Атаков А.И.
ФГУГНП «Севморгео» (Санкт-Петербург)
Гололобов Ю.Н., Мавричев В.Г.
ФГУНПП «Геологоразведка» (Санкт-Петербург)
Кирсанов А.А., Липияйнен К.Л.
ФГУП «ВСЕГЕИ» (Санкт-Петербург)

Приоритетность в геологоразведочном процессе дистанционных геолого-геофизических методов (космическая многоспектральная съемка, магнитометрия, гравиметрия, гамма-спектрометрия и др.) в качестве опережающих определяется привлекательными их характеристиками:
информационная оперативность;
непрерывный (необходимо достаточный) охват сопредельных территорий и акваторий;
независимость от времени года;
экологическая безопасность;
низкая стоимость;
отсутствие физико-географических ограничений.
Использование высокочувствительной аппаратуры, полная компьютеризация процессов съемки и обработки данных, спутниковая аэронавигационная система все это позволяет получать количественную прогнозно-поисковую и общегеологическую информацию. Принципы применяемой ГИС-технологии обработки и анализа результатов съемок основаны на создании комплексной системы параметров, характерных для искомых объектов. При этом на определенных стадиях обработки материалов используются не параметры геофизических полей и спектральные характеристики космических снимков (КС), а их ассоциации геоиндикаторы. Понятие «геоиндикатор» введено для обозначения элементов и компонентов (природно-территориальных комплексов) ландшафта, совокупности которых определены эндогенной геологической составляющей [2]. Формализованные параметры геофизических (потенциальных) полей, используемые для аппроксимации их (полей) морфологии и интенсивности в любых методах и способах анализа суть геоиндикаторы [3, 4]. Таким образом, в широком понимании геоиндикаторы ландшафтные природные образования и морфологические характеристики геофизических полей, организованные ассоциации которых обусловлены эндогенными процессами и геологическими телами.

Геоиндикационный анализ цифровых данных комплекса дистанционных методов космических снимков, потенциальных полей, оптических газовых, гамма-спектрометрических, тепловых съемок, позволяющий экстраполировать геоиндикационные данные о состоянии, структуре и составе неоднородностей недр суши в прибрежное мелководье и от дневной поверхности на любую глубину геологического среза. Для изучения акваторий в комплексе эффективны грави- и магнитометрические данные. Современные технологии обработки и анализа информации предусматривают выполнение пространственного прогноза вещественно-структурных неоднородностей, т.е. определения их стратиграфического уровня, глубин залегания, размеров в пространстве.

Опережающие обработка и анализ космических снимков
Современные обработка и анализ многоканальных материалов космических съемок предусматривают, кроме традиционно нужного визуального дешифрирования, компьютерные обработки цифровых характеристик различных зон спектра (синтезирование, деление и вычитание каналов, фильтрация и т.п.), а также геоиндикационный анализ метод, разрабатываемый в СССР-России (ЛАЭМ-ВНИИКАМ, ИГиРГИ, «Аэрогеология», ВСЕГЕИ и др.). Характеристики геоиндикаторов (плотность, анизотропия, частота встречаемости, градация по ориентировке и др.) позволяют наполнить тектонические блоки, разломные границы которых определяются при визуальном дешифрировании, такими характеристиками, по которым выделяются участки, наиболее интенсивно нарушенные, испытывающие напряжения сжатия (растяжения), сложенные различными комплексами пород, монолитные и (или) содержащие вещественно-структурные неоднородности и т.п. Это относится не только к открытым территориям молодых складчатых областей, но и к геологическим образованиям, погребенным под покровом четвертичных пород и под аллохтонами надвигов. Важнейшими приемами метода остаются непосредственная наблюдаемость и принцип дедукции при выделении геологических образований.

