Научно-исследовательская лаборатория моделирования и обработки данных наукоемких технологий: Методологическое и программное обеспечение обработки больших объемов данных электромагнитных зондирований, гравиразведки и БПЛА-магниторазведки на основе комплексного решения трехмерных обратных задач рудной геофизики

Проект направлен на оптимизацию геологических поисков и разведки рудных полезных ископаемых в сложных условиях за счет создания нового комплекса методических, программных и аппаратных средств для сбора комплексной геофизической информации (с применением новых беспилотных магниторазведочных и электроразведочных систем) и геоинформационных средств для её комплексной обработки (в т.ч. инверсии в классе трехмерных моделей). Решаются проблемы эффективного сбора высокодетальных геолого-геофизических данных методами радиоволновой и импульсной электроразведки и магниторазведки на базе роботизированных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), её комплексирования с данными наземной грави- и электроразведки. Решается проблема построения многопараметрической (включающей различные типы физических параметров) цифровой 3D-модели сложно-построенной геологической среды с последующим геологическим прогнозом твердых полезных ископаемых на основе вычислительно эффективных методов численного 3D-моделирования геоэлектромагнитных полей и методов совместной мультифизичной 3D-инверсии данных комплексных геофизических исследований методами электроразведки, гравиразведки и БПЛА-магниторазведки. При этом как используются имеющиеся данные (в т.ч. результаты бурения) по целому ряду золоторудных и урановых объектов Восточной Сибири, так и проводится значительный объем опытно-методических работ комплексом методов в формате реальных кейсов рудной геологоразведки для научного обоснования эффективности разработанного подхода, оценки роли и места созданных решений в структуре геологоразведочных работ.

Фонд легкооткрываемых объектов в России и в мире в основном исчерпан, при этом потребность в твердых полезных ископаемых как в России, так и в других высокоразвитых странах постоянно растет. Перспективы обнаружения новых объектов связаны с необходимостью работ в удаленных от инфраструктуры районах со сложными геологическими и ландшафтно-морфологическими условиями. Истощение приповерхностных месторождений приводит к необходимости поисков, разведки и разработки «слепых» месторождений. Происходящий в последние годы переход отрасли с многолетнего полистадийного геологического изучения недр за счет государственных ассигнований на работы на отдельных участках без оцененных запасов, выполняемые бизнесом на условиях предпринимательского риска, требует принципиального повышения производительности геологических работ и снижения их стоимости, сокращения сроков геологического изучения от «зеленой» стадии до оцененных ресурсов P1 или запасов в срок не более 2-х-3х лет, что требует перехода на стадию бурения уже во второй год проекта. В такой ситуации критически важна эффективность подходов, применяемых на первой, наиболее рискованной стадии геологического изучения участка, и качество геологического прогноза становится особенно важным. Поскольку бурение представляет собой наиболее затратный вид работ и должно быть оптимизировано в максимальной степени, для его точной навигации к этому моменту необходимо иметь представления о геологическом строении участка как на поверхности, так и на глубину. Таким образом весьма актуальным становится создание новых методов и технологий, позволяющих дешево, быстро и в любых условиях получать, обрабатывать и обоснованно интерпретировать комплекс геоданных, фиксировать основные косвенные и/или прямые признаки рудоносности, выделять перспективные зоны и прослеживать их в плане и в разрезе.

