Геофизикийн газрын доорхи загварчлалын аргууд
Газрын доорхи загварчлал нь орчин үеийн геофизикийн ажлын гол цөм нь бөгөөд нөөцийн хайгуул, гамшгийн хор хөнөөлийг бууруулах, дэд бүтцийн төлөвлөлтийн бараг бүх шийдвэр нь дэлхийн гадаргуугийн доорх нөхцөл байдлын талаарх бидний ойлголтоос хамаардаг. Ихэнх тохиолдолд газрын доорхи хөрсийг шууд ажиглах боломжгүй тул геофизикчид геологийн бүтцийг тайлбарлахын тулд газар хөдлөлтийн долгион, таталцлын талбайн хэлбэлзэл, соронзон орон эсвэл цахилгаан хариу үйлдэл гэх мэт шууд бус хэмжилтийг ашигладаг. Эдгээр өгөгдлөөс загварчлалын процессыг 2 хэмжээст хөндлөн огтлол эсвэл 3 хэмжээст боть хэлбэрээр бодитой физик болон геологийн дүрслэлийг бий болгоход ашигладаг.
Ерөнхийдөө геофизикийн хэвлийн загварчлалыг хоёр үндсэн аргад хувааж болно: урагш загварчлал ба урвуу загварчлал (эсвэл урвуу). Энэ хоёр нь бие биенээ нөхдөг: урагш загварчлалыг хэвлийн загварыг аль хэдийн таамагласан тохиолдолд геофизикийн өгөгдлийг урьдчилан таамаглахад ашигладаг бол урвуу загварчлалыг хэмжсэн өгөгдлөөс хэвлийн загварыг тооцоолоход чиглүүлдэг. Практикт геофизикч нь өгөгдөлд тохирсон, геологийн хувьд нийцтэй загвар олдох хүртэл хоёрын хооронд давталт хийдэг.
1. Загварчлалын үндсэн ойлголтууд: Өгөгдлөөс загвар хүртэл
Геофизикийн арга бүр тодорхой физик хэмжигдэхүүнийг хэмждэг. Газар хөдлөлт нь аяллын хугацаа эсвэл долгионы хэлбэрийг, геоцахилгаан нь эсэргүүцэл эсвэл дамжуулах чадварыг, цахилгаан соронзон хэмжигдэхүүн нь өдөөгдсөн хариу үйлдлийг, таталцлын хэмжигдэхүүн нь таталцлын хурдатгалыг, соронзон нь соронзон орны эрчмийг хэмждэг. Эдгээр хэмжигдэхүүнүүд нь чулуулгийн шинж чанартай холбоотой: нягтрал, соронзон мэдрэмтгий чанар, долгионы хурд, сүвэрхэг чанар, шингэний агууламж, тодорхой эрдэс бодисын агууламж.
Гэсэн хэдий ч өгөгдөл болон чулуулгийн шинж чанарын хоорондын хамаарал ховор тохиолдолд өвөрмөц байдаг. Олон өөр загварууд ижил төстэй өгөгдлийн хариу үйлдлийг гаргаж чаддаг. Үүнийг өвөрмөц бус байдал гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь геофизикийн загварчлалын сонгодог сорилт юм. Тиймээс сайн загварчлал нь илүү зорилтот шийдэлд хүрэхийн тулд геологи, худгийн өгөгдөл, гадагш чиглэсэн ажиглалт эсвэл олон аргын интеграцчлалаас хязгаарлалт шаарддаг.
2. Урьдчилсан загварчлал
Урагш загварчлал нь таамагласан газрын доорх загварын геофизикийн хариу үйлдлийг тооцоолохыг хамардаг. Жишээлбэл, хэрэв бид тодорхой нягтралын ялгаатай давхаргатай загвар үүсгэвэл гадаргуу дээрх хүлээгдэж буй таталцлын аномалийг тооцоолж болно. Хэрэв газар хөдлөлтийн хурдны загварыг тодорхойлсон бол бид газар хөдлөлтийн долгионы ирэх хугацааг тооцоолж болно. Урагш загварчлал нь дараахь зүйлд чухал ач холбогдолтой:
1. Геологийн таамаглалыг шалгах (жишээ нь, галт уулын нэвчилт байгаа эсэх).
