Обработка геофизической информации с помощью компьютерных технологий

Сущность  любого геофизического метода состоит  в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризующейся  одним или совокупностью физических свойств горных пород, пересеченных скважиной. Физические свойства пород тесно связаны с их геологической характеристикой и это позволяет по результатам геофизических исследований судить о пройденных скважиной породах и изучать свойства этих пород.

Электрические методы. Метод кажущегося сопротивления (КС). При исследовании используется различие в удельных электрических сопротивлениях горных пород. Удельное сопротивление пород изменяется от долей до миллионов омметров.

Метод экранированного заземления (боковой каротаж). Изучение разрезов скважин основано на различии удельных электрических сопротивлений горных пород. Наиболее перспективными модификациями метода являются измерения по схеме экранированного заземления с автоматически фокусирующими электродами или по схеме бокового каротажа.

Индукционный  метод. Изучение разрезов скважин основано на различии в электропроводности пород. Это позволяет получить хорошо расчлененные кривые электропроводности с четкими аномалиями. Метод наиболее эффективен при использовании в низкоомных разрезах. Небольшое влияние мощности пластов, а также хорошая глубинность исследований дают возможность с высокой точностью определить истинное сопротивление относительно низкоомных пород. С помощью индукционного метода можно исследовать сухие, заполненные нефтью или буровым раствором на нефтяной основе скважины. Во всех перечисленных случаях обычные методы электрометрии использовать нельзя.

Метод собственных  потенциалов (СП). По данному методу  в скважине исследуется электрическое поле, создаваемое электродвижущими силами, возникающими под действием различных физико-химических процессов. Главными из них являются диффузионно-адсорбционные Э.Д.С., наблюдаемые при соприкосновении электролитов различной концентрации (глинистый раствор – пластовая вода); фильтрационные Э.Д.С., возникающие на границе скважина – пласт при перемещении электролита под действием избыточного давления; Э.Д.С. окислительно-восстановительных реакций в зоне соприкосновения породы с окружающими пластами и глинистым раствором.

Метод вызванных  потенциалов (ВП). Вызванная поляризация возникает в горной породе при пропускании через нее постоянного электрического тока, который в этом случае называется поляризующим током. После выключения поляризующего тока потенциалы вызванной поляризации  (или вызванные потенциалы) плавно убывают во времени. Вызванная поляризация ионопроводящих сред (песчаники, алевролиты) возрастает с увеличением дисперсности среды и падает с увеличением проницаемости. Это свойство ионопроводящих сред позволяет использовать метод ВП для расчленения разреза, а в благоприятных условиях – для количественной оценки проницаемости. Кроме того, метод ВП позволяет выделить в разрезе породы, обогащенные минералами с электронной проводимостью (сульфиты, графит, каменные угли и т.д.).

Сейсмические  методы. При сейсмическом каротаже упругие волны возбуждаются с помощью взрывов или электрических дуговых разрядов, а время прихода колебаний частотой 50 - 200 Гц измеряется при разном погружении сейсмоприемников по стволу скважины. С помощью сейсмического каротажа определяются пластовые и средние скорости распространения упругих волн, необходимые для интерпретации результатов полевой сейсморазведки. Результаты можно использовать и для документации разрезов по изменению упругих свойств, пористости, плотности пород.

Акустический  метод. В акустическом методе в скважине измеряют время (скорость) распространения и интенсивность затухания упругих волн в горных породах.

Скорость распространения упругих  волн зависит от пористости, сцементированности породы, характера насыщающей жидкости, состава минерального скелета, а также пластовых давлений и температуры.

Газометрия  скважин (Газовый каротаж). При вскрытии продуктивных (газоносных или нефтяных) пластов содержащиеся в порах разрушаемой породы углеводороды переходят в глинистый раствор, который выносит их на поверхность. Метод сводится к извлечению газообразных углеводородов из глинистого раствора (дегазация), определению содержания и химического состава углеводородных газов и определению глубины, к которой следует отнести результаты анализа. Извлечение газа из раствора осуществляется с помощью дегазатора, за счет понижения давления и механического разбрызгивания.

Термические методы. При термических исследованиях в скважине измеряют температуру, величина которой обусловлена естественным тепловым полем Земли, наличием бурового раствора, цемента, физико-химическими процессами в скважине и тепловыми свойствами горных пород. Измерение температуры производится непрерывно с помощью высокочувствительных электрических термометров. Термометрия сважин широко применяется в промышленности для определения высоты подъема цемента за колонной (отбивки цементного кольца). В этом случае используется тепло экзотермической реакции схватывания цемента.

Таким образом, наличие разнообразных геофизических методов позволяет изучать геологические разрезы скважин. Самые распространенные из них: электрические, радиоактивные, термические, акустические, геохимические, механические, магнитные. Они различаются в зависимости от физических свойств пород. Сущность любого геофизического метода состоит в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризующейся одним или совокупностью физических свойств горных пород, пересеченных скважиной.

1.3. Геоинформационные системы, как средства обработки данных геофизических исследований

Географическая информационная система (ГИС) - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

Создание  карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более  соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза. До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах.

Дистанционное зондирование, системы глобального  позиционирования становятся все более  распространенными, проявляясь подчас в самых неожиданных областях человеческой деятельности. Потенциал роста новых Геоинформационных систем и технологий в настоящее время неисчерпаем.

Будущее за ГИС-технологиями с элементами искусственного интеллекта на базе интеграции ГИС и экспертных систем. Преимущества такого симбиоза вполне очевидны: экспертная система будет содержать в себе знания эксперта в конкретной области и может использоваться как решающая или советующая система.

