Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна

Описана разработанная система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур. Выполнено математическое моделирование геологической среды, приближенной к реальной....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Гончар, А.И., Шундель, А.И., Федосеенков, С.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2013
Schriftenreihe:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Schlagworte:	Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56929
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна / А.И. Гончар, А.И. Шундель, С.Г. Федосеенков // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 151-155. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-56929
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-569292014-03-02T03:01:18Z Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна Гончар, А.И. Шундель, А.И. Федосеенков, С.Г. Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Описана разработанная система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур. Выполнено математическое моделирование геологической среды, приближенной к реальной. Описана розроблена система комп'ютерного тривимірного моделювання геофізичних полів геологічних структур. Виконане математичне моделювання геологічного середовища, наближеного до реального. This article describes a developed system a three-dimensional computer modeling of geophysical fields of geological structures. The mathematical modeling of the geological environment, close to actual. 2013 Article Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна / А.И. Гончар, А.И. Шундель, С.Г. Федосеенков // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 151-155. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56929 543.27,621.384.3 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
spellingShingle	Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Гончар, А.И. Шундель, А.И. Федосеенков, С.Г. Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	Описана разработанная система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур. Выполнено математическое моделирование геологической среды, приближенной к реальной.
format	Article
author	Гончар, А.И. Шундель, А.И. Федосеенков, С.Г.
author_facet	Гончар, А.И. Шундель, А.И. Федосеенков, С.Г.
author_sort	Гончар, А.И.
title	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
title_short	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
title_full	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
title_fullStr	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
title_full_unstemmed	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
title_sort	некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56929
citation_txt	Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна / А.И. Гончар, А.И. Шундель, С.Г. Федосеенков // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 151-155. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT gončarai nekotoryeaspektysozdaniâstrukturnyhmodelejneodnorodnogosloistogodna AT šundelʹai nekotoryeaspektysozdaniâstrukturnyhmodelejneodnorodnogosloistogodna AT fedoseenkovsg nekotoryeaspektysozdaniâstrukturnyhmodelejneodnorodnogosloistogodna
first_indexed	2025-07-05T08:11:39Z
last_indexed	2025-07-05T08:11:39Z
_version_	1836793829742608384
fulltext	151 151 УДК 543 .27 , 621 .384 .3 А.И .Гончар, А.И.Шундель С.Г .Федосеенков Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г.Запорожье НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕОДНОРОДНОГО СЛОИСТОГО ДНА Описана разработанная система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур. Выполнено математическое модели- рование геологической среды, приближенной к реальной. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : морское дно, неоднородные среды, математическое моделирование, преобразование Фурье, геологическая среда. Моделирование, как одно из эффективных средств познания законо- мерностей существования и развития самых различных объектов, широко применяется в гидрогеоакустике. В геологической практике под математи- ческой моделью обычно понимают приближенное описание с помощью ма- тематических символов какого-либо геологического объекта, явления или процесса, содержащее в себе его свойства, существенные для конкретных целей моделирования, и, в пределах данных целей, способное заменить ре- альные объекты, явления или процессы при их изучении. Высокая эффективность использования объемных моделей, которые могут быть физическими или математическими, обусловлена тем, что они, кроме хорошей наглядности и информативности, имеют большой прогно- стический потенциал [1]. Опыт моделирования геологических объектов, накопленный в последние годы, свидетельствует, что по целому ряду при- чин наибольшую прикладную эффективность имеют компьютерные мате- матические трехмерные модели. Моделирование, в большинстве случаев, достаточно длительный итерационный процесс и наиболее приемлемая ма- тематическая модель отбирается исходя из условия, насколько корректно она отображает выбранные для моделирования свойства объекта-оригинала. Ориентируясь на вышесказанное, разработана система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур, блок-схема которой показана на рис.1. Данный программный комплекс позволяет создавать модели дна, содер- 1 – реальные исходные данные; 2 – база данных; 3 – моделирование и анализ распределения в трёхмер- ном пространстве геофизических полей геологиче- ских структур; 4 – модельные данные; 5 – моделиро- вание горизонтально слоистых геологических струк- тур; 6 – моделирование «локальных» объектов (включений, пустот, залежей полезных ископаемых); 7 – структурное моделирование геологических сред; 8 – визуализация результатов моделирования; 9 и 10 – трёх- и двумерное представления Р и с . 