Процес пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками

Процес пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками, який включає отримання даних сканування земної" поверхні досліджуваної території, проведеного в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль з літального апарата в певних умовах (сезон, час доби, гідрометеорологічні умови), які визначають на основі матеріалів зйомки еталонних об'єктів, вибір еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, математичну обробку даних сканування земної поверхні досліджуваної території, визначення дешифрувальних ознак еталонних ділянок, що містять пастки вуглеводнів, локалізацію за дешифрувальними ознаками пошукових пасток вуглеводнів, який відрізняється тим, що дані сканування земної поверхні досліджуваної території, які представлені в трьох звужених зонах інфрачервоного діапазону довжин хвиль, наприклад 3,325-4,125 мкм, 9,8-11,9 мкм та 10,9-12,8 мкм, отримують з космічного апарата, створюють на їх основі цифрові моделі радіотемпературних полів в значеннях щільності фототону від 0 до 255, вибір еталонних ділянок, які містять або не містять пастки вуглеводнів (продуктивні або непродуктивні структури) здійснюють з урахуванням 'їх ВІДПОВІДНОСТІ різним типам геологічних структур (підняття, прогини, соляні штоки, вулканогенні структури тощо), ви значають контурні та навколоконтурні області еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, на підставі результатів попередніх геологознімальних, геофізичних і бурових робіт, формують фототональні образи різних типів геологічних структур шляхом отримання фототональних показників контурної і навколоконтурної областей еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, здійснюють вибір комплексу інформативних фототональних показників шляхом проведення одновимірної оцінки інформативності фототональних показників для всіх типів геологічних структур та здійснення багатовимірної оцінки інформативності ознакового простору, при якій як інтегруючий показник використовують дискримінантну функцію, яка лінійно залежить від інформативних фототональних показників еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, визначають послідовність формалізованих операцій для виділення ділянок, аналогічних еталонним на досліджуваній території з використанням ознакового простору інформативних фототональних показників, як дешифрувальну ознаку пастки вуглеводнів використовують фототональний образ ділянки, що містить пастки вуглеводнів, який складається з комплексу Інформативних фототональних показників, визначених на основі відношень фототональних показників контурної (в межах контуру пастки вуглеводнів) та навколоконтурної областей, складають за комплексом інформативних фототональних показників карту ізовіддалень (міри подібності) до еталонних ділянок, що відповідають пасткам вуглеводнів, вірогідно поширеним на досліджуваній території, та на її основі локалізують прогнозні пастки вуглеводнів, перевіряють правильність класифікації' локалізованих прогнозних пасток вуглеводнів та проводять їх ранжування за допомогою вирішального правила класифікації, представленого дискримінантною функцією. Корисна модель відноситься до пошукової геофізики, а саме до способів пошуку корисних копалин за даними дистанційного зондування Зе млі і може бути використана в комплексі геологорозвідувальних робіт на нафту і газ та виявлення геологічних структур, перспективних на вуглеводні. О ^ 6401 Відомий спосіб виявлення геологічних структур [ас СРСР №890347 З МПК G01V9/00, публ 18 12 81р. Бюл №46], який ґрунтується на реєстрації відбитого від поверхні Землі випромінювання, вимірюванні відбитої від земної поверхні осяйності в діапазоні 100-9500лк на відстані 1-1,Зм в умовах затінення При цьому зміни осяйності, які відбуваються в період зйомки, корегують по їх змінах в базових точках Значення відбитої осяйності по точках спостереження наносять на карту ізолюкс, по якій потім за підвищеними значеннями відбитої осяйності виявляють антикліналі Недоліком цього способу є те, що він базується на нерівномірних вимірюваннях параметрів температурного поля, оскільки пов'язаний з наземними спостереженнями, які завжди мають обмеження по площі, зумовлені