Особенно  остро необходимость использования  экспертных систем, интегрированных с ГИС, ощущается при расшифровке аэрокосмической информации. Последняя до недавнего времени была недоступной массовому пользователю из-за режимных ограничений, отсутствия технических и программных средств для ее обработки. Анализ аэрокосмической информации на ЭВМ был прерогативой солидных отраслевых центров, имевших специальное оборудование. В настоящее время основные средства, необходимые для обработки и анализа аэрокосмической информации могут разместиться на обычном письменном столе. Это увеличит число специалистов, использующих аэрокосмические системы дистанционного зондирования, будет способствовать широкому внедрению аэрокосмических данных в прикладные отрасли науки и хозяйства.

Современный статус новых компьютерных геотехнологий  определяется крупными государственными программами, зарубежными инвестициями, направленными на широкое использование аэрофотоснимков и космических снимков, цифровых карт, визуализации баз данных.

Эта система  находится в постоянном развитии. Современные технологии чрезвычайно расширяют круг лиц и профессий, использующих электронную картографическую информацию. В большей степени это необходимо тем, кто на основе ГИС принимает серьезные решения, связанные с точными измерениями, проектными работами, навигацией. Необходимость в использовании земельного кадастра возникает и у юристов, специализирующихся на оформлении сделок с недвижимостью. Вот почему приоритетным направлением является геоинформационное образование, создание учебных и обучающих ГИС-систем, утверждение государственных стандартов по специализации "ГИС" для подготовки бакалавров, специалистов, магистров. Такие специалисты требуются: в административно-управленческие органы районов, областей Украины; для управления земельными ресурсами и ведения кадастра; в проектных и строительные организациях, архитектурных управлениях, организациях охраны окружающей среды.

Таким образом, производить поиск, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах позволяют геоинформационные системы, которые предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах.

1.4. Строение земной коры на территории Александрии

Александрия лежит в междуречье Ингульца и Березовки, почти в  центре Украины. Город расположен на 32° 15' восточной долготы, 48° 30' северной широты, на востоке области, на расстоянии 75 км северо-восточнее Кировограда. Вместе с подчинёнными Александрии посёлками Димитрово, Пантаевка площадь города составляет 6142 га.

По диаметру города проходит автодорога «Кишинёв – Луганск». Через Александрию протекают две крупнейшие реки: Ингулец и Березовка, Березовка впадает в Ингулец на территории города.

Рельеф. Александрия расположена на Приднепровской возвышенности с общим наклоном территории с северо-запада на юго-восток. Рельеф представляет собой преимущественно плато, или возвышенную волнистую равнину расчленённую густой сетью речных долин и балок, а также оврагов. В балках, протянувшихся с запада на восток, южные склоны пологие, а северные крутые, сильно покрыты оврагами, в таких местах открываются древние докембрийские породы.

Средняя высота плато около 200 м  над уровнем моря. Однако наблюдается значительная разница абсолютных высот. Окружают город с трёх сторон высоты, имеющие отметки 136 – 142 м. Именно на них расположены основные промышленные зоны города.

Климат. Климат умеренно континентальный. Лето продолжительное и жаркое, зима короткая, малоснежная. Осадки за год распределяются неравномерно, за летний период выпадает количество осадков 336 мм, за холодный – 177 мм.

Через Александрию с юго-запада на северо-восток проходит ось высокого атмосферного давления разделяющей область на две части по господству различных воздушных масс – северо-западную (лесостепь), влажные массы с Атлантики и северо-восточную (степь), континентальные массы из Азии и предопределяет разнообразие физико-географических условий региона.

В зимние месяцы преобладают северные и северо-восточные ветры. Летом  хозяйничают ветры северные и  северо-западные.

Циклоны (средиземноморские, атлантические и др.) и антициклоны (сибирские, восточные континентальные и др.), часто приводят к резкому похолоданию летом и оттепелям зимой. Такие климатические условия обуславливают очень изменчивую погоду, особенно зимой.

Среднегодовая темпертура воздуха  в Александрии +7.3 – +7.8 С. Преобладают ветры северные, северо-западные и северо-восточные. Среднегодовая скорость ветра составляет 3.9 м/с, влажность воздуха 61 – 65 % (максимальная в декабре – 84 – 86 %, минимальная в августе – 43 – 48 %). Безморозный период длится 246 – 255 дней, а вегетационный составляет 207 – 215 дней.

Летний период – 114 – 130 дней. Температура самого теплого месяца (июля) составляет +20,2 – +21,2 С0, максимальная +39 С0.

Зима длится 110 –119 дней. Средняя температура самого холодного месяца (февраля) составляет – 5,7 − 6,1 С, максимально низкая – −35 С.

Гидрология. Сток рек зависит от атмосферных осадков, которые очень изменчивы в разные времена года. Огромное значение играет таяние снега и весенние дожди, поэтому около 70% стока приходится на март - апрель, на июль - август 10%, на осень около 5%, а на зиму 15%. Также большую роль играет подземное питание вод.

Александрия находится в зоне не стойкого увлажнения. Среднегодовое  количество осадков приблизительно 510-530 мм. Неравномерно распределяются осадки в разные сезоны. Их минимум попадает на зиму –14%, максимум на лето – 40%. За теплый период года выпадает 70% от всех атмосферных осадков,в холодный период – 30%.

К поверхностным водам города относятся Ингулец, Бешка, Березовка, Войновское водохранилище на реке Ингулец, затопленные и отработанные карьеры, буроугольные разрезы.

Природа. Природно-климатические условия благоприятны для выращивания озимой пшеницы, кукурузы, сахарных буряков, картофеля и других культур,а также садоводства и овощеводства.

Растительность. Лесная ростительность – дуб, клен полевой, акация, тополь, калина. На территории города находится два лесных массива: Звенигородсктй леснои массив и лесной массив возле Дома ветеранов. Площадь общих насаждений составляет 862,48 га.