Геология
Википедия
Геология
Геологией называется наука о составе и строении, а также закономерностях развития Земли, остальных планет Солнечной системы и их спутников. Во время разви... читать далее »
Статьи по Геологии

Четырехмерное моделирование в геологии. Геология.

Четырехмерное моделирование в геологии

Геологическая карта является основой как для фундаментального теоретического изучения геологии любого региона так и для практических поисков месторождений полезных ископаемых  и недропользования.

 

В середине 90-х годов сформировалась новая общая стратегия развития геокартирования — создание баз цифровой картографической информации на основе современных компьютерных технологий. Геологическая карта стала двухмерной геоинформационной моделью строения территории России, так как помимо информации о геологическом строении поверхности к карте стали прилагаться базы данных любой полезной информации в цифровом виде (данные о находках фауны, геохимии, геофизики, гидрогеологии, полезных ископаемых и так далее). В реальности, геологические карты нового поколения стали некоторым геоинформационным срезом региона, привязанным к его поверхности. Двухмерные геологические карты, совмещенные с современными информационными системами (ГИС-проектами), стали серьезным технологическим прорывом благодаря удобству и быстроте использования геологической информации. В настоящее время любой масштабный проект так или иначе касающийся использования недр не мыслится без ГИС-проектов на базе геологических карт.

 

Проблема развития минерально-сырьевой базы и инженерного освоения территорий обуславливает необходимость глубинного изучения недр в трехмерном цифровом виде. В связи с этим, возникает необходимость перехода к объемному компьютерному картированию и к трехмерным геоинформационным системам.

 

Используемые на сегодняшний день в геокартировании географические информационные системы, т.н. ГИСы (ArcInfo-ArcView, MapInfo и др.), являются по своей идеологии плановыми, т.е. двухмерными. Информация в них организована вдоль отдельных поверхностей. Это позволяет проводить анализ одного или нескольких интересующих параметров в пределах поверхности, но не объёма. Анализировать параметры в автоматическом режиме между поверхностями по произвольно заданному сечению используемые ГИC-системы не позволяют. Для геологии это означает, что решать объёмные прогнозные задачи на базе существующих ГИС  крайне затруднительно. Таким образом, существующие ГИ-системы нуждаются в дополнительных пакетах компьютерных программ, которые, с одной стороны,  обеспечивали бы возможность трехмерного отображения геологической структуры, а с другой - позволяли иметь трехмерную геоинформационная модель любой территории и всей России и решать прогнозные задачи не в двух-, а трёхмерном пространстве.

 

ОСНОВЫ ТРЕХМЕРНОГО ЦИФРОВОГО ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ


Каковы принципы составления таких карт и что на них можно увидеть?

 

 

  • Основой для объемной геологической карты является стандартная геологическая карта поверхности в цифровом виде, на которой показаны естественно выделяющиеся геологические тела. Задача состоит в том, чтобы показать все эти тела в реальном объеме (плюс те тела, которые не выходят на поверхность).
  • На основе данных бурения скважин, сейсмических профилей и всех видов геофизических данных в цифровом виде строится вероятностная геометрия всех выделяемых геологических тел на глубине.
  • На основе параметров геометрии складок, разрывов и других геологических тел, установленных при геологическом картировании, разрабатывается математический алгоритм выявления наиболее реальной объемной формы геологических тел.
  • Имея объемную цифровую запись геометрии всех геологических тел, мы можем:

*     построить разрез по любой вертикальной, горизонтальной или иной другой геометрии поверхности;

*     выделить любое геологическое тело и рассмотреть его с любой точки (вращать, влезать вглубь и так далее);

*     строить объемные карты с показом литофаций и любых других характеристик (например, пористости, обводненности, геохимических характеристик, контуров рудных тел).

  • На основе объемной цифровой геологической карты можно проводить различные исследования. Например, восстанавливать геологическую историю в цифровом виде, изучать запасы полезных ископаемых, решать гидрогеологические, инженерно-геологические, экологические задачи.

 

Объемное цифровое геологическое картирование — неизбежное будущее геологического картирования.

 

Картирование осадочных бассейнов. Осадочные бассейны имеют сравнительно простую геологическую структуру: пологое залегание слоев, небольшое число разломов, малое количество интрузий. Структура осадочных бассейнов может быть осложнена соляными диапирами, рифовыми постройками, инверсионными структурами, надвиговыми фронтами, клиноформным строением осадочных толщ и т.д.

 

Основные данные, по которым изучается их геологическая структура: 1) полевое геологическое картирование; 2) данные бурения; 3) сейсмические профили разной глубинности; 4) анализ аномалий гравитационного и магнитного полей; 5) данные электроразведки. Наиболее просто построить объемную геологическую карту района, для которого есть данные трехмерной сейсмики.

 

Как должна строиться трехмерная карта для осадочных бассейнов? Сначала берется цифровая геологическая карта поверхности как основа карты. Затем вводятся данные интерпретации бурения и сейсмических профилей с учетом других геофизических данных в виде границ картируемых геологических тел, там, где это установлено. Затем с помощью компьютерных программ компьютер рисует в цифровом виде всю объемную геологическую структуру.

