«ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ Систематизация и отображение базы данных в программной среде ArcGIS на примере проекта Черные сланцы Дальнего Востока Головей С.Д. ИТиГ ДВО РАН, Хабаровск, Россия, ...»

In today's world must be able to quickly and clearly enough to provide large amounts of information for a wide range of professionals, most of which does not possess GIS software sufficiently. The solution to this problem is to create a video designed to provide information in a dynamic, three-dimensional form. But unfortunately, GIS, and three-dimensional graphics - they are different things. The following is a method to circumvent the problem of different approaches to mapping and data transfer.

ArcScene в 3d studio Max используют принципиально разный подход к отображению данных. Следствием этого является их несовместимость, т.е. невозможность экспорта и импорта. Было найдено достаточно много сложных и практически бесполезных решений для решения этой задачи. ArcScene предполагает возможность анимации и создания видео, но сравнительно с 3dsmax, значительно уступает ей, в возможности работы как с видео так и с самой моделью. Есть множество вариантов написания отдельных скриптов для переноса данных, но все это достаточно сложно. Так же можно использовать промежуточные программы, но это достаточно долго.

Для того что бы воспользоваться всеми возможностями компьютерной анимации нужно решить простую задачу, сделать перенос данных. Здесь необходимо выбрать новую концепцию и забыть сложные скрипты и смены форматов. Решением данной проблемы является использование встроенного в 3dsmax модификатора дисплейсмент. С работой подобного модификатора многие уже знакомы, он действует по принципу «черный-ниже, белый-выше».

Для демонстрации работы данного метода была использована модель из ArcScene.

Как известно на любую модель в данной программе можно применить вертикальный градиент, который при использовании непрерывного перехода от черного к белому цвету, что создает идеальную карту для использования ее модификатором дисплейсмент. Остается только сделать экспорт растра поверхности (рис. 1).

Теперь о том что происходит в 3dsmax. Создается плоскость, к которой применяется упомянутый выше модификатор. Результатом становиться (рис. 2) копия трехмерной модели созданной ранее в ArcScene.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Но 3dsmax оборудован очень мощным аппаратом обработки трехмерных моделей, например сглаживание. Таким образом получается, что при данном методе происходит потеря некоторой доли информации, но значительно увеличивается качество модели и возможности ее демонстрации.

Существует большое количество пространственных данных, не имеющих прямого отношения к географическим координатным системам. И хотя программное обеспечение ГИС не было разработано специально для таких приложений, его гибкость и универсальность открывают возможности, ограниченные только лишь фантазией пользователя.[1] Рис. 2. Отображение земной поверхности средствами 3d studio max

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Литература:

http://www.dataplus.ru/ARCREV/Number_48/22_Mir.html 2. El-Hakim S., Brenner C., Roth G.(1998). “An approach to creating virtual environments using range and texture.” International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol.

32, pp. 331-338, Hakodate 3. Varshosaz M. (2003) “True Realistic 3-D Models of Building in Urban Areas”. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.

XXXIV-5/W

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Вендско-нижнедевонского, Среднедевонско-верхнетриасового, Нижнеюрскокайнозойского. На построенных моделях четко выделяются участки осадконакопления для каждого конкретного периода. Это подтверждает, что программа ArcGIS действительно может быть использована при решении геологических задач, связанных с 3Dвизуализацией различных природных структур.

In this paper we explored the possibility of using the program ArcGis to create threedimensional models. The study built 3D-models of structural-formational complexes of the platform cover of the East European Platform: Vendian-Lower Devonian, of Middle-Upper Triassic, Lower Jurassic-Cenozoic. On the constructed models are clearly distinguished areas of sedimentation for each period. This confirms that the program ArcGIS can actually be used to solve geological problems associated with 3D-visualization of the various natural structures.

В условиях развития современной геологии, оперирующей огромными объемами эмпирических данных, геологические ведомства и горнодобывающие компании многих стран мира пришли к необходимости активного использования в своей деятельности геоинформационных систем (ГИС), способных вместить разнородную информацию различной наполненности, переработать и оценить данные, имеющие зачастую детальную, отчетливую пространственную привязку.

Семейство программных продуктов ArcGIS - лидер среди программного обеспечения ГИС, поскольку обладает сильными функциями редактирования, анализа и моделирования вместе с самыми современными моделями данных и управлением. В данной работе исследуются возможности программы ArcGIS 9.3 при построении трехмерных моделей.

В качестве исходных данных для построения трехмерной модели была использована схематизированная растровая карта Восточно-Европейской платформы (рис. 1) и разрезы 99 главнейших буровых скважин, представленные в виде таблиц текстовых данных.

На первом этапе было осуществлено преобразование исходных данных в цифровой вид. Табличные данные были заданы в цифровой форме в виде таблиц Excel. Для представления карты в цифровом виде было осуществлено сканирование в формате JPEG.

Затем полученное изображение было загружено в программу ArcGIS,проведена пространственная привязка растра с использованием цифровой карты Мира в проекции Asia_North_Lambert_Conformal_Conic.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Следующий этап – построение цифровых моделей геологических систем. Для этого было проведено соединение таблицы атрибутов скважин и таблиц отбивок геологических подразделений. После чего мы приступили к непосредственному построению модели геологических подразделений.

В пакете ArcGIS реализованы четыре способа интерполяции (ОВР, сплайн, кригинг и тренд). Для решения поставленной нами задачи (построение 3-х мерной модели Восточно-Европейской платформы) целесообразно использовать метод сплайн, в котором осущеГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ ствляется построение поверхности минимальной кривизны. С помощью модуля Spatial Analyst, методом сплайн были построены GRID-модели кровли и подошвы всех систем.

Для отображения этой поверхности в трехмерном пространстве используется приложение ArcScene, в которое загружается полученная растровая модель какой-либо системы. В свойствах слоя указываются базовые высоты, побирается цветовая схема и т.д.

После чего в окне ArcScene появляется растровая модель системы.

Затем было осуществлено конвертирование GRID-моделей в TIN-модели. После чего были созданы мультипатчи по каждой из систем.

В результате работы:

1. Построена структурно-тектоническая схема с выделением основных структурных элементов Восточно-Европейской платформы.

2. Построены 3D-модели структурно-формационных комплексов платформенного чехла: Вендско-нижнедевонского (рис.3), Среднедевонско-верхнетриасового (рис.4), Нижнеюрско-кайназойского (рис.5).