Целевые объекты, характеризующие сами рудные тела или косвенные признаки, относящиеся к их структурному контролю, практически всегда представляют собой объекты сложной формы, а вмещающая среда довольно часто характеризуется наличием латеральных неоднородностей в перекрывающих целевые объекты слоях, рельефом Земли с большими перепадами высот и изменяющейся по латерали глубиной границ между субгоризонтальными слоями вмещающей среды. Таким образом, первой задачей, которую необходимо решить при геологических поисках, является оперативное и дешевое получение высокоинформативных комплексных данных при ландшафтно-морфологических условиях любой сложности, позволяющих как выявить и закартировать аномалии различной природы в плане, так и решать обратные задачи. Для решения обратных задач целесообразно применять комплекс из методов потенциальных полей (магниторазведка, гравиразведка) и методов электроразведки. Методы магниторазведки и электроразведки можно реализовать в варианте низковысотных съемок с БПЛА, что позволяет быстро получать значительные объемы детальной площадной информации в условиях сложного рельефа или ландшафта. Теория и практика БПЛА-магнитной съемки разработаны уже достаточно хорошо (вплоть до утверждения «Методических рекомендаций» Федеральным агентством по недропользованию), а методы электромагнитных зондирований с БПЛА находятся пока на самом первом этапе становления, их совершенствование, апробация, оценка эффективности, разработка методологии рационального применения в рудной геологоразведке и научное обоснование роли и места в структуре геологоразведочных работ являются одной из основных задач данного проекта. В ходе проекта в рамках опытно-методических работ на реальных объектах исследованы недостатки и преимущества различных вариантов постановки БПЛА-электроразведки методами радиоволновых зондирований и становления поля в рудных задачах в сопоставлении с традиционными наземными и аэрометодами, разработаны новые варианты методик и технологий постановки БПЛА-электроразведки при геолого-геофизическом картировании и поисках руд, создан научно-методический базис эффективного применения такого рода методов и технологий при поисках актуальных типов рудопроявлений золота и урана.

Однако применение роботизированных систем, позволяющих оперативно получать большие объемы высокодетальных площадных геоданных, остро ставит комплекс проблем по их оперативной обработке с выходом на 3D-модели геологической среды, необходимые для эффективной навигации поискового бурения. Применение распространенных на сегодняшний день локальных одномерных инверсий для определения местоположения и свойств целевых объектов зачастую является бессмысленным, а повышение качества геологического прогноза возможно за счет перехода к более сложным моделям представления геологической среды и автоматизации восстановления их параметров на основе зарегистрированных геофизических данных.

С другой стороны, при решении задач рудной геофизики довольно часто используется комплекс геофизических методов, и построение обоснованных достоверных геологических моделей требует применения методов комплексной мультифизичной 3D-инверсии.

В ходе выполнения проекта предложены и реализованы новые математические модели и вычислительно эффективные методы конечноэлементного 3D-моделирования совместно протекающих в Земле индукционных процессов и процессов вызванной поляризации с учетом сложного строения как целевых объектов, так и вмещающей среды, а также основанные на них новые, использующие специальную параметризацию и адаптивную регуляризацию методы мультифизичной 3D-инверсии, учитывающих помимо данных электромагнитных зондирований данные грави- и магниторазведки.

Не менее важной составляющей для получения обоснованной многопараметрической цифровой геофизической 3D-модели, составляющей основу геологического прогноза, является изучение свойств и классификация целевых объектов по практическим данным, полученных по комплексу геофизических методов на различных месторождениях твердых полезных ископаемых, и включение этой информации в программную систему совместной 3D-инверсии. С другой стороны, проработка методических вопросов технологий постановки работ на различные типы целевых объектов с целью повышения разрешающей способности этих технологий требует использования обладающих описанными выше возможностями программ 3D-моделирования и 3D-инверсий.

Комплексный подход, сочетающий серьезный математический аппарат численного 3D-моделирования сложных электромагнитных процессов и аппарат решения многопараметрических обратных задач (содержащих до нескольких тысяч параметров, относящихся к различным типам физических параметров и параметров, характеризующих морфологию объектов) с базой свойств и классификацией целевых объектов, характерных для месторождений твердых полезных ископаемых, позволило получить геологически обоснованные цифровые геофизические 3D-модели, составляющие основу геологического прогноза твердых полезных ископаемых по комплексу геофизических данных электроразведки, магниторазведки и гравиразведки.

Разработанные методы и программное обеспечение для построения многопараметрической (включающей различные типы физических параметров) цифровой 3D-модели сложно-построенной геологической среды в совокупности с классификацией целевых объектов и базой их свойств покрывают широкий класс задач и технологий поиска твердых полезных ископаемых и могут быть легко адаптируемы под новые.