1 .Блок-схема программного комплекса трехмерного моделирования геофи- зических полей геологических структур. © А .И .Гончар , А .И .Шундель С .Г .Федосеенков , 2013 152 152 жащего включения полезных ископаемых различной формы и состава, в том числе углеводородное сырьё. Как видно из блок-схемы, представленной на рис.1, для создания матема- тических моделей могут использоваться как реальные данные о геологиче- ской среде, так и модельные данные. В зависимости от типа исходных дан- ных используются различные методы моделирования геологической среды. Подробно общие принципы моделирования реальных донных структур, характеризуемых в большей или меньшей степени слоистостью, морфологией, а также случайными (флуктуации свойств) и детерминированными (локализованными) неоднородностями рассмотрены в [2, 3]. Представим среду системой границ между областями с заданными ха- рактеристиками. Такие модели можно определить как дискретные. Рассмот- рим построение дискретной модели донной структуры. Каждый элемент дна характеризуется совокупностью ( ) { , , , ,...}r ρ ϕ λ µΨ =r взаимосвязанных свойств, например, плотностью ρ, пористостью ϕ, упру- гими постоянными Ламе λ и µ и т.д. Найдем метод, конструирующий мас- сив значений ( )rΨ r , отвечающих с необходимой степенью точности реаль- ной донной структуре. Пусть в области осадочной толщи выделяются K + 1 структурных состояний Ψk (k = 0…K), соответствующих водной среде (Ψ0) и слоям дна (Ψ1…k). Для дискретного ряда состояний Ψk введем упорядоченную последовательность поверхностей zk(x, y), образующих донные горизонты. Функции zk(x, y) удобно задавать в следующей форме: 0 0 1 2( , ) ( , ) [ ( , )]k k k k k x yz x y z z x y z F C f fδ −= + = + , (1) где zk 0 – средние уровни залегания горизонтов zk; δzk – отклонения горизонтов zk от средних уровней zk 0; Ck(fx, fy) – пространственный спектр отклонений δzk. Отклонения δzk определяются путем обратного двухмерного Фурье- преобразования (F2 –1) собственных пространственных спектров Ck(fx, fy). Значения zk 0 формально являются нулевыми членами Фурье-разложе- ний образующих поверхностей zk, однако вынесены из спектров Ck в силу того, что обычно zk 0 >> δzk и 0 1 2 [ (0,0)]k kz F C−>> . Пространственные спектры Ck(fx, fy) определяют морфологические осо- бенности горизонтов zk, включая крупные неровности горизонтов (fx и fy ма- лы) и их малоразмерную стохастическую «шероховатость» (fx и fy велики). При Ck(fx, fy) = 0 получаем морфологически вырожденные плоские горизон- ты, залегающие на глубинах zk 0. Поэтому в такой модели все формы по- верхностного и внутреннего рельефа донной структуры могут рассматри- ваться в качестве возмущений идеально компланарной слоистой структуры. Пространственные спектры ( )kC f r горизонтов zk слоистой донной структуры определяются результатом фильтрации ( )F f r случайного поля ( )N f r следующим образом: ( , ) ( ) ( ) \| ( ) \|k x y kC f f C f F f N f= = ⋅ r r r . (2) Тогда (1) с учетом (2) можно переписать в виде: 153 153 0 2 2 2 2 1 ( ) \| ( ) \| exp{ ( 2 2 2 )} c k k cx c cx cy cx cy c c i fr cy w z r z N f u u u u e dfπ ρ πσ σ ξ ξ = + − − + + ∑∫∫ r r r r r (3) Рассмотрим теперь один из возможных способов композиции синтезированных горизонтов zk в донную структуру, т.е. способов определения свойств любого из элементов слоистого дна по заданным функциям zk. Будем считать, что элемент осадочной толщи принадлежит домену структурному состоянию Ψk (т.е. Ψ(x, y, z) = Ψk), если он расположен под образующей zk (т.е. z > zk) и над всеми образующими zq > k (т.е. z < zq > k). Для этого представим свойства элементов донной структуры функцией вида: ( ) ( ), , , ,k kx y z g x y zΨ = Ψ∑ , где gk(x, y, z) – так называемый генератор донной структуры (метод композиции структурных элементов), имеющий в данном примере вид: 1, [ , ) ( , , ) 0, [ , ) k q k k k q k z z z g x y z z z z > > ∈=  ∉ (4) Поверхность рельефной и неоднородной осадочной толщи со всеми ее морфологическими и структурными особенностями формально является верхней границей нулевого структурного состояния и определяется выражением: ( ) ( ) 0 0 , , , , x y z x y z dz Ψ = Ψ  Ψ + ≠ Ψ или 0 0z Ψ = Ψ ∂Ψ ∂ ≠ . (5) Необходимо отметить, что не существует теоретических ограничений на порядок (количество слоев K) и морфологическую детализацию (верхние частоты спектров Ck) моделируемой дискретной донной структуры. Неоднородности, локализованные в