Cybernetician đang tìm kiếm phòng lưu trữ dưới lòng đất

8

Sống theo lối cũ trong hoàn cảnh “may mắn hay xui xẻo”. Và có vẻ như chúng ta nên hét vào mặt các nhà địa chất, yêu cầu họ phải làm việc chắc chắn, vì “mọi điều kiện đã được tạo ra” cho họ…

Các nhà địa chất trích dẫn không phải klad, nơi bị cướp biển che giấu khỏi những con mắt tò mò, mà là những kho chứa dưới lòng đất, nơi than và dầu, vàng và vonfram, sắt và uranium là những kho báu có quy mô không thể so sánh được. Và tất nhiên, khi tìm kiếm, họ phần nào đánh giá được cơ hội của mình. Những đánh giá này vẫn mang tính chất định tính, mặc dù chúng dựa trên nhiều loại thông tin khác nhau, cả định tính và định lượng.

Nhưng hiện nay trong tất cả các ngành, vấn đề tối ưu hóa đang được giải quyết: mọi thứ phải được thực hiện càng nhanh càng tốt, càng rẻ càng tốt, với càng nhiều sai sót và sai sót càng tốt. Và cần phải tính đến tất cả các nguyên nhân gây nhiễu, biện pháp khắc phục chúng, nhu cầu lượng hóa chất lượng công việc được thực hiện.

Vì vậy, chúng ta sẽ nói về một cách tiếp cận mới cho vấn đề tìm kiếm khoáng sản, chính xác hơn là về vấn đề tìm kiếm các mỏ dầu khí.

Cần tìm gì?

Bề mặt Trái đất, sâu nhiều km, trông giống như một chiếc bánh sandwich nhiều lớp: xuyên qua

Có các lớp cát, đất sét, đá vôi, v.v. Dầu hoặc khí chỉ có thể xuất hiện ở các lớp xốp nơi có đủ khoảng trống giữa các hạt đá. Dưới ảnh hưởng của tất cả các loại lớp xúc tác, đá trầm tích đã thay đổi hình dạng, các đỉnh và độ nhô lên, các rặng núi và đứt gãy xuất hiện. Trong hầu hết các trường hợp, các mỏ dầu khí được giới hạn ở những ngọn đồi dưới lòng đất với lớp bịt kín không thấm chất lỏng hoặc khí; nó có thể là đất sét hoặc mặn. Dưới mái vòm dày đặc này có các lớp xốp chứa chất lỏng hoặc khí. Do đó, bài toán đầu tiên của các nhà địa chất khi tìm kiếm dầu hoặc khí đốt là khám phá các mái vòm dưới lòng đất, hay như các nhà địa chất gọi chúng là các đường nâng *) cục bộ. Đây chính là điều chúng ta đang nói đến về việc tìm kiếm những nâng cao ở địa phương.

Người mẫu

Làm thế nào để có được ý tưởng về cấu trúc của các lớp trái đất ở độ sâu vài km trên bề mặt Trái đất? Đáp số rất rõ ràng: cần phải khoan giếng, chọn các mảnh đá - lõi - từ các độ sâu khác nhau, sau đó so sánh kết quả nghiên cứu của các giếng khác nhau. Nhưng khoan nhiều giếng thì rất tốn kém; khoan một giếng ở độ sâu 2-4 km tốn hàng trăm nghìn rúp, và hiện nay các giếng sâu hơn đang được khoan. Và do đó, để có được thông tin sơ bộ, nó sử dụng nhiều phương pháp gián tiếp khác nhau, chẳng hạn như khảo sát trọng lực hoặc khảo sát điện. Thông tin hữu ích nhất trong số đó hiện nay là chăn nuôi đông lạnh.

Phương pháp này, về khái niệm đơn giản, nhưng khá phức tạp khi thực hiện, như sau (Hình 1). Một vụ nổ (lực không đáng kể) được tạo ra trong một giếng cạn. Sóng đàn hồi - kết quả của vụ nổ - dis-

*) Từ “địa phương” có nghĩa là địa phương, không vượt quá giới hạn nhất định.

9

kéo dài khắp Trái đất, phản ánh từ ranh giới giữa các nhau thai được hình thành bởi các loại đá khác nhau. Các nhà địa chất cho biết sóng phản xạ được ghi lại bởi một máy thu địa chấn nằm trên bề mặt Trái đất - trên bề mặt ánh sáng ban ngày.

