Выделение аномальных зон с помощью уравнивания

В ряде случаев у некоторых групп соседних скважин поправки близки по величине и одноименны по знаку, но существенно отличаются от поправок в окружающих замерах. В этом случае можно говорить о наличии некоторой аномальной зоны, то есть площади, в пределах которой характер поведения изучаемого признака отличается от общей тенденции его изменения в целом по рассматриваемому объекту. Выделение зон осуществляется путем проведения изолиний поправок некоторой заданной величины. Например, на рис. 3.10 по уровню поправок «-4 %» выделена зона повышенных значений зольности пласта I Ишидейского месторождения (Иркутская обл.). После знакомства с результатами уравнивания специалистами-геологами был проведен углубленный анализ материалов пластоподсечений этой зоны и она была интерпретирована как сингенетический размыв (до производства уравнивания наличие данного размыва не было установлено).

Аномальные зоны бывают двух видов:

• положительные (когда значения признака в них оказываются больше ожидаемых из общей тенденции — поправки отрицательны);
• отрицательные (когда значения признака оказываются меньше ожидаемых — поправки положительны).

По пластам, имеющим размывы, отмечено их пространственное совпадение с отрицательными аномальными зонами, однако обратное утверждение было бы несправедливым, то есть наличие отрицательной зоны не свидетельствует о размыве, оно лишь указывает на его возможность.

Например, в результате применения метода уравнивания геологоразведочных измерений к материалам пласта Надконгломератового поля шахтоуправления «Физкультурник» были выделены зоны с аномально низкими значениями мощности пласта (одна из зон показана на рис. 3.11). Зоны выделялись по уровню поправок «-15 см», как величины, сопоставимой с точностью выполнения скважинных измерений мощности. Они интерпретировались как зоны размыва пласта, т. к. в находящихся в этих зонах пересечениях произошло изменение состава непосредственно перекрывающих пласт пород — замещение повсеместно распространенного алевролита на песчаники. При ведении горных работ в выявленных зонах размыва рекомендовано ожидать и учесть при проектировании и планировании горных работ существенное снижение устойчивости кровли, возможность активного куполообразования и, возможно, некоторое увеличение поступления воды.

В ходе камеральной обработки геологоразведочных работ указанные зоны выявлены не были. Здесь метод уравнивания рельефно выступает в качестве эффективного метода геометрического анализа, применение которого предполагает последующий геологический анализ.

Следует заметить, что если выделение аномальных замеров часто может быть произведено путем анализа только значений признака, то при выделении аномальных зон такой анализ во многих случаях оказывается малоэффективным.

При оценке результатов уравнивания на предмет выделения аномальных зон возникает ряд ситуаций:

• а) аномальные зоны не выделяются, колебания значений поправок невелики и имеют характер «информационного шума»;
• б) аномальные зоны не выделяются, но сами поправки достигают больших значений, сопоставимых по величине со значениями признака;
• в) аномальные зоны выделяются нечетко, их границы можно определить по поправкам лишь фрагментарно;
• г) аномальные зоны выделяются четко и существуют на фоне небольших хаотических изменений поправок по остальной части участка;
• д) все поле разделяется на несколько аномальных зон, поправки, как правило, значительны по величине, фона «нормальных» значений поправок почти нет.

Случай «а» характерен для хорошо выдержанных и разведанных пластов.

Вариант «б» наблюдается у слабо разведанных пластов с высокой случайной изменчивостью изучаемых свойств.

Случай «г» характерен для детально изученных пластов, в изменчивости которых преобладает закономерная составляющая.

Вариант «в» является переходным между «б» и «г».

Случай «д» характерен при объединении в одну совокупность разнородных геологических образований (вероятно, угольных линз). При анализе материалов следует повторить уравнивание отдельно по каждой из них.