Наиболее обоснованы признаки выделения по КС разрывов различных рангов. Простирание, направление падения и кинематика разрывов часто имеют определяющее значение при поисках залежей УВ. Опыт изучения разрывов на Сахалине и Юго-Западном Гиссаре, на Камчатке и Урале, в Амударьинской синеклизе, в Западной и Восточной Сибири показал, что парагенетический анализ разрывных зон на основе космической информации, т.е. изучение характера сопряжения оперяющих разрывов и складок с материнскими разломами, позволяет обоснованно прогнозировать местонахождение автохтонных и аллохтонных структурных ловушек, а также ареалы повышенной трещиноватости [1, 5, 7]. Особенно важно знать эти параметры в сдвигово-надвиговых зонах, где они пространственно разобщены. Для определения направлений и методики нефтепоисковых работ на каждом конкретном участке в разрывных зонах необходимы достоверные данные о материнских и оперяющих разрывах. Обычно главные сместители материнских разрывов экранируют зоны нефтегазонакопления, а оперяющие разрывы залежи в пределах месторождений.

Технология анализа результатов обработки материалов предлагаемого комплекса предусматривает изучение разрывов (трассирование, сопряжение, пересечение) на дневной поверхности и прослеживание (экстраполяция, интерполяция) их на глубину. При этом характер смещения одного крупного разрыва другим в узлах их пересечений, т. е. определение рангов разрывов и/или их относительного возраста, устанавливается только в результате детального парагенетического анализа, который не возможен без привлечения КС и детальных съемок потенциальных полей.

Опережающие комплексные аэрогеофизические съемки
Современные дистанционные геофизические исследования это аппаратура, оснащенная средствами регистрации, сбора и хранения цифровой информации, спутниковая система аэронавигации, передовые (на уровне мировых стандартов) технологии обработки материалов съемки геофизических полей и анализа их морфологических особенностей. На ФГУНПП «Геологоразведка» налажен выпуск высокочувствительной аппаратуры: аэромагнитометра АКМ-01 (чувствительность 0,001нТл, дискретность измерений 1296 изм/с), превосходящего по многим параметрам зарубежные разработки; гамма-спектрометра АГС-2001, соответствующего уровню мировых стандартов; дистанционного оптического газового анализатора (конверсионный ДОГА-М2), предназначенного для измерения в приземном слое газовых концентраций (метана, пропана и др.); тепловизоров «Малахит» и «Везувий ЭК». При выполнении опытно-методических и производственных аэрогравиметрических работ в Обско-Тазовском районе (в т.ч. на акваториях Обской и Тазовской губ) Западно-Сибирской НГП и на камчатском шельфе Берингова моря гравиметром МАГ-1 достигнуты кондиции съемки масштаба 1: 100 000 (0,34−0.6 мГл). Аэрогеофизический комплекс и его программное обеспечение позволяют регистрировать слабоинтенсивные аномалии геофизических полей, не искаженные инерционностью, и создавать цифровые базы данных для количественного геологического моделирования.

Метод томографического анализа геоиндикационных космогеологических и грави-магнитометрических данных
Метод построения геолого-геофизических моделей на основе геоиндикационного анализа космогеологических и детальных (аэро)геофизических (грави- и магнитометрических) данных разработан с привлечением сотрудников ВСЕГЕИ и ФГУГНП «Севморгео» и апробирован в отделе аэрометодов ФГУНПП «Геологоразведка» [3, 4, 6, 8, 9]. Интерпретационный комплекс материалов дистанционных геолого-геофизических съемок (космических снимков, магнитометрии, спектрометрии, наземной гравиметрии), позволяет прогнозировать количественную пространственную геологическую информацию о структуре, составе и состоянии приповерхностных и глубинных недр.

Технологической частью геоиндикационного анализа и одним из новых примененных способов обработки и визуализации геолого-геофизических данных является построение томографических разрезов. Принципиальная неоднозначность интерпретации любого геофизического поля обуславливает необходимость введения априорных предположений относительно параметров (граничных условий) моделируемых объектов. Применяемые, в настоящее время, технологии моделирования (Пангея, Каскад, СПАН, Geosoft, Shlumberger, Fugro-LCT и др.) принципиально отличаются между собой способом введения этих граничных условий и методами решений обратных задач. Подходы к решению обратных задач заключаются в априорном задании одного или нескольких параметров искомых объектов (глубины залегания, геометрической формы, физических свойств) с последующим определением остальных неизвестных и принципиально отличаются между собой способами аппроксимации наблюденного поля либо функциональными зависимостями от параметров моделируемой среды, либо статистическими закономерностями. Дополнительно в нижнем полупространстве локализуются некоторые объективные особенности поля, так называемые «особые точки», относительно которых конструируются классы эквивалентных решений.

