Создание опережающей геофизической основы для геологического картирования Баренцево-Карского шельфа
В.В. Васильев ОАО Морская арктическая геологоразведочная экспедиция, г. Мурманск.
Доклад
Введение
Важнейшим условием успешной геологической интерпретации комплекса геофизических полей является наличие согласованного цифрового геофизического банка данных (БД). Особое значение геофизические методы разведки приобретают в районах, где геологические исследования затруднены и в результате носят фрагментарный характер. К их числу относятся акватория Арктического шельфа России.
В рамках программы составления геофизических основ (ГФО), как опережающего и сопутствующего этапов создания Государственной геологической карты России масштаба 1:1 000 000 (Госгеолкарты-1000) разработан и апробирован один из возможных вариантов комплексирования геофизической информации.
Выполненное в ОАО МАГЭ геофизическое картирование Северо-Западного шельфа РФ (листы R-38-40, S-41-43, T-37-40, T-41-44, R-35-36) базируется на принципе формирования БД в рамках геоинформационных технологий в геоинформационной системе (ГИС) ArcView 3.2. Исходной информацией послужили многолетние результаты работ, выполненных различными организациями, и обобщенных в рамках производственных, научно-исследовательских отчетов. Для облегчения задачи манипулирования, обработки, хранения и отображения информации созданы дополнительные программные модули, интегрированные в среду ArcView. Технология работ достаточно полно освящена в работах [5, 6, 7, 8, 9].
Рис. 1. Листы геофизической основы Госгеолкарты-1000, подготовленные в МАГЭ.
Рис. 2. Лист R-38-40
Рис. 3. Лист S-41-43
Ретроспектива составленных в МАГЭ листов ГФО представлена на примере гравиметрических карт, наиболее близких автору по характеру работы. В 2001 г. в геоинформационных технологиях был составлен лист R-39-40 (о. Колгуев). В комплект карт вошли гравитационные и магнитные карты, а также их трансформации. Недостатком его явилось то, что в основу были положены изданные листы Государственной гравиметрической карты, вручную оцифрованные по сети 10х10 км. Краеугольным же камнем нового подхода к геофизическим картам является создание БД в пунктах измерений, на основе которых рассчитываются гриды, а по ним уже строятся карты изолиний. Этот недостаток был исправлен при составлении в 2002 г. листа S-41-44 (Карское море), но в созданный комплект карт не вошли магнитометрические карты.
Рис. 4. Лист T-37-40
Рис. 5. Лист T-41-44
Рис. 6. Лист R-(35)-36
В 2003 г. закончен комплект ГФО на лист T-37-40 - первый в РФ лист Госгеолкарты 3-го поколения на шельфе. Буквально на днях сдан на реценцию в НРС лист T-41-44.
Также в 2004 г. дополнено ГФО на лист R-35-36, подготовленное в 2002 г. в ВИРГ-Рудгеофизика. К рассмотрению этих листов мы вернёмся позже. Вначале же мы остановимся на методических аспектах работы.
Геофизическое картирование Северо-Западного шельфа России
Первая гравиметрическая карта на Арктический шельф СССР масштаба 1:2500000 составлена в 1980 г. (рис. 7) В её основу положена достаточно редкая сеть, в основном, авиадесантных измерений. Составление кондиционных листов гравиметрических карт морей меньшего масштаба стало возможным после совершенствования методики надводной съемки, снижения погрешностей измерений, определения их координат, а также накопления материалов морских съемок. Первые листы Государственной гравиметрической карты (ГГК) масштаба 1:1000000 для морской акватории были составлены в 1980-1982 гг. специалистами МАГЭ по материалам надводных съемок, выполненной экспедицией в Баренцевом море. До 1999 г. были составлены 12 листов ГГК, в том числе 8 сдвоенных и 2 счетверённых (рис.8). Картосоставительские работы велись в МАГЭ В.А. Журавлёвым, Н.Н. Басюковой, Т.А. Поповой, Н.Н. Буглак, И.Я. Французовым. В 1991-1992 гг. в МАГЭ была составлена первая серия листов ГГК масштаба 1:200000 по материалам надводной съемки на Кольском шельфе Баренцева моря. В 2002 г. завершено составление второй серии листов среднемасштабных карт (масштаба 1:200000) для северной части Белого моря. [9]
Рис. 7. Гравиметрическая карта Арктического шельфа СССР и прилегающих областей (западная часть).
