Библиотечный каталог авторефератов Украины

РОЗДІЛ IІІ. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПОБУДОВИ ГЕОФІЗИЧНИХ КАРТ ЗА ДОВІЛЬНОЮ СІТКОЮ ВИХІДНИХ ДАНИХ. Відома велика кількість графічних програмних пакетів, за допомогою яких можна виконати різноманітні графічні побудови [А.Смородiнський, В.Ф.Пашко, В.І.Старостенко та ін.]. Однак, по-перше, більша частина широко розповсюджених і доступних програм не забезпечує побудову карт необхідної якості, якщо вихідні дані розріджені і задані в довільних точках площини. По-друге, програмні комплекси високої якості — це дорогий комерційний продукт. Враховуючи ці дві обставини, у роботі приводиться рішення задачі автоматичної побудови геофізичних карт при довільному розміщенні значень поля на площині. Автор пропонує модифікацію алгоритмів, опублікованих в роботах [Р.Г.Бас, В.О.Дядюра і В.І.Старостенко]. Наведено стислий опис комплексу програм, а також приведено порівняння роботи модифікованих алгоритмів з деякими іншими широко відомими алгоритмами, розробленими за останні роки [G.Macedonio, V.J.D.Tsai та ін.]. Задачу автоматичної побудови геофізичних карт за довільною сіткою вихідних даних створений комплекс вирішує: 1) більш якісно, ніж його початковий аналог; 2) конкурентноздатно у порівнянні з засобами, що використовують тріангуляцію Делоне або інші види тріангуляції (Surfer ver. 5.0); 3) успішніше, ніж засоби, що використовують полiномiальну апроксимацію поверхонь (Surfer ver. 4.04).

РОЗДІЛ IV. ПРИКЛАДИ РІШЕННЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАДАЧ. При гравітаційному моделюванні будови геологічних структур використовується досить складна і тонка методика, яка була розроблена протягом багатьох років зусиллями великої групи геофізиків. Це відомі роботи М.О.Алексiдзе, К.М.Карт-велiшвiлi, С.С.Красовського, В.Б.Бур'янова, В.В.Гордiєнко, В.Г.Козленко, Г.Я.Голiздри, К.Ф.Тяпкiна, В.І.Iсаєва і багато ін.

Ці питання, що становлять самостійний інтерес, в роботі не розглядаються, нижче використовуються рекомендації та методики, запропоновані В.Г.Коз-ленко, В.Б.Бур'яновим і В.В.Гордієнко.

В розділі запропоновано приклади гравітаційного моделювання з використанням методик, алгоритмів, програм, наведених у розділах I-III. Показується зручність, простота у використанні, точність розробленої автоматизованої системи. При описанні результатів рішення практичних задач головна увага приділена методичним питанням. Геологічний аспект прикладів, що розглядаються, має підпорядковане значення. Разом з тим, вирішуються конкретні геолого-геофізичні задачі і тим самим враховується основна вимога, яка пред'являється професорами О.К.Маловичко і К.Є.Веселовим до гравіметричних досліджень, і полягає в їх прикладній спрямованості.

IV.1. Тривимірне гравітаційне моделювання лiтосфери Дніпровсько-Донецького басейну. Дослідження проводилося спільно з Т.П.Єгоровою, R.Stephenson (Амстердамський Вільний університет), В.Г.Козленко і А.М.Заво-ротько. Ціль моделювання полягала у пошуку відповіді на питання: чи має продовження на південний-схід «осьова дайка» Дніпровського грабена? Усі розрахунки велися у точках за сіткою 10×15(тобто 2030 км) для аномальних густин, які сформовані приведенням абсолютних густин до спрощеної густинної колонки докембрійського кратону. Геологічна iнтерпретація побудованої об'ємної густинної моделі лiтосфери зводиться до того, що аномальне тіло з варіюванням густини за простяганням простежується уздовж осі всього ДДБ. Це є свідченням єдності генезису Дніпровсько-Донецького рiфтогена.