Nếu chúng ta giả sử rằng ranh giới mà phản xạ được ghi lại là bằng phẳng và tốc độ truyền sóng đàn hồi dọc theo toàn bộ đường đi của sóng là không đổi, thì chúng ta có thể viết rõ ràng sự phụ thuộc của thời gian đến của sóng trên bề mặt ánh sáng ban ngày vào tọa độ của máy thu địa chấn và các thông số của môi trường. Sự phụ thuộc này được gọi là зодоредфа отраженной волны trong thăm dò địa chấn và bài toán để khôi phục sự phản ánh của các ranh giới theo một hodograph nhất định được gọi là bài toán động học nghịch đảo của thăm dò địa chấn. Theo các giả định được đưa ra, bài toán này có thể giải được duy nhất và phương pháp như vậy được sử dụng trong thực tế dưới tên метода эффективной скорости.

Các giả định được giới thiệu ở trên cùng nhau tạo thành cái gọi là mô hình môi trường thực. Mô hình được sử dụng trong phương pháp vận tốc hiệu dụng chỉ gần đúng với tín hiệu thực. Tất nhiên, nó có thể được điều chỉnh để đưa nó đến gần hơn với môi trường thực. Nhưng điều quan trọng đối với chúng tôi là hỗ trợ việc xây dựng mô hình môi trường là một phần không thể thiếu trong quá trình thăm dò địa chấn lời giải động học nghịch đảo bài toán. Ở dạng này hay dạng khác, nó luôn hiện diện khi diễn giải dữ liệu địa chấn. Tuy nhiên, bất kỳ mô hình được chấp nhận nào cũng chỉ phản ánh gần đúng trạng thái thực tế của mọi thứ. Tất nhiên, đây không phải là khó khăn duy nhất nảy sinh trong việc giải thích các quan sát địa chấn: cũng có những lỗi phần cứng, sự biến dạng trong việc đăng ký sóng phản xạ do các dao động phản ánh từ các ranh giới khác, v.v. Tuy nhiên, như cả kinh nghiệm và lý luận chung đều cho thấy, nguồn quan sát không phải là

10

tan chảy thì những đường như vậy nằm dày đặc, nếu bằng phẳng thì hiếm.

Khi bề mặt được biểu diễn bằng một mái vòm, thì các đường mức của nó là những đường cong khép kín và đường nhỏ nhất bên trong tương ứng với vùng lân cận của đỉnh mái vòm.

Vì vậy, kết quả của việc gieo mầm công việc trinh sát địa lý là một bản đồ các đường mức của đường chân trời đang được nghiên cứu, và nếu ở đâu đó trên bản đồ này có một loạt các đường mức khép kín lồng vào nhau, với các đường bên trong tương ứng với độ sâu nông hơn, thì phần này của bản đồ tương ứng với một mái vòm - một đường nâng cục bộ.

Bây giờ chúng ta cần khoan một cái giếng để tìm hiểu xem có dầu hay khí đốt trong vùng nâng này hay không. Và mọi người đều rõ rằng cần phải khoan ở đỉnh của mái vòm, tức là các đường bên trong tương ứng với độ sâu nông hơn, khi đó phần bản đồ này tương ứng với mái vòm - một đường nâng cục bộ.

Đôi khi họ khoan giếng đầu tiên, nhưng nó không tạo ra dầu hoặc khí đốt, sau đó họ khoan một, hai, ba, và sau đó hóa ra là không có lực nâng cục bộ, thông tin địa vật lý về sự hiện diện của mái vòm hóa ra là một sai lầm. Hậu quả là những giếng này được khoan vô ích, lãng phí nhiều tiền bạc và thời gian đáng kể.

Làm thế nào điều này có thể xảy ra? Ai là người có lỗi trong việc này? Và quan trọng nhất: làm thế nào để tránh những sai lầm như vậy?

Chúng ta hãy nhớ những từ được đánh dấu ở trên: at và zhenno. Độ sâu, do đó, hình dạng và vị trí của các đường mức, được các nhà địa vật lý xác định không chính xác, nhưng có sai sót và đôi khi là những sai sót rất nghiêm trọng.

