СПОСОБ ПОИСКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2003 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к поиску и разведке месторождений полезных ископаемых исследуемой территории.

Известен способ поиска подземных неоднородностей путем многоспектральной аэрофотосъемки в видимом и инфракрасном диапазонах спектра электромагнитных волн. Результаты аэрофотосъемки вводят в ЭВМ, где с помощью алгоритма, основанного на построении математической модели исследуемого объекта, делают заключение о наличии объекта (RU 2054702 С1, 1996).

Данный способ имеет низкую эффективность поиска подземных неоднородностей, отождествляемых с полезными ископаемыми, из-за узкого диапазона спектра электромагнитных волн.

Указанный способ имеет ограниченные возможности, т.к. ориентирован на постмагматические процессы, связанные с узким отрезком геологического времени формирования месторождения.

Известен способ поиска залежи углеводородов путем инфракрасной съемки, заключающийся в последовательном облете исследуемой территории с одновременным сканированием поверхности земли и регистрации излучений в диапазоне длин волн 8-14 мкм с последующей обработкой зарегистрированных сигналов и определением координат выявленных аномалий, отождествляемых с залежами углеводородов (US 4005289 А, 1977).

Этот способ использует только инфракрасное излучение, связанное с тепловыми процессами в залежах природных углеводородов, поэтому он ориентирован только на приповерхностные месторождения и не отвечает глубокопогруженным залежам нефти и газа.

Известен способ поиска месторождений полезных ископаемых по собственному излучению, заключающийся в следующем: визуализация энергетического поля излучения элементарных частиц исследуемых объектов путем фотографирования их с летательных аппаратов или с поверхности земли, проведение активации цифровых аппаратов активным генератором, работающим в режиме настраиваемого резонанса на частотах элементарных частиц исследуемого объекта, обработка поступающей информации с выделением собственного поля элементарных частиц отображения объекта, получение внемашинной информационной базы в виде космо- и фотоснимков исследуемой территории и внутримашинной информационной базы, содержащей электромагнитную обработку космоснимков, прямое измерение слабого электромагнитного излучения исследуемых объектов, математико-картографическое моделирование геологических объектов путем построения цифровых, электронных и тематических карт и определение контуров и координат местонахождения искомых объектов (RU 2113000 С1, G 01 V 9/00, 1998).

Данный способ позволяет зафиксировать только плоскую проекцию пространственных полей элементарных частиц - их следы и не дает возможности исследовать пространственную картину, адекватно отображающую искомое месторождение.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ геофизической разведки месторождений полезных ископаемых с использованием летательных аппаратов, в котором материалы аэрокосмических съемок трансформируют и масштабируют с целью реконструкции зафиксированной в материалах аэрокосмических съемок микролептонной трехмерной голограммы исследуемого геофизического объекта путем дискретно-точечного сканирования этой голограммы излучением приемопередающей антены (RU 2145104 Cl, 1998).

Данный способ постулирует пространственную структуру полей элементарных частиц, адекватно отражающих искомое месторождение, с голограммой. Однако оснований к такому положению нет, т.к. голография - это метод получения объемного изображения предметов, основанный на явлении интерференции волн, причем оно возникает при наложении волны, рассеянной объектом и опорной волной, имеющей фиксированные значения амплитуды и фазы. Получение голографии связано с осуществлением интерференции света при больших разностях хода, т. е. требует весьма высокой степени когерентности света, поэтому для обеспечения процесса голографии в качестве источника света используются лазеры (Б.М. Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. - М., 1980, стр.335).

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности поиска месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение достоверности поиска месторождений.

Технический результат достигается в способе поиска месторождений полезных ископаемых, включающем фотосъемку исследуемой территории с борта летательного аппарата, предварительное определение резонансного спектра эталонного элемента или соединения, соответствующего искомому месторождению, путем его тепловой обработки и определения линейного спектра поглощения света, помещения снимка-негатива в поле излучения энергии с частотой спектра, соответствующей частоте резонансного спектра эталонного элемента или соединения, облучение снимка-негатива импульсами света в наносекундном диапазоне с одновременным получением дополнительного снимка, сканирование его электромагнитным излучением в диапазоне резонансного спектра эталонного элемента или соединения, определение контуров выявленных аномалий путем аналого-цифровых преобразований и прогнозирование пространственной структуры искомого месторождения посредством наложения полученных контуров на контуры аномалий, полученных при дешифрировании снимков и геолого-структурном моделировании, причем контуры аномалии совмещают по меньшей мере по трем точкам с одинаковыми расстояниями между обеими контурами.