Рис. 3. 3D-модель Вендско-нижнедевонского комплекса Рис. 4. 3D-модель Среднедевонско-верхнетриасового комплекса

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Построенная модель в свою очередь может применяться в качестве учебного пособия по геологии России, геотектонике и др.

Литература:

1. Милановский Е.Е. Геология СССР. Ч. – 1. – М.: Издательство МГУ. – 1987. – 416 с.

2. Наливкин Д.В. Очерки по геологии СССР. – Л.: Недра, 1980. – 158 с.

3. Соколов Д.С. Практикум по геологии СССР (Русская платформа). – М.: Высшая школа, 1966.

4. Цейслер В.М. Тектонические структуры на геологической карте СССР. М.: Недра, 1979. – 159 с.

5. Яншин А.Л. Тектоническая карта СССР и сопредельных стран в масштабе 1:5000000, объяснительная записка. – М.: Госгеолтехиздат, 1957. – 78 с.

6. Белорусский геологический портал. Геотектоника и минеральные ресурсы Беларуси. Построение геологических карт с использованием ГИС-технологий. URL:

http://geology.by/geoconference/112/541.html (дата обращения 20.03.2010).

7. Сайт кафедры географии ПГСГА. Восточно-Европейская платформа. URL:

http://egfak.narod.ru/eastplat.htm (дата обращения 14.03.2010).

8. Сайт компании ООО «Дата+». Обзор настольных ГИС от ESRI. URL:

http://dataplus.ru/arcrev/number_19/17_GIS.html (дата обращения 02.04.2010).

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Основой для отражения сложившейся экологической ситуации является составленная цифровая карта экологического состояния почвенного покрова.

В результате проведенных исследований решались следующие задачи:

– выявление зон загрязнения компонентов природной среды определенными токсичными элементами и соединениями;

– установление природы повышенных концентраций токсичных элементов и соединений в компонентах природной среды;

– оконтуривание зон неудовлетворительного эколого-геохимического состояния территорий и установление их состава и структуры.

High technogenic loading on environment defines a difficult ecological situation in region.

Therefore the decision of problems of rational use of natural resources and an estimation of an ecological condition is extremely actual here. Preparation, processing and visualization of the geochemical information for the decision of the given problems is most effective with use of digital geoinformation model.

Basis for reflection of the developed ecological situation is the made digital card of an ecological condition of a soil cover.

As a result of the spent researches following problems were solved:

– revealing of zones of pollution of components of environment by certain toxic elements and connections;

– establishment of the nature of the raised concentration of toxic elements and connections in environment components – аllocation of zones of an unsatisfactory ekologo-geochemical condition of territories and establishment of their composition and structure.

Высокая техногенная нагрузка на природную среду определяет сложную экологическую ситуацию в регионе. Поэтому здесь чрезвычайно актуально решение проблем рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды и оценки экологического состояния. Подготовка, обработка и визуализация геохимической информации для решения данных проблем наиболее эффективна с использованием цифровой геоинформационной модели.

Территория листа характеризуется низкой степенью геохимической изученности, геологической перспективностью для поисков полезных ископаемых. На исследуемой территории так же ранее не проводились ландшафтно-геохимическое и экологогеохимическое исследования масштаба 1:1000000. Работы применяются для оценки загрязнения площадей различного хозяйственного использования токсичными химическими элементами.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Основой для отражения сложившейся экологической ситуации является составленная цифровая карта экологического состояния почвенного покрова в составе геоинформационной модели [2].

В состав цифровой карты вошли следующие тематические слои:

– функциональные зоны – экологическое состояние почв – селитебно-промышленные территории – транспортный тип – точки пробоотбора При составлении карты использовалась информация, содержащаяся на картах функционального зонирования, ландшафтной карты и по результатам обработки аналитических данных.

Карта функционального зонирования составлена с целью отображение дифференциации территории по типам, подтипам и видам ее функционального использования.

Ландшафтная карта составлялась с целью выделения площадей, внутренне однородных в отношении гипергенных условий миграции элементов. Карта позволяет провести районирование территории по условиям проведения геохимических работ [1].

В результате проведенных исследований решались следующие задачи:

– выявление зон загрязнения компонентов ПГС определенными токсичными элементами и соединениями;

– установление природы повышенных концентраций токсичных элементов и соединений в компонентах ПГС;

– оконтуривание зон неудовлетворительного эколого-геохимического состояния территорий и установление их состава и структуры.

Объектами эколого-геохимической оценки и анализа являются аномальные геохимические поля [3].

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Литература:

1. Головин А.А., Ачкасов А.И., Волочкович К.Л и др. Требования к производству многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:1 000 000. М.: ИМГРЭ, 1999.

2. Гуляева Н.Г. Методические рекомендации по эколого-геохимической оценке территорий при проведении многоцелевого геохимического картирования масштаба 1: 000 000 и 1:200 000 – М.: ИМГРЭ, 2002,72 с.

3. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды – М.: Недра,1990.-335с

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

В основе любой современной интернет-ГИС лежит многоуровневая архитектура, которая обычно включает в себя три уровня: обработка данных, бизнес-логика и представление, а сама система обычно строится по технологии клиент-сервер. Клиентская часть строится на основе веб-броузера, интерфейс которой должен предоставлять полный перечень возможностей доступных в настольных ГИС.

Распределённые ГИС позволяют решать задачи совместного ведения данных не одной, а группой организаций, в связи с этим использование локальных геоинформационных систем затруднено и весьма затратно, а иногда неосуществимо силами одной организации. Затруднения связаны с тем, что в процессе работы на локальных компьютерах пользователей происходит дублирование данных, которые необходимо синхронизировать, в результате чего появляются затраты на передачу данных по каналам связи.

Разработанная технология распределённой обработки геоинформации в природопользовании основывается на основе разрабатываемого во ФГУП ГНЦ РФ ВНИИгеосистем начиная с 2005 года программно-технологического комплекса МГС – многофункционального геоинформационного сервера, ориентированного на создание различных тематических ГИС-приложений в среде интернета. Программно-технологический комплекс включает средства управления метаданными и взаимодействия с удалёнными информационными ресурсами, развитый ГИС-инструментарий, сопоставимый по возможностям с настольными геоинформационными системами. При его создании основной упор делался на свободно-распространяемое программное обеспечение с применением международных и отечественных стандартов в области геоинформатики (ИСО, OGC, МГК и др.).

Требования к функциональным возможностям распределённой ГИС Крупная распределённая ГИС должна предоставлять богатый набор функций и легко расширяться дополнительными возможностями, чтобы удовлетворить большинство поГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ требностей, возникающих в сфере геологического изучения недр и недрапользования. К основным функциональным возможностям распределённой ГИС можно отнести:

– Просмотр картографической информации в различных растровых и векторных форматах.