характером місцевості та м доступністю для виконання робіт Крім того, він потребує розподілення території досліджень на ділянки в залежності від ландшафтних умов і, як наслідок, вимагає додаткової ув'язки даних, отриманих на окремих ділянках досліджень Відомий спосіб пошуку нафтових і газових покладів [ас СРСР №1043579 З МПК G01V9/00, публ 23 09 1983р , Бюл №35], який базується на синхронному вимірюванні температури фунту вище нейтрального шару в районі позитивної температурної аномалії з виходом на фонові ділянки При цьому температуру вимірюють в трьох різних за глибиною зонах і по наявності максимуму позитивної температурної аномалії в середній із них визначають присутність під аномальною ділянкою нафтогазового покладу Спосіб відноситься до геотермічних методів, згідно якому на попередньому етапі виявлення позитивної температурної аномалії виконують вимірювання температури поверхні ґрунту, що здійснюють або за допомогою контактних датчиків температури безпосередньо на земній поверхні, або в результаті зйомки в інфрачервоному (ІЧ) діапазоні за допомогою радіометра, встановленого на борту літального апарату Недоліком зазначеного способу є те, що виявлені на попередньому етапі в результаті зйомки з літального апарату температурні аномалії не завжди є ознакою наявності нафтогазового покладу Такі аномалії можуть бути викликані геологічними структурами і процесами, що обумовлюють перебудову глибинного теплового потоку, наприклад соляні штоки, вулканогенні куполи, ВИСХІДНІ підземні води та ін , а перевірка аномалій шляхом геотермічних досліджень по мережі свердловин не завжди є можливою через складні умови місцевості Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) до пропонованої корисної моделі за технічною сутністю є спосіб пошуку покладів (пасток) вуглеводнів [патент Роси №2054702 6 МПК G01V9/00, публ 20 02 1996р , Бюл №5], який включає проведення аерозйомки шляхом сканування поверхні досліджуваної теріторії в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль 8-14мкм при її послідовному обльоті з літального апарату При цьому величина взаємного перекриття смуг сканування складає не менше 10% по площі Одночасно в один заліт з досліджуваною територією додатково сканують еталонну територію (еталонні ділянки), яку вибирають із умов наявності на ній ділянок, що містять або не містять поклади (пастки) вуглеводнів, реєструють в інфрачервоному діапазоні власне теплове випромінювання досліджуваної поверхні, визначають дешифрувальні ознаки еталонних ділянок, що містять поклади (пастки) вуглеводнів, виконують математичну обробку даних сканування земної поверхні досліджуваної території, за результатами якої розраховують температуру Т поверхні для досліджуваної території та порогову величину температурного контрасту ТПОр для еталонної території, проводять реєстрацію цифрових даних сканування з наступним розрахунком середнього значення радюяскравістної температури досліджуваної території по формулі і ототожнюють з покладами (пастками) вуглеводнів ділянки, які характеризуються тепловими аномаліями, задовольняючими умові Т> Тпор Зйомка досліджуваної території виконується після попередньо проведеної інфрачервоної аерозйомки над еталонним об'єктом при умові перевищення величини корисного сигналу над величиною варіації теплового поля, викликаного нагріванням поверхні сонячним випромінюванням Вибір умов зйомки (сезон, час доби, гідрометеорологічні умови) оснований на використанні матеріалів зйомки еталонних об'єктів, які вміщують і не вміщують поклади (пастки) вуглеводнів Локалізацію пошукового покладу (пастки) вуглеводнів здійснюють за дешифрувальними ознаками еталонної території (еталонних ділянок) Недоліком способу за прототипом є те, що інфрачервона аерозйомка складається з кількох маршрутів, які виконується з різницею у часі, а це призводить до певних похибок в отриманні даних та необхідності виконання радіометричної корекції даних різних маршрутів з урахуванням кутів сканування земної поверхні та змінення температури земної поверхні за час проведення аерозйомки На відміну від цього в корисній моделі, що пропонується, використовують дані дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) в інфрачервоному