2. Судалгааны загвар (зам хоорондын зай, эх үүсвэрийн давтамж гэх мэтийг тодорхойлох).
3. Урвуу үр дүнг баталгаажуулах (физик загвар бодитой эсэхийг шалгах).
Тооцооллын хувьд урагш загварчлал нь энгийн (жишээлбэл, давхарласан 1 хэмжээст загварууд)-аас маш нарийн төвөгтэй (хязгаарлагдмал элемент/хязгаарлагдмал ялгаанд суурилсан 3 хэмжээст симуляци) хүртэл хэлбэлзэж болно. Чулуулгийн олон янз байдал, топографи, анизотропи болон 3 хэмжээст эффектүүдээс шалтгаалан нарийн төвөгтэй байдал нэмэгддэг.
3. Урвуу: Газрын доорх загварчлалын гол цөм
Инверс нь ажиглагдсан өгөгдлийг хамгийн их магадлалтайгаар гаргаж авдаг газрын доорх загварыг олох зорилготой. Инверсийг ихэвчлэн оновчлолын асуудал болгон шийддэг: хэмжсэн болон симуляцилагдсан өгөгдлийн хоорондох зөрүүг багасгах, загварыг "зэрлэг" эсвэл бодит бус байхаас урьдчилан сэргийлэх нэмэлт дүрмүүдээр. Энэ ялгааг ихэвчлэн тохиромжгүй гэж нэрлэдэг бол тогтворжуулах дүрмийг тогтмолжуулах гэж нэрлэдэг.
а. Детерминист инверсия
Детерминист инверсийг үр ашигтай байдлаас нь шалтгаалан түгээмэл ашигладаг. Жишээнд хамгийн бага квадратын инверс, Гаусс-Ньютон эсвэл коньюгат градиентийн инверс орно. Энэ нь хурдан бөгөөд том өгөгдлийн багцад тохиромжтой боловч үр дүн нь анхны таамаглал болон тогтмолжуулалтын параметрүүдээс хамаарна.
b. Магадлалын (Байесийн) урвуу
Байесийн арга нь загваруудыг магадлалын тархалт гэж үздэг. Үр дүн нь ганц загвар биш, харин боломжит загваруудын хүрээ болон тэдгээртэй холбоотой тодорхойгүй байдал юм. Марков Чайн Монте Карло (MCMC) зэрэг аргууд нь тооцооллын хувьд үнэтэй боловч тодорхойгүй байдлын тооцооллыг онцолсон судалгаануудад түгээмэл байдаг.
в. Тогтмол байдал ба геологийн хязгаарлалтууд
Урвуулалт нь ихэвчлэн тогтворгүй байдаг тул гөлгөр байдлын хязгаарлалт (загварыг гөлгөр болгох), чийгшүүлэх (хэт их утгуудаас зайлсхийх), эсвэл сийрэгжилтийн хязгаарлалт (хурц хил хязгаарыг дэмжих) зэрэг тогтмолжуулалтыг ашигладаг. Нэмж дурдахад, загварыг илүү бодитой болгохын тулд газар хөдлөлтийн тайлбар эсвэл худгийн өгөгдлөөс авсан давхаргын хил хязгаар гэх мэт геологийн хязгаарлалтуудыг оруулж болно.
4. Геофизикийн өгөгдлийн төрлүүдэд суурилсан загварчлалын аргууд
а. Газар хөдлөлтийн загварчлал
Газар хөдлөлтийн загварчлал нь газрын тос, байгалийн хийн хайгуул, газрын царцдасын судалгаанд өргөн хэрэглэгддэг өндөр нарийвчлалтай арга юм. Газар хөдлөлтийн загварчлал нь дараахь зүйлийг агуулдаг.
– Долгионы траектор болон аяллын хугацааг тооцоолохын тулд цацрагийн мөрдөлт.
– Бүрэн долгионы хэлбэрийг дуурайлган хийх бүрэн долгионы хэлбэрийн загварчлал.
