В настоящее время, активно разрабатываются новые аппаратные комплексы, способные проводить разведочные работы полезных ископаемых в труднодоступных местах.
В современных комплексах применяются как новые методы геофизической, геологической разведки, так и модернизированные методы, зарекомендовавшие себя на протяжении десятилетий. Одним из таких устройств является разработка кафедры радиоэлектронных систем Сибирского федерального университета – комплекс низкочастотной аппаратуры КАН-ЭММ (рисунок 1).
Рисунок 1. Низкочастотная аппаратура КАН-ЭММ
Аппаратный комплекс предназначен для поисков и разведки минерального сырья и решения инженерно-геологических, горнотехнических, геофизических и других задач малоглубинной электроразведки. Комплекс построен на методе электромагнитного зондирования(ЭМЗ).
Существуют несколько методов ЭМЗ, которые проводятся с использованием постоянного или переменного тока, с заданной частотой или временем становления поля, в каждом из них постепенно увеличивается расстояние между приемными и питающими диполями (r — разнос). Для зондирований применяются одноканальные и многоканальные приборы или электроразведочные станции. Определяемые в результате зондирований амплитуды и фазы электрических (E) или магнитных (H) компонент, которые характеризуют изменение геоэлектрического разреза с глубиной. В результате электромагнитного зондирования строятся кривые зондирований, т.е. графики зависимостей кажущихся сопротивлений от параметров глубинности[1,2].
Принцип действия аппаратуры достаточно прост: с помощью передающего устройства (передающий диполь) в исследуемой среде создается переменное гармоническое электромагнитное поле, характер распространения которого зависит от электромагнитных свойств среды. С помощью приемных диполей принимаются магнитные составляющие поля, используя которые рассчитывается эффективное электрическое сопротивление — ρэф, кроме того измеряются элементы эллипса поляризации поля, по измеренным параметрам определяется диэлектрическая проницаемость среды — ε[3].
Полученные сведения позволяют построить модель исследуемой среды, получить представление о ее геологическом разрезе, параметрах залегающих пластов – все это позволяет оценить потенциал разработки месторождения.
Результатом работы оборудования являются данные для построения кривой зондирования. Построение же этой кривой – дело эксперта, знакомого с предметной областью, и обладающего достаточными знаниями для верной интерпретации полученного графика. Сейчас, эксперт вынужден в ручную анализировать полученные данные, строить кривые и интерпретировать их используя палетки.
В связи с этим возникает проблема автоматизации процесса построения и интерпретации, так как на работу эксперта, работающего с так называемыми палетками, уходит значимое количество времени и средств. Для решения проблемы разрабатывается программное обеспечение, способное работать с полученными данными от прибора КАН-ЭММ и автоматически строить кривую зондирования. Кроме того программный комплекс должен иметь аналитическую функцию, т.е. по построенной кривой давать предварительные геологические данные исследуемой среды.
Решение поставленной проблемы является актуальным, так как аппаратный комплекс КАН-ЭММ является уникальным и имеет ряд преимуществ перед подобными системами. Комплекс позволяет выполнять полевые работы практически в любое время года и независимо от поверхности исследуемых площадей. Комплекс показал эффективность применения в условиях снежного и ледяного покрова, мерзлых пород, скальных грунтов, сухих песков. Глубина исследования достигает 800 метров и зависит от методики проводимых работ, проводимости горных пород, температуры окружающей среды.
Разработка программного комплекса сводиться к созданию экспертной системы. В реализации экспертной информационной системы задействованы: эксперт – человек, дающий определенные заключения, основываясь на своих знаниях предметной области и разработчик программного обеспечения, который заполняет базы данных и базы знаний этой системы.
Функциональные возможности экспертной системы:
- Построение теоритических кривых ЭМЗ для исходных данных;
- Создание базы теоритических кривых;
- Построение полевых кривых ЭМЗ, по данным полученным в ходе электроразведки, с помощью геофизического оборудования;
- Сопоставление теоритических и полевых кривых, для интерпретации полученных результатов, с помощью знаний эксперта
- Автоматизация интерпретации результатов;
- Построение геологического разреза исследуемой среды.
В настоящее время реализованы первые четыре функции экспертной системы. Программный комплекс написан на языке программирования – С#, в качестве среды разработки использована Microsoft Visual Studio 2015.
Наиболее сложным в разработке является этап построения теоритических кривых, поскольку именно на этом этапе необходимо тесное сотрудничество эксперта и разработчика. Для построения потребовалась интеграция расчетных геофизических формул в программную среду, при расчете используются различные типы данных, и нестандартные математические функции. Потребовалась разработка модулей работающих с комплексными числами, например – вычисление значений функций Бесселя для комплексных аргументов, что было невозможно при использовании стандартных возможностей Visual Studio.
На рисунке 2 представлен пример работы экспертной системы. Для анализа построена теоритическая кривая, которая сравнивается экспертом с полевыми результатами.
Рисунок 2. Экспертная система интерпретации данных.
Экспертная система позволяет интерпретировать результаты метода электромагнитного зондирования, получать электромагнитные характеристики геологической среды, по ним строить необходимые графики для описания строения геологического разреза.
Полученная информация об электромагнитных свойствах отдельных фрагментов геологического разреза, является основой для графического представления разреза и способствует решению геологических задач при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых или инженерно-геологических задач в строительстве, сельском хозяйстве, водоснабжении.
Список литературы:
- Беляков В.И. Дистанционно-частотные зондирования. Санкт-Петербург, 1995. – 25 с.
- Жданов М.С. Электроразведка. Недра, 2006. – 316 с.
- Иголкин В.И. Теоретические основы интерпретации результатов электромагнитного зондирования. Красноярск, 2010. – 50 с.[schema type=»book» name=»ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ» description=»Работа посвящена разработке экспертной системы для решения задачи по интерпретации геофизических данных, рассматривается частный случай электроразведки — метод электромагнитного зондирования.» author=»Коробейников Павел Александрович, Молокова Наталья Викторовна, Иголкин Виктор Иванович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-19″ edition=»euroasia-science_28.04.2016_4(25)» ebook=»yes» ]