Редукция в свободном воздухе. (ПГФЭ "Севморгео", Гапоненко Г.И. и др., 1980)
Рис. 8. Листы Государственной Гравиметрической карты СССР и РФ, подготовленные в МАГЭ
Рис. 9. Картографические материалы, использованные при составлении гравиметрической карты Северного Ледовитого океана (ВНИИОкеангеология, Глебовский В.Ю. и др., 2002)
Составленные ГГК были обобщены в ряде обзорных карт на акватории Арктического шельфа (рис.9). Существенный недостаток этих работ - слабая автоматизация как при составлении каталогов гравиметрических пунктов, так и построения самих карт. Имеющиеся компиляции гравиметрических полей в значительной степени используют не первичные данные, а изданные карты изолиний. Связано это в основном с режимностью материала. Для карт ГГК 3-го поколения такой подход неприемлем.
Результаты аэромагнитных работ на площадь Арктического шельфа России обобщены во ВНИИОкеангеологии в 2002 г. Маршрутные данные переобработаты и увязаны на современном техническом уровне и являются кондиционной основой для геофизического картирования (рис 10).
На рис. 11 представлены сейсмические работы МАГЭ на Баренцево-Карском шельфе. Они носят в основном региональный характер и дают, после обработки современными программными средствами, уникальный материал для изучения глубинного строения района.
Рис. 10. Cхема аэромагнитной изученности Северного Ледовитого океана
Рис. 11. Сейсмические профиля МАГЭ в Баренцево-Карском регионе
ГФО на лист T-37-40
Выполненное нами геофизическое картирование по листу T-37-40 базируется на принципе формирования согласованного цифрового геофизического банка данных (БД) в рамках геоинформационных технологий. Исходной информацией послужили многолетние результаты работ, выполненных различными организациями, и обобщенных в рамках производственных, научно-исследовательских отчетов. Результатом обобщения и интерпретации информации является серия цифровых моделей карт и разрезов, включающая:
- карты аномального гравитационного поля в свободном воздухе и редукциях Буге;
- карту аномального магнитного поля;
- карты градиентов гравитационного и магнитного полей;
- карты остаточных аномалий;
- геолого-геофизические разрезы на основе сейсмических данных;
- карты и схемы, отражающие результаты интерпретации всех геофизических данных.
Обработка такого значительного объема информации выполнена с использованием современных геоинформационных технологий в геоинформационной системе (ГИС) ArcView 3.2. Для облегчения задачи манипулирования, обработки, хранения и отображения информации созданы дополнительные программные модули, интегрированные в среду ArcView.
На рис. 12 и 13 представлены схемы использованных гравиметрических и магнитометрических съёмок. Гравиметрические данные - набортные измерения МАГЭ. Исходные каталоги пунктов были пересчитаны, выявленные ошибки исправлены. После этого произведен расчёт гридов по регулярной сети и по ним построены карты изолиний.
Магнитометрические данные - аэроработы различных организаций и участок среднемасштабной надводной съёмки МАГЭ.
Рис. 14 - схема сейсмической изученности листа. По линиям профилей МОВ ОГТ (А-Б) и комплексного профиля "Севморгео" АР-1 (В-Г) построены геолого-геофизические разрезы. Выполнено плотностное моделирование, рассчитано положение кромок магнитоактивных тел (рис. 15).
