Методологическое и программное обеспечение обработки больших объемов данных электромагнитных зондирований, гравиразведки и БПЛА-магниторазведки на основе комплексного решения трехмерных обратных задач рудной геофизики

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-67-47037

НазваниеМетодологическое и программное обеспечение обработки больших объемов данных электромагнитных зондирований, гравиразведки и БПЛА-магниторазведки на основе комплексного решения трехмерных обратных задач рудной геофизики

Руководитель Паршин Александр Вадимович, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" , Иркутская обл

Конкурс №47 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации (междисциплинарные проекты)»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-712 - Геоинформатика, дистанционное зондирование Земли и географическая картография

Ключевые слова электромагнитные зондирования земли, многомерная обработка больших массивов данных, метод конечных элементов, обратные задачи, регуляризация, мультифизичная 3D-инверсия, геоинформатика, дистанционные зондирования Земли, разведочная геофизика, БПЛА, роботизированные системы

Код ГРНТИ37.01.77

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
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 будут 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, будут 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 будут 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, позволит получать 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 покроют широкий класс задач и технологий поиска твердых полезных ископаемых и будут легко адаптируемы под новые. Сказанное выше обосновывает необходимость выполнения заявленного проекта в рамках междисциплинарного подхода по отраслям знаний 01 – Математика, информатика и науки о системах (проект 1) и 07 – Науки о Земле (проект 2).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Морозов В.А., Яхин А.М., Жирова А.Е., Паршин А.В. Hardware-software system for studying the effectiveness of propeller-engine groups for unmanned aerial vehicles Journal of Physics: Conference Series, Volume 1582, Issue 1, Номер статьи 012063 (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1582/1/012063

2. Давыденко А.Ю., Скрыпниченко Д.А., Снопков С.В., Давыденко А.Ю. Geophysical Research Results of Archaeological Sites on The Site of Barun-Hal II in The Baikal Region EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202052041

3. Белова А.Ю., Шкиря М.С., Давыденко А.Ю., Башкеев А.С. Some Methodological Aspects of the Application of Electromagnetic Sounding Technology and Induced Polarization at the Verkhnekamsk Deposit of Potash and Magnesium Salts EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202051134

4. Белова А.Ю., Давыденко Ю.А., Гуревич Д.В., Башкеев А.С., Бухалов С.В., Виикен П. Mineral Prospecting for Copper-Molybdene Ores in Northern Kazakhstan Using Electromagnetic Sensing and Induced Polarization Technology (EMS-IP) EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202010238

5. Шкиря М.С., Гуревич Д.В., Терешкин С.А., Белова А.Ю., Давыденко Ю.А. Application of Pulsed Electric Prospecting for Allocation of Zones of Sulfide Mineralization of Copper-Porphyry Type in the Territory of Northern Kazakhstan EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202052031

6. Гаченко С.В., Паршин А.В., Будяк А.Е. Joint Processing and Interpretation of UAV-Geophysical and Geochemical Data in Prospecting for Gold Ores EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202052069

7. Паршин А.В., Башкеев А.С., Давыденко Ю.А., Бухалов С.В., Винокуров В.В., Гребенкин Н.А. Two UAV-based electromagnetic systems for the formation of a complete set of low-altitude UAS-geophysical methods Eage EarthDoc (год публикации - 2021)
10.13140/RG.2.2.17590.11840

8. Будяк А.Е., Тарасова Ю.И. Model of Formation and Search Criteria for Gold Ore Objects Associated with Paleoproterozoic Black Shale Strata within The Nechersky Uplift (Irkutsk Region) EAGE EarthDoc (год публикации - 2020)
10.3997/2214-4609.202052068

9. Белова А.Ю., Гуревич Д.В., Давыденко Ю.А., Виикен П Prospecting for the blind copper-molybdenum mineralizations in northern Kazakhstan using electromagnetic sounding and induced polarization technology (EMS-IP) Geophysics (год публикации - 2021)