 

Картирование складчатых областей. Складчатые области типа Урала имеют очень сложную геологическую структуру. Но многие рудные районы достаточно хорошо изучены, что позволяет составлять для них трехмерные цифровые карты. Каждое геологическое тело фактически строится геологом на основе всех имеющихся данных, а компьютерные программы максимально согласовывают между собой геометрию всех тел и рисуют оптимальную геологическую структуру. Особенно важным является математическое предсказание наиболее реальной объемной геометрии складок, интрузий, разломов и других картируемых тел на основе анализа их структуры на поверхности (замеры элементов залеганий, структурный анализ и т.п.). Современная структурная геология позволяет, например, по характеру геометрии складок на небольших открытых участках предсказывать их объемный характер. Проблема стоит в установлении численного алгоритма этого анализа и в компьютерном моделировании оптимальной геометрии геологических тел на глубине в соответствии с характером их выхода на поверхность Земли.

 

Картирование городов и важных инженерных сооружений.  Города типа Москвы, Санкт-Петербурга, инженерные сооружения, например, крупные водохранилища, значительные подземные конструкции и т.п. должны иметь объемные цифровые геологические карты. Например, в Москве имеется множество подземных строений (метро и др.), развита промышленность. Москва - это особая гидрологическая, инженерно-геологическая и экологическая система. Для Москвы, как и для любого мегаполиса, необходима такая карта. Она должна содержать: 1) границы всех естественно выделяемых геологических тел; 2) границы всех литологических тел (так как любая свита может менять состав снизу вверх и фациально), например, песчаников, глин, известняков; 3) зоны с разной пористостью, обводненностью, с разными геохимическими аномалиями, с разными механическими свойствами; 4) подземные сооружения. Такая карта нужна, прежде всего, разным службам города. Например, только на основе такой карты можно вести непрерывный мониторинг движения подземных вод в районе города, движения геохимических аномалий (прежде всего для экологических задач). На основе такой карты можно вести проектирование любого строительства в городе, так как она содержит основные инженерно-геологические характеристики.
 
Картирование для экологических и гидрогеологических целей. Существует много проблем, связанных с региональной экологией, захоронение ядерных отходов и других вредных элементов, экологическая безопасность около нефтепроводов, загрязнение районов крупных индустриальных центров и т.д. Для этих экологически потенциально опасных мест необходимо строить детальные цифровые трехмерные геологические карты. Помимо обычных данных в такие карты можно вводить специальные параметры, контролирующие миграцию жидкости и газов. С помощью таких карт можно создавать модели потенциального движения экологически вредных элементов под поверхностью земли. Трехмерные цифровые карты должны быть базой для экологического мониторинга потенциально опасных районов: можно вести непрерывное моделирование фильтрации флюидов по мере поступления новых геохимических замеров. Сходные задачи решаются и для гидрогеологического анализа подземной среды.
Непрерывность составления объемных цифровых геологических карт. Суть цифрового трехмерного картирования состоит в том, что мы вводим в цифровом виде исходные геологические данные, а с помощью пакета программ компьютер сам строит карту, поэтому, как только мы получаем новые данные (например, пробурена новая скважина, пройден новый сейсмический профиль), эти данные вводятся в компьютер, и строится новая объемная карта.
 
ТРЕХМЕРНЫЕ ЦИФРОВЫЕ КАРТЫ — ЧТО ДАЛЬШЕ?

Допустим, что мы уже имеем работающий вариант трехмерной цифровой геологической карты для осадочного бассейна. Каковы дальнейшие перспективы геологического картирования? Во-первых, эти карты могут непрерывно совершенствоваться по мере поступления новой информации. А затем необходимо переходить к четырехмерному моделированию, т. е. явным образом ввести четвертое измерение - время, которое неявно в виде стратиграфического расчленения толщ пород уже присутствует на геологической карте. Это даст возможность шаг за шагом двигаться во времени назад и смотреть, как выглядела данная геологическая структура, например, 5, 10, 100, 500 млн лет назад, какие в это время существовали палеогеографические обстановки, каким был термальный или флюидный режим, каково было напряженное состояние земной коры и т.п. После выполнения таких реконструкций и расчета моделей станет возможным построить "геологическую анимацию", показывающие трехмерную историю района вместе с палеогеографической обстановкой на поверхности и распределением разнообразных параметров (таких как температура, напряженное состояние, поровое давление, химизм поровых флюидов и др.). Такого рода работы важны как для практических прикладных задач, например,  таких как поиски скоплений углеводородов, которые процессе геологической эволюции осадочного покрова мигрировали в земных недрах, так и  для фундаментальных теоретических исследований региональной и глобальной геологии и геодинамики.

 

Для картирования районов под инженерное сооружение можно помимо геологических границ и других обычных данных вводить любые другие параметры, характеризующие механические свойства пород.

 

  

Четырехмерное моделирование в геологии — крупный инновационный проект, который может существенно изменить весь характер геологических исследований. Именно поэтому это направление должно быть неотъемлемой частью учебного процесса для студентов геологических вузов.


источник


© WIKI.RU, 2008–2017 г. Все права защищены.