Развитие методов интерпретации данных электромагнитных зондирований, применяемых в инженерной геофизике (1104595), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Для автоматического решения обратной задачи используется вариант метода Ньютона минимизации невязки с использованием Тихоновскогоподхода к регуляризации решения некорректных задач. При регуляризации может использоваться априорная информация о глубинах границ и сопротивлениях слоёв.1011,7%k,  , Омм01001001000, Ом.м-201,0%-4018,7%-60-80500,47%-100-120АВ/2, м3030500.03-140300100t, сек1/20.05-160-180z, м0.1модель 1модель 2модель 3Рис. 8. Три модели, изображённые в виде таблицы и графиков справа,и кривые ВЭЗ и ЗСБ, полученные решением прямой задачи для этих моделей (слева).В процентах указаны невязки между данными относительно модели 2.Поскольку приведённый общий функционал невязки подразумевает наличие вразрезе только изотропных слоёв, то макроанизотропные толщи могут быть изученыпутём их дробления на несколько однородных слоёв разного сопротивления (причёмих количество будет явно меньшим, чем в действительности).

После определения параметров этих слоёв их следует обратно объединить и с использованием формул, вытекающих из представленных ранее, рассчитать сопротивления суммарной толщивдоль и вкрест напластования и её коэффициент макроанизотропии:h hi   i ,       . l  n h    hi ,,nlh hi  iВспоминая приведённые выше слова о «принципе информационной дополнительности», стоит сказать, что при комплексировании методов ВЭЗ и ЗСБ нужно разработать оптимальную стратегию интерпретации, аналогично последовательной частичной инверсии данных TE- и TM-моды при МТ исследованиях. А именно в началеинтерпретации нужно использовать только данные ЗСБ для устойчивого определенияглубин до проводящих слоёв.

После этого, сделав дополнительное разбиение, нужноуточнять ВЧР и выявлять высокоомные составляющие в проводниках (при их наличии) по данным ВЭЗ.В диссертации были рассмотрены четыре простых модели типа H, K, Q и A смакроанизотропией во втором слое. Исследования показали, что проведение интер18претации по предлагаемой методике затруднительно только для модели типа A. Этосвязано с тем, что второй и третий слой модели являются высокоомными относительно первого, и поэтому методу ЗСБ не удаётся достаточно точно восстановить положение геоэлектрических границ. Как следствие, это затрудняет выявление макроанизотропных толщ и определение их параметров.

В целом тестирование данной стратегии интерпретации проводилось на 15 моделях, которые полярно отличались друг отдруга - от моделей исключительно с изотропными слоями до моделей, состоящихтолько из макроанизотропных толщ. Рассмотрим одну из двух моделей, представленных в диссертации.Для модели с одной макроанизотропной толщей (ломаная линия зелёного цветана рис. 9) в программе IPI2win были решены прямые задачи ВЭЗ и ЗСБ: для ВЭЗ использовалась симметричная установка Шлюмберже с разносами АВ/2 = 1.39 ÷ 372.8м, выполненных с геометрическим шагом 1.39; для ЗСБ - установка «петля в петле»размером 50×50 м2, времена измерения 10.5 мкс ÷ 15.3 мс (геометрический шаг 1.19).Времена до 10 мкс не использовались в расчётах специально, поскольку в полевыхданных измерения на них часто искажены, то есть ВЧР в этой модели доступна изучению только методом ВЭЗ.

Макроанизотропная толща представлена в виде чередования 9 тонких (по 5 метров) слоёв сопротивлениями 15 и 300 Ом∙м.На первом этапе решения обратной задачи автоматической инверсии подвергаются данные только метода ЗСБ (ползунок в программе устанавливается на значение100, что соответствует α = 0). При этом стартовая модель задаётся как ОПП - количество слоёв в нём, а также их мощности и сопротивление устанавливаются исходя извида кривой ЗСБ.