– Газар хөдлөлтийн шилжилт хөдөлгөөн гэдэг нь ойсон энергийг гадаргуугийн доорх бодит байрлал руу шилжүүлэх үйл явц юм.
Урвуу байдлаараа сейсмик томографи (аялалын хугацаанаас хурдыг тооцоолох) болон долгионы бүрэн хэлбэрийн урвуу (FWI) нь маш нарийвчилсан хурдны загвар гаргах чадвартай боловч анхны загвар болон өгөгдлийн чанарт мэдрэмтгий байдаг.
b. Геоцахилгаан ба Эсэргүүцлийн Загварчлал (ERT)
Цахилгаан эсэргүүцлийн томографи (ERT) нь гүйдлийн тарилгаас үүссэн потенциалын зөрүүний хэмжилтээс газрын доорх эсэргүүцлийн тархалтыг загварчилдаг. Энэ арга нь гүний усны судалгаа, бохирдлын судалгаа, геотехникийн инженерчлэлд үр дүнтэй байдаг. Сорилтуудад электродын холбоо барих нөлөө, гүехэн олон янз байдал, өндөр шугаман бус байдал орно. ERT инверс нь загварыг тогтворжуулахын тулд ихэвчлэн тогтмолжуулалтыг ашигладаг бөгөөд өөрчлөлтийг (жишээлбэл, бохирдуулагчийн шилжилт хөдөлгөөн эсвэл давстай усны нэвчилт) хянахын тулд цагийн урсгалын инверс хүртэл өргөтгөж болно.
в. Цахилгаан соронзон загварчлал (MT, TEM, CSEM)
Магнетотеллурик (MT) зэрэг цахилгаан соронзон аргууд нь байгалийн цахилгаан соронзон орны талбаруудыг ашиглан дамжуулах чадварыг их гүнд зурагладаг бөгөөд энэ нь геотермаль болон тектоникт чухал ач холбогдолтой юм. Үүний зэрэгцээ, TEM (Transient EM) нь гүехэн ба дунд гүний судалгаанд тохиромжтой. Максвеллийн тэгшитгэл болон хүчтэй 3D эффектүүдийн улмаас цахилгаан соронзон соронзон орны загварчлал нь тооцооллын хувьд эрчимтэй байх хандлагатай байдаг тул 3D загварчлал ба урвуу нь ихээхэн тооцооллын нөөц, зохих тогтворжуулалтын стратеги шаарддаг.
d. Таталцлын загварчлал
Таталцлын өгөгдөл нь нягтралын хэлбэлзлийг зурагладаг. Загварчлал харьцангуй хурдан боловч асуудал нь маш өвөрмөц биш юм: олон өөр нягтралын тархалт нь ижил аномалийг үүсгэж болно. Тиймээс таталцлын тайлбар нь бараг үргэлж геологийн хязгаарлалт, газар хөдлөлтийн өгөгдөл эсвэл геометрийн хил хязгаараас хамаардаг. Таталцлын загварчлалыг ихэвчлэн тунамал чулуулгийн сав газар, давсны бөмбөгөр бүтэц эсвэл нэвтрэлтийг зураглахад ашигладаг.
e. Соронзон загварчлал
Соронзон аргууд нь соронзон мэдрэмтгий байдал болон үлдэгдэл соронзонжилтод мэдрэмтгий байдаг. Соронзон загварчлал нь ашигт малтмалын хайгуул, бүтцийн зураглал, магмын чулуулгийг тодорхойлоход үр дүнтэй байдаг. Сорилтуудад бүс нутгийн болон орон нутгийн хувь нэмрийг ялгах, өдөр тутмын хэлбэлзлийг засах, соронзонжуулалтын чиглэл дэх тодорхойгүй байдлыг оруулах зэрэг орно. Мэдрэмтгий байдлын 3 хэмжээст соронзон инверс нь нэлээд түгээмэл бөгөөд ихэвчлэн петрофизикийн мэдээлэлтэй хослуулдаг.
5. Олон аргын интеграци ба хамтарсан урвуу
Арга бүр өөр өөр мэдрэмжтэй байдаг тул нэгтгэх нь чухал стратеги юм. Жишээлбэл:
– Газар хөдлөлт нь хурд болон акустик эсэргүүцэлд мэдрэмтгий байдаг.