В качестве энергии излучения используют акустическое, или рентгеновское, или квантовое в оптическом диапазоне излучение.

Дополнительно сканируют и анализируют снимок-негатив.

Дешифрирование фотоснимков производят, начиная от загрубленных с масштабом не менее 1:1000000 с разрешением от 50 до 70 м, с последующим получением границ высокоперспективных площадей искомого месторождения с вероятностью до 70% его ресурсной оценки до детальных фотоснимков с меньшим разрешением в границах уже выделенных перспективных площадей, с выделением площадей размером до 10 км² и менее с вероятностью обнаружения искомого месторождения до 95% его ресурсной оценки для масштаба 1:50000 и менее.

Для получения пространственной структуры искомого месторождения фотосъемку осуществляют из трех положений, одно из которых направлено перпендикулярно исследуемой территории, а два других - симметрично относительно первого под углом к исследуемой территории. Фотосъемку осуществляют с ограничением поля видимости.

При использовании рентгеновского излучения проводят ренттеноструктурный анализ системы параллельных плоскостей пространственной структуры слабых полей искомого месторождения.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в предварительном определении резонансного спектра эталонного элемента или соединения, соответствующего искомому месторождению, помещении снимка-негатива в поле излучения энергии с частотой спектра, соответствующей частоте резонансного спектра эталонного элемента или соединения, облучении снимка-негатива импульсами света в наносекундном диапазоне с одновременным получением дополнительного снимка, сканировании его электромагнитным излучением в диапазоне резонансного спектра эталонного элемента или соединения, определении контуров выявленных аномалий и сопоставления пространственной структуры слабых полей искомого месторождения посредством наложения контуров. Это позволяет повысить достоверность поиска месторождения за счет фиксации фотосъемкой пространственной структуры слабых полей элементарных частиц, адекватно отражающих искомое месторождение. Над каждым месторождением элементарные частицы создают кластерные группы, формирующие пространственную структуру слабых полей месторождения над поверхностью земли (шельфа).

Дешифрирование и моделирование вышеуказанным методом позволяет последовательно локализовать выделенные перспективные площади, что сказывается на повышении достоверности поиска месторождения.

Фотосъемку производят из трех положений, одно из которых направлено перпендикулярно исследуемой территории, а два других - симметрично относительно первого под углом к исследуемой территории, что позволяет точно определить глубину залегания искомого месторождения по ее пространственной структуре.

Использование оптического или компьютерного метода, или того и другого одновременно, позволяет сократить время обработки фотоснимков.

Осуществление фотосъемки с ограниченным полем видимости повышает точность расчетов при последующей обработке фотоснимков. Для этого расположенные под углом к вертикали фотокамеры снабжены специальными щитками с наружной зеркальной поверхностью, ограничивающими поле видимости.

Дополнительное сканирование и анализ снимка-негатива позволяют повысить достоверность поиска месторождения, т.е. анализу подвергаются три снимка, что уточняет пространственную структуру слабых полей искомого месторождения.

Использование рентгеновского излучения с последующим рентгеноструктурным анализом позволяет за счет эффекта дифракции рентгеновских лучей на элементарных частицах получить пространственную структуру слабых полей искомого месторождения.

Способ поиска месторождений полезных ископаемых осуществляется следующим образом.

Производят фотосъемку исследуемой территории с борта летательного аппарата. Получают снимок-негатив, затем его обрабатывают как в видимой, так и в невидимой части спектра. Обработку данного снимка в невидимой части спектра осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют резонансный спектр эталонного элемента или соединения, характерного для искомого месторождения. Для этого берут эталонный элемент или соединение и нагревают его до получения паров, затем с помощью стандартного спектрометра определяют линейный спектр поглощения света для элемента или полосы поглощения для многоатомных соединений, например нефти. Известно, что поглощение света связано с явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах или атомов в молекулах. Следовательно, эталонный элемент или соединение имеют характерную линию спектра, связанную с явлением резонанса, что позволяет определить резонансный спектр эталонного элемента или соединения. Затем снимок-негатив помещают в поле излучения энергии, например, акустическое, или рентгеновское, или квантовое в оптическом диапазоне, или др. с частотой спектра, соответствующей частоте резонансного спектра эталонного элемента или соединения, и облучают импульсами света в наносекундном диапазоне с одновременным получением дополнительного снимка, например, снимка-позитива или снимка на мониторе компьютера с помощью аналого-цифрового преобразования.

