5.4. Комплексная обработка
и интерпретация геофизических данных

Комплексная обработка и интерпретация геофизических данных является составной частью целевого эколого-геофизического комплекса (см. рис. 5.2). В нее входят: 1) предварительная обработка данных полевых наблюдений и априорной геоэкологической информации в целях построения рабочих (интерпретационных) ФГМ и ФГЭМ, 2) пометодная (аналитическая) и 3) комплексная (вероятностно-статистическая) интерпретация полученных данных и их геоэкологическое истолкование.

5.4.1. Предварительная обработка данных. Необходимость предварительной обработки всех наблюденных геофизических параметров А_Н обусловлена тем обстоятельством, что они почти всегда осложнены помехами, которые, кстати, могут представлять самостоятельный интерес для интерпретации. Помехи могут быть природными (вариации полей вследствие космической, солнечной и земной активности, неоднородности поверхностных геологических образований, наложения аномальных физических полей от геологических неоднородностей или полезных ископаемых, расположенных на разных глубинах) и техногенными (электромагнитными, тепловыми, упругими, радиоактивными).

Разделение наблюденных параметров А_Н на нормальные (теоретически рассчитываемые), осложненные помехами и аномальные - сложная техническая и вычислительная проблема. Она решается либо с помощью аппаратурно-калибровочных преобразований при полевых работах, либо в ходе компьютерной обработки материалов с помощью разнообразных физико-математических приемов. Как правило, применяются методы статистической обработки тех наблюденных сигналов (измеренных параметров), для которых отношение A_max/A_min ≤ 3; аномалии, превышающие эту величину, из статистической обработки исключаются.

143

Статистическую обработку можно применять лишь тогда, когда имеют место: 1) аддитивность помех (наблюденные значения параметров являются результатом линейного алгебраического суммирования фона, помех и аномалий); 2) стационарность помех (независимость помех от времени); 3) линейность помех (отсутстие взаимодействия между помехами и полезными сигналами); 4) однородность помех (постоянство величины фона А_ф и стандартного отклонения σ_ф на изучаемой площади (см. п. 5.2). Поэтому, прежде чем приступить к статистической обработке исходной информации, необходимо оценить, выполняются ли эти требования. Далее определяются законы распределения наблюденных значений. При нормальном распределении рассчитываются средние значения и стандартные отклонения, а при логнормальном - их логарифмы. Одновременно определяются функции плотности распределения вероятности изучаемых параметров. Как правило, все перечисленные статистические характеристики вычисляются с помощью специальных или стандартных компьютерных программ (Никитин, 1986).

Одно из наиболее эффективных средств выделения полезных сигналов и оценки уровня помех - вычисление автокорреляционных (АКФ) и взаимокорреляционных. (ВКФ) функций исходного поля, которые являются важнейшими характеристиками его изменчивости. Автокорреляционная функция R(m) вычисляется по формуле (Никитин, 1986)

R(m) = [1 / (n - m)]

n - m

Σ

i = 1

(A_i - A_ср)(A_i+m - A_ср)

где A_i - наблюденное значение поля, А_ср - среднее значение поля, A_i+m - наблюденное значение в точке сравнения, n - общее число наблюденных точек, т - сдвиг (по профилю) между исходной наблюденной точкой i и точкой сравнения i + т, где поле принимает значения A_i и А_{i + т}. Если расстояние между точками по профилю равно Δx, то т может принимать значения т = 0, Δx, 2Δx и т. д.

Взаимокорреляционная функция В (т) вычисляется по данным исследований на двух профилях и определяется следующим выражением:

R(m) = [1 / (n - m)]Σ(A_i^I - A_ср^I)(A_i+m^II - A_ср^II)

где A_i^I и A_ср^I, A_i+m^II и A_ср^II - соответственно наблюденные и средние значения по профилям I и П. Остальные обозначения те же, что и для R (т).

144

При т = 0 значение АКФ совпадает с общей дисперсией наблюденных значений D_общ = σ_общ², т.е. R (0) = D_общ. При т = КΔх функции АКФ и ВКФ оценивают корреляционную связь точек наблюдений, отстоящих друг от друга на это расстояние. Отношение R(m)/R(0) = R_H называется нормированной функцией автокорреляции или коэффициентом автокорреляции. По графику R_H = f(m) может быть дана количественная оценка степени коррелируемости параметров по профилю (или площади). При этом используются значения радиуса корреляции r_k, равного расстоянию, начиная с которого наблюденные значения А_i и A_i + r_k можно считать некоррелированными. Вручную значение r_k может быть определено по графику R_H = f(m) как абсцисса точки, в которой величина Rн уменьшается от 1 до 0,3.

АКФ служит для оценки корреляционных свойств как аномалий, так и помех. ВКФ при условии отсутствия корреляции помехи между профилями и малого изменения формы аномалии от профиля к профилю служит для оценки формы аномалии, величины ее смещения от профиля к профилю, простирания по площади съемки.

Важной характеристикой при выделении аномалий на фоне помех является отношение сигнал/помеха (см. разд. 2.5). Используется три типа таких отношений. Пиковое отношение μ₁ = A_{ан mах} / σ_общ, где A_{ан mах} - максимальная амплитуда аномалии, σ_общ - среднеквадратическая ошибка. Этим отношением пользуются при коррелировании аномалий от профиля к профилю.

В случае расплывчатой формы аномалии используют среднеквадратическое отношение μ₂ = A²_{ан ср}/σ²_общ , где А_{aн ср} =

√( m Σ i A2ан i)/m

- среднеквадратическая амплитуда аномалии, A_{ан i} ордината аномалии, т - число аномальных точек по профилю.

Наиболее полной характеристикой отношения сигнал/помеха является энергетическое отношение μ3. При некоррелированной помехе μ₃ = A²_{ан ср} · m / D_общ, где D_общ - общая дисперсия.

Для выделения аномалии на фоне помех в зависимости от решаемых геологических задач выбирают минимум среднеквадратической ошибки (для выделения региональных аномалий) или максимум отношения сигнал/помеха (для выделения локальных аномалий). Наиболее детально указанные методы фильтрации рассматриваются в работе А.А. Никитина (1986).

145

После предварительной обработки строятся графики аномальных значений параметров А_ан, карты графиков А_ан; карты аномалий (в изолиниях А_ан); временные разрезы в сейсморазведке (по горизонтали откладываются пункты наблюдений упругих волн, а по вертикали вниз - времена прихода отраженных или преломленных волн в пункт наблюдения); разрезы кажущихся сопротивлений к другие графические зависимости.

Графики, карты графиков, карты, разрезы, кривые аномальных параметров поля показывают, как изменяется разрез в горизонтальном и вертикальном направлениях. В дальнейшем они могут быть подвергнуты физико-математической компьютерной интерпретации. Существует два подхода к интерпретации: пометодный аналитический (детерминистский) и комплексный (вероятностно-статистический) (Хмелевской, 1997, 1999).

146