Киселев Дмитрий Сергеевич,
Кондратьев Николай Владимирович,
Кошкина Юлия Игоревна,
Вагин Денис Владимирович,
Персова Марина Геннадьевна,
Соловейчик Юрий Григорьевич
Аннотация
Работа посвящена методу геометрической 3D-инверсии данных аэроэлектроразведки во временной области в существенно неоднородных геологических средах, характеризующихся резкими перепадами высот рельефа поверхности Земли, изменяющимися толщинами контрастных по проводимости слоев, наличием латеральных неоднородностей проводимости в слоях, перекрывающих локальные целевые объекты. В рассматриваемых ситуациях, во-первых, невозможно «визуально» по форме снятых сигналов определить наличие и положение целевого объекта, а во-вторых, неучет сложной формы рельефа поверхности Земли и границ между другими слоями геоэлектрической модели может приводить либо к пропуску целевых объектов, либо к появлению ложных аномалий. Метод основан на использовании специальной параметризации, которая включает в себя физические свойства структурных частей геоэлектрической модели и их геометрические характеристики. Важной отличительной особенностью является параметризация изогнутых границ между слоями геоэлектрической модели с помощью опорных точек, определяющих плавную деформацию этих границ в процессе нелинейной 3D-инверсии. Для описания таких поверхностей используются бикубические сплайны. Работоспособность предлагаемого подхода показана на примере обработки синтетических данных, полученных для сложной геоэлектрической модели среды с рельефом и верхним проводящим латерально неоднородным слоем переменной толщины, построенной как обобщение результатов интерпретации данных электромагнитных зондирований по ряду площадей Восточной Сибири. Показано, что за небольшое количество итераций местоположение (как в плане, так и по глубине) целевого объекта в виде кимберлитовой трубки и его основные характеристики были определены с достаточно высокой точностью.
Ключевые слова: аэроэлектроразведка, метод конечных элементов, 3D-инверсия, рельеф, электромагнитное поле
Авторы:
Киселев Дмитрий Сергеевич
аспирант, ассистент кафедры прикладной математики Новосибирского госу-дарственного технического университета. Область научных интересов: ко-нечноэлементное моделирование. Опубликовано 20 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail: harlequin_00@mail.ru).
Кондратьев Николай Владимирович
ассистент кафедры прикладной математики Новосибирского государствен-ного технического университета. Область научных интересов: разработка и оптимизация параллельных программ решения СЛАУ, полученных в ре-зультате конечноэлементной аппроксимации в задачах электромагнетизма в системах с общей и разделяемой памятью. Опубликовано 7 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail: kondratyev@ami.nstu.ru).
Кошкина Юлия Игоревна
канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной математики Новосибирского государственного технического университета. Область научных интересов: разработка и реализация алгоритмов интерпретации данных электромагнит-ных зондирований. Опубликовано 30 научных работ. (Адрес: 630073, Рос-сия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail: koshkina_yui@mail.ru).
Вагин Денис Владимирович
канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной математики Новосибирского государственного технического университета. Область научных интересов: конечноэлементное моделирование электромагнитных полей. Опубликова-но более 70 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail: vdv_wk@mail.ru).
Персова Марина Геннадьевна
д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры прикладной математики Но-восибирского государственного технического университета. Область науч-ных интересов: конечноэлементное моделирование и наукоемкое про-граммное обеспечение для моделирования и сопровождения технологий. Опубликовано более 150 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новоси-бирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail: persova@ ami.nstu.ru).
Соловейчик Юрий Григорьевич
д-р техн. наук, профессор, член-корреспондент САН ВШ, заведующий ка-федрой прикладной математики Новосибирского государственного техни-ческого университета. Область научных интересов: конечноэлементное мо-делирование и наукоемкое программное обеспечение для моделирования и сопровождения технологий. Опубликовано более 150 научных работ.
(Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20. E-mail:
soloveychik@ami.nstu.ru).
Список литературы
- Kaminski V., Prikhodko A., Oldenburg D. Using ERA low frequency E-field profiling and UBC 3D frequency-domain inversion to delineate and discover a mineralized zone in Porcupine district, Ontario, Canada // SEG Technical Program Expanded Abstracts. – 2011. – Vol. 30 (1). – P. 1262–1266. – doi: 10.1190/1.3627433.
- Parametric 3D inversion of airborne time domain electromagnetics / M.S. McMillan, D.W. Oldenburg, E. Haber, C. Schwarzbach // ASEG Extended Abstracts. – 2015. – Vol. 2015 (1). – P. 1–5. – doi: 10.1071/ASEG2015ab101.
- Haber E., Schwarzbach C. Parallel inversion of large-scale airborne time-domain electromagnetic data with multiple OcTree meshes // Inverse Problems. ? 2014. ? Vol. 30, N 5. – P. 055011. – doi: 0266-5611/14/055011.
- Liu Y., Yin C. 3D inversion for multipulse airborne transient electromagnetic data // Geophysics. – 2015. – Vol. 81 (6). – P. E401–E408. – doi: 10.1190/geo2015-0481.1.
- Oldenburg D.W., Haber E., Shekhtman R. Three dimensional inversion of multisource time domain electromagnetic data // Geophysics. – 2013. – Vol. 78 (1). – P. E47–E57. – doi: 10.1190/geo2012-0131.1.
- Yang D., Oldenburg D.W. Three-dimensional inversion of airborne time-domain electromagnetic data with applications to a porphyry deposit // Geophysics. – 2012. – Vol. 77, N 2. – P. B23–B34. – doi: 10.1190/geo2011-0194.1.