Для этой цели используют стробоскопический аппарат, например, стандартный СТ-32 или С1-60, задающий частоту импульсов облучения генератора от 2 до 2500 Гц и позволяющий с помощью источника световых импульсов, например газоразрядной лампы в наносекундном диапазоне, с погрешностью не более 4%, сделать фотосъемки (БСЭ, т. 24, ч.1, М., 1976, стр.571-573). При световых импульсах, совпадающих с резонансным спектром эталонного образца или соединения, колебание возбужденных элементарных частиц "остановится", т.е. их можно наблюдать и фотографировать "неподвижными" в отличие от любых других элементарных частиц, что сказывается на резкости съемки искомых элементарных частиц.

Для получения более высокой достоверности дополнительный снимок или оба снимка (снимок-негатив и дополнительный снимок) сканируют электромагнитным излучением, например лазерным или рентгеновским излучением, в диапазоне резонансного спектра эталонного элемента или соединения. При использовании лазерного излучения применяют конденсор и набор фильтров для получения данного резонансного спектра.

При использовании рентгеновского излучения проводят рентгеноструктурный анализ, выделяя плоскости распределения элементарных частиц пространственной структуры слабых полей искомого месторождения. Затем анализируют результаты, полученные по трем снимкам, с целью взаимоконтроля и уточнения пространственной структуры искомого месторождения с помощью аналого-цифрового преобразования и набора компьютерных программ.

Обработка фотоснимка в видимой части спектра осуществляется следующим образом.

Используют тот же фотоснимок с целью прогнозно-геологической оценки площадей на искомые полезные ископаемые. Этот метод опирается на специальные банки данных и комплект компьютерных программ, нацеленных на выделение высокоперспективных геологических площадей полезных ископаемых и их ресурсную оценку. Эта технология включает следующие этапы: дешифрирование материалов фотосъемок на исследуемую и эталонную территории, подготовку данных для компьютерной обработки, геолого-структурное моделирование, районирование территории и анализ результатов, ресурсную оценку выделенных площадей и изготовление карт и таблиц.

Выявление перспективных площадей определенного иерархического уровня основывается на геологической информативности материалов фотосъемок. В качестве исходных материалов используются схемы дешифрирования фотоснимков определенного масштаба, соответствующего рангу искомого месторождения.

Важнейшим принципом, касающимся непосредственно районирования территории, является принцип системности, определяющий необходимость последовательной локализации выделяемых перспективных площадей.

Системный подход к выделению перспективных площадей, т.е. их последовательная локализация, осуществляется комбинированно путем использования разномасштабных исходных материалов и обработкой данных каждого масштаба в скользящих окнах разного размера. Размер окон подбирают такими, чтобы они соответствовали основным иерархическим таксонам. При переходе от более мелкого масштаба к крупному нижний ранг последнего повторяет высокий ранг первого. Этот прием служит одним из способов контроля качества исходных материалов и получаемых результатов.

По значениям информативности выбираются наиболее информативные градации, которым придается ранг признака. Для каждого признака формируется поле его информативности. После этого формируется поле суммарной информативности суммированием значений информативности в каждой ячейке.

Образованное поле суммарной информативности обсчитывается скользящим окном с вычислением значения критерия Стьюдента. Затем в пределах эталонного месторождения (например, для нефтяных месторождений) путем интерполяции проводятся изолинии по значениям критерия Стьюдента 1,04, 1,28, 1,65 и 1,96, что отвечает вероятностям нахождения в контуре искомого объекта: 70, 80, 90 и 95% соответственно. Количество признаков в модели и их сочетание подбираются таким образом, чтобы эталонное месторождение оконтуривалось с вероятностью 95% и выше, а площадь контура была минимальной. Формирование модели производится путем последовательного прибавления к двум-трем наиболее информативным признакам тех или иных менее информативных. Наилучший вариант признается геолого-структурной моделью искомого объекта.

После этого по сформированным моделям производится районирование всей исследуемой территории, а также дается обсчет объемов искомых месторождений полезных ископаемых.

Предлагаемый способ позволяет прогнозировать высокоперспективные площади месторождений полезных ископаемых в любой точке мира путем совмещения двух указанных выше дистанционных методов обработки фотоснимков друг с другом, а также с наработанными материалами по геофизическим, геохимическим и геологическим материалам, дать качественный анализ исследуемой территории, определить контуры залежи месторождения полезных ископаемых, сделать ресурсную оценку исследуемой территории, а также определить оптимальные координаты точек разведочного бурения, например, на нефть и газ.