IV.2. Тривимірне гравітаційне моделювання північно-західної частини Східного Середземномор'я (о. Крiт і суміжні території). Дослідження проводилося спільно з В.Б.Бур'яновим та І.Б.Макаренко. Частина роботи виконана автором і І.Б.Макаренко в Гамбурзькому університеті (Німеччина) при консультаціях і часткому використанні матеріалів проф. J.Makris. Завдання полягало в тому, щоб вивчити глибинну будову земної кори північно-західної частини Східного Середземномор'я (о.Крiт і суміжні території). Вперше для цього регіону побудовано схеми потужності і глибини залягання трьох шарів осадової товщі і кристалічної частини кори. Виділена мантійна складова поля сили тяжіння кожної великої тектонічної структури дільниці досліджень. Наводиться тектонічна iнтерпретація побудованої моделі.

IV.3. Гравітаційне моделювання лiтосфери морської і прибережної частин Голландiї. Дослідження проводилися спільно з аспiранткою J.B.Dirkzwa-ger, докторами R.A.Stephenson, J.D.van Wees (Амстердамський Вільний університет) і Т.П.Єгоровою. Мета досліджень - визначити внесок у спостережене поле ефектів трьох послідовно розташованих один на одному геологічних шарів, що формують басейн. Густина в першому і третьому шарах змінюється за лiнійним законом, в другому — за експоненціальним. Внаслідок моделювання з'ясовано, що залишкова гравітаційна аномалія, яка пов'язана з Голландським центральним грабеном, частково викликана підняттям розділу Мохо. Інтенсивність аномалій може також вказувати на наявність джерел, що знаходяться на невеликих глибинах.

ВИСНОВКИ

1. Сформульовано основний принцип роботи і структуру системи автоматизованого рішення тривимірних прямих задач гравіметрії для неоднорідних шаруватих середовищ. Система складається з трьох блоків: 1) введення до комп'ютеру зображень геофізичних карт; 2) розв’язання прямої задачі гравіметрії для тримірних неоднорідних шаруватих середовищ; 3) подання результатів у графічній формі.

2. Розроблено алгоритми автоматизованого введення зображень геофізичних карт до комп'ютеру за допомогою дiгiтайзера і сканера. Викладено алгоритм побудови цифрових моделей карт за їх зображеннями. Показано безсумнівні переваги використання сканера у порівнянні з дiгiтайзером як у швидкості виконання операцій, так і за точністю результатів.

3. Приведено рішення прямої задачі гравіметрії для неоднорідної, довільно зрізаної вертикальної прямокутної призми. Густина при цьому змінюється лiнійно уздовж горизонтальних координат на верхній і нижній основах і лiнійно або експоненціально уздовж будь-якої вертикальної лінії, причому, у вершинах призми густина приймає задані значення. Рішення наведено в прямокутній і сферичнiй системах координат. Призми використовуються для апроксимацiї тривимірних неоднорідних горизонтально-шаруватих середовищ при вивченні локальних і регіональних геологічних структур. Запропоновано співвідношення, які зручні для проведення повного циклу автоматизації рішення задач гравіметрії.

4. Вирішена задача автоматизованого обліку поправки за рельєф в геодезичній гравіметрії.

5. Вдосконалено рішення задачі автоматичної побудови геофізичних карт за значеннями поля, заданими у довільних точках площини. Показано, що побудовані алгоритми: 1) розв′язують задачу більш якісно, ніж раніше відомий підхід; 2) конкурентно-спроможні у порівнянні з засобами, що використовують тріангуляцію Делоне або інші види тріангуляції; 3) значно успішніші, ніж засоби, що використовують полiномiальну апроксимацію поверхонь.

6. Створено комплекси програм для РC на алгоритмічній мові C для операційного середовища MS Windows-95, які здійснюють реалізацію наведених у роботі алгоритмів усіх трьох блоків.