– Распределённое хранение пространственных данных.

– Ввод и редактирование пространственных данных.

– Выполнение пространственных и атрибутивных запросов по картографическим слоям.

– Разграничение доступа к информации на основе прав пользователя.

– Проведение распределённых вычислений.

– Визуализация результатов расчётов в табличном и графическом форматах.

– Возможность интеграции с системами, построенными по открытым стандартам.

– «Прозрачная» интеграция данных, расположенных на различных серверах сети.

– Ведение базы пространственных метаданных.

Программно-технологическая платформа MGS-Framework MGS-Framework – программно-технологическая платформа платформа для создания распределённых геоинформационных систем, доступных через Интернет в составе МГС.

Она представляет набор средств для разработки приложений. Модульный принцип устройства, позволяет упростить проектирование и разработку созданных на её основе систем. Каждая система выполняется в виде отдельного модуля, что обеспечивает независимость разработанных систем между собой.

Платформа MGS-Framework (рис. 1) реализована на основе многоуровневой архитектуры «клиент-сервер». Серверная часть выполнена на языке программирования PHP и C++, клиентская часть – на языке JavaScript с использованием технологий DOM и CSS.

Клиент-серверные взаимодействия осуществляются посредством технологии AJAX, а разработанные подсистемы на стороне сервера взаимодействуют посредством веб-служб.

Пользовательский интерфейс выполняется в виде набора динамически встраиваемых компонентов (plug-in), что даёт возможность эффективно настраивать интерфейс под решение конкретных задач. Клиентское приложение может быть организовано таким образом, что в зависимости от определённых условий осуществляется загрузка или выгрузка отдельных компонентов, при этом перезагрузка всего приложения не требуется.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Таким образом, программно-технологическая платформа MGS-Framework позволяет:

– Встраивать разрабатываемые подсистемы, в том числе уже существующие и созданные сторонними разработчиками, в свой веб-интерфейс.

– Осуществлять централизованное управление правами доступа к информации.

– Обеспечить масштабируемость разрабатываемых подсистем.

– Применять различное серверное программное обеспечение, находящееся в открытом доступе.

В состав MGS-Framework входят следующие функциональные модули:

– «Подсистема объектно-ориентированного разграничения и управления доступом (ОРУД)» – неотъемлемая часть любой распределённой системы. Она позволяет централизованно управлять доступом к распределённым ресурсам на основе прав пользователя и вести аудит. Права пользователя к каждому объекту определяется проверкой списков прав доступа.

– «База пространственных метаданных (метабаза)» – обеспечивает сбор, хранение, каталогизацию и централизованное управление данными на основе международных стандартах ИСО 19115 и ИСО 19139.

– «Интернет-ГИС» – обеспечивает функциональность настольных ГИС в среде интернета, преимуществом которого является отсутствие специализированного дорогостоящего программного обеспечения на рабочем месте конечного пользователя, а достаточно

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

– «Подсистема пространственного моделирования» – позволяет осуществлять удалённую обработку больших массивов геолого-геофизической и геоэкологической информации.

– «Подсистема распределённых вычислений» – позволяет производить запуск, получать информацию о состоянии любой запущенной задачи и осуществлять контроль их выполнения.

Рабочие места пользователей системы выполняются на основе стандартных вебброузеров, не требуя установки дополнительного программного обеспечения, что позволяется упростить их дальнейшую поддержку. В качестве веб-броузера используются любые современные броузеры типа Internet Explorer, Firefox, Seamonkey, Opera, Chrome, Safari и др.

Функциональность каждой разработанной системы зависит от набора динамически встраиваемых компонентов, которые позволяют произвести конфигурацию системы таким образом, чтобы она была бы эффективной при решении поставленных задач. Ещё одно преимущество применения такого подхода при построении систем – сокращение объёма данных, подгружаемых в веб-броузер, что ведёт к сокращению объёма трафика и времени загрузки приложения, и является основным требованием при разработке современных веб-приложений.

Всё вышеперечисленное позволяет создавать распределённые многоуровневые информационные системы, обеспечивающие решение следующих задач:

– Удалённый сбор, распределённое хранение и централизованный доступ к разнородной пространственно привязанной информации с учётом её изменения во времени.

– Интеграция разнородных, в том числе уже существующих, информационных систем и данных в единую технологическую среду обработки и интерфейса пользователя.

– Качественное наглядное отображение информации с элементами картографии, диаграмм, табличного и факсимильного представления данных на экране и в бумажном виде.

– Обработка актуальной информации методами пространственного анализа и моделирования для оперативной поддержки управленческих решений и научных исследований.

– Развёртывание большого числа рабочих мест на основе стандартных средств интернета, не требующих затрат на программное обеспечение и техническое сопровождение, в то же время, обеспечивающих продвинутые возможности работы с системой.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

На основе разработанной технологии на данный момент успешно функционируют следующие отраслевые распределённые информационные системы в области геологического изучения недр:

1. Информационная система обеспечения работ по геологическому изучению недр и воспроизводству минерально-сырьевой базы (СОБР Роснедра). Внедрена и функционирует в Федеральном Агентстве по Недропользованию в 2009 году.

2. Информационная система сейсмической и буровой изученности территории Российской Федерации и её континентального шельфа. Создана по заказу Федерального Агентства по Недропользованию в 2009 году.

3. Картографическая информационно-поисковая система государственного банка цифровой геологической информации (КИПС ГБЦГИ). Создана по заказу Российского Федерального Геологического Фонда «Росгеолфонд» в 2006 году.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

This report present the map of study and assimilation of coal objects in the North-East of Russia, its structure and content.

Карта изученности и освоенности угольных объектов Северо-Востока России была разработана для Магаданской области и Чукотского автономного округа. Она отражает состояние угольной сырьевой базы региона и дает возможность разработать рекомендации по направлениям геологоразведочных работ.

На основе всей имеющейся информации была создана многоуровневая картографическая модель, наиболее полно характеризующая угольные объекты Северо-Востока России. Эта модель, интегрированная с базой данных по угольным объектам, позволяет осуществлять различные виды анализа, систематизации данных и создавать картографическую продукцию. Картографическая модель реализована в среде Arc Gis 9.3.

Картографическая модель имеет три основных уровня организации информации.