діапазоні з космосу, які характеризуються одночасністю зйомки всієї досліджуваної території, великою оглядовістю, генералізацією і геометричним розрізненням об'єктів від кількох сотень, метрів, що дозволяє на одному зображенні (тобто в одних умовах зйомки) одночасно вивчати значні по площі території та велику кількість еталонних і дослідних ділянок У прототипі використовують інформацію одного теплового каналу, а у пропонованій корисній моделі використовують дані теплової зйомки земної поверхні, отримані одночасно в трьох зонах (каналах) інфрачервоного діапазону електромагнітного спектру Нарешті, температурні аномалії, встановлені за прототипом, як і в раніш згаданих аналогах, не завжди є ознакою наявності нафтогазового родовища, а можуть бути викликані іншими геологічними процесами і локальними геологічними структурами, ідентифікація яких потребує вивчення додаткових фототональних показників та їх комплексного формалізованого аналізу 6401 Фізичну сутність корисної моделі складає вчення про те, що поширення теплової енергії в просторі відбувається у вигляді електромагнітних хвиль в Інфрачервоному діапазоні спектру з інтервалом довжин хвиль 0,7-ЗОмкм [Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии; Пер. с нем. - М.: Мир, 1988. 343с]. Власне випромінювання земної поверхні, яке відбувається в діапазоні електромагнітних хвиль 3,0-15мкм, реєструється сканерами, встановленими на борту аерокосмічного носія, в двох зонах спектру: 3,5-5мкм та 812мкм, - в так званих вікнах прозорості атмосфери, та представляється у вигляді теплових знімків, на яких різні за температурою ділянки земної" поверхні відображаються різною ЩІЛЬНІСТЮ фототону — так званими ступенями сірого тону. Оскільки пастки вуглеводнів викликають формування над ними на земній поверхні та в приповерхневих умовах теплових аномалій, то відповідні фототональні аномалії відображаються на теплових знімках земної поверхні. Найоптимальнішими для геологічного дешифрування є теплові знімки, отримані в нічні та ранішні (перед світанком) часи, коли різні за температурним режимом геологічні об'єкти проявляються найбільш контрастно. 6 ставлені в трьох звужених зонах інфрачервоного діапазону довжин хвиль, наприклад 3,3254,125шм, 9,8-11,9мш та 10,9-12,8мкм отримують з космічного апарату, створюють на їх основі цифрові моделі радіотемпературних полів в значеннях щільності фототону від 0 до 255, вибір еталонних ділянок, які містять або не містять пастки вуглеводнів (продуктивні або непродуктивні структури) здійснюють з урахуванням їх відповідності різним типам геологічних структур (підняття, прогини, соляні штоки, вулканогенні структури тощо), визначають контурні та навколоконтурні області еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, на підставі результатів попередніх геологозйомочних, геофізичних і бурових робіт, формують фототональні образи різних типів геологічних структур шляхом отримання фототональних показників контурної і навколоконтурної' областей еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, здійснюють вибір комплексу інформативних фототональних показників шляхом проведення одновимірної оцінки інформативності фототональних показників для всіх типів геологічних структур та здійснення багатовимірної оцінки інформативності ознакового простору, при якій як інтегруючий показник використовують дискримінантну функцію, яка лінійно залежить від інформативних фототональних показників еталонних ділянок, що містять І не містять пастки вуглеводнів, визначають послідовність формалізованих операцій для виділення ділянок, аналогічних еталонним на досліджуваній території з використанням ознакового простору інформативних фототональних показників, як дешифрувальну ознаку пастки вуглеводнів використовують фототональний образ ділянки, що містить пастки вуглеводнів, який складається з комплексу Інформативних фототональних показників, визначених на основі відношень фототональних показників контурної (в межах контуру пастки вуглеводнів) та навколоконтурної областей, складають за комплексом інформативних фототональних показників карту ізовіддалень (міри подібності) до еталонних ділянок, що відповідають пасткам вуглеводнів, вірогідно поширеним на досліджуваній території, та