10. Давыденко Ю.А., Яковлев С.В., Башкеев А.С., Крайнова Е.С., Давыденко А.Ю., Персова М.Г. Applying multivariate statistical analysis to marine electromagnetic sounding data EAGE EarthDoc, Conference Proceedings, NSG2021 27th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Volume 2021, p.1 - 5 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202120258

11. Паршин А.В., Башкеев А.С., Давыденко Ю.А., Персова М.Г., Яковлев С.В., Бухалов С.В., Гребенкин Н.А., Токарева М.Г. Lightweight Unmanned Aerial System for Time-Domain Electromagnetic Prospecting—The Next Stage in Applied UAV-Geophysics Applied Sciences, 11(5), 2060 (год публикации - 2021)
10.3390/app11052060

12. Паршин А.В., Давыденко Ю.А., Яковлев С.В., Винокуров В.В., Башкеев А.С. Lightweight TEM and VLF systems for low-altitude UAV-based geophysical prospecting EAGE EarthDoc, NSG2021 27th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Volume 2021, p.1 - 5 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202120252

13. Давыденко С.Ю., Давыденко Ю.А., Давыденко А.Ю., Паршин А.В., Терешкин С.А., Снопков С.В. Geophysical Methods in The Study of The Ancient Metallurgical Complex in The Western Baikal Region (Section Barun-Khal II) EAGE EarthDoc, Conference Proceedings, Engineering and Mining Geophysics 2021, Volume 2021, p.1 - 10 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202152045

14. Белова А.Ю., Шкиря М.С., Персова М.Г., Сивенкова А.П., Шойхонова Т.C., Давыденко Ю.А. Application of 3D Modeling of Electromagnetic Sounding Data to Identify Zones of Sulfide Mineralization of Copper-Porphyry Type in The Territory of Northern Kazakhstan EAGE EartDoc, Engineering and Mining Geophysics 2021, Apr 2021, Volume 2021, p.1 - 11 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202152039

15. Давыденко Ю.А., Башкеев А.С., Яковлев С.В., Шкиря М.С., Бухалов С.В., Крайнова Е.А., Шарлов М.В., Паршин А.В., Персова М.Г. Первые результаты тестирования технологии БПЛА-МПП на Байкале Материалы VIII Всероссийская школа-семинар ЭМЗ-2021, VIII Всероссийская школа-семинар ЭМЗ-2021, Москва, 4-9 октября 2021 (год публикации - 2021)

16. Бухалов С.В., Давыденко Ю.А., Витвинин Д.А. Measurements of The Charging Characteristics of Rocks in Natural Occurrence, Samples Thereof to Determine the Boundaries of Structures for Modeling Areal Field Measurements EAGE EarthDoc, Engineering and Mining Geophysics 2021, Apr 2021, Volume 2021, p.1 - 11 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202152122

17. Терешкин С.А., Шкиря М.С., Персова М.Г., Яковле С.В., Бирюков П.Г., Давыденко Ю.А. Experimental and Methodological Work to Identify Zones of Sulfide Mineralization of The Gold-Porphyry Type in Primorye EAGE EarthDoc, Engineering and Mining Geophysics 2021, Apr 2021, Volume 2021, p.1 - 10 (год публикации - 2021)
10.3997/2214-4609.202152041

18. Давыденко Ю.А.,Задорожная В.Ю., Башкеев А.С., Паршин А.В. Uav-Tem Data Inversion With S-Plane Method to Highlight Coastal Geological Structure of Lake Baikal EAGE EarthDoc, NSG2022 3rd Conference on Airborne, Drone and Robotic Geophysics, Sep 2022, Volume 2022, p.1 - 5 (год публикации - 2022)
10.3997/2214-4609.202220131