Первый уровень представлен управляющим ГИС-проектом, основой которого является карта угольных объектов Северо-Востока России, отражающая степень изученности и освоенности угольных объектов - бассейнов, угленосных районов, площадей, групп месторождений или их частей в пределах разных субъектов Федерации.

Переход на второй уровень, содержащий электронные карты угольных объектов в отдельном субъекте Федерации, осуществляется с помощью интерактивных связей. Картографическая информация этого уровня включает в себя четыре основные группы информационных слоев: топооснову, геологическое и структурно-тектоническое строение, степень изученности и освоенности, результаты геолого-экономической оценки угольных объектов.

Третий уровень составляют карты отдельных угольных бассейнов, угленосных площадей, месторождений и участков. Для Магаданской области были сформированы электронные карты по месторождениям: Верхне-Аркагалинское, Нижне-Аркагалинское, Галимовское, Кенское, Мелководнинское, Ланковское и Челомджинское; по Чукотскому АО - Анадырское и Бухта Угольная. На картах месторождений отражена следующая информация: геологическое и структурно-тектоническое строение угольных объектов (индексы стратиграфических подразделений, тектонические нарушения, зоны дробления, оси склаГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ док), выходы пластов углей, буровые скважины, канавы, шурфы, разведочные профили, шахты и карьеры.

Состояние угольной ресурсной базы отражают следующие информационные слои:

объекты распределенного фонда недр и основные технико-экономические показатели добычи углей; объекты нераспределенного фонда недр с результатами ранжирования по степени их эффективности, характеристиками для включения в перечень объектов для лицензирования.

Подготовлена база атрибутивных данных о геологическом строении угольных месторождений, запасах и ресурсах углей бассейнов, площадей, месторождений и административных единиц – федерального округа, субъектов Федерации. Связь с базой данных осуществляется с помощью уникального кода объекта в фактографической базе данных. К каждому угольному объекту присоединены данные из фактографической базы данных в атрибутивные таблицы по состоянию на 01.01.2010 г.

Угольные объекты каждого уровня характеризуются следующими показателями, отражающие ресурсный потенциал Северо-Востока России: количество запасов и прогнозных ресурсов угля, запасов распределенного и нераспределенного фондов недр, количество шахт и разрезов, добыча и другие.

В результате геолого-экономической оценки угольные объекты были подразделены на эффективные, потенциально-эффективные и неэффективные.

Все месторождения вынесены на карту в виде точечных и полигональных объектов.

На полигональных объектах цветом отражено состояние изученности угольных объектов:

геологическая съемка масштаба 1:200 000, геологическая съемка масштаба 1:50 000, поисковые работы, поисково-оценочные работы, предварительная разведка, детальная разведка, доразведка. Геофизические работы представлены в виде линейных слоев.

Карта изученности и освоенности угольных объектов Северо-Востока России содержит визуализированную информацию о результатах геологического изучения, экономической оценки угольных объектов и динамику изменения основных характеристик угольной сырьевой базы федерального округа, субъектов Федерации, угольных бассейнов, угленосных районов, месторождений и участков.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

На основе составленного ГИС-проекта по космическим снимкам отдешифрированы основные структурные элементы, характерные для складчато-надвиговых поясов подобного строения. Кроме того, составлена методика дешифрирования этих элементов на основе совместного использования различных материалов ГИС-проекта и на применении технических возможностей среды ArcGIS.

Within this research were selected the modern materials about the region geology of Canadian Rockies and a variety of satellite images (in accordance with visibility and spectral characteristics), which were combined in GIS-project. Based on this GIS-project, author identified some classes of structural elements, specific for such thrust-belt region, and regularity of their spatial variability. Moreover, the methods of this elements identification were composed, based on combined analyses of the various GIS-project materials, and on using the technical capabilities of ArcGIS software.

Объектом изучения в данной работе является юго-западная часть канадской провинции Альберты, граничащей на западе с Британской Колумбией, на востоке – с Саскачеваном, на севере – с Северо-Западными территориями, а на юге со штатом Монтана (США).

Область исследования в первую очередь интересна структурными особенностями.

Она представляет собой сложный складчато-надвиговый комплекс, заложившийся в позднем рифее, длительность его развития насчитывает около 750 млн. лет. Кроме того, здесь встречаются гигантские месторождения углеводородов, сопряженные с определенными геологическими структурами, что отчасти обосновывает важность изучения данной территории [1].

Были поставлены три основные цели работы. Во-первых, это подбор геологических, геофизических, геохимических, дистанционных и других материалов, необходимых для составления ГИС-проекта на изучаемый регион. Во-вторых, это решение проблем структурно-геологического строения региона, с использованием составленного ГИС-проекта.

В-третьих, это составление методики комплексного использования различных данных для дешифрирования конкретных геологических структур складчато-надвиговых поясов типа Канадских Кордильер.

Были выполнены следующие этапы работы:

1. Основные закономерности глубинного строения изучаемого региона. Для этого был проведен литературный обзор по физико-географическим особенностям и геологическому строению региона, а также подбор материалов для ГИС-проекта. Далее был составлен ГИС-проект, объединяющий многочисленные тематические материалы:

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Эти материалы представлены в ГИС-проекте в разнообразных форматах и видах: растровые и векторизованные изображения, табличные данные, визуализированные базы данных и др. Базой для ГИС-проекта являются дистанционные данные американской программы Landsat 7 различных типов: мозаика космических снимков Landsat ETM+ Compressed Mosaics и восьмиканальные космические снимки Landsat ETM+ SLC-On.

Среда ArcGIS позволяет совместно использовать различные данные: сопоставление космических снимков с геологическими картами, тектоническими схемами, с визуализированными базами данных по распространению линеаментов и др. Таким образом, применяя в комбинации разнородные группы снимков, карт и схем, были отдешифрированы и отвекторизованы основные группы складчато-надвиговых структур, такие как обратные надвиги, поверхности срыва и т.п. (таблица 1).

2. Методика дешифрирования космических снимков и их обработки. В рамках данной задачи был использован ГИС-проект, а также проанализирован и систематизирован опыт дешифрирования конкретных структурных элементов. В результате составлены таблицы с основными дешифровочными признаками структурных элементов, характерных для складчато-надвигового пояса Альберты (таблица 1), и с основными особенностям использованию комбинаций спектральных каналов многоканальных снимков (таблица 2). В дальнейшем методика, отраженная в данных таблицах может быть перенесена и на другие регионы похожего складчато-надвигового строения (например, Анды).

