ООО «ОМ-Структуры»

М.К.Овсов

СТРУКТУРНЫЙ   АНАЛИЗ    ГЕОДАННЫХ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

Санкт-Петербург

2003

            3.4.2. Интерпретация результатов обработки

В этом разделе обсуждается общая схема рассмотрения результатов структурного анализа; интерпретация результатов определенных математических методов обсуждается в соответствующих изданиях по их применению. Поэтому характеристика схемы рассмотрения материалов приведена кратко, а основное внимание уделено оценке структуры в целом.

Итак, надо иметь в виду интерпретацию узла деления рода на виды и интерпретацию структуры в целом. Поскольку деление рода осуществляется рекуррентно и формально идентично, то схема рассмотрения узлов единая.

В рассмотрении узла выделяются три момента: содержательная интерпретация факторов, их видообразующая роль, факторная характеристика видовых классов.

Для содержательной интерпретации факторов вполне достаточно упрощенного представления их через список переменных. Если число переменных невелико (10 - 15), можно представить полные списки в соответствии с кластерной структурой.  Если число переменных больше, то можно ограничиться переменными, суммарный вклад которых в вес фактора ограничен некоторым пределом. Собственно геологическая интерпретация состоит в именовании фактора в терминах общих свойств, интерпретацию в терминах процессов, т.е. генетическое истолкование факторов лучше вынести в отдельный этап. Интерпретация каждого фактора не должна противоречить интерпретации других факторов и их отношению - вместе рассматриваемые факторы должны составить непротиворечивое представление об их ансамбле.

Следующим шагом является оценка видообразующей роли факторов, которая прямо связывается с оценкой МСК главных факторов. В свою очередь оценка МСК является подсказкой, на что нужно обратить внимание в факторном описании видовых классов. Значение факторов в родовом классе представлены в стандартизированной форме - с нулевыми средними и стандартами, равными 1. Оценки средних значений факторов в видовых классах знаком и величиной, в единицах стандарта, указывают на локализацию определяющих выделение факторов свойств.

Поясним примером.  Данные литохимического опробования с числом переменных 26 и объемом 503 пробы в родовом классе характеризуются главными факторами F1 и F2 с относительным весом 11 и 32 процента соответственно. Результат структурного исследования переменных приведен на рис. 3.2. Пояснения к формулам факторов: список переменных ограничен суммарной величиной от веса фактора 95 процентов, общность переменных с факторами суммарным процентом проставлена под символами переменных, размером шрифта выделены группы переменных по значимости.

 

F1:  Ni, Cr, Mo, As, Te, Se, Sb, Cu, Bi, Ag, S, Au;

16   29   41   50   57   64   71    76   81  85  88   91

F2:  Zn, Mg, Al, V, Fe, Co, Ti, K, P, Ca, Pb, Na, Mn, Sr.

9    18   27   36  44   52   60  66  71  76  81   85    89    93

 

Первый фактор назван халькофильным, второй - литофильным, что хорошо согласуется с известной классификацией парагенетических ассоциаций по В.М.Гольдшмидту; положительная корреляция между факторами - 0.38 - не противоречит их интерпретации. МСК главных факторов составляет соответственно 54 и 55 процентов, что позволяет оценить роль халькофильного фактора очень высокой и является основанием для пристального внимания к видовым классам. Выделено три видовых класса. Характеристики видовых классов получены следующие (в строке по порядку проставлены объем класса и дробью - показатели факторов: среднее значение / стандарт):

 

                21      3.19 / 2.62       -0.03 / 0.63 ,

               19     1.45 / 0.64        3.73 / 1.57 ,

               463    -0.20 / 0.43      -0.15 / 0.62 .