19. Паршин А.В., Гатилов М.А., Давыденко Ю.А., Башкеев А.С., Снегирев Н.В, Мильгунов А. Using The “Triad” of Uav-Tem, Uav-Magnetic Prospecting and Uav-Gamma-Spectrometry: Case of Prospecting for Blind Ore Deposits NSG2022 3rd Conference on Airborne, Drone and Robotic Geophysics, NSG2022 3rd Conference on Airborne, Drone and Robotic Geophysics, Sep 2022, Volume 2022, p.1 - 5 (год публикации - 2022)
10.3997/2214-4609.202220165

20. Давыденко Ю.А., Терешкин С., Башкеев А.С., Яковлев С., Шкиря М.С., Паршин А.В., Персова М. The Results of Experimental and Methodological Work With the New Uav-Tem Technology on Lake Baikal EAGE Earthdoc, NSG2022 3rd Conference on Airborne, Drone and Robotic Geophysics, Sep 2022 (год публикации - 2022)
10.3997/2214-4609.202220067

21. Константинов К.М., Бухалов С.В. МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО по полевому отбору, лабораторному изучению и интерпретации данных петрофизических исследований образцов горных пород Система электронного образования ИРНИТУ, Константинов К.М., Бухалов С.В. Табл. 4, ил. 66, библиогр. – 130 наимен. (год публикации - 2022)

22. Хальбауэр-Задорожная В., Давыденко Ю.А., Паршин А.В., Стеттлер Е. Drone based experimental TEM surveys over Lake Baikal and a uranium occurrence IAGA Division VI - 25th EM Induction Workshop, 25th EM Induction WorkshopAt: Çeşme, Turkey, September 11-17, 2022 (год публикации - 2022)

23. А.С. Башкеев, И.В. Трофимов, С.В. Бухалов, Ю.А. Давыденко, А.В. Паршин, Д.А. Прохоров, С.О. Лапин Оценка чувствительности технологии БПЛА-МПП с двумя вариантами генераторного контура (петля и линия) на примере объектов палеодолинного типа Сборник тезисов научно-практической конференции «Электроразведка 2022»; под ред. В.В. Оленченко, М.С. Судаковой, М.Р. Садуртдинова. – М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2023. – 302 с., 7-13 (год публикации - 2023)

24. Снегирев Н.В., Гаченко С.В., Паршин А.В. Сравнительный анализ информативности маловысотной магниторазведки с применением беспилотных летательных аппаратов и наземной магниторазведки Науки о Земле и недропользование, 2023;46(2):182-189 (год публикации - 2023)
10.21285/2686-9993-2023-46-2-182-189

25. А.Ю. Белова, А.С. Башкеев, Ю.А. Давыденко, С.В. Зайцев, И.В. Ольховский, В.Д. Гулин Оценка чувствительности электроразведочных БПЛА-систем для решения инженерно-геологических задач Инженерная и рудная геофизика 2023. Сборник материалов конференции, «Инженерная и рудная геофизика 2023» Санкт-Петербург, Россия, 15 - 19 мая 2023 г. (год публикации - 2023)

26. Бухалов С.В., Давыденко Ю.А., Аборнев К.В., Кокодей Д.Ю., Гуревич Д.В. Установки с прямым контактом для измерения удельного электрического сопротивления и поляризационных параметров образцов с месторождения порфирового типа «Красивое» ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА 2022. Сборник тезисов научно-практической конференции. Под ред. Оленченко В.В., Судаковой М.С., Садуртдинова М.Р., ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА 2022. Сборник тезисов научно-практической конференции. Москва, 2023С.213-218 (год публикации - 2023)

27. Давыденко А.Ю. Каскадная инверсия данных гравиразведки и магниторазведки Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Материалы 49-й сессии международного семинара им. Д.Г. Успенского - В.Н. Страхова, с. 126 – 131. (год публикации - 2023)

28. Давыденко Ю.А., Задорожная В.Ю, Башкеев А.С., Паршин А.В. Semi-Airborne UAV-TEM System Data Inversion with S-Plane Method—Case Study over Lake Baikal Remote Sensing, 15, 5310 (год публикации - 2023)
10.3390/rs15225310

Публикации