Дешифровочные признаки структурных элементов Скалистых гор Обратные над- - вытянутый хребет, простирающийся - как правило, по фронту перпендикулярно направлению надвига- обратного надвига перевиги Рамповые анти- - вытянутый симметричный хребет, простирающийся перпендикулярно направклинали

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Взбросо- - вытянутый свод, простирающийся перскладки пендикулярно направлению надвигания;

- пластовые треугольники на противоположные склонах имеют различную геометрию: остроугольные в тыловых частях складки, тупоугольные – во фронтальных.

Поверхности - наличие плоскодонной или слабовогнутой широкой впадины, параллельной просрыва выработанных зрелых речных долин;

- наличие у фронта детачмента остроугольных пластовых треугольников, указывающих на пологое его залегание.

Чешуйчатые - серия близкорасположенных параллель- - в пределах хребтов на ных хребтов, разделенных узкими впади- поверхности вскрываютвеера - асимметричность хребтов: более крутые ния, чем отложения впауглы падения слоев на фронтальных дин.

Сдвиги - наличие коленообразного перегиба речного русла: перегиб представляет собой сдвиг, по которому смещается основное - смещение положительных элементов - ориентировка поверхности сдвига перпендикулярно либо вкрест простиранию складчато-надвигового пояса.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

ных снимков. - выделяются участки, сложенные различными породами по составу, по обводненности, по текстуре, по генезису и т.п.

- выделяются участки распространения различных современных геологических процессов: речная эрозия, распространение ледниковых покровов, склоновые процессы и т.п.

- выделяются следы древних геологических процессов: движения 2. Комбинирование спектральных каналов позволяет генерализировать получаемую визуальную информацию:

- все восьмиканальные снимки в силу своей пониженной разрешающей способности сглаживают мелкие элементы рельефа, позволяя, таким образом, получить информацию об общей структуре региона, не перекрытой незначительными элементами;

- некоторые комбинации по общему фототону позволяют генерализировать многие геологические явления (см. пункт 1).

Инвертирование. В большинстве случаев инвертирование позволяет добиться более интенсивного стереоэффекта, что дает возможность точнее определить структурную обусловленность различных элементов рельефа.

3. Рекомендации по использованию дополнительных возможностей программного обеспечения ArcGIS для решения разнообразных геологических проблем:

Применен внешний модуль, позволяющий строить профили рельефа и других поверхностей, что важно для анализа обстановок осадконакопления. В рамках этой работы профили включали две составляющие: были построены профили цифровой модели рельефа и профили морфологии коренных пород. Таким образом, анализируя соотношения кривых на профиле совместно с геологическим строением изучаемого участка, можно делать выводы об условиях, источниках и интенсивности осадконакопления. В результате были выявлены участки, где кривые рельефа и морфологии коренных пород расположены

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

На участках же, где кривые рельефа и морфологии коренных пород имеют большую амплитуду высот, мощность осадков достаточно велика, что указывает на благоприятную обстановку осадконакопления. Применение этого модуля в собранном ГИС-проекте является одним из способов выявления регионального распространения осадочного чехла при отсутствии соответствующих разрезов.

Применение атрибутивного анализа данных (для решения широкого спектра геологических задач при совместном использовании с космическими снимками и картами).

Многие данные ГИС-проекта представлены в виде атрибутивных таблиц, которые визуализированы автором в среде ArcMap; к ним относятся распределение линеаментов различной природы и кинематики, распространение очагов землетрясений, распределение теплового потока, современных напряжений земной коры, геохимические базы данных, распространение различных рудоопроявлений, месторождений угля и углеводородов, распространение и генезис четвертичного покрова, гляциокинематика и др.

Использование цифровой модели рельефа для построения различных производных гидрологических моделей в среде ArcMap (для определения связи гидрологической сети с теми или иными структурными элементами региона).

Построение 3D-модели рельефа в среде ArcScene (для получения пространственного представления о строении региона).

Таким образом, создан обширный ГИС-проект, позволяющий решать очень широкий спектр геологических задач.

Литература:

1. Хаин В.Е., Лимонов А.Ф. Региональная геотектоника (тектоника континентов и океанов): учебное пособие. – Тверь, ООО «Издательство ГЕРС», 2004. – 270 с.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Для проверки полученных результатов предлагаемые серии морфометрических карт сверялись с прогнозной картой на нефть и газ.

The report examines the possibility of predicting oil and gas area using morphometric methods.

Shows the methodological framework for building map of the base surface, the apical surface and map of vertical partition of the surface. To verify the results proposed a series of morphometric maps is compared with the prediction maps for oil and gas.

В докладе рассматривается возможность использования морфометрических методов с целью выявления (прогнозирования) локальных нефтегазоперспективных площадей.

Для построения серии морфометрических схем использована цифровая модель топографической основы рельефа листа N-48 (Иркутск) масштаба 1:1 000 000 с сечением горизонталей 100 метров.

Основную часть территории листа N-48 занимает Лено-Ангарское плато, с относительными высотами 500-900 м., рассеченное глубоко врезанными речными долинами. [6] Развитие ГИС-технологий обеспечивает дополнительные возможности по обработке, анализу и использованию пространственных данных [8,9].. ArcGIS 9.2 позволяет существенно облегчить и ускорить проведение морфометрических исследований.

В морфометрическом анализе существует множество методических приемов, важнейшие из которых сводятся к графическим построениям или измерениям на топографических картах [2,3,4,5].

Важный этап морфометрического анализа - определение способа разделения изучаемой территории на сетку квадратов, которая наилучшим образом раскрывала бы пространственную структуру (количественные характеристики) рельефа [2,7].

Процедура выбора размерности расчетного квадрата сводится к следующей последовательности:

1. Перевод векторного формата изолиний рельефа в растер (GRID формат) с помощью инструмента «Feature To Raster» модуля Conversion Tools. Размер ячеек результирующего растра 100 на 100 метров, что определяется кратностью расстояния между изолиниями. Значение выходной ячейки присваивается равное значению входной линии по выбранному полю атрибута, в данном случае высоты. Оставшимся ячейкам присваивается значение NoData (нет данных) и далее будут игнорироваться при вычислениях. Таким обГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ разом, получаем массив ячеек, которые, как и изолинии, описывают рельеф изучаемой поверхности.

2. Для дальнейшего анализа используется инструмент Агрегирование (Aggregate) модуля Spatial Analyst, который позволяет создавать выходной растр, размер ячеек которого всегда больше, чем у входного растра. Инструмент группирует вместе входные ячейки на основании коэффициента ячейки (2х2 ячейки, 3х3 ячейки и так далее) с целью создания выходной ячейки, чей размер кратен ее входному значению.