 

Выделение 1-го класса, небольшого по объему, несомненно представляет поисковый интерес: среднее значение в нем халькофильного фактора более 3 стандартов. Обращение к результатам дисперсионного анализа переменных позволяет уточнить полученные по факторному описанию выводы.  В 1-м классе повышенные коэффициенты концентрации (к родовому классу) выявляют следующие элементы: (Mo, Au, Te) - от 3 до 6; (S, Bi, Sb, Se) - от 2 до 3; (Ni, Cr, Pb) - от 1.5 до 2. Предположение о неверном учете погрешностей наблюдений не принимается, поскольку не проявляется в других переменных, для всех из них применялся высокоточный атомно-адсорбционный метод определения. Рисунок 3.3 иллюстрирует структурные свойства результата преобразований. Приведенные отношения являются достаточно типичными.

На этом рассмотрение узла деления можно закончить. Как видно из примера, несмотря на сложность математического аппарата, интерпретация не утомительна, рассмотрения результатов на качественном уровне вполне достаточно.  В остальных узлах деления рассмотренная схема тиражируется.

Для небольшого числа переменных интерпретация факторов становится затруднительной и мало достоверной.

В интерпретации структуры в целом надо рассмотреть два типа характеристик - общую и частные для переменных. Характеристики получают в результате дисперсионного анализа переменных с представлением исходных данных суммой конечных классов.

Представление изменчивости - общей суммы квадратов (ОСК) - суммой внутригрупповой и межгрупповой суммы квадратов (ВСК и МСК) хорошо известны. Часто их рассматривают как некоторое алгебраическое представление - и только.  Однако в нем заключается глубокий и важный для специалиста результат. До проведения каких-либо построений с данными из n объектов с p переменными ОСК можно расценивать как объем неопределенной информации, заключенной в данных. Тривиальное решение состоит в представлении исходного корневого класса суммой n

Рис. 3.2. Исследование структуры переменных по геохимическим данным

Участок Лехта, 503 пробы

а) дендрограмма кластеризации; б) функция межкластерного расстояния

от агломерированности переменных

 

 

 

Рис. 3.3. Исследование структуры переменных по геохимическим данным.

Структурные свойства результатов обработки

Участок Лехта, 503 пробы

 единичных классов, т.е. для передачи информации объемом (n´p) требуется сообщение такого же объема, поэтому оно неинтересно специалисту. С делением родового класса на видовые исходно неопределенная информация, ОСК p переменных, разделяется на МСК - информацию о структуре и ВСК - часть неопределенной информации об изменчивости переменных внутри выделенных классов, т.е. ОСК видовых классов, которые в свою очередь делятся на видовые с усложнением построений. Этот вывод поясняется рисунком 3.4. С делением 10-го класса на три видовых - 32, 33 и 34 - более половины (в среднем) изменчивости признаков в исходном классе переходит в межгрупповую. Из трех видовых классов наибольшей изменчивостью обладает класс 34, с делением которого на 4-м структурном уровне можно ожидать наиболее высокий прирост показателя МСК.

Структура с k классами имеет объем сообщения (k´p) плюс признак видовой принадлежности объектов объемом n и передает МСК процентов информации об объекте изучения. Можно рассматривать структуру как сообщение с объемом незначительным от исходного, которое включает в себя информацию об объекте, многократно превышающую собственный объем.  Например, в обработке практических данных получены такие соотношения объемов структурной информации (сообщения) к информации об объекте (МСК от ОСК):

            по геохимическим данным                                                    3 процентов к 40 ,

            по геофизическим данным                                                   17 процентов к 92 ,

            (в обработке изображений - по опубликованным данным    50  к  99.99.)

Таким образом МСК как характеристика собственно структуры представляет собой новый метрический результат моделирования, который рассматривается как показатель: 1) полноты модели в описании объекта изучения - полезная информация, извлеченная из неопределенной; 2) соответствия модели исходным данным. (Такой взгляд на оценку МСК приемлем к результатам любого метода разделения полей.) По мере накопления опыта решения практических задач роль этой оценки результатов геолого-математического моделирования будет возрастать.

Для переменных с заданными погрешностями наблюдений вычисляется т.н. исчерпание геологической изменчивости признака - ИГП, как МСК в общей изменчивости, очищенной от погрешности. ИГП всегда больше МСК, и их разница прямо зависит от величины погрешности наблюдения переменной. С учетом погрешности может быть оценен еще один предельный показатель изменчивости - ИГП к доступному в анализе уровню изменчивости. Оба показателя особенно важны в случае высокой погрешности наблюдений; так для 20- процентной погрешности три показателя - МСК, ИГП и ИГП к теоретически  доступному уровню могут составить: 60, 75 и 100 процентов.