на її основі локалізують прогнозні пастки вуглеводнів, перевіряють правильність класифікації локалізованих прогнозних пасток вуглеводнів та проводять їх ранжування за допомогою вирішального правила класифікації, представленого дискримінантною функцією. Для вирішення поставленої задачі пропонується процес пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками, який включає отримання даних сканування земної поверхні досліджувано'! території, проведеного в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль з літального апарату в певних умовах (сезон, час доби, гідрометеорологічні умови), які визначають на основі матеріалів зйомки еталонних об'єктів, вибір еталонних ділянок, що містять і не містять пастки вуглеводнів, математичну обробку даних сканування земної поверхні досліджуваної території, визначення дешифру вальних ознак еталонних ділянок, що містять пастки вуглеводнів, локалізацію за дешифрувальними ознаками пошукових пасток вуглеводнів, згідно корисної моделі дані сканування земної поверхні досліджуваної території, які лред Процес пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками (далі - процес) складається з наступних операцій: - формування уявлення про територію дослідження, розташовані на ній геологічні структури та пов'язані з ними пастки вуглеводнів і природні явища, що вивчаються на основні даних геологозйомочних, геофізичних, бурових (якщо такі проводились) та ін. робіт, представлених на картографічній основі; - вибір, геометричну корекцію та координатну прив'язку зображень земної поверхні, отриманих сканером-радіометром з космічних апаратів в діапазонах довжин хвиль електромагнітних коливань 3,325-4,125мкм, 9,8-11,9мкм та 10,9-12,8мкм, або близьких до них в залежності від калібровки ana Задачею корисної моделі є підвищення ефективності та вірогідності прогнозу геологічних структур, перспективних на вуглеводні, забезпечення підвищення показників інформативності та достовірності отриманих даних. Вирішення поставленої' задачі ґрунтується на наявності радіояскравісних температурних аномалій над пастками вуглеводнів і полягає у встановленні фототональних показників різних типів відомих геологічних структур, зокрема пасток вуглеводнів, на основі формалізованої обробки даних ДЗЗ, які отримані сканером-радіометром з літального апарату в певних зонах інфрачервоного діапазону електромагнітного спектру І в певних умовах зйомки, мають певну інформативність (оглядовість, детальність і генералізацію геологічних структур), а також розробці послідовності формалізованих операцій з встановленими фототональними показниками для виявлення за їх допомогою по тих же даних ДЗЗ в межах слабо досліджених територій геологічних структур різних типів, подібних еталонним, зокрема пасток вуглеводнів. 6401 ратури у весняний чи ОСІННІЙ сезони є період відсутності хмарності та сонячного освітлення земної поверхні (перед світанком), - створення цифрових моделей радютемлературних полів в значеннях щільності фототону від 0 до 255 на основі теплових ЗНІМКІВ земної поверхні досліджуваної території, отриманих в діапазонах довжин хвиль електромагнітних коливань 3,3254,125мкм, 9,8-11,9мкмта 10,9-12,8мкм, - вибір еталонних ділянок, які містять або не містять пастки вуглеводнів (продуктивні або непродуктивні структури), з урахуванням їх відповідності різним типам геологічних структур (підняття, прогини, соляні штоки, вулканогенні структури тощо), - визначення контурної та навколоконтурної областей еталонних ділянок на підставі геологогеофізичних даних, - формування фототональних образів різних типів геологічних структур шляхом отримання фототональних показників контурної і навколоконтурної областей еталонних ділянок, - вибір комплексу інформативних фототональних показників шляхом проведення одновимірної оцінки інформативності фототональних показників для всіх типів геологічних структур та здійснення багатовимірної оцінки інформативності ознакового простору, при якій як інтегруючий показник використовують дискримінантну функцію, яка ЛІНІЙНО залежить від інформативних фототональних показників еталонних ділянок, - визначення ПОСЛІДОВНОСТІ формалізованих операцій для виділення ділянок, аналогічних еталонним на досліджуваній