Рис. 15. Геолого-геофизический разрез по листу T-37-40 (МАГЭ, Федухина Т.Я. и др., 2003)
Рис. 16. Условные обозначения к геолого-геофизическому разрезу
В комплект карт вошла схема районирования по особенностям геофизических полей. В основу районирования был положен кластерный анализ геофизических полей и их трансформаций. Кластерный анализ, являющийся математической процедурой многомерного анализа, применительно к геофизическим исследованиям позволяет на основе нескольких параметров (геофизических полей и их трансформаций) выделить области, внутри которых характеристики полей сравнительно одинаковые.
В дальнейшем результаты наших работ были использованы при построении геологических карт и схем, в частности, карт тектонического строения и перспектив нефтегазоносности. В качестве примера геологической интерпретации геофизических данных представлены линии разрывных нарушений с тектонической карты (Шкарубо С.И.), нанесённые на гравиметрическую карту (рис. 19), и границы нефтегазовых провинций, областей, тектонических и локальных структур (Вискунова К.Г., Шкарубо С.И.), нанесенные на магнитометрическую карту (рис. 20).
Рис. 19. Гравиметрическая карта на лист T-37-40 (Васильев В.В., Журавлёв В.А.) с нанесёнными разрывными нарушениями (Шкарубо С.И.)
Рис. 20. Магнитометрическая карта на лист T-37-40 (Черных А.А. и др.) с нанесёнными границами НГП/НГО, тектонических и локальных структур (Вискунова К.Г., Шкарубо С.И.)
ГФО на лист R-(35)-36
Анализ карт, построенных в ВИРГ-Рудгеофизика, показал недостаточную их комплектность. Отсутствовали карты гравитационного поля в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2.30 г/см3 и в свободном воздухе. Имеющаяся карта гравитационного поля в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2,67 г/см3 слоя имела следующие недостатки:
- при её построении не использованы морские гравиметрические съемки ОАО МАГЭ 1991-2001 гг. масштаба 1:100000 - 1:200000 вдоль побережья Кольского полуострова;
- на участках морских съёмок масштаба 1:1000000 использовано сечение изолиний 2 мГал, что не оправдано имеющейся точностью съёмок;
- не произведена генерализация поля в соответствии с масштабом карты;
- не выделены участки отсутствия съёмок вдоль Государственной границы РФ.
Пришлось полностью переделать указанную карту, для чего:
- рассчитаны гриды на морскую часть карты по значениям поля в точках наблюдений;
- осреднён имеющийся грид поля, рассчитанный в ВИРГ-Рудгеофизика на сухопутной части листа в окне 3х3 км;
- объединены 2 грида собственным ПМО, позволяющим избегать скачкообразных изменений поля на границе 2-х гридов;
- при оформлении карт изолиний использовано переменное сечение изолиний: 2 мГал на суше и площади среднемасштабных морских съёмок и 5 мГал - для участков морских съёмок масштаба 1:1000000;
- выделены участки отсутствия съёмок.
Дополнительно созданы карты гравитационного поля в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2.30 г/см3 и в свободном воздухе на морскую часть листа.
Заключение
В результате проведённых работ создан БД по комплексу геофизических полей на значительную часть акватории Северо-Западного шельфа России (рис. 1), отработана ГИС-технология их совместного анализа и картографической визуализации. Информационный банк геолого-геофизических данных, основанный на ГИС-технологии, облегчает многократное использование геофизических данных на новом техническом уровне. Эта технология в силу её "открытости" может быть применена при формировании БД в рамках других работ. Целесообразным представляется создание единого геофизического БД на всю площадь Баренцево-Карского шельфа.
Литература:
1. Васильев В.В., Васьковский Б.В., Погарева О.И., Сапрыкин Ю.Ф. Геофизические съемки: проблемы унификации информации. 2-я международная конференция "Проблемы геокосмоса", СПб, 29 июня - 3 июля 1998 г.// Тезисы докладов, с. 29-30.