Оценки для отдельных переменных могут сильно отличаться от средней. Вклад переменной в суммарную ИГП может интерпретироваться как ее информативность. В отличие от прежних подходов к оценке информативности на этапе, предшествующем исследованию, определение ее по итогам построений содержит больше смысла. Рассмотрение ИГП определенной переменной в родовидовых отношениях очень интересно. ИГП как роль переменной в образовании структуры не остается постоянной

 

Рис. 3.4. Изменчивость геоданных в структурном отношении

а) фрагмент дерева данных со статистическими оценками;

б) соотношение внутригрупповой и межгрупповой изменчивости данных

 

(к ОСК непосредственно родового класса), она меняется от уровня к уровню и отличается в разных классах одного уровня. Это подтверждает мнение  Л.И.Четверикова о том, что изменчивость геопараметров (а точнее - их видообразующая роль) может незакономерно меняться от размера элементов геологического строения. Это заключение имеет большое значение для интерпретации результатов структурного анализа. Полученные в итоге построений классы образуют структурную модель свойств, которая может совпадать, а может и не совпадать со структурой строения недр. Поэтому на пути к достижению цели - решению геологической задачи - стоит еще один важный этап интерпретации карты классов.

 

            3.5. Интерпретация картографических результатов

 

Картографические материалы на этапе интерпретации можно поделить на вспомогательные и основные. Вспомогательные материалы вовлекаются в рассмотрение с целью интерпретации основных и включают в себя: гистограммы распределения переменных; представления переменных на площадь или маскированные участки; карты классов в градациях переменных и параметрические профили такого представления; схемы интерпретации данных по отдельным переменным; а также имеющиеся карты геологического содержания - собственно геологическую, строения фундамента, структурно-тектоническую и др. В процессе рассмотрения основных материалов со вспомогательными активизируется и направляется формирование ассоциативных представлений специалиста об объекте изучения. Поэтому дать какие-либо общие рекомендации к их рассмотрению затруднительно. В конкретном исследовании роль всех доступных вспомогательных материалов может оказаться незначительной, а может быть и наоборот: роль одной тематической карты окажется определяющей -  такие случаи известны.

К основным картографическим материалам отнесены карты классов, которые

строятся в цикле структурного деления и просматриваются специалистом в процессе построений. Для интерпретации достаточно получить бумажные (твердые)  карты по числу иерархических уровней структуры. Рассмотрение ряда карт от старшего уровня к младшим помогает представить эволюцию структуры данных в пространственном отношении.

 

            3.5.1. Характеристика карты классов

 

Комплект поуровневых карт представляет изображение иерархической структурной модели свойств недр, отраженных в наблюдениях. В определенных случаях изображение карты может уверенно интерпретироваться как и структурная модель строения недр (в пространственном отношении). Однако в общем случае такое рассмотрение невозможно по ряду причин: 1) конвергенция и дивергенция свойств геологических образований в процессе их эволюции; 2) незакономерность величины изменчивости переменных от размера элементов геологического строения; 3) ограниченность числа переменных (их доступность) и, как следствие, неполная проявленность главных геологических факторов; 4) вариантность представления структуры локального участка, определенного классами свойств на детальном уровне, в зависимости от тематики исследования.

Исходя из этих соображений, можно дать для карты классов определение, которое позволяет принять ее как исходный к интерпретации картографический материал. Карта классов - это изображение элементов свойств и строения, которые определены на одном - детальном - иерархическом уровне структуры строения (но не логической структуры) с границами одного ранга. Интерпретация карты классов состоит в организации множества картографических элементов (локусов классов) в иерархическую структурную модель строения недр. Эта организация сложнее логической структуры. В ее построении специалист применяет все профессиональные знания, какими располагает, и использует при этом традиционные средства изображения, которые отражают систему геологических знаний и более разнообразны, чем просто ранг структурного элемента.