7. Система успішно і активно використовується при рішенні практичних задач. За її допомогою за гравітаційними даними вивчено глибинну будову: 1) лiтосфери Дніпровсько-Донецького басейну; 2) північно-західної частини Східного Середземномор'я (о.Крiт і суміжні території); 3) морської і прибережної частин території Голландiї.

Список опублікованих наукових праць

СТАТТІ

1. Старостенко В.И., Дядюра В.А., Легостаева О.В. Компьютерное построение геофизических карт по произвольной сети исходных данных // Геофиз. журн.- 1996.-Т.18, №3.-С.3-11
2. Старостенко В.И., Дядюра В.А., Легостаева О.В. Автоматическое построение геофизических карт по значениям поля в произвольных точках плоскости // Доповіді НАН України.-1996.-№1.-С.113-118
3. Старостенко В.И., Мацелло В.В., Аксак И.Н., Кулеш В.А., Легостаева О.В., Егорова Т.П. Автоматизация ввода в компьютер изображений геофизических карт и построение их цифровых моделей // Геофиз. журн.-1997.-Т.19, №1.-С.3-13
4. Старостенко В.И., Легостаева О.В. Прямая задача гравиметрии для произвольно усеченной вертикальной прямоугольной призмы с экспоненциально изменяющейся по глубине щільністью // Доповіді НАН України.-1998.-№10.-С.141-147
5. Старостенко В.И., Легостаева О.В. Прямая задача гравиметрии для неоднородной произвольно усеченной вертикальной прямоугольной призмы // Физика Земли.-1998.-№12.-С.31-44
6. Бурьянов В.Б., Легостаева О.В., Макаренко И.Б., Оровецкий Ю.П., Старостенко В.И. Геологическая природа Радиальной и Губкинской гравитационных аномалий западного Черноморья // Геофиз. журн.-1999.-Т.21, №1.-С.95-105
7. Легостаева О.В. Об оптимальной схеме вычисления двойных интегралов при решении прямых задач гравиметрии и магнитометрии // Геофиз. журн.-1999.-Т.21, №3.-С.127-130

ТЕЗИ ДОПОВІДЕЙ

1. Старостенко В.И., Заворотько А.Н., Легостаева О.В., Егорова Т.П. Система автоматизированного решения прямой и обратной задач гравиметрии для неоднородных трехмерных слоистых сред // Тезисы Междунар. конф. «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей».-Воронеж.-1996.-С.7
2. Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Stephenson R.A., Starostenko V.I., Legostaeva O.V., Zavorot’ko A.N. Preliminary 3-D density model for the lithosphere of Dnieper-Donets basin on the basin of gravity and seismic data // Геофиз.журн.-1997.-Т.19, №1.-С.124-125
3. Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Stephenson R.A., Starostenko V.I., Legostaeva O.V. Deep structure of the Dnieper-Donets basin: integrated interpretation of seismic and gravity data // Terra Nova, Abstract Supplement I.-1997.-V. 9.-P.142
4. Starostenko V.I., Legostaeva O.V., Yegorova T.P., Zavorot’ko A.N. 3-D Modelling techniques in gravity of heterogeneous media // Society Symposia, Solid Earth Geophysics & Natural Hazards, Annales Geophysicae, Part I, Supplement I.-1997.-V.15.-P.15
5. Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Stephenson R.A., Starostenko V.I., Legostaeva O.V., Zavorot’ko A.N. Structure of the lithosphere beneath the Dnieper-Donets Basin and Donbas fold belt, Ukraine, from gravity data // In: Intracratonic Rifting and Inversion EUROBROBE Georift Workshop.-ETH Zurich.-1997.-P.12.
6. Legostaeva O.V., Starostenko V.I., Yegorova T.P. Automatized system of 3-D gravity modelling: the main principles and software // Society Symposia, Solid Earth Geophysics & Gepdesy, Annales Geophysicae, Part I, Supplement I.-1998.-V.16.-P.26
7. Dirkzwager J.B., Legostaeva O.V., Yegorova T.P., Stephenson R.A., van Wees J.D. Gravity anomalies used in 3D-basin analysis of the Dutch on- and off shore // Society Symposia, Solid Earth Geophysics & Gepdesy, Annales Geophysicae, Part I, Supplement I.-1998.-V.16.-P.60
8. Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Starostenko V.I., Legostaeva O.V., Stephenson R.A. Structure of the lithosphere beneath the Dnieper-Donets basin, Ukraine, according to gravity data // Society Symposia, Solid Earth Geophysics & Gepdesy, Annales Geophysicae, Part I, Supplement I.-1998.-V.16.-P.67
9. Старостенко В.И., Легостаева О.В., Егорова Т.П. Автоматизация ввода в компьютер изображений геофизических карт и решение прямой задачи гравиметрии при экспоненциальном измерении плотности по глубине // Тезисы Междунар. конф. «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей».-Ухта.-1998.-С.26-27
10. Егорова Т.П., Козленко В.Г., Старостенко В.И., Легостаева О.В., Заворотько А.Н. Глубинное строение литосферы Днепровско-Донецкого бассейна по данным 3-Д гравитационного моделирования // Тезисы Междунар. конф. «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей».-Ухта.-1998.-С.27-28
11. Бурьянов В.Б., Легостаева О.В., Макаренко И.Б., Оровецкий Ю.П., Старостенко В.И. Интерпретация гравитационного поля Черноморской впадины и некоторых ее локальных структур // Тезисы Междунар. конф. «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей».-Ухта.-1998.-С.39-40