– Таталцал нь нягтралд мэдрэмтгий байдаг.
– Цахилгаан соронзон долгион нь цахилгаан дамжуулах чанарт мэдрэмтгий байдаг.
Хамтарсан урвуу нь олон өгөгдлийн багцыг нэгтгэж, өвөрмөц бус байдлыг бууруулж, найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг. Хоёр арга байдаг: (1) хамтарсан зорилтот функцтэй нэгэн зэрэг урвуу, эсвэл (2) нэг аргын загварыг өөр аргаар хязгаарласан дараалсан урвуу. Зарим тохиолдолд, жишээлбэл, геотермаль-MT + таталцал + газар хөдлөлтийн хамтарсан урвуу нь усан сан, таг чулуулаг, өөрчлөлтийн бүсийн илүү тогтвортой дүр зургийг өгч чадна.
6. Гол асуудлууд: Шийдвэрлэлт, мөрдөн байцаалтын гүн, тодорхойгүй байдал
Газрын доорх загварчлал нь үргэлж дараахь зүйлийг анхаарч үзэх ёстой.
– Нарийвчлал: тухайн объектын хэр их нарийн ширийн зүйлийг харж болох вэ. Газар хөдлөлтийн хүч ихэвчлэн өндөр, таталцлын хүч бага байдаг.
– Судалгааны гүн: ERT нь гүехэн-дунд, MT нь маш гүн байж болно.
– Тодорхойгүй байдал: өгөгдлийн шуугиан, загварын таамаглал, өвөрмөц бус байдал.
Хамгийн сайн туршлага бол зөвхөн эцсийн загварыг төдийгүй тохирох чанар, мэдрэмж, тодорхойгүй байдлын хүрээг тайлагнах явдал юм. Үүнгүйгээр загвар нь үнэндээ олон боломжит хувилбаруудын зөвхөн нэг нь байхад "яг зөв" гэж тооцогдох эрсдэлтэй.
7. Хамгийн сүүлийн үеийн хөгжил
Тооцоолол, мэдрэгч болон алгоритмын дэвшил нь илүү бодитой загварчлалыг бий болгож байна. Бүрэн долгионы хэлбэрийн инверсия, том хэмжээний 3D EM инверсия, хамтарсан инверсия нь улам бүр түгээмэл болж байна. Үүний зэрэгцээ, урагшлах загварчлалыг хурдасгахын тулд тайлбар, хэв маягийг илрүүлэх, орлуулагч загварчлалын аргыг хурдасгахын тулд машин сургалтад суурилсан аргуудыг ашиглаж эхэлж байна. Гэсэн хэдий ч машин сургалтыг нэг талыг барьсан тайлбараас зайлсхийхийн тулд физик зарчим болон талбайн баталгаажуулалтаар зөөлрүүлэх шаардлагатай хэвээр байна.
Дүгнэлт
Геофизикийн газрын доорхи загварчлалын аргууд нь дэвшилтэт загварчлал, урвуу, геологийн мэдлэгийг нэгтгэх аргуудыг хослуулсан байдаг. Газар хөдлөлтийн, геоцахилгаан, цахилгаан соронзон, таталцлын болон соронзон гэсэн аргууд бүр өөрийн гэсэн давуу болон хязгаарлалттай тул аргыг сонгохдоо зорилтот түвшин, гүн, шаардлагатай нягтралд тохирсон байх ёстой. Урвуу, ухаалаг тогтмолжуулалт, олон аргын интеграцийг зохих ёсоор хэрэглэснээр газрын доорхи загварчлал нь нөөцийн хайгуул, эрсдэлийг бууруулах, байгаль орчны менежментийн хувьд улам бүр найдвартай дүрсийг бий болгож чадна.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг тодорхой нөхцөл байдалд (жишээ нь, газрын гүний дулаан, газрын тос, байгалийн хий, ашигт малтмал эсвэл геотехникийн хайгуул) тохируулан өөрчилж, ном зүй нэмэх эсвэл ишлэл бүхий илүү эрдэм шинжилгээний хувилбарыг гаргаж болно.