3. Процедура расчета ячейки (квадрата) была проделана одиннадцать раз, которая сводится к последовательной группировки ячеек по принципу 6000м x 6000м, 9000м x 9000м, 12000м x 12000м, 15000м x 15000м и т.д. При этом применяется заданная статистика MEAN (среднее) к значениям входных ячеек. Рис.1 наглядно иллюстрирует ход этой процедуры, на котором видно, что оптимальный размер ячейки равен 18 000 метрам. Если взять большей размер ячейки, то получится обобщенная картина распределения высот, а при малом могут пропасть некоторые общие закономерности в их распределении, так как крупные пространственные структуры на карте будут затушеваны деталями.

Рис.1. График зависимости средней высоты рельефа (Hср, м) от размера ячейки со стороной «а» (м) Для проведения сравнительного анализа на территории моделирования, были составлены серии морфометрических схем.

Для построений карт вершинной и базисной поверхности используется тот же растровый (GRID) слой изолиний рельефа с размером ячеек 100 на 100 метров. При группировке ячеек в инструменте Aggregate устанавливаем значение выходной ячейки равное 18000м. Для построения карты вершинной поверхности используем статистику для входных ячеек «MAX», для базисной - «MIN». Далее варьируя методы интерполяции, предГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ ставленные в модулях Spatial Analyst или Geostatistical получаем результирующие карты.

В данном случае использовался метод «Сплайн». Рисунок 2 иллюстрирует результаты построения карты вершинной поверхности, а рисунок 3 – базисной.

Рис.2. Схема вершинной поверхности, совмещенная с картой прогноза на нефть и газа Рис.3. Схема базисной поверхности, совмещенная с картой прогноза на нефть и газа Карта вертикального расчленения рельефа (Рис.4) составлялась по методике Спиридонова [5], суть которой заключается в получении алгебраической разницы между вершинной и базисной поверхностями. Поскольку полученные карты поверхностей (вершинГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ ная и базисная) привязаны к одной и той же системе координат и размер ячеек для них одинаковый, расчет поверхности вертикального расчленения выполнялся простым вычитанием значений соответствующих ячеек. Математические операции над растрами легко выполняются с помощью Калькулятора растров (Math) модуля Spatial Analyst. Для визуализации растровых данных предлагается использовать инструмент «HillShade» модуля Spatial Analyst, который используется на картах в качестве фона для придания большей выразительности рельефа (2D изображение).

Рис. 4. Схема вертикальной расчлененности рельефа, совмещенная с картой прогноза на нефть и газ Для проверки полученных результатов предлагаемые серии морфометрических карт сверялись с прогнозной картой на нефть и газ.

В пределах площади листа N-48 – 122,5 тыс. кв. км расположена Ангаро-Ленская газо-нефтеносная область (ГНО). Она включает четыре газонефтеносных района (ГНР): I – Братский, II – Бельский, III – Верхне-Ангарский, IV – Верхнее-Ленский. На территории листа находятся Ковыктинское, Атовское, Левобережное месторождения и 12 объектов, перспективные на нефть и газ [1].

Совмещенные морфометрические схемы с прогнозной картой на нефть и газ показали следующие результаты: наибольшая пространственная связь прослеживается по карте вертикальной расчлененности для газонефтеносного района Верхнее-Ленский, который характеризуется превышением амплитуд колебания высот земной поверхности более м, т.е. в местах, где расчлененность дневного рельефа наиболее высока. По карте вершинной поверхности (рис.2) положительные аномалии высот поверхности совпадают с очертаниями для Ковыктинского месторождения; в меньшей степени это связь просматриваетГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ ся для перспективных объектов (Христофоровская, Тутурская и Куленгская площади).

Для остальных объектов эта связь слабо отображена и требует дополнительных методических подходов. Аналогичная ситуация прослеживается и для схемы базисной поверхности.

Анализ остальных схем показал, что аномалии коэффициента горизонтальной и общей расчлененности слабо коррелируются с месторождениями газа и нефти и по этой причине в докладе не представлены.

В то же время анализ многовариантных построений карт морфометрических параметров дает возможность заключить, что морфометрические методы являются одним из способов изучения нефтегазоносных территорий и выявления нефтегазоперспективных объектов по геоморфологическим критериям. Они не претендуют на самостоятельное применение, и их следует использовать в комплексе с аэрокосмическими методами, а также геолого-геофизическими исследованиями. Только при таком подходе морфометрия сможет стать одним из инструментом при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 11-05-00123-а) 1. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000 000 (третье поколение). Серия Ангаро-Енисейская. Лист N-48 – Иркутск. Объяснительная записка. – СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ. В издании.

2. Симонов Ю.Г. Объяснительная морфометрия рельефа. М.: ГЕОС, 1999. 263 с.

3. Морфометрический метод при геологических исследованиях. Под редакцией А.А.

Корженевского. Саратов: СГУ, 1963. 264 с.

4. Герасимов И.П. Применение геоморфологических методов в структурногеологических исследованиях. Изд-во «Недра», 1970. 296 с.

5. Спиридонов А.И. Геоморфологическое картографирование. М.: Недра, 1974. 184 с.

6. История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока. Плоскогорья и низменности Восточной Сибири. Под ред. Н.А. Флоренсова. М.: Наука, 1971. 320 с.

7. Червяков В.А. Концепция поля в приложении к морфометрическим картам.//Геоморфология. 1984. №2. - С. 57-61.

8. МакКой Д., Джонстон К. ArcGIS Spatial Analyst. Руководство пользователя. М.:

DATA+, 2002. 214 с.

9. Кевин Джонстон, Джей М., Вер Хоеф, Константин Криворучно, Нейл Лукас. ArcGIS Geostatistical Analyst. Руководство пользователя. М.: Дата+, 2001. 278 с.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

The possibility to use software package CREDO for geological studies (counting reserves) of common minerals.

Апробирование некоторых систем программного комплекса CREDO, в частности, систем CREDO_GEO и CREDO_TER, при геологоразведочных работах (ГРР) показало их высокую эффективность и перспективность. Подсчет запасов каждого из слоев общераспространенных полезных ископаемых (ОПИ) связан с использованием данных систем.

Система CREDO_GEO предназначена для моделирования геологического строения площадки или полосы изысканий, построения чертежей инженерно-геологических колонок и разрезов, экспорта геологического строения по разрезам в проектирующие системы.