території з використанням ознакового простору інформативних фототональних показників, - складання за комплексом інформативних фототональних показників карти ізовіддалень (міри подібності) до еталонних ділянок, що відповідають пасткам вуглеводнів та геологічним структурам Інших типів, вірогідно поширених на досліджуваній території, та оконтурення по ній перспективних ділянок, - перевірка правильності класифікації локалізованих перспективних ділянок та оцінка перспективності прогнозних структур (пасток вуглеводнів) за допомогою вирішального правила класифікації, представленого дискримінантною функцією В корисній моделі пропонується спосіб автоматизованого дешифрування зображень земної поверхні, отриманих сканером-радюметром з космічних апаратів в весняний чи ОСІННІЙ сезони в період відсутності хмарності та сонячного освітлення земної поверхні (перед світанком), в діапазонах довжин хвиль електромагнітних коливань 3,325-4,125мш, 9,8-11,9мкм та 10,9-12,8мкм, або близьких до них в залежності від калібровки апаратуриВибір даних ДЗЗ ґрунтується на наявності радюяскравісних температурних аномалій над пастками вуглеводнів, зумовлених власним 14 випроміненням ВІДПОВІДНИХ ділянок земно1! поверхні, та їх відмінностей по відношенню до температурних аномалій, зумовлених геологічними структурами ІНШИХ ТИПІВ. Оскільки величина амплітуди корисного сигналу, тобто теплової аномалії, викликаної наявністю 8 пастки вуглеводнів, яка досягає кілька десятих долей градусу, є малою, у корисній моделі, що пропонується як дешифрувальну ознаку нафтогазоносних ділянок на відміну від прототипу використовується не температурний контраст поверхні, а фототональний образ пастки вуглеводнів, який базується на відношеннях фототональних показників контурної (в межах контуру пастки вуглеводнів) та навколоконтурної (прилеглої до контуру пастки вуглеводнів) областей теплових зображень, отриманих одночасно в трьох зонах ІЧ діапазону електромагнітного спектру (3,325-4,125мш, 9,811,9мкм та 10,9-12,8мкм) і представлених у формі цифрових моделей радютемпературного поля земної поверхні в градаціях сірого тону від 0 до 255 У зв'язку з цим як дешифрувальну ознаку використовують фототональний контраст ділянки земної поверхні в контурі, що відповідає пасткам вуглеводнів, по відношенню до навколоконтурної області, а також по відношенню до ділянки, характерної для іншого геологічного об'єкту, геологічної структури, що не вміщує пасток вуглеводнів Зовнішня межа навколоконтурної області визначається ЛІНІЄЮ, яка проводиться по колу з центром в центрі еталону радіусом, який дорівнює 1, 3 відрізка від центра еталону до найвіддаленішоі точки, що йому належить В процесі математичної обробки цифрових моделей радютемпературних полів для кожного дослідного об'єкту геологічної структури здійснюють вимірювання наступних фототональних показників - мінімальні значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - максимальні значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - середні значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - модальні значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - відношення середнього і модального значень ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - відношення середнього значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної області до середнього значення щільності фототону навколоконтурної області, - відношення модального значення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної області до модального значення щільності фототону навкопоконтурної області, - стандартне відхилення ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної і навколоконтурної областей, - відношення стандартного відхилення значень ЩІЛЬНОСТІ фототону контурної області до стандартного відхилення значень ЩІЛЬНОСТІ фототону навколоконтурної області, - відношення стандартного відхилення значень ЩІЛЬНОСТІ фототону до середнього значення для контурної І навколоконтурної областей, - та ін В процесі формування фототонального образу еталонної ділянки одновимірну оцінку інформативності фототональних показників проводять за допомогою параметричних та непараметричних 6401 статистичних критеріїв, а вибір комплексу інформативних фототональних