5 лет) использование векторной магниторазведки (возможно, совместно с традиционной) будет занимать все более значимую роль в рудной геологии.

Параллельно будет развиваться программное обеспечение для обработки, математического моделирования и инверсии векторных аэромагнитных съемок. Появится больше примеров математического моделирования станут понятны сильные и слабые стороны…

Совместная инверсия геофизических данных — это прототип автоматизированных систем геологической интерпретации или «новый инструмент» решения частных геологоразведочных задач?

Совместная инверсия будет активно применяться в ближайшие 10 – 20 лет?

Структура геофизических полей определяется пространственным соотношением структурно-вещественных комплексов (однородных в физическом смысле, но различающихся геологических элементов строения разреза). Для каждого метода такой набор свой и определяется влиянием различающихся факторов (магниторазведка - количество и форма ферромагнитных минералов, гравиразведка - минеральный состав и степень диагенеза и метаморфизма, электроразведка - влияние наложенных процессов - обводненность, гипергенез и т.п.).

Таким образом, в общем случае совместная инверсия геофизических данных будет неэффективной. Однако в отдельных частных случаях это может оказаться полезным. Принятие решения должно основываться на результатах априорного физико-геологического моделирования.

В магнитотеллурике опыт 3D инверсии большой. Как мне видится, на начальных этапах метод АМТЗ внедрялся в практику поисковых работ как метод, решающий преимущественно задачи геолого-структурного картирования и изучения глубинного геологического строения площадей. Работы проводились по единичным профилям. Инверсия данных была преимущественно 1D (редко — 2D).

С течением времени метод стал применяться для решения все большего круга задач. В частности, он стал одним из ведущих методов поиска глубокозалегающих месторождений. Работы начали проводить по серии профилей, часто — субпараллельных. Активно начали применять 2D инверсию с построением 3D геоэлектрических моделей (псевдо-3D).

В настоящее время все чаще применяются полноценные 3D системы наблюдений — площадная съемка по регулярной сети. По результатам работ на основе полноценной 3D инверсии создаются объемные геоэлектрические модели.

Что дает применение 3D систем наблюдений в АМТЗ?

Метод АМТЗ активно применяется при решении рудных задач.

Большинство рудных объектов характеризуются сложным геологическим строением, для изучения которых необходимо применение площадных систем наблюдения с последующей 3D инверсией.            

Трехмерная инверсия:

1) позволяет минимизировать ошибки интерпретации, связанные с боковым влиянием объектов, характеризующихся контрастными электрическими свойствами;

2) повышает точность при определении нижней кромки проводящих тел и их удельного сопротивления.

Одной из острых тем для обсуждения, которая неоднократно поднималась на конференции ранее, является трудности определения стоимости работ на фоне отсутствия актуальных сметных нормативов; невозможность подряда на объекты, финансируемых из госбюджета, при определении стоимости по трудозатратам (форма 3П); острая потребность профессионального сообщества в установлении актуальных правил определения стоимости геофизических исследований в рамках инженерных изысканий, что побуждает вновь обсудить эту тему на нашем мероприятии

1. Переход с западного ПО на Российское или свободно распространяемое ПО:

• программы, доступ или обновление которых прекращено;
• безальтернативное ПО;
• альтернативное ПО;
• преимущества и недостатки альтернативного ПО;

2. Переход с ОС Windows на Linux*:

• преимущества и недостатки перехода на ОС Linux;
• имеющееся ПО, его преимущества и недостатки;
• недостающее ПО;

3. Развитие собственного ПО.

*под ОС Linux здесь понимается семейство ОС, основанных на Linux, и сертифицированных в РФ

Предлагается обсудить существующие в настоящий момент методики, результаты их применения, сформулировать их возможности и ограничения при решении разномасштабных задач. Определить возможности применения одних и тех же методик при переходе на более крупный масштаб

Применение сейсморазведки является, пожалуй, единственным надежным методом картирования глубокозалегающих (более 300 м) и маломощных рудных объектов, т.к. в этих условиях другим геофизическим технологиям не хватает разрешающей способности. Тем не менее, до сих пор, они не получили широкого распространения при проведении производственных работ. В рамках круглого стола предлагается обсудить достигнутые результаты в области применения рудной сейсморазведки в том числе в скважинном варианте. Совместно с представителями недропользователей и сервисных компаний, попробовать сформулировать основные тормозящие факторы развития этого направления и возможные пути преодоления этих трудностей

-      методы увеличения разрешающей способности аэромагнитометрических и аэрогравиметрических исследований, использование градиентометрии

При разработке месторождений подземным способом проводится большой объем геофизических исследований как на поверхности земли, так и во внутренних точках среды. Основными методами являются сейсморазведка, электроразведка и георадарные исследования. В рамках круглого стола будут рассмотрены примеры решения различных задач, а также основные преимущества, недостатки и ограничения методов, применяемых на Верхнекамском месторождении солей