Она используется в инженерно-геологических изысканиях, геологическом обеспечении проектирования промышленных, гражданских и транспортных объектов. Однако опыт применения данной системы при ГРР на ОПИ свидетельствует также о возможности ее использования при подсчете запасов полезных ископаемых в недрах.

Функциональный потенциал данной системы позволяет осуществлять:

1) создание, редактирование и использование литологического классификатора горных пород, выявленных на объекте;

2) ввод данных по исходным горным выработкам;

3) импорт исходных данных из текстовых файлов открытого обменного формата;

4) привязка устьев выработок и установление дневной поверхности разрезов по данным цифровой модели местности;

5) определение геометрии разрезов по проектируемым трассам любой сложности с использованием данных цифровой модели проекта;

6) создание каталога исходных выработок, чертежей схемы выработок на площадке, геологических колонок исходных выработок и колонок, интерполированных в произвольных точках площадки;

7) создание объемной модели геологического строения площадки и полосы изысканий, просмотр и корректировка модели на неограниченном числе вертикальных разрезов произвольной геометрии в плане;

8) получение информации о геологическом строении в любой точке разреза;

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

10) вычисление площадей литологических разностей горных пород, осредненной мощности слоев в разрезах.

В системе CREDO_GEO геологическое строение объекта изысканий представляется в виде объемной геологической модели, которая формируется на основании введенной геологической информации по созданным исходным геологическим выработкам (рис. 1).

При этом предполагается, что предварительно на основе анализа лабораторных данных выделены кондиционные и некондиционные литологические разности горных пород. Система позволяет на основании одних и тех же исходных данных создавать несколько вариантов геологического строения объекта, учитывая при этом субъективное представление геолога.

Геологические На каждом объекте предварительно создается объемная геологическая модель. Причем формируется она путем создания и последующего редактирования данных геологолитологических разрезов, которые создаются по имеющимся скважинам.

Расчет объемов (подсчет запасов) производится в системе CREDO_TER между двумя поверхностями, поэтому в первую очередь необходимо создать поверхности по точкам подошвы и кровли слоя полезного слоя, предварительно подготовленные с помощью системы CREDO_GEO. Таким образом, в каждом объекте присутствуют три слоя с построенными поверхностями, между которыми производится подсчет объемов: 1) по дневной поверхности рельефа; 2) по кровле полезного слоя; 3) по подошве полезного слоя.

В системе CREDO_TER расчет объемов можно выполнять двумя способами:

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

2) по сетке квадратов (задается дирекционный угол и сторона квадрата) (рис. 2). Результатом является ведомость и картограмма подсчета объемов полезного слоя.

Использование данного программного комплекса позволяет избежать больших погрешностей в подсчете запасов, неизбежно возникающих при применении устаревших аналитических методов (среднего арифметического, геологических блоков, разрезов), которые основаны на усреднении данных по мощностям полезного ископаемого. Программный комплекс CREDO дает возможность рассчитать объем всего геологического тела в заданном контуре независимо от его формы, что особенно актуально для линзовидных тел (элювиальные и аллювиальные песчано-гравийные отложения, выклинивающиеся песчаные массивы и др.).

Кроме того, в ряде случаев в подсчет запасов не включается довольно большой объем полезного ископаемого, который соответствует условиям технического задания, но не может учитываться при подсчете запасов традиционными методами геологоразведки. Эти запасы могут бесконтрольно отрабатываться при подходе к подсчетному контуру, что является прямым нарушением федерального закона «О недрах» и целого ряда других нормативных документов, регламентирующих рациональные условия недропользования. Как правило, техническим заданием предписывается минимальная мощность полезного слоя, которая должна быть включена в подсчет запасов. Однако в реальности скважины вскрывают, разумеется, мощности большие или меньшие. Обработка разрезов позволяет оконтурить объем полезного ископаемого именно по минимально допустимой мощности и, соответственно, определить реальные запасы по условиям технического задания с очень высокой степенью достоверности. Авторами за последние два года разведано уже более десятка месторождений ОПИ, последующая разработка которых показала надежность результатов, полученных с помощью программного комплекса CREDO.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Описанный метод картирования микротрещин с использованием ГИС-технологий помогает в определении значений микротрещиной пористости и проницаемости, позволяет в пространственно-временном контексте реконструировать направления и условия движения палеопотоков флюидов. Исследования могут быть сосредоточены на различных типах трещин. Метод прост в применении и для его реализации необходимы только ориентированные шлифы и их цифровые изображения.

This paper presents original method of mapping and studying microfissural structures, revealing laws of distribution linear objects on some area. Result of work was creation modular software product for calculating parameters of single microcracks and their systems as well as quantification of filtration parameters of rocks with possibility of its further integration to GIS. The described method of mapping microcracks with use of GIS-technologies helps to find porosity and permeability values of microcracks, allows reconstructing directions and traffic conditions of paleofluid flows in an existential context. Researches can be concentrated on various types of cracks. Method is clearly simple and needs only oriented polished sections and their digital images for analyzing.

Трещинная тектоника во многих случаях является определяющим фактором локализации, прежде всего эндогенных, но нередко и экзогенных месторождений. Изучение закономерностей распределения, последовательности образования и ориентировки различных типов трещин и микротрещин на площади изучаемого рудного объекта необходимо для анализа истории и реконструкции условий формирования рудоносных структур и, в конечном счете, для выявления закономерностей размещения оруденения [1].

В данной работе представлена оригинальная методика картирования и изучения микротрещинных структур (размер трещин n х 10, мм – n, см), выявления закономерностей распределения линейных объектов (разрывов, контактов минеральных зерен, включений, шлиров и т.д.) на площади.

Цель работы – создание модульного программного продукта для определения параметров отдельных микротрещин и их систем, расчета фильтрационных параметров горных пород, с возможностью его дальнейшего интегрирования в ГИС.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- привязка растров отдельных секций шлифа, а также их «сбивка» и «стыковка» в одной системе относительных координат;

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

- определение геометрических параметров трещин (длина и азимут простирания);

- маркировка различных систем трещин, маркировка объектов по типам (флюидные включения, открытые или частично минерализованные трещины), маркировка трещин по возрасту и генезису;

- определение количественных и процентных соотношений различных типов структур, построение различных диаграмм и роз-диаграмм;

- определение фильтрационных характеристик (пористости, проницаемости) для каждой секции и шлифа в целом.

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS) [2]. Благодаря результатам исследования, описанным в данной работе, мы фактически осуществляем переход от макро ГИС-проектов к новому типу – микро ГИС (micro GIS).