Технология томографического моделирования включает в себя особенности обоих способов учета априорных ограничений и методов локализации неоднородностей, что позволяет адаптировать граф обработки для конкретных геолого-геофизических данных и задач. Методические принципы, на которых построена методика томографического моделирования, предусматривают выполнение многовариантного анализа различных моделей, обоснованных априорными представлениями, и поиск инвариантов среди возможных решений обратных задач. При этом проблемы моделирования на основе аномалий потенциальных полей решаются формализованным подбором концептуальных моделей, построенных по различным типам аномальных источников, с выделением устойчивых контрастных границ, согласованных с априорной геологической информацией. При формировании модели, образованной конечным числом возмущающих элементов, суммарный эффект которых соответствует наблюденному полю с заранее заданной точностью, применяются регуляризующие алгоритмы, одним из которых является метод поиска эквивалентного распределения аномальных масс в области поиска решения обратной задачи. В основе методики лежит идея эквивалентного перераспределения массы аппроксимационной модели, представляющей собой систему тел правильной геометрической формы. Это перераспределение массы условной модели может быть проведено внутри эквипотенциальных поверхностей или непосредственно по этим поверхностям без изменения внешнего поля. При оценке параметров структурно-вещественных неоднородностей используются различные аналитические преобразования, наиболее помехозащищенные и хорошо испытанные в практике геофизических работ при обработке аномальных полей сложной конфигурации. Априорное задание геометрии искомых аномальных тел позволяет считать решение обратной задачи условно корректной в рамках принятой модели источников.

Технология геологического моделирования по параметрам потенциальных и геоиндикаторных полей построена на итерационном процессе последовательного анализа различных длин волн, оценки глубины залегания и интенсивности аномалиеобразующих источников с учетом влияния локализованных особенностей полей. Способы локализации источников объединяют методы разделения полей на составляющие, отвечающие разным структурно-вещественным неоднородностям, с методами инверсии полей в классе сингулярных источников. В результате моделирования наблюденных полей определяются организованные по геометрическим характеристикам совокупности возможных аномалиеобразующих источников (т.е. геоиндикаторы) по их параметрам (признакам): интенсивности, плотности в пространстве и по соответствующим им спектрам. Полученное, таким способом, распределение признаков в нижнем полупространстве является одной из возможных геологических («томографических») моделей. Геолого-геофизическая интерпретация полученных «томографических» моделей целиком зависит от задач моделирования и увязки результатов с априорной информацией. При этом обоснованно считается, что геометрические формы томографического распределения в плане и в разрезе параметров источников потенциальных и геоиндикаторных полей содержат следующую информацию:
плотность признака на единицу площади о структуре и степени гетерогенности среды;
плотность источников, отличающихся интенсивностью о различиях вещественно-породного выполнения объектов по намагниченности и плотности, в т.ч. трещинной.

Технологию моделирования в зависимости от полноты и качества априорной геолого-геофизической информации составляют несколько этапов:
1) создание формализованной модели на основе математического моделирования различных составляющих наблюденных полей;
2) статистическая оценка положений аномалиеобразующих границ;
3) разработка алгоритмов увязки расчетных и априорных данных;
4) создание регрессионных моделей структуры с оценкой их точности.
Последовательность этапов определяется геолого-геофизическими условиями и поставленными задачами. Учет априорной информации при оценке эффективности моделирования возможен как на предварительном этапе, так и при построении комплексной согласованной модели. При построении регрессионных моделей используются многомерные нелинейные связи между пространственными геофизическими характеристиками и геологическими структурно-вещественными комплексами. Наиболее вероятные положения границ определяются статистическими методами анализа распределения источников в согласованных ассоциациях и их параметров. Алгоритмы увязки расчетных данных с априорной информацией могут быть построены с применением различных методов (использование принципа эквивалентности при решении обратных задач гравиметрии и магнитометрии; стохастический, использующий различные методы распознавания образов и классификаций и др.), а также в результате экспертной оценки, основанной на опыте и знаниях интерпретатора.