После выделения геолого-структурной аномалии с параметрами залежи искомого месторождения их сопоставляют с раннее полученными результатами в невидимой части спектра методом наложения контура залежи, полученного в резонансном спектре электромагнитного излучения слабых элементарных частиц, на контур залежи, выделенной геолого-структурным методом, компенсировав тем самым величину погрешности, равную величине отклонения атмосферными течениями легких элементарных частиц собственного излучения залежи во время дистанционной разведки, причем контуры залежи совмещают, как минимум, по трем характерным, разнесенным по контуру, точкам с одинаковыми расстояниями между обеими контурами, а глубину залегания залежи и ее толщину измеряют после совмещения контуров, в пределах границ геолого-структурной аномалии.

Оптимизация высокоперспективной территории месторождения и расположения точек бурения предопределяет меньший объем природоохранительных работ на территории промышленного освоения залежи полезного ископаемого и является экологически чистой.

Использование: в геофизике для поиска месторождений полезных ископаемых на исследуемой территории. Сущность: определяют резонансный спектр эталонного элемента или соединения, соответствующего искомому месторождению, путем его тепловой обработки и определения линейного спектра поглощения света. Снимок-негатив помещают в поле излучения энергии с частотой спектра, соответствующей частоте резонансного спектра эталонного элемента или соединения. Облучают снимок-негатив импульсами света в наносекундном диапазоне с одновременным получением дополнительного снимка. Сканируют его электромагнитным излучением в диапазоне резонансного спектра эталонного элемента или соединения. Определяют контуры выявленных аномалий путем аналого-цифрового преобразования. Прогнозируют пространственную структуру искомого месторождения посредством наложения полученных контуров на контуры аномалий, полученных при дешифрировании фотоснимков и геолого-структурном моделировании. Технический результат: повышение достоверности поиска месторождений. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ поиска месторождений полезных ископаемых, включающий фотосъемку исследуемой территории с борта летательного аппарата, обработку фотоснимков, геолого-структурное моделирование искомого месторождения с дешифрированием фотоснимков и определение координат и контуров выявленных аномалий, отождествляемых с месторождением, отличающийся тем, что предварительно определяют резонансный спектр эталонного элемента или соединения, соответствующего искомому месторождению, путем его тепловой обработки и определения линейного спектра поглощения света, затем снимок-негатив помещают в поле излучения энергии с частотой спектра, соответствующей частоте резонансного спектра эталонного элемента или соединения, облучают снимок-негатив импульсами света в наносекундном диапазоне с одновременным получением дополнительного снимка, сканируют его электромагнитным излучением в диапазоне резонансного спектра эталонного элемента или соединения, определяют контуры выявленных аномалий путем аналого-цифрового преобразования и прогнозируют пространственную структуру искомого месторождения посредством наложения полученных контуров на контуры аномалий, полученных при дешифрировании фотоснимков и геолого-структурном моделировании, причем контуры аномалий совмещают по меньшей мере по трем точкам с одинаковыми расстояниями между обоими контурами. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве энергии излучения используют акустическое, или рентгеновское, или квантовое в оптическом диапазоне излучение. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электромагнитного излучения используют лазерное или рентгеновское излучение. 4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что дополнительно сканируют и анализируют снимок-негатив. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дешифрирование фотоснимков производят, начиная от загрубленных с масштабом не менее 1: 1000000 с разрешением от 50 до 70 м, с последующим получением границ высокоперспективных площадей искомого месторождения с вероятностью до 70% его ресурсной оценки до детальных фотоснимков с меньшим разрешением в границах уже выделенных перспективных площадей, с выделением площадей размером до 10 км² и менее с вероятностью обнаружения искомого месторождения до 95% его ресурсной оценки для масштаба 1: 50000 и менее. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения пространственной структуры искомого месторождения фотосъемку осуществляют из трех положений, одно из которых направлено перпендикулярно исследуемой территории, а два других - симметрично относительно первого под углом к исследуемой территории. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что совмещение снимков осуществляют оптическим, или компьютерным, или оптическим и компьютерным методом одновременно. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фотосъемку осуществляют с ограничением поля видимости. 9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при использовании рентгеновского излучения проводят рентгеноструктурный анализ системы параллельных плоскостей пространственной структуры слабых полей искомого месторождения.