Không cần phải đổ lỗi cho họ về điều này. Thực tế là các lỗi, như tôi đã nói ở trên, là hậu quả của cả lỗi phần cứng và chính phương pháp đó. Và nếu các lỗi của thiết bị có thể giảm đi đáng kể thì về cơ bản các lỗi của phương pháp không thể được loại bỏ. Nếu chúng ta biết chính xác các đặc tính tốc độ của môi trường, tức là tốc độ truyền của sóng đàn hồi ở tất cả các lớp dọc theo đường truyền của sóng này, thì vấn đề nâng sóng cục bộ sẽ không tồn tại chút nào: việc đi đến một sóng nâng cục bộ về nguyên tắc sẽ dễ dàng như việc đi từ Moscow đến Kyiv, sử dụng la bàn và bản đồ địa lý chính xác.

Tuy nhiên, khi một bản đồ mức tuyến tính - nó được gọi là bản đồ cấu trúc - đã được vẽ (và nó không được cung cấp một cách vô ích - đã tốn rất nhiều công sức, tiền bạc và thời gian), thì việc xử lý một bản đồ như vậy một cách tự tin sẽ rất hấp dẫn. Bản chất của con người là như vậy: rất khó để luôn không tin tưởng vào mọi thứ xung quanh mình, đặc biệt nếu bạn dễ tin vào điều đó hơn. Và những gì có thể làm được ở đây: dường như không có thông tin nào khác có sẵn cho một nhà địa vật lý hoặc nhà địa chất.

Chính thức hóa

Người ta đã viết rất nhiều về những người săn tìm kho báu và tôi tin chắc rằng người đọc có thể dễ dàng nhớ lại những câu chuyện tương ứng. Bất cứ khi nào một thợ săn kho báu phải đối mặt với những khó khăn liên quan đến khả năng có những con đường khác nhau để đạt được mục tiêu của mình, bằng cách nào đó anh ta sẽ đánh giá cơ hội của mình trên mỗi con đường. Nhưng đây là một đánh giá trực quan, định tính. Nếu thợ săn kho báu hóa ra là một nhà điều khiển học, thì trước hết anh ta sẽ nỗ lực phát triển một tiêu chí để đánh giá định lượng cơ hội đạt được thành công, và sau đó việc chọn đường đi ở mỗi bước sẽ không còn gây khó khăn cho anh ta nữa: anh ta sẽ phải hành động sao cho tiêu chí đó luôn mang lại giá trị cao nhất có thể.

Trong bài toán Kho ngầm Nhật Bản của chúng tôi - các cuộc nâng cấp địa phương - tình hình cũng tương tự: bạn cần xây dựng tiêu chí để chọn chuỗi hành động tốt nhất hoặc, như người ta nói bây giờ, để chọn chiến lược tốt nhất,

11

Bây giờ chúng ta hãy lưu ý rằng thông tin thu được trong quá trình tìm kiếm có tính chất thống kê và do đó, khi xây dựng tiêu chí và lựa chọn chiến lược, nên sử dụng phương pháp xác suất.

Vì vậy, chúng ta sẽ nói về cách tiếp cận quá trình tìm kiếm với các vị trí toán học. Nhưng để làm được điều này, bản thân quy trình phải được định dạng đúng.

Trước hết, bạn cần đưa ra định nghĩa rõ ràng về đối tượng đang nghiên cứu - nâng cao cục bộ.

Chúng ta hãy xác định tại mỗi điểm $Q$ với tọa độ $(x, y)$ trên phần được nghiên cứu của mặt phẳng (bề mặt ngày) một hàm (khoảng cách từ bề mặt ban ngày đến bề mặt của mái vòm) $h = H(Q) \equiv H(x, y)$, ​​các giá trị mô tả bề mặt của đường chân trời đang được nghiên cứu. Đường mức là tập hợp các điểm $Q$ có tọa độ thỏa mãn phương trình $H(x, y) = h_0$, trong đó $h_0$ là định nghĩa của số.

Độ cao cục bộ là một khu vực trên mặt phẳng, tô màu các đường mức đóng ở một giá trị cố định nào đó $h_0$, bên trong đó mọi thứ đều là $H(x, y) > h_0$.

Có hai điểm cần được thực hiện ở đây.

Thứ nhất, nó tuân theo định nghĩa rằng bên trong một đường nâng cục bộ có vô số đường nâng cục bộ khác, hoặc bên trong các đường mức mà chúng ta đã chọn còn có các đường mức đóng khác. Tuy nhiên, sự đa dạng này không phù hợp với chúng tôi.

Thứ hai, cần hạn chế quy mô nâng cao cục bộ đang được nghiên cứu. Thật vậy, những mái vòm rất nhỏ không có ý nghĩa công nghiệp, nhưng những mái vòm rất lớn có thể mang một ý nghĩa hoàn toàn khác.