Таким образом, томографический анализ геоиндикационных геолого-геофизических данных позволяет успешно решить следующие геологические задачи:
выявление и изучение (уточнение) иерархического ряда разрывов и их тектонических зон;
изучение особенностей структуры, состава и состояния комплексов, контролирующих пространственное распределение вещественно-структурных неоднородностей чехла и фундамента, в том числе содержащих различные виды минерального сырья;
выявление главных закономерностей их размещения и разработка критериев их прогноза.
Итоговые структурно-тектонические и прогнозно-геологичекие карты, обеспечивающие эффективное решение основных задач по выработке (корректировке) стратегии и тактики поисков месторождений УВ, выполняются на основе количественных характеристик физико-геологических моделей с использованием программ: «Total», структурный анализ признакового пространства («СА»), спектрально-пространственный анализ («СПАН») потенциальных полей и томографический анализ распределения в пространстве параметров сингулярных источников этих полей и геоиндикаторов КС (рис. 1−5).

В 1999-2006 гг. по контрактам с акционерными и государственными геологоразведочными нефтегазодобывающими предприятиями выполнены комплексные аэрогеофизические съемки и (или) обработка и интерпретация материалов на основе новейших технологических решений в Мурманской, Пермской и Сахалинской областях, в Башкортостане, Татарстане и Удмуртии, В Западной и Восточной Сибири на акваториях и прилегающей суше Азовского, Баренцева, Берингова, Каспийского и Карского морей. В каждом регионе были даны рекомендации на постановку (корректировку) геологоразведочных работ на выявленных объектах. Рекомендованные объекты были введены в бурение и подтверждены в Башкортостане и на Каспии.

Литература
1. Аэрокосмические исследования нефтегазоносных территорий Сахалина (обзор)./Ю.Н. Гололобов, Н.И. Мочалов. М.: ВНИИЭГазпром. − 1985, 48 с.
2. Геоиндикационное моделирование (ред. Можаев Б.Н., Афанасьев Н.Ф.), Л., Недра, 1984.
3. Геоиндикационный анализ дистанционных геолого-геофизических данных при поисках нефти и газа.//Ю. Н. Гололобов, В. Г. Мавричев, А. И. Атаков. //Тез. Докладов научно-практической региональной конференции «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса Приволжского, и Южного федеральных округов на 2007 и последующие годы» 16 19 мая 2006 года. Саратов: ФГУП «НВНИИГГ», СО ЕАГО, 2006, c. 96 97.
4. Геоиндикация неоднородности додевонских толщ восточной окраины Русской плиты по материалам аэрогеофизическо-космогеологического комплекса. //Ю. Н. Гололобов, В. Г. Мавричев, И. В. Молодцов, А. И. Атаков, Т. С. Ардашева, А. А. Кирсанов. Интервал. Передовые нефтегазовые технологии. Самара: ЗАО Изд. Дом РОСИНГ, № 05 (88), 2006, c. 18 21.
5. Изучение и прогноз по дистанционным данным вещественно-структурных неоднородностей ловушек нефти и газа. /Ю.Н.Гололобов, И.О.Смирнова. Отечественная геология. 1994, №6, c. 39 − 44.
6. Мавричев В. Г., Гололобов Ю. Н, и др. Новые технологии в обработке и анализе потенциальных полей при поисковых работах на нефть и газ. Тезисы доклад. XII международной выставки. Тюмень. 2005.
7. Материалы космических съемок в ГИС-технологии изучения тектонических критериев нефтегазоносности субарктических районов России. /Ю.Н.Гололобов, А.А. Русанова, И.О. Смирнова. Исследования Земли из космоса. №2, 1995, c. 80 − 87.
8. Оптимизация нефтегазопоискового процесса на основе комплекса современных аэрогеофизических технологий. /А. И. Атаков, Ю. Н. Гололобов, Е. Н. Зацепин, Б. С. Локшин, В. Г. Мавричев. //Горные ведомости. Тюменский научный журнал: СибНАЦ. 2005, №13 (6), c. 82 89.
9. Роль аэрогеофизической съемки в решении нефтегазопоисковых задач. /В.Г.Мавричев, Ю.Н.Гололобов и др. Разведка и охрана недр. №12, 2002, c. 4 − 8.