Ранее отмечалось, что в построении логической структуры результат картографирования используется как независимый критерий. Карта классов в принятом определении представляет собой самостоятельный результат - образную структуру данных, которая предшествует структурной модели свойств и строения в совокупности, включает ее в себя в нераскрытом виде.

Интересно проследить свойства карты классов как модели геологической реальности [51]. Эти свойства даются в полном перечислении для всевозможных видов моделей, включая объемные, математические и физические. Итак, по порядку с комментариями применительно к предмету обсуждения:

   1) Абстрактность как научная абстракция обобщения в выводе общих характеристик и вычленения в выборе главных элементов на основе объективных наблюдений.

   2) Избирательность как воспроизводство существенных в определенном отношении свойств.

  3) Синтетичность модели объекта, обусловленная дедуктивным характером построения иерархической модели свойств.

   4) Логичность легенды как прямое следствие логического метода классификации.

   5) Метричность - возможность (а) проведения по картам измерений - обращение к наблюдениям и (б) предпосылка к проведению графоаналитических методов.

   6) Наглядность как следствие любой картографической модели; в некоторых случаях наглядность модели к объекту изучения очевидна без обработки.

   7) Непрерывность как изображение всей картографируемой территории, а не отдельных точек, линий, участков; это свойство сообщает карте потенциальную возможность к многократному использованию карты в других исследованиях со сходными или иными целями ( результаты прерывистого изображения, например, карты локальных аномалий, зон корреляции определенных свойств или результаты применения систем “Регион” [48] и “Целевой прогноз” [49] такими свойствами не обладают).

   8) Однозначность изображения - каждой точке (элементу) карты соответствует лишь один картографируемый объект; в построении карты классов по регулярной сети точек наблюдения так и заложено.

   9) Обзорность - возможность охватывать и сравнивать объекты и явления, расположенные на обширном пространстве; у карты классов в принятом определении это свойство выше, чем у аэро- и космоснимков, карт геофизических полей, но ниже, чем у геологической карты вследствие непроявленности структуры объекта.

   10) Организованность пространства - ее еще только предстоит раскрыть.

11) Геометрическое подобие - пропорциональность форм и размеров объекта и его изображения; этим свойством карта классов не обладает.

  12) Содержательное соответствие - обоснованное отражение объектов, процессов и явлений с их внутренней структурой, типичными особенностями и взаимосвязями; не обладает.

13) Предсказительность - возможность предсказывать свойства объектов, их внутреннее строение и отношение к другим объектам; имеется в отношение к детальным классам - элементам, к сложным объектам - не обладает.

Из сравнительного анализа 10 видов моделей, приведенных в, карта классов по своим качествам оценивается выше, чем карты геофизических полей, аэро- и космоснимки, и уступает лишь геологической карте. Это касается свойств последних 5 пунктов (9 - 13), которые могут быть приобретены в итоге интерпретации. Приведенная схема обсуждения определяет и конкретизирует задачи, которые специалисту необходимо решить на этапе интерпретации, и которые являются типичными задачами картографического исследования.

 

 

            3.5.2. Основные положения картографического метода

 

Картографическая информация - сложное явление. Ее восприятие зависит от многих факторов, в которых можно рассматривать технические и содержательно-коммуникативные. В последнем - главном - смысле картографическая информация определяется как содержание карты, сведения, заключенные в ней, и которые могут быть извлечены читателем карты. Из определения следует, что картографическая информация (КИ) не является свойством исключительно карты, а зависит от читателя карты - его знаний, опыта и цели исследования. Картографические знаки (КЗ) являются единицами элементарного уровня, алфавитом картографического языка. Разнообразие и объем КЗ не определяют содержания карты в информационном смысле. Локальное переменное множество КЗ в сложении, отношениях и контексте картографического фона образуют то, что составляет картографический образ (КО) - более сложную структурно-функциональную единицу.  Таким образом в процессе восприятия содержания карты читателем действует трехзвенная формула: КЗ ® КО ® КИ.