Trong thực tế, ở hầu hết mọi lãnh thổ, chúng tôi quan tâm đến các mức nâng cục bộ, đường kính $D$ (nghĩa là hợp âm lớn nhất) được chứa trong các giới hạn nhất định (giữa mức tối thiểu, nhỏ hơn mức đó)

Cơm. 3.

việc phát triển mỏ mang lại lợi nhuận và tương ứng với quy mô tối đa có thể của việc nâng cao khu vực nghiên cứu).

Trong thực tế, dữ liệu ban đầu của khảo sát trinh sát địa lý cho phép xác định độ sâu của đường chân trời chỉ được nghiên cứu tại một số điểm riêng lẻ và thậm chí sau đó có sai sót. Khi đó nếu bề mặt của chân trời này được xác định bằng phép nội suy (tức là phép tính gần đúng phục hồi), và tất nhiên vị trí các điểm của bề mặt này sẽ càng kém chính xác.

Vì vậy, vị trí của một điểm trên bề mặt đang nghiên cứu sẽ được xác định có sai số, và do đó, vị trí của một điểm trên đường mức của nó cũng sẽ được xác định có sai số.

Để nghiên cứu sâu hơn, điều này rất hữu ích cho chúng ta: chúng ta sẽ không quan tâm đến sự hiện diện hay vắng mặt của lực nâng cục bộ trong một khu vực nhất định, nhưng chúng ta sẽ tìm hiểu xem các điểm riêng lẻ có thuộc về lực nâng cục bộ hay không.

Chia mặt phẳng $(x, y)$ bằng mạng vuông có bước $a$. Hàm $H(Q) \equiv H(x, y)$, mô tả bề mặt của lực nâng cục bộ, sẽ chỉ được chỉ định tại các nút mạng và thay vì các đường cong tùy ý, chúng ta sẽ chỉ xem xét các đa giác, tức là các đường cong có các cạnh chạy dọc theo đường mạng. Hình 3 cho thấy bên trong một chiếc khóa như vậy.

12

một đa giác bao quanh điểm $Q_0$, điểm này chúng tôi cũng đặt tại nút mạng.

Độ nâng cục bộ thực sự trong các khu vực nền tảng là các bề mặt có cấu trúc khá tốt: chúng thay đổi chậm và bước mạng được chọn sao cho không có sự dao động mạnh của bề mặt này giữa các nút. Sau đó, với đủ độ chính xác, chúng ta có thể thay thế định nghĩa trước đó về thang máy cục bộ bằng định nghĩa sau: điểm $Q_0$ thuộc về thang máy cục bộ nếu có ít nhất một đa giác kín bao quanh điểm $Q_0$, tại tất cả các nút $Q_i$ trong đó bề mặt đang nghiên cứu nằm thấp hơn tại điểm $Q_0$: $H(Q_i) < H(Q_0)$ cho tất cả $i = 1, 2, \dots, n$.

Đường kính của đa giác được coi là bị giới hạn, giống như trên đối với các đường tùy ý.

Phương pháp xác suất

Theo định nghĩa, điểm $Q_0$ thuộc về thang máy cục bộ hoặc không thuộc về thang máy cục bộ. Nhưng kiến ​​thức của chúng ta về vị trí của các điểm trên bề mặt đang nghiên cứu có những sai sót mang tính chất thống kê. Do đó, phát biểu rằng điểm $Q_0$ thuộc về một thang máy cục bộ chỉ có thể được phát biểu bằng cách sử dụng Hãy để chúng tôi giới thiệu đặc tính tương ứng.

Cụ thể, chúng tôi xác định tại mỗi điểm được nghiên cứu $Q$ với tọa độ $(x, y)$ của miền nghiên cứu của hàm và lên đến $d(Q) \equiv d(x, y)$, biểu thị xác suất rằng điểm $Q$ thuộc về thang máy cục bộ.

Hàm độ tin cậy có thể được xác định một cách trực quan giống như bản đồ cấu trúc - bằng một tập hợp các đường mức của nó. Các điểm nằm trên đường mức này đều có khả năng thuộc về một độ cao cục bộ như nhau. Trong trường hợp này, đường mức, hàm tin cậy, nói chung không trùng với đường mức, không trùng với đường mức.

Bề mặt, được xây dựng theo dữ liệu địa vật lý.