показників здійснюють з використанням дискримінантних функцій. У пропонованій корисній моделі пошук пасток вуглеводнів за їх фототональними ознаками здійснюють за допомогою методу пошуку багатовимірних аналогів, який складається з упорядкування об'єктів за мірою подібності до сукупності еталонних зразків певного класу. Для цього використовують технологічні можливості географічної інформаційної системи Arc View GIS 3.2 і спеціалізоване програмне забезпечення, яке дає можливість здійснити послідовні формалізовані операції" з цифровими зображеннями для виділення ділянок, аналогічних еталонним на досліджуваній території та скласти за комплексом інформативних фототональних показників карти ізовіддалень (міри подібності) до еталонних ділянок, що відповідають пасткам вуглеводнів та геологічним структурам інших типів, вірогідно поширених на досліджуваній території. Приклад реалізації процесу пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками. Геологічними полігонами для розробки даної' корисної моделі були Передкарпатський і Закарпатський прогини Карпатської нафтогазоносної провінції. При цьому використовувалися денні та нічні зображення земної поверхні, зокрема отримані радіометром високого розрізнення AVHRR з космічного апарата NOAA-14 та багатозональні знімки з космічного апарату "Океан-О"). Завдяки своїй детальності та оглядовості відповідні знімки дозволяли дешифрувати аномалії та варіації температурного поля, як такі що зумовлені геологічними об'єктами як регіонального так і локального рангів. Можливості здійснення корисної моделі підтверджені результатами апробації процесу пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками, отриманими з космічного апарату NOAA, на теренах Закарпатського прогину, який характеризується складною геологічною будовою та широким розвитком в його межах вулканогенних і солянокупольних структур. Результатами апробації показали, що: з числа більш ніж 300 об'єктів (геологічних структур різних типів) локалізованих на території Закарпатського прогину найбільш чітке Комп'ютерна верстка В. Мацєло 10 вирізнення мали Русько-Комарівське і Станівське газові родовища, які були використані як еталони газових родовищ (пасток вуглеводнів); з числа більш ніж 200 еталонних вірогідно негазоносних морфоструктур лише три були віднесені до класу об'єктів, що мають геотермальні параметри, властиві газовим родовищам (пасткам вуглеводнів); з 83 виявлених в різні роки сейсморозвідкою в межах Закарпатського прогину перспективно газоносних локальних структур, переважна більшість з яких тектонічно обмежені підняття, 37 були класифіковані як об'єкти першого класу - розпізнані як газоносні структури. Таким чином правильно ідентифікованими за тепловими зображеннями з космосу як неперспективні на газ об'єкти виявились 98% еталонних вірогідно негазоносних морфоструктур, та як перспективні на газ об'єкти 45% вірогідних локальних підняттів, виявлених в товщі неогенових відкладів Закарпатського прогину методами сейсморозвідки. Такі показники свідчать про високу ефективність процесу пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками. Технічним результатом застосування запропонованого процесу пошуку пасток вуглеводнів за тепловими космічними знімками є отримання нового виду інформації про нафтогазоносні ділянки та локалізація на картографічній моделі місцевості ділянок з високим ступенем вірогідності виявлення пасток вуглеводнів. Пропонований процес пошуку пасток вуглеводнів у порівнянні з відомими суттєво збільшує ефективність і вірогідність прогнозу геологічних структур, перспективних на вуглеводні, забезпечує підвищення показників інформативності та достовірності отриманих даних. Використання розробленого процесу дасть можливість: - скоротити час на проведення регіональних геологорозвідувальних робіт; - значно зменшити матеріальні витрати, пов'язані з необхідністю проведення детальних геофізичних і бурових робіт на всій дослідженій території; - раціонально розмістити геофізичні і бурові роботи на ділянках з високою вірогідністю виявлення пасток корисних копалин (нафтогазових покладів). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки Укра'іни Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601