На рис. 9 приведён результат такой инверсии, где довольно хорошовосстановлены границы глубинной части модели и её сопротивления, за исключениемвысокоомного предпоследнего слоя, что объясняется плохой чувствительностью метода к изоляторам.Понять, какие именно слои помимо ВЧР требуют дополнительного разбиения (тоесть выявить макроанизотропные толщи), можно с помощью фиксации всех глубин вмодели и выполнения инверсии данных только метода ВЭЗ: для однородных слоёвзначения сопротивления практически не изменятся, тогда как для макроанизотропных- увеличатся в несколько раз. Итоговое количество слоёв в модели выбирается оптимальным между минимальным числом и маленькими невязками подбора кривых (чаще всего макроанизотропная толща заменяется на три однородных слоя).На рис.

10 представлен результат совместной инверсии данных ВЭЗ и ЗСБ. Причём на этом этапе при выполнении инверсий вес α чаще всего принимает значения 0.5÷ 0.8, то есть больший вес отдаётся методу ВЭЗ. Невязки подбора получились равными 0.09% и 0.23% для ВЭЗ и ЗСБ соответственно.Полученные три слоя, которые описывают макроанизотропную толщу, являютсяеё эквивалентным представлением. Поэтому, если рассмотреть разрез по профилю,вдоль которого макроанизотропная толща меняется плавно (по мощности, количеству19прослоев и/или их сопротивлению), то эквивалентный набор слоёв от точки к точкебудет вести себя хаотично, а геоэлектрический разрез потеряет в наглядности.

Такимобразом, необходимо объединять эти слои в один. При этом суммарный слой предлагается описывать тремя величинами, в которых будут отражаться все изменения макроанизотропной толщи в разрезе - мощностью, продольным сопротивлением и коэффициентом макроанизотропии. Получить эти величины несложно, используя приведённые ранее формулы. Для рассматриваемой модели значения этих параметров получились следующие: 42 м, 43 Ом∙м и 2.1. Для истинной модели соответствующиевеличины равны: 45 м, 32 Ом∙м и 2.3.Рис. 9. Результат инверсии данных только ЗСБ (левое окно в программе IPI2win) модель, показанная ломаной линией синего цвета (зелёного цвета - истинная модель)и значениями в таблице. В центральном окне - «наблюдённая» (чёрная)и теоретическая (красная) кривые ВЭЗ.Рис. 10.

Результат совместной инверсии ВЭЗ и ЗСБ - модель, показанная ломанойлинией синего цвета (зелёного цвета - истинная модель) и значениями в таблице.20Представленная методика совместной интерпретации методов ВЭЗ и ЗСБ былаопробована на полевых данных, полученных в 2008 году при выполнении инженерных изысканий под строительство АЭС в Томской области. В районе работ были проведены площадные измерения методами ВЭЗ (симметричная установка Шлюмберже,разносы АВ/2 = 1.39 ÷ 77.2 м с геометрическим шагом 1.39) и ЗСБ (установка «петляв петле» размером 50×50 м2, времена измерения от 12.6 до 828 мкс с геометрическимшагом 1.19) по сети 400×200 м2.

Параметры установок и измерений были выбранытаким образом, чтобы методом ВЭЗ была изучена только ВЧР, а не весь диапазонглубин, получаемый в методе ЗСБ. При работе методом ВЭЗ в качестве генератора иизмерителя использовались соответственно приборы «Астра-100» и «МЭРИ-24», изготовляемые ООО «Северо-Запад»; работы методом ЗСБ были выполнены с помощью аппаратуры «TEM-Fast» производства компании AEMR, Ltd. (Голландия).На рис. 11 показан окончательный результат совместной интерпретации двухметодов. На нём цифрами обозначены коэффициенты макроанизотропии слоя, а цветом отображаются сопротивления слоя вдоль напластования.