Картографическим образом называется пространственная комбинация (композиция) картографических знаков, воспринимаемая читателем карты или устройством как целое. Лингвистическое определение структурно-функциональной единицы языка дополняет определение КО: часть карты, характеризующаяся относительной смысловой завершенностью и тесными связями между его составляющими. КО дается читателю карты в чувственной форме. Процесс чтения карты - это выделение и анализ картографических образов. Поэтому большое значение приобретает систематика картографических образов.

Различают КО:  по числу знаков - элементарные и сложные; по типу знаков - одно- и разно-порядковые; по воспринимаемости - явные (отчетливые) и скрытые; по контрастности - однородные и контрастные. Однако, эти характеристики отражают лишь техническую и логическую сторону КО, но не его сущность - образность. Для геологических целей А.И.Бурдэ выделяет следующие содержательные облики КО: отношений порядка, отношений соседства, складчатого, инъективного, дизъюнктивного, кольцевого (см. рис. 3.5). Эти КО образуют самый низкий - элементарный - уровень. Комбинация (композиция) элементарных КО дает образы второго уровня сложности и т.д. до картографического образа карты в целом. Элементами КО являются узлы, структурные и рубежные линии. Рубежными линиями называют границы, которые отделяют картографический образ от фона. Узлы и структурные линии КО включают в себя как элементы внутренней структуры. Узлы - это экстремальные зоны, пересечения, скопления знаков (КО низшего порядка). Структурные линии - характерные линии между узлами и их отношения.

Опыт структурного анализа позволяет выделить некоторые характерные КО более высокого уровня, которые встречаются довольно часто и играют важную роль в построении основы интерпретации карты классов. К ним относятся сложные контрастные и, естественно, явные КО дизъюнктивного, кольцевого и блокового обликов:

1) КО дизъюнктивного облика характеризуются отчетливой рисовкой протяженных линейных элементов, которые проявлены в зависимости от мощности (масштабности) линейной зоны: узкие зоны проявляются как линейные осевые композиции прямолинейных отрезков границ классов; мощные широкие зоны проявлены как полосы линейных классов с согласным и секущим отношением в пределах зоны с субпараллельными границами; характерные КО дизъюнктивного облика приведены на рис. 3.6;

2) КО кольцевого облика в сочетании с дизъюнктивным и отношением соседства; подобные КО характерны (по опыту работ регионального масштаба) для геологических образований в ранге рудных районов и узлов - смежных таксонов минерагенического ряда; образные названия для подобных КО - “битая тарелка”, “черепаховый панцирь”, “бабочка” - для КО изометричной формы с отчетливой осевой (зеркальной) симметрией с отношениями порядка и соседства; (см. рис. 3.7);

3) КО изометричной и вытянутой формы с внутренними отношениями порядка и соседства с границами вдоль длинной оси и инъективного отношения с фоном; подобные КО характерны для крупных и протяженных блоковых структур типа горста и грабена (авлакогена).

Приведенные здесь сложные КО изометричной формы и кольцевого облика часто встречаются в тематических геологических изданиях, посвященных интерпретации поисковых данных и локальному прогнозу полезных ископаемых (см., например, [15, 21]); несколько типичных сложных КО приведены в следующем разделе.

Картографические образы разных иерархических уровней создают образную поверхностную структуру карты классов.

            3.5.3. Интерпретация карты классов

Поверхностная структура карты как отражение геологической реальности имеет то же направление обусловленности, что и логическая структура - от старших уровней к младшим, т.е. от структурных планов территории через композиции КО к элементарным

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5. Картографические образы отношений порядка (а, б-д), соседства (а-г, е), включения (д, е) и ненарушенного (а), дизъюнктивного (д), инъективного (е) структурных обликов

 

а - согласное субгоризонтальное залегание; б - согласное складчатое залегание; в - несогласное залегание субгоризонтальной серии на складчатой серии; г - несогласное залегание внутри смятой в складки серии; д - складчатая серия разорвана и смещена по разрыву, который в свою очередь прорван интрузивным телом

 

 

 

 

 

Рис. 3.6. Картографические образы дизъюнктивного облика

 

а) фрагмент карты классов;