Для решения поставленных задач использовался программный продукт ArcView 3. компании ESRI, являющийся общепринятой отраслевой геоинформационной системой в России. Среди всего разнообразия ГИС-программ мы остановились именно на ArcView 3.2, так как данная программа включает в себя внутреннюю среду разработки – объектноориентированный язык программирования Avenue, который применяется для написания различных скриптов и программных модулей для расширения базового функционала ArcView, которые находят свое применение в различных областях геологической теории и практики.

В описываемом методе тонкие срезы (шлифы) изучаются с помощью оптического микроскопа, оборудованного цифровой камерой. В нашем случае использовался микроскоп Olympus BX-51 с цифровой камерой Olympus Camedia C7070zoom. Для полноценной «привязки» в ГИС-проекте микронеоднородностей и определения их параметров (азимут простирания, длина, апертура) все изучаемые шлифы должны быть строго ориентированы (зафиксировано направление на север), а фотомозаики снабжены масштабной линейкой.

Привязка растров отдельных секций шлифа осуществлялась в относительных координатах, за счет редактирования файла геопривязки (world-файла). Относительные координаты вычислялись исходя из длины и высоты растра в пикселах. Но фотографии секции должны быть одинаковы по размерам или приведены к ним, тогда мы точно можем определить смещение каждой секции относительно первой и собрать мозаику из секций в автоматическом режиме.

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Модуль предусматривает возможность выделять различные системы трещин в зависимости от значений азимутов и группировать их в различные векторные темы, а также маркировать трещины по возрасту и генезису, разделять объекты по типам – открытые и в разной степени минерализованные трещины, а также содержащие флюидные включения (рис 1).

Рис. 1. Результат привязки четырёх смежных секций шлифа и выделения различных по типам трещин.

Красным цветом показаны открытые неминерализованные трещины, синим – заполненные флюидными Дальнейшее изучение микротрещин осуществлялось за счет построения роздиаграмм для разных типов объектов. При этом длины лучей роз-диаграмм по различным направлениям пропорциональны количеству или сумме длин линий данных интервалов простираний.

В результате построения роз-диаграмм можно визуально оценить характер распределения простираний выбранных линейных объектов. Описываемый модульный продукт включает в себя возможность построения различных роз-диаграмм (рис 2а), так как в ArcView 3.2 эта возможность изначально отсутствует. Кроме того, скрипт позволяет строить гистограммы распределения различных трещин по значениям азимутов или длин, с необходимой разбивкой значений на классы для дальнейшего анализа (рис 2б).

Пористость для палеопотока флюидов и проницаемость были определены количественным методом, предложенным в [6], и основанном на упрощении отношений, выведенГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ ных в [4]. Проницаемость может быть определена количественно реконструкцией первоначальной сети трещин, аппроксимированных как диски.

Рис. 2. а – пример построения роз-диаграмм с помощью скрипта для открытых неминерализованных трещин (красный цвет) и трещин, заполненных флюидными включениями (синий цвет), б – пример построения гистограммы для трещин, заполненных флюидными включениями.

Проницаемость была оценена с помощью геометрии первоначальной сети. Она включает в себя первоначальные ориентации, среднюю длину и апертуру. Сегмент трещины, наблюдаемой в пересечении с поверхностью шлифа, естественно, короче, чем диаметр диска. Однако для упрощения предполагается, что максимальная длина трещины соответствует диаметру диска. Если представить, что все трещины с флюидными включениями или открытые трещины связаны, то можно использовать эквивалентную трещину с совокупной длиной для диаметра. На основании этого предположения, первоначальная пористость может быть определена количественно:

где Ф – эффективная пористость, L – совокупная длина определённой системы трещин, S – площадь изучаемой поверхности, e – апертура системы трещин [5].

Определение трещинной проницаемости также основано на предположении, что все трещины связаны и могут быть аппроксимированы дисками с апертурой, эквивалентной толщине трещин. Для простоты будем считать, что трещины падают перпендикулярно плоскости изучаемой секции и формируют анизотропную систему. Это упрощение позволяет определить значение микротрещинной проницаемости (Kf):

где – коэффициент шероховатости стенок трещин, Nf – объёмная плотность трещин для системы f, с – половина длины трещин, е – апертура.

Объёмная плотность может быть определена, если известна поверхностная плотность и половина длины всех трещин [3]:

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

где Kf – проницаемость общая или директивная (для определённой системы трещин), выраженная в м2 или в дарси (1 дарси = 0,987·10-12 м2).

Описанный метод картирования микротрещин с использованием ГИС-технологий помогает в определении значений микротрещиной пористости и проницаемости, позволяет в пространственно-временном контексте реконструировать направления и условия движения палеопотоков флюидов. Данный метод, объединённый с микротермометрическими исследованиями и рамановской спектроскопией флюидных включений, может стать полезным инструментом для решения проблем структурной геологии, таких как установление ориентировки осей палеонапряжений и их величины, а также определение давления флюидов, их состава и объемов на различных этапах тектогенеза. Метод прост в применении и для его реализации необходимы только ориентированные шлифы и их цифровые изображения. Исследования могут быть сосредоточены на выделении различных типов трещин (открытые, минерализованные или частично минерализованные, заполненные флюидными включениями), разделении трещин по возрасту и генезису, определении пространственно-временных соотношений систем трещин. Наряду с этим количественно определяется микротрещинная пористость и проницаемость для каждой секции и для каждой системы трещин.

В дальнейшем предложенный метод картирования микротрещин и определения фильтрационных параметров горных пород планируется применить для изучения микротектоники и условий формирования урановорудных месторождений различного генезиса.

Литература:

1. Бурмистров А.А., Старостин В.И., Дергачев А.Л., Петров В.А. Структурнопетрофизический анализ месторождений полезных ископаемых. - М.: Изд-во МАКС Пресс, 2009. - 408 с.

http://ru.wikipedia.org/wiki/GIS (дата обращения 25.11.2010).

3. Dehoff R., Rhines F.N. Microscopie Quantitative. - Masson et Cie R, 1972. - 401 p.

4. Gueguen Y., Dienes J. Transport properties of rocks from statistics and percolation // Math. Geology. 1989. N 21. - P. 1– 5. Lespinasse M., Dsindes L., Fratczak P., Petrov V. Microfissural mapping of natural cracks in rocks: Implications for fluid transfers quantification in the crust // J. Chemical Geology. 2005. N 223. - P. 170–

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

ГЕОИФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЛОГИИ

Structure of digital geological model of coal field, composed of 3 main unit: informational, analytical and estimation of reserves is proposed. Algorithm of creating grid model of coal bed is described.