Особенности создания цифровых моделей геофизических полей при наличии сухопутных и морских наблюдений

В.В. Васильев
ОАО Морская арктическая геологоразведочная экспедиция, г. Мурманск.

Доклад

Цифровые модели геофизических полей строятся в ОАО МАГЭ в рамках программы составления Государственной геологической карты России масштаба 1:1 000 000 ("Госгеолкарты-1000"). Выполненное геофизическое картирование Северо-Западного шельфа РФ (листы R-38-40, S-41-43, T-37-40, T-41-44) базируется на принципе формирования комплексного БД в геоинформационной системе (ГИС) ArcView 3.2. [2, 3, 5] (Рис. 1) Лист R-35-36 (Мурманск), работа над которым завершена в 2005 г., отличается примерно одинаковым соотношением участков акватории и суши, что вносит свои особенности. (Рис. 2)

Рис. 1. Листы геофизической основы Госгеолкарты-1000, подготовленные в МАГЭ.

Сухопутные съемки, выполненные в 1960-80 гг. для построения Государственный гравиметрической карты 1:200000, отличаются равномерным распределением по площади и увязаны между собой. Морские съемки 1970-х - 2000-х гг. носят ярко выраженный профильный характер и, как правило, нуждаются в дополнительной увязке съёмок разных лет. Отсюда возникает необходимость раздельной обработки этих данных и выбора параметров гридирования, исходя из особенностей пространственного распределения исходных данных. (рис. 3, 4)

Рис. 2. Исходные гравиметрические данные.

Рис. 3. Грид на акваторию.

Рис. 4. Грид на сушу.

Рис. 5. Объединённый грид.

Создание единого грида производится авторскими программами с применением т.н. "матриц-масок". [1] Они создаются по той же сети, что и гриды полей. Использование матриц-масок позволяет избежать "ступеней" на границах съемок, возникающих при значительном расхождении объединяемых полей. (рис. 5)

Значения в узлах матриц-масок представляют собой весовые коэффициенты, значения которых изменяются от нуля на границе участка до максимального значения zm.

Расстояние l от узла до контура считается положительным внутри контура и отрицательным вне контура. Задается ширина краевой полосы lp и допустимый заход за контур lz. Значения z в узлах матрицы-маски находятся следующим образом:

- при l < -lz в узел помещается код отсутствия измерения,

- в пределах краевой полосы (-lz < l < lp-lz) значение в узле вычисляется по формуле:

- при l > lp-lz значение в узле равно максимальному значению zm.

В данном случае использовались значения zm = 1 и lz = lp = 5 км.

Эффект при соединении двух и более гридов в один напоминает объединение двух слоев с "размытыми" краями в графическом редакторе Photoshop. По мнению автора, многие функции этой программы могли бы найти свои параллели при операциях с гридами.

При статистически значимом расхождении в значениях полей в областях перекрытия съемок необходимо провести увязку уровней, для чего рассчитываются регрессионные коэффициенты a и b для пересчета по формуле:

где: - значение в точке исходного поля,

- пересчитанное значение,

Традиционно используемые варианты расчета: по разности средних значений (a = 1), по отношению средних значений (b = 0) и по среднеквадратической линейной регрессии.

Представляется также обоснованным выбор коэффициентов по углу наклона эллипса рассеяния. [1] - коэффициент-множитель, - коэффициент-слагаемое, - коэффициент ковариации, , - дисперсии величин полей на 1-м и 2-м участках, , - средние значения на первом и втором участках.

Рис. 6. Расчёт регрессии через угол наклона эллипсоида рассеяния.

С точки зрения интерпретации результатов интерес представляет районирование по особенностям геофизических полей. На этом листе мы применили многоуровневую классификацию полей методом структурного анализа, позволяющим разделить многомерное поле признаков на участки со схожим поведением полей. [4] Для анализа были использованы гриды рельефа, гравитационного и магнитного полей.

Рис. 7. Гравитационное поле.

Рис. 8. Магнитное поле.

Рис. 9. Рельеф.

Рис. 10. 1-е деление программой SA.

Рис. 11. 2-е деление.

Рис. 12. 3-е деление.

Рис. 13. 4-е деление (неполное).

Рис. 14. 5-е деление (неполное).

Таблица. Статистические характеристики полей в выделенных классах.

Литература:

1. Васильев В.В. Вычисление сводных цифровых моделей полей перекрывающихся АГС-съемок. / Международная геофизическая конференция, СПб, 2-7 октября 2000 г. // Тезисы докладов, с. 531-533.

2. Васильев В.В., Васильева Е.Г., Зайончек А.В. Применение современных геоинформационных технологий при решении задач геофизического картирования на акватории Северо-Западного шельфа России. / Международная конференция "Нефть и газ Арктического шельфа", Мурманск, 17-19 ноября 2004 г.

3. Васильев В.В. Создание опережающей геофизической основы для геологического картирования Баренцево-Карского шельфа. / Международный научный семинар "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" им. Д.Г. Успенского. Пермь, 24-29 января 2005 г.

4. Овсов М.К. Комбинированный метод кластерного и факторного анализов переменных в прикладной геохимии. / Изв. вузов, Геология и разведка, 1990, с. 60-66.

5. Французов И.Я., Васильев В.В. Гравиметрические исследования на Северо-Западном шельфе Евразии как основа геофизического картирования. // Комплексные исследования природы Шпицбергена. Вып. 5. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2005, с. 131-136.