Причём отсутствие внекоторых местах разреза информации о коэффициенте макроанизотропии означает,что на данном пикете слой удалось интерпретировать как изотропный. Исключениесоставляют толщи, неизученные методом ВЭЗ: для них невозможно определить коэффициент макроанизотропии, а мощность и сопротивление получены с помощьютолько метода ЗСБ. На разрезе пунктирная линия проходит по последним слоям, изученным обоими методами, показывая тем самым условный уровень глубинности метода ВЭЗ.

Невязки подбора кривых ВЭЗ и ЗСБ по профилю в большинстве точек непревышают 2%.Рис. 11. Геоэлектрический разрез по профилю (Томская обл.).Вдоль профиля пробурено несколько скважин, что позволило наполнить геоэлектрический разрез геологической информацией (рис. 12). Верхний проводящийслой представлен «линзой» глин и суглинков. Он является практически однородным:лишь на юго-востоке проявляется незначительная макроанизотропия, не превышаю21щая значения 1.2.

Под ним залегает мощная толща, представленная в основном песком и суглинком, неравномерно увлажнённая, с множеством органических осадков.Коэффициент макроанизотропии слоя меняется вдоль профиля и в среднем составляет 3.5. Причём к северо-западу толща сменяется сначала преимущественно на песчаную, затем на суглинистую, что подтверждено не только скважиной 10/2, но и коэффициентом макроанизотропии, который в этой части разреза становится равным 1.Ниже по разрезу располагается слой глин с включениями песков и супесей и прослоями лигнита и других растительных остатков, что известно по данным другой, более глубокой, скважины, располагающейся в районе работ. В большей части профиляглубина исследования методом ВЭЗ не достигала этого уровня (пунктирная линия нарис. 11), что не позволило изучить макроанизотропию этого слоя полностью.

В изученной обоими методами части профиля коэффициент макроанизотропии этой толщисоставляет в среднем 3.7. Поскольку профильные скважины не доходили до этих глубин, то неоднородность данной толщи однозначно показать нельзя, поэтому на разрезе представлен один из возможных вариантов. В основании разреза залегает песчаноглинистая пачка.Рис. 12. Геологический разрез по профилю, представленному на рис.

11.Безусловно, данный комплекс методов не является универсальным. На возможность выявления макроанизотропных толщ и определения их параметров влияет целый ряд факторов, таких как: тип геоэлектрического разреза, контраст сопротивленийвнутри макроанизотропной толщи и во вмещающем разрезе, мощность и глубина залегания толщи и др. Поскольку стратегия интерпретации строится на получении поданным ЗСБ некоторых геоэлектрических границ, успешные результаты будут получаться в присутствии в разрезе низкоомных мощных слоёв. При переходе от синтетических данных к полевым применение выработанной стратегии совместной интерпретации ВЭЗ и ЗСБ значительно усложняется, поскольку на величины определяемыхпараметров разреза (в т.ч. параметров макроанизотропных толщ) сказываются ошибки измерений, а также искажения, вызванные 2D и 3D эффектами. Поэтому успех22применения разработанной методики в некоторых ситуациях будет зависеть от наличия априорной геологической и геофизической информации и опыта интерпретатора.Дальнейшее развитие работы состоит в программной реализации общего функционала невязки, включающего коэффициент макроанизотропии в качестве третьегопараметра слоя.

Причём реализовать можно один из двух алгоритмов: подробно описанный в главе и заключающийся в разделении макроанизотропнойтолщи на несколько слоёв, а после определения их параметров в объединении водин суммарный слой с расчётом продольного сопротивления и коэффициента макроанизотропии; основанный на решении прямой задачи ВЭЗ для анизотропной модели и привлечении данных ЗСБ для повышения устойчивости решения обратной задачи.Также данное направление должно развиваться, ориентируясь на переход к 2D интерпретации данных и использование электротомографии вместо метода ВЭЗ.ВЫВОДЫПо результатам исследований, представленных в четырёх главах диссертации,можно сделать следующие выводы:1. Автором указываются, какие методы низкочастотной электроразведки могут применяться для решения конкретных задач инженерной геофизики (табл.

Характеристики

Список файлов диссертации