 

б) тот же фрагмент с выделенными картографическими образами по типам:

1 - осевая линейная композиция отрезков границ классов;

2 - мощная (масштабная) зона полосовых классов с субпараллельными внешними границами

 

 

Рис. 3.7. Примеры сложных картографических образов кольцевого облика (таксоны минерагенического ряда в ранге рудного района)

 

а) облик “плотной упаковки шаров” (полутоновое изображение);

б) облик “битой тарелки” (знаковое изображение)

образам. Однако, имея в виду чувственную форму восприятия образной структуры, не следует порядку обусловленности подчинять порядок построения структуры карты. По аналогии с восприятием изображений интерпретацию карты следует начинать с выделения наиболее отчетливых КО кольцевого (изометричного) и дизъюнктивного обликов, которые составляют основу каркаса будущей структуры. Далее выделяются менее отчетливые КО того же ранга, которые вместе с выявленными ранее позволят считать каркас карты построенным.

От наиболее отчетливых КО каркаса продолжение построений возможно в направлении верхних (общих) иерархических уровней и нижних - детальных. Построения в детальном плане состоят в выделении (подчеркивании) элементарных КО, структурных линий и узлов. Построения в плане обобщения состоят в выделении фрагментов карты, в которых каркасные КО составляют узлы образов более высокого иерархического уровня. Часть пространства карты в таком построении может оказаться вне выделенных КО - в пограничных областях крупных КО, либо в качестве участков нерасчлененного картографического фона. Эти построения составляют первый этап интерпретации, который можно назвать организацией образной структуры, а результат организации определить как поверхностную структуру карты.

Содержательным развитием поверхностной структуры является глубинная структура карты. Глубинная структура - теоретическая концепция, определяющая выделение объектов картографирования и изучаемые отношения между ними. Она может рассматриваться как теоретическая модель недр, отображаемая в картографической форме. Далее отмечается, что легенда как основа карты фиксирует ее объекты. На этом этапе построений специалист применяет свои знания об общих закономерностях и изучаемой территории. Традиционные средства изображения, которые геолог выбирает сообразуясь с общей теоретической интерпретационной моделью, детально разработаны и включают в себя весь арсенал картографических знаков - цвет, текстура (крап, штриховка), цветные линии дополненные накладками (зубцы разной формы с ориентировкой). Наиболее простой вариант состоит в выноске на карту классов линейных знаков в соответствии с разработанной легендой. Такое представление использовалось в интерпретации карты классов, построенной к прогнозу

алмазоперспективных районов на территории северо-запада России. В итоге построений даже на обширных территориях число крупных картографических образов, сопоставляемых геологическим объектам, значительно меньше числа конечных классов логической структуры и многократно меньше числа локусов. Сложность выделенных объектов не представляет затруднений к изложению результатов интерпретации, поскольку информация структурирована по уровням детальности и вложенности.

Однако необходимо иметь в виду, что с развертыванием поверхностной структуры в глубинную происходит фиксирование определенных отношений между объектами всех уровней, которые следуют из общих геологических знаний и представлений специалиста. Таким образом, результат интерпретации карты классов является авторским.

Построенная карта может рассматриваться как прогноз геологического строения территории изучения, который следует понимать как изучение по картам явлений и процессов, недоступных современному непосредственному исследованию. Это определение можно конкретизировать, учитывая, что выделенные в итоге интерпретации объекты представляют собой либо полностью, либо частично иерархические структурные модели свойств недр. Это позволяет считать результат построений по карте классов прогнозом структурно-вещественных комплексов (СВК), или иерархической структурной моделью строения и свойств недр.

 

3.6. Отношение к другим методам

 геолого-математического моделирования

 

Прежде всего следует ограничиться методами моделирования в структурном подходе. Иные модели - детерминированные и балансово-потоковые - специалист выбирает на уровне определения с концептуальным подходом. В ходе изложения подготовки данных к структурному исследованию некоторые частные приемы уже были названы. В определении границ исследования рекомендовано при малом числе исходных признаков добавить к ним трансформанты. Имеется положительный опыт комплексирования исходных переменных производными от них показателями - модуль горизонтального градиента потенциальных геофизических полей и среднее квадратическое отклонения в локальной окрестности как морфометрический признак. В принципе допустимы любые преобразования исходных переменных, которые обладают такой же представительностью на изучаемой площади, как и сами переменные. Другие преобразования, вполне подходящие для построения структуры данных, можно найти в частности в [42-47].