Анотація

Легостаєва О. В. Автоматизована система розв’язання прямих задач гравіметрії для тривимірних неоднорідних шаруватих середовищ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фiзико-математичних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика - Спец. вчена рада Д 26.200.01 при Інституті геофізики ім. С.І. Субботiна НАН України, Київ, 1999.

Дисертація присвячена створенню автоматизованої системи розв’язання прямих задач гравіметрії для тривимірних неоднорідних шаруватих середовищ. Система складається з блоків: 1) автоматичного введення до комп'ютеру зображень геофізичних карт за допомогою сканера і побудови їх цифрових моделей; 2) розв’язання прямої задачі гравіметрії для тривимірних неоднорідних шарів, апроксимованих сукупністю вертикальних призм з довільно розташованими верхньою і нижньою основами і неоднорідною густиною, яка в вершинах призми приймає задані значення, змінюється за лiнійним законом уздовж горизонтальних координат на верхній та нижній основах і лiнійно або експоненціально уздовж будь-якої вертикальної лінії; 3) подання результатів обчислень у вигляді карт. Система орiєнтована на використання в розвідувальній та регіональній геофізиці, тобто на розв’язання прямих задач гравіметрії, які подані в прямокутній і сферичнiй системах координат. Система розроблена на алгоритмічній мові С і працює в операційному середовищі MS Windows. Вона має сучасний користувацький iнтерфейс, легка і зручна для використання. Система знайшла широке застосування під час розв′язання практичних задач, пов'язаних з вивченням побудови різноманітних геологічних структур за гравіметричними даними.

Ключові слова: автоматизована система, пряма задача гравіметрії, сканування, тривимірне гравітаційне моделювання, математичне забезпечення.

Аннотация

Легостаева О.В. Автоматизированная система решения прямых задач гравиметрии для трехмерных неоднородных слоистых сред. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 04.00.22 - геофизика - Спец. ученый совет Д 26.200.01 при Институте геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины, Киев, 1999.