(Vasiliev V.V., Vaskovskii B.V., Pogareva O.I., Saprikin Iu.F. The geophysical survey: problems of unification of the information. Book of Abstracts 2nd International Conference 'Problems of geocosmos', SPb, June 29-July 3, 1998, p. 29-30.)
2. Коротких Е.Г., Шкарубо С.И. Опыт и проблемы составления Государственной геологической карты в среде ArcView. "Геодезия и картография", 9'1999, с. 37-38.
3.Васильев В.В. Увязка АГС-данных. Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов "Геофизика-99", СПб, 9-11 ноября 1999 г.// Программа конференции, с. 19. (III премия)
4. 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.
(Vasiliev V.V. The computation of summary digital models of fields in conducting overlapping airborne radiometric surveys. Book of Abstracts International Geophysical Conference, SPb, Oct. 2-7, 2000, pp. 531-533.)
5. Васильев В.В., Васильева Е.Г., Журавлев В.А. Обработка геофизической информации в среде ГИС ArcView. Выездная сессия научно-методического совета по геолого-геофизическим технологиям МПР РФ по секции "Морские работы", Мурманск, 23-25 мая 2001 г.// Тезисы докладов, с. 6-8.
6. Васильев В.В., Васильева Е.Г. Опыт создания цифровых моделей карт изолиний в геоинформационной системе ArcView для геофизического банка данных. Международная конференция "Седиментологические процессы и эволюция морских экосистем в условиях морского перигляциала", Мурманск, 8-10 ноября 2001 г.// Сборник научных трудов, кн. 2, с. 109-116.
7. Васильева Е.Г. Создание цифровых моделей геофизических карт в среде ГИС ArcView. "Геофизический вестник" 11'2001, с. 8-11.
8. Васильев В.В., Васильева Е.Г., Журавлев В.А. Представление в ГИС-технологиях результатов геофизических исследований для морской части Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна. Международная конференция "Нефть и газ Арктического шельфа". Мурманск, 13-15.11 2002.// CD, , http://www.vladsc.narod.ru/work/mur02gfo/mur02gsd.htm
(Vasiliev V.V., Vasilieva E.G., Zhuravlev V.A. GIS-presented Geophysical Results of the Offshore Portion of the Timan - Pechora Oil and Gas Bearing Basin. The International Conference "Oil and gas of Arctic shelf". Murmansk, Nov. 13-15, 2002.// CD, , http://www.vladsc.narod.ru/work/mur02gfo/mur02gse.htm)
9. Журавлев В.А., Французов И.Я., Васильев В.В. Государственная гравиметрическая карта России для Баренцева и западной части Карского морей. Международная конференция "Нефть и газ Арктического шельфа". Мурманск, 13-15.11 2002.// CD, http://www.vladsc.narod.ru/work/mur02gra/mur02gr.htm
(Zhuravlev V.A., Frantsuzov I.Ya., Vasiliev V.V. The State Gravity Map of Russia on the Barents Sea and Western Portion of the Kara Sea. The International Conference "Oil and gas of Arctic shelf". Murmansk, Nov. 13-15, 2002.// CD, http://www.vladsc.narod.ru/work/mur02gra/mur02gre.htm)
10. 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, 17-19.11 2004.// Программа, с. 11, , http://www.vladsc.narod.ru/work/mur04gfo/report.htm
(Vasiliev V.V., Vasilieva E.G., Zayonchek A.V. Application of modern geoinformation technologies at the decision of problems of geophysical mapping on the NorthWest shelf of Russia. The International Conference "Oil and gas of Arctic shelf". Murmansk, Nov. 17-19, 2004.// Program, p. 34, , http://www.vladsc.narod.ru/work/mur04gfo/abstre.htm)
11. Инструкция по составлению и подготовке к изданию листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000 (третьего поколения). СПб, Изд. ВСЕГЕИ, 2002, 240 с.
12. База гравимагнитных и батиметрических данных Северного Ледовитого океана//
(Gravity, Magnetic and Bathymetry Database of the Arctic Ocean.// )