Для таких построений сделано перспективное предложение об использовании в качестве переменных результатов “тотального” разложения данных наблюдений на ортогональные гармонические или полиномиальные составляющие; описание применения этих методов в обработке геоданных можно найти, в частности, в [ 13, 42, 44]. В книге А.А.Никитина [ 46 ] можно найти описание иных разложений сигнала по ортогональным функциям: z-преобразования, преобразования Лапласа, функции Уолша. Этот подход предпочтительнее, чем эвристические преобразования - энергетический спектр разложения известен, поэтому всегда возможно оценить соответствие модели как итога построений исходным наблюдениям. Кроме того появляется возможность построения обоснованной интерпретации в терминах процессов и параметров среды. Подобный прием был использован в ГП Петербургская геофизическая экспедиция для изучения глубинного строения участка по данным одного метода наблюдений - аэромагнитной съемки масштаба 1:50000.

Еще одна группа частных приемов - сглаживания данных наблюдений для снижения уровня случайной составляющей - рекомендованы на этапе предобработки данных к структурному анализу. В практических исследованиях применялись методы простого сглаживания и весового, которое при том же уровне снижения помехи улучшает отношение сигнала к ней примерно в 2 раза. Можно найти гораздо лучшие приемы фильтрации случайной составляющей [44, 46], применение которых покажет свои преимущества в обработке высокоточных данных с высоким уровнем природной случайной составляющей.

Для определения отношения структурного метода к другим методам математического моделирования следует воспользоваться какой-либо систематикой их, например, приведенной в учебном пособии для вузов [45]. В разд. 7 обсуждаются факторы, определяющие выбор методов и их эффективность, которые рассмотрены и здесь (правда, в иной последовательности).

Во-первых, правомерность применения математической модели определяется соответствием ее типовой геологической модели; достоверность же геологической модели следует из представлений об объекте изучения на данном этапе исследования. Структурный метод поставлен в соответствие иерархической системно-структурной модели свойств и строения недр. Это самая общая теоретическая модель недр, и ее развитие, как следует из теоретического обоснования метода, должно развиваться вместе с методом. Тем не менее интересно отыскать другие, пусть более частные модели, которые не включаются в структурный анализ как его составные части. Этот поиск легче будет провести с обсуждением типов задач.

Во-вторых, выбор метода моделирования определяется свойствами геологических объектов, среди которых определяющим является природная неоднородность объектов. Структурный метод является конкретным выражением методологии анализа неоднородностей, предложенной А.Б.Кажданом для исследования недр в подходе иерархической системно-структурной модели. Таким образом роль данного фактора оказывается учтенной в исследовательском инструменте.

Третий фактор - собственно тип исследовательской задачи. Из приведенных 8 обобщенных типов 5 типов явным образом могут быть соотнесены с задачей построения классификационной структуры: 1) описание пространственной изменчивости; 2) выявление критериев рудоносности; 3) изучение геологических процессов; 4) прогнозирование свойств; 5) классификация и распознавание образов. Задачи точечного оценивания входит в этап исследования переменных. Интервальное оценивание в структурном методе не производится, это инструмент тонкого исследования одномерных данных. Можно заметить, что применение метролого-статистических методов оценивания одним из аргументов имеет повышение эффективности оценок; развитие аппарата структурного анализа с включением критериев, основанных на интервальных оценках, не противоречит алгоритму метода в целом. Таким образом остается один тип обособленных задач, которые не соотносятся прямо со структурным методом - выбор оптимальной сети наблюдений.

Особого обсуждения заслуживают методы изучения пространственной изменчивости переменных, которые ставят целью выделение сигнала в поле помехи, или геофизической аномалии. Как правило, модель