Диссертация посвящена созданию автоматизированной системы решения прямых задач гравиметрии для трехмерных неоднородных слоистых сред. Основной принцип, реализованный при создании системы, следующий: на вход системы подаются в виде карт исходные данные (рельеф кровли и подошвы пласта, распределение плотности на них), на выходе системы - построенные карты вычисленных гравитационных полей, а также иная графическая информация. Система состоит из блоков: 1) автоматического ввода в компьютер изображений геофизических карт с помощью сканера и построение их цифровых моделей, значения которых служат исходными данными для решения прямой задачи гравиметрии; 2) решения прямой задачи гравиметрии для трехмерных неоднородных слоев, аппроксимируемых совокупностью вертикальных призм с произвольно расположенными верхним и нижним основаниями и неоднородной плотностью, которая в вершинах призмы принимает заданные значения, изменяется по линейному закону вдоль горизонтальных координат на верхнем и нижнем основаниях и линейно или экспоненциально вдоль любой вертикальной линии; 3) представления результатов вычислений в графической форме.

При решении задач блоков 1-3 предложено и показано, что: 1) алгоритмы, используемые для автоматизации ввода в компьютер изображений геофизических карт (экономного кодирования изображений, сглаживания контуров, устранения помех, скелетизации изображений, кусочно-линейной аппроксимации векторизованного изображения и пр.) и построения их цифровых моделей, обеспечивают быструю и экономичную работу программы при сохранении высокой точности получаемых результатов; 2) решения прямой задачи гравиметрии, известные для многогранников с полиномиальной (в частности — линейной) плотностью, не включают в себя решения, предложенные в работе, и следуют из них как частные случаи; предложенная схема вычислений двойных интегралов с помощью декартовых произведений квадратур типа Гаусса — Лежандра обеспечивает существенное повышение скорости счета (в 3-4 раза) по сравнению с известными схемами; 3) алгоритмы, разработанные для автоматического построения геофизических карт по произвольной сети исходных данных, конкурентоспособны по сравнению с методами, использующими триангуляцию Делоне или другие виды триангуляции, а также имеют преимущества по сравнению с методами, применяющими полиномиальную аппроксимацию поверхностей.

Система ориентированна на использование в разведочной и региональной геофизике, т.к. решения прямых задач гравиметрии даны в прямоугольной и сферической системах координат. Все программное обеспечение системы написано на алгоритмическом языке С и работает в операционной среде MS Windows. Она имеет современный пользовательский интерфейс, легка и удобна для использования. Система нашла широкое применение при решении практических задач, связанных с изучением строения различных геологических структур по гравиметрическим данным. С помощью разработанных методик и созданного математического обеспечения автоматизированной системы построены новые плотностные модели глубинного строения: Днепровско-Донецкого бассейна; северо-западной части Восточного Средиземноморья; морской и прибрежной частей территории Голландии.

Ключевые слова: автоматизированная система, прямая задача гравиметрии, сканирование, трехмерное гравитационное моделирование, математическое обеспечение.

Summary

Legostaeva O.V. An automated system of solving direct gravimetric problems for 3-D inhomogeneous layered media. - Manuscript.

A tresis for a scientific degree of a master of Physics and Mathematics in the profession 04.00.22 - geophysics - Spec. council D26.200.01 at the S.I. Sibbotin Institute of Geophysics NAS of Ukraine, Kiev, 1999.

A thesis deals with the construction of an automated system of solving direct gravimetric problems for three-dimensional layered media. The system consists of the blocks of 1) an automated input of images of geophysical maps to a computer by a scanner and setting up their digital models whose values serve as initial data for solving a direct gravimetric problem; 2) solving a direct gravimetric problem for three-dimensional inhomogeneous layers approximated by a totality of vertical prisms with the arbitrarily placed upper and lower base and an inhomogeneous density which assumes its given values at the prism apices, changes according to the linear law along the horizontal coordinates at the upper and the lower bases and linearly or exponentially along any vertical line; 3) presentation of the results of the calculation in graphical form.

The system is oriented at the use in the exploration and regional geophysics as the solutions of direct gravimetric problems are given in a rectangular and a spherical system of coordinates. The system is written in an algorithmic language C and operates in the operational system MS Windows. It has a modern user’s interface, is easy and suitable for use. The system is widely used in solving practical problems associated with studies of different geological structures by using gravimetric data.

Key words: automated system, direct gravimetric problem, scanning, three-dimensional gravity modeling, software.