слоистой донной структуре, можно моделировать в виде объемных тел Ωi , ограниченных замкнутыми поверхностями zi (x, y), обладающих свойствами Ψi . Структура слоистого дна, содержащего множество локализованных неоднородностей, будет описываться следующим выражением: * * ( ), \ ( ) , k k i i i i g r r V r r  Ψ ∈ Ω Ψ =  Ψ ∈Ω ∑ r r r r U (6) Таким образом, при моделировании дискретной (стратифицированной) донной структуры выделяются K структурных состояний Ψk, которым соответ- ствуют протяженные и, в общем случае, многосвязные области. Для дискрет- ного ряда состояний Ψk вводится упорядоченная последовательность поверх- ностей zk(x, y), образующих донные горизонты (состояния могут повторяться в направлении седиментации). Разномасштабные морфологические особенности горизонтов zk определяются их пространственными спектрами Ck(fx, fy). Если генеральную морфологию структуры дна задает подложка (скалистое осно- вание), то спектры вышележащих горизонтов могут быть определены ре- курсивно. Дискретная донная структура описывается функцией вида ( ) ( )k kr g rΨ = Ψ∑ r r . Порядок (количество K состояний Ψk) и степень морфо- 154 154 логической детализации (размер ненулевой области в спектрах Ck) моделируемой дискретной донной структу- ры могут быть заданы про- извольно большими. Выполним расчет ма- тематических моделей гео- логических структур, при- ближенных к реальным, предложенным выше спо- собом. Исходные данные для модели среды приведе- ны в табл.1. Результаты расчётов представлены на рис.2 – 5. Разработанная система компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологических структур позволяет осуществлять соз- дание объемных структурных литолого-стратиграфических или иных моде- лей геологических сред с преимущественно субгоризонтально-слоистым Р и с . 2 .Дискретная структурно-акусти- ческая модель, синтезированная в облас- ти 100 × 100 × 100 м (дискретизация 1 × 1 × 0,2 м); 5 состояний в виде коррели- рованных слоев с параметрами из табл.1. Р и с . 3 .Математическая модель гео- логической среды с параметрами из табл.1, приближенной к реальной, с геологическим нарушением сброс. Р и с . 4 .Математическая модель гео- Р и с . 5 .Горизонтальные сечения ма- Т а б л и ц а 1 .Механико-акустические свойства морских осадков. тип грунта плотность, г/см3 скорость звука, км/с затухание, дБ/км Гц ил 1,1 – 1,9 1,41 – 1,5 0,05 – 0,9 глины 1,5 – 1,98 1,4 – 1,6 0,2 – 0,61 пески 1,83 – 2,11 1,515 – 1,6 0,4 – 0,7 гравий 2,05 – 2,3 1,55 – 1,65 0,9 выходы скальных пород 2,35 – 2,9 3,1 – 6,6 0,4 – 0,5 155 155 логической среды с параметрами из табл.1, приближенной к реальной, с геологическим нарушением взброс. тематической модели геологической среды морского дна с параметрами из табл.1. строением, в том числе и при наличии выклинивания пластов. При этом возможен расчет и визуализация неограниченного числа вертикальных и горизонтальных разрезов созданной модели [4 – 5]. Созданные трёхмерные модели необходимы для моделирования пано- рамной съемки (работы ГБО, ГБО с интерферометрическим каналом, мно- голучевого эхолота), трёхмерного профилирования, построения изобатиче- ских карт по результатам эхолотных промеров. При моделировании процесса профилирования донных структур целе- сообразнее использовать не трёхмерные модели геологических структур, а двухмерные (плоский вертикальный срез трехмерной структуры). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бурде А.И. Теоретические основы и способы определения комплекса методов при региональных геологосъемочных и поисковых работах.– Л., 1978.– 143 с. 2. Математическое моделирование слоистых неоднородных сред с полостями простой и сложной формы: Отчет по НИР / НТЦ ПАС НАН Украины; № ГР 01040008326.– Запорожье, 2004.– 151 с. 3. Развитие математических моделей геологических структур, приближённых к реальной среде. Развитие алгоритмов и программного обеспечения исследова- ния донных структур гидрогеоакустическими средствами: Отчет по НИР / НТЦ ПАС НАН Украины; № ГР0112U001874.– Запорожье, 2012.– 106 с. 4. Гончар А.И., Неверова С.И., Шундель А.И., Шлычек Л.И. Создание системы компьютерного трехмерного моделирования геофизических полей геологиче- ских структур // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби дослідження світового океану).– Запоріжжя, 2010.– вип.7.– С.90-100. 5. Гончар А.И., Шлычек Л.И., Шундель А.И., Писанко И.Н. Создание структурно- акустических моделей морского дна // Гідроакустичний журнал (Проблеми, ме- тоди та засоби дослідження світового океану).– Запоріжжя, 2004.– вип.1.– С.13-21. Материал поступил в редакцию 13 .06 .2013 г . АНОТАЦ IЯ Описана розроблена система комп'ютерного тривимірного моделю- вання геофізичних полів геологічних структур. Виконане математичне моделюван- ня геологічного середовища, наближеного до реального. ABSTRACT This article describes a developed system a three-dimensional computer modeling of geophysical fields of geological structures. The mathematical modeling of the geological environment, close to actual.

Некоторые аспекты создания структурных моделей неоднородного слоистого дна

Institution

Ähnliche Einträge