Создание методов комплексной интерпретации геолого-геофизических данных с применением геодинамического моделирования

Известно, что большинство обратных задач геофизики относится к классу условно корректных задач по А.Н. Тихонову. Разработанные к настоящему времени методы регуляризации позволяют успешно бороться с различными эффектами неустойчивости и эквивалентности, в частности, посредством введения некоторых дополнительных ограничений на свойства искомых решений. На практике эти ограничения обычно задаются на основе некоторых общих соображений о свойствах искомых решений, немаловажную роль играют и соображения удобства реализации полученных вычислительных схем.

Одним из физически содержательных путей преодоления неединственности и неустойчивости в решении обратных задач геофизики является комплексная интерпретация различных типов геофизических данных. Очевидно, результатом комплексной интерпретации будет пересечение множеств эквивалентных решений каждого из используемых методов. Основная сложность в развитии методов комплексной интерпретации заключается в неопределённости (или отсутствии) связей между физическими параметрами среды, ответственными за различные поля. Тем не менее, прогресс в понимании физики геологической среды, развитие вычислительной техники и формально-математических методов решения нелинейных задач распознавания с нечёткими связями между параметрами позволяет надеяться на прогресс в развитии методов комплексной интерпретации. Развитие этого направления - одна из составлющих развиваемого нами подхода к интерпретации.
Основы другого направления, составляющего важнейшую часть нашего подхода, - применения методов геодинамического моделирования для физически и геологически обоснованного построения интерпретационных моделей разрабатывались под руководством и при непосредственном участии академика РАН В.П. Мясникова. Большую роль в становлении направления сыграл семинар, работавший под руководством В.П. Мясникова в 60-е - 80-е годы на механико-математическом факультете МГУ. В этом семинаре в течение более 20 лет активно участвовали молодые ученые различных институтов Академии наук и различных факультетов МГУ.
Рассмотрим данное направление более подробно. Предположим, что имеется система уравнений (геодинамическая модель), описывающая с достаточной детальностью процесс формирования исследуемой тектонической структуры. Входящие в уравнения параметры, характеризующие распределение физических свойств, тектонические процессы и, возможно, начальные условия в общем случае неизвестны. В рамках геодинамической модели форма границ геологического разреза, распределение физических полей и физических свойств среды являются решениями соответствующей системы уравнений, т.е. являются функциями, известными с точностью до конечного набора параметров. Эти параметры и необходимо определить в процессе решения обратных задач для отдельных геофизических методов или для нескольких методов одновременно. Это приводит к значительному сокращению размерности задачи, делает ее решение единственным и устойчивым [1,2,3].
Развитие данного подхода выдвигает на первый план проблему решения прямых задач геодинамики, т.е. математического описания процессов формирования тех особенностей строения и развития геологических структур и тех неоднородностей в распределении физических свойств, которые находят отражение как в геофизических полях, так и в используемых в процессе комплексного анализа геологических данных. В общем случае эта задача далека от своего решения. Действительно, реальные вариации скоростей распространения сейсмических волн, плотности, магнитной восприимчивости, теплопроводности имеют полигенетическую природу. Они могут быть вызваны тектоническими движениями, разнообразными магматическими и постмагматическими явлениями, физико-химическими преобразованиями вещества и другими факторами. Механизмы действия и особенно взаимодействия большинства из этих факторов изучены в настоящее время недостаточно полно, поэтому построение соответствующих моделей во многих случаях представляет весьма серьезную проблему. В то же время при построении моделей региональных тектонических структур правомерно предположить, что доминирующее влияние на вариации физических свойств оказывают тектонические процессы, приводящие к перемещениям и деформациям горных пород, а также тепловые поля. Это существенно упрощает задачу, позволяя ограничиться решением термомеханических задач в рамках механики сплошных сред.
Основные результаты, полученные в рамках описанного подхода, кратко изложены в статье, предназначенной для юбилейного сборника, посвящённого 60-летию кафедры геофизики МГУ им. М.В. Ломоносова. Статья содержит подробный список литературы. Текст статьи в формате PDF.

Литература

  1. Гордин В.М., Занемонец В.Б., Михайлов В.О., Мясников В.П. Механическое моделирование процессов формирования структур земной коры при геологическом истолковании региональных гравитационных аномалий // Геофиз. сб. 1978. Вып. 81. С.22-39.
  2. Гордин В.М., Михайлов В.О., Мясников В.П. Перспективы интерпретации гравитационных аномалий с использованием механических моделей структурообразования // Тр. IV Общемосковского семинара по теории и практике интерпретации гравитационных и магнитных аномалий. Москва, 1976. С.1-15.
  3. Михайлов В.О. Применение механических моделей структурообразования при решении обратных задач гравиметрии // Региональная, разведочная и промысловая геофизика. 1976. № 15. С.1-17.