Bây giờ câu hỏi đặt ra là làm thế nào để xây dựng hàm tin cậy dựa trên thông tin có sẵn cho các nhà địa vật lý. Độ lệch của giá trị độ sâu thu được do công việc khảo sát so với giá trị thực tế của độ sâu bề mặt được nghiên cứu tại mỗi điểm $Q$ là các biến ngẫu nhiên. Để nghiên cứu các đặc điểm xác suất của chúng, chúng được so sánh với dữ liệu từ lần khoan tiếp theo, dữ liệu này chính xác hơn nhiều và được chấp nhận là hợp lệ. Việc xử lý dữ liệu ở các khu vực rộng lớn của tỉnh dầu khí Volga-Ural về sự xuất hiện của della là cơ hội để tìm ra các đặc điểm xác suất của các biến ngẫu nhiên này.

Theo định nghĩa cuối cùng, cần tìm ít nhất một đa giác khép kín bao quanh điểm $Q_0$, trong tất cả các nút $Q_i$ trong đó các giá trị của hàm $H(Q_i)$ sẽ nhỏ hơn $H(Q_0)$. Vì bản thân các đại lượng $H(Q_i)$ là ngẫu nhiên nên số lượng “có ít nhất một đa giác kín bao quanh điểm $Q_0$” cũng là ngẫu nhiên. Xác suất của nó là xác suất mà điểm $Q_0$ thuộc về thang máy cục bộ, tức là giá trị của hàm tin cậy $d(Q_0)$.

Biết được tính chất xác suất của các biến ngẫu nhiên $H(Q_i)$, chúng ta có thể viết công thức tính giá trị của các hàm độ tin cậy. Tuy nhiên, những công thức này rất cồng kềnh và không thực tế để sử dụng trong tính toán.

Pozny sử dụng một kỹ thuật khác để tính toán các giá trị của các hàm độ tin cậy, dựa trên cái gọi là phương pháp Monte-Carlo (hoặc phương pháp kiểm tra thống kê). Ở đây bạn phải sử dụng một máy tính nhanh. Nhưng đây là chủ đề của một bài viết riêng biệt. Bây giờ chỉ còn dưới-

13

Cherkun rằng chính trên con đường này đã đạt được kết quả cuối cùng, điều mà bây giờ chúng ta sẽ hiểu.

Một số kết quả và triển vọng

Ý tưởng được định hướng bởi chính nó: các giá trị của các hàm độ tin cậy cũng được vẽ trên bản đồ cấu trúc (tức là trên bản đồ các đường mức của đường chân trời đang được nghiên cứu, xây dựng theo số liệu khảo sát địa kỹ thuật). Bạn thậm chí có thể sử dụng các kỹ thuật nội suy chung, vẽ các đường của hàm mức độ tin cậy (trong Hình 2 trở xuống, các đường của hàm mức độ tin cậy được vẽ bằng các đường màu đỏ).

Bây giờ chúng ta có thể bắt đầu thảo luận về những điều mới mà hàm độ tin cậy mang lại cho bản đồ cấu trúc.

Hóa ra là ở những khu vực có giá trị của các hàm tin cậy khá cao (hơn 0,8), theo quy luật, có sự trùng hợp giữa lực nâng cục bộ được xây dựng theo dữ liệu trinh sát địa lý (chúng ta sẽ gọi thêm là lực nâng địa vật lý) với lực nâng thực (xem Hình 4, trong đó lực nâng cục bộ được tô bóng).

Với các giá trị cao nhất của các hàm độ tin cậy theo thứ tự 0,5 - 0,6, sự kết hợp giữa lực nâng địa vật lý và giá trị thực thường được ghi nhận và các khu vực có giá trị cao nhất của các hàm độ tin cậy có xu hướng ở vị trí nâng lên thực tế (Hình 5 và 6). Từ đó rút ra một kết luận thực tế quan trọng: giếng thăm dò không nên được đặt ở những điểm cao nhất theo công trình địa vật lý (nghĩa là trong vòm nâng địa vật lý), mà tại các điểm có giá trị cao nhất của các hàm độ tin cậy hoặc có độ tin cậy cao nhất trong khu vực được khảo sát thuộc về lực nâng thực sự cục bộ.

Cuối cùng, các cấu trúc địa vật lý có giá trị tối đa của các hàm tin cậy lớn hơn 0,35, theo quy luật, hóa ra là sai; sự hiện diện của họ đã bị bác bỏ bởi cuộc khoan tiếp theo. Trong trường hợp này, tất cả chi phí cho việc khoan các cấu trúc giả như vậy hóa ra là không tự nguyện.