Как уже отмечалось, выделение зон осуществляется путем проведения изолиний поправок некоторой заданной величины. Для ее установления можно использовать методику И. В. Рязанова и М. П. Кетиса [65], разработанную применительно к выделению ассоциаций геохимических элементов на основе анализа тесноты корреляционных связей между ними. Сущность методики состоит в следующем:

• выполняется построение нескольких вариантов аномальных зон путем использования изолиний поправок различной величины;
• для каждого варианта построений устанавливается количество возникающих аномальных зон (причем в контуре аномальной зоны должно находиться не менее двух расположенных рядом замеров).
• строится график зависимости количества выделенных аномальных зон от использованного уровня аномальности — значений изолиний поправок (рис. 3.12);
• с помощью графика устанавливается рекомендуемый уровень аномальности (оконтуривающая зоны изолиния поправок), соответствующий максимальному количеству аномальных зон, — 10 см при 4 зонах (рис. 3.12);
• по установленному уровню аномальности окончательно отстраиваются границы аномальных зон, в качестве которых используется изолинии аномального уровня поправок (т. е. поправок «+10 см» и «—10 см» для условий рассматриваемого примера).

В результате выполнения практических работ по уравниванию установлено, что получаемые с помощью описанной методики уровни аномальности близки по своей величине к среднеквадратическим значениям поправок. Данное обстоятельство позволяет резко упростить процесс выбора отстраиваемых изолиний поправок. Построение изолиний поправок аномального уровня осуществляется известным методом многогранников. Однако в некоторых случаях его применение затруднено наличием большого количества участков неопределенности в поведении изолиний. В этой ситуации рекомендуется использовать подход, основанный на математических действиях с топографическими поверхностями.

Для этого, во-первых, отстраиваются изолинии уравниваемого признака (например, на рис. 3.13,а сплошными линиями показаны изолинии мощности пласта Грамотеинского II участка «Колмогоровский»).

Во-вторых, для каждого замера вычисляется уравненное значение показателя:


где Ризм_i — измеренное значение признака по i-му замеру;
Рур_i — уравненное значение признака по i-му замеру;
ε_i — поправка к признаку по i-му замеру.

В-третьих, в изолиниях отстраивается поверхность уравненных значений признака (пунктирная линия на рис. 3.13, а). Естественно, что сложность этой поверхности всегда будет ниже сложности поверхности измеренных значений, т. е. ее построение правомерно во всех случаях, когда правомерно построение поверхности признака. И наконец, из поверхности Р_ур вычитается поверхность Р_изм. В результате этого будет получена поверхность поправок. Причем в процессе вычитания нет необходимости строить саму поверхность поправок — достаточно ограничиться построением лишь одной требуемой изолинии.

Средством автоматизации процесса выделения аномальных зон служит уже упомянутая программа «LUR». При ее эксплуатации пользователь последовательно задает возможные варианты аномального уровня и визуально оценивает количество аномальных зон для каждого из них.

Выбор рационального уровня осуществляется либо по признаку максимума количества зон, либо по среднеквадратическому значению поправок (которое также выдается программой «LUR»).

При работе программы на экран (рис. 3.14) выдаются масштабированные положения точек подсечения с указанием (с помощью специальных условных обозначений) на знак поправок аномального уровня, а также, при необходимости, номера замеров и значения поправок в них.

Выявленные аномальные зоны используются в процессе проведения анализа геологоразведочных материалов. С их помощью оценивается корректность принятых границ подсчетных блоков и подходов к расчету подсчетных параметров в них, определяются нежелательные направления интерполирования значений признаков и т. д.

Особо значимые последствия имеет случай разделения участка на несколько аномальных зон (случай «д»). В этой ситуации в подсчетный блок не должны входить участки, принадлежащие различным зонам. При определении единой подсчетной мощности для группы блоков эта группа блоков должна находиться в пределах одной зоны.

При построении поверхностей признака с большой осторожностью следует относиться к результатам интерполирования между замерами, расположенными в различных зонах. Эти результаты должны игнорироваться, если они вступают в противоречия с результатами интерполирования по направлениям, находящимся внутри отдельных зон.

Учет факта проявления на объекте ситуации типа «д» при проведении работ по геометризации и подсчету запасов может приводить к значимым изменениям в результатах оценки количества запасов и геометрии их размещения (изменения количества запасов в зависимости от уровня аномальности зон и значения мощности пласта может достигать 20—30 %, что является существенным особенно при вовлечении в отработку небольших участков пластов).

Четко выделяемые на фоне небольших хаотических изменений поправок аномальные зоны (случай «г») обязательно учитываются при геометризации и последующей оценке ожидаемого качества углепродукции, планировании объемов добычи и особенно важны при нахождении значений признаков вблизи предельных допустимых значений (предусмотренных контрактами характеристик качества угля, граничных значений диапазона раздвижки механизированных крепей и т. д.).