- Yang D., Oldenburg D.W., Haber E. 3-D inversion of airborne electromagnetic data parallelized and accelerated by local mesh and adaptive soundings // Geophysical Journal International. ? 2014. ? Vol. 196, N 3. ? P. 1492–1507. – doi: 10.1093/gji/ggt465.
- Dehiya R.S.A., Gupta P.K., Israil M. Interpretation of CSEM data using 2D block inversion algorithm // Extended Abstract, 22nd EM Induction Workshop. ? Weimar, Germany, 2014. – P. 4.
- Multiple body parametric inversion of frequency- and time-domain airborne electromagnetics / M.S. McMillan, C. Schwarzbach, E. Haber, D.W. Oldenburg // SEG Technical Program Expanded Abstracts. ? 2016. ? Vol. 35 ? P. 846–851. – doi: 10.1190/segam2016-13868448.1.
- 3D parametric hybrid inversion of time-domain airborne electromagnetic data / M.S. McMillan, C. Schwarzbach, E. Haber, D. W. Oldenburg // Geophysics. ? 2015. ? Vol. 80, N 6. ? P. K25–K36. – doi: 10.1190/geo2015-0141.1.
- Application of the marine circular electric dipole method in high latitude Arctic regions using drifting ice floes / V. Mogilatov, M. Goldman, M. Persova, Yu. Soloveichik, Yu. Koshkina, O. Trubacheva, A. Zlobinskiy // Journal of Applied Geophysics. – 2016. – Vol. 135. – P. 17–31. – doi: 10.1016/j.jappgeo.2016.08.007.
- Geometrical nonlinear 3D inversion of airborne time domain EM data / M.G. Persova, Yu.G. Soloveichik, Yu.I. Koshkina, D.V. Vagin, O.S. Trubacheva // Near Surface Geoscience 2016 – First Conference on Geophysics for Mineral Exploration and Mining. Extended abstract. – Barcelona, 2016. – doi: 10.3997/2214-4609.201602114.
- Методы и алгоритмы восстановления трехмерной структуры проводимости и поляризуемости среды по данным электромагнитных зондирований на основе конечноэлементного 3D-моделирования / М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик, Г.М. Тригубович, М.Г. Токарева // Физика Земли. – 2013. – Т. 3. – С. 30–45.
- Singh A.D.R., Gupta P.K., Israil M. Development of block Inversion algorithm and its comparison with cell inversion schemes // Extended Abstract, 22nd EM Induction Workshop. ? Weimar, Germany, 2014. – P. 4.
- The topography effect on the airborne EM data / M.G. Persova, Yu.G. Soloveichik, D.V. Vagin, D.S. Kiselev, Yu.I. Koshkina, I.I. Patrushev, E.I. Simon // Saint Petersburg 2018. Innovations in Geosciences – Time for Breakthrough, St. Petersburg, Russia, 9–12 April 2018. – St. Petersburg, 2018. – doi: 10.3997/2214-4609.201800314.
- 3D time-domain airborne EM forward modeling with topography / C. Yin, Y. Qi, Y. Liu, J. Cai // Journal of Applied Geophysics. – 2016. – Vol. 134. – P. 11–22. – doi: 10.1016/j.jappgeo.2016.08.002.
- Multidimensional processing of the airborne EM data in the complex media / M.G. Persova, Yu.G. Soloveichik, D.V. Vagin, P.A. Domnikov, D.S. Kiselev, Yu.I. Koshkina, E.I. Simon // Engineering and mining geophysics 2018: 14 conference and exhibition, Kazakhstan, Almaty, 23–27 Apr. 2018. – Almaty, 2018. – Art. У08-01 (46459). – doi: 10.3997/2214-4609.201800541.
- Соловейчик Ю.Г., Рояк М.Э., Персова М.Г. Метод конечных элементов для решения скалярных и векторных задач. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. ? 896 с.
- Применение неконформных сеток с шестигранными ячейками для 3D-моделирования технологий аэроэлектроразведки / М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик, Д.В. Вагин, Д.С. Киселев, Н.В. Кондратьев, Ю.И. Кошкина, О.С. Трубачева // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. ? 2018. – № 1 (38). ? C. 64–79. – doi: 10.17212/1727-2769-2018-1-64-79.
- Finite-element solution to multidimensional multisource electromagnetic problems in the frequency domain using non-conforming meshes / Yu.G. Soloveichik, M.G. Persova, P.A. Domnikov, Yu.I. Koshkina, D.V. Vagin // Geophysical Journal International. ? 2018. ? Vol. 212, N 3. ? P. 2159–2193. – doi: 10.1093/gji/ggx530.
Благодарности. Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (№ гранта МК-5010.2018.9).
Для цитирования: О параметризации геоэлектрической модели в задачах аэроэлектроразведки в средах с рельефом и слоями переменной толщины / Д.С. Киселев, Н.В. Кондратьев, Ю.И. Кошкина, Д.В. Вагин, М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик // Доклады АН ВШ РФ. – 2018. – № 4 (41). – C. 77–92. doi: 10.17212/1727-2769-2018-4-77-92
For citation: Kiselev D.S., Kondratyev N.V., Koshkina Yu.I., Vagin D.V., Persova M.G., Soloveichik Yu.G.
O parametrizatsii geoelektricheskoi modeli v zadachakh aeroelektrorazvedki v sredakh s rel'efom i sloyami peremennoi tolshchiny [Parameterization of a geoelectrical model in airborne electromagnetic problems with applications to complex media including topography and varied thickness layers]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii – Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2018, no.4 (41), pp. 77–92. doi: 10.17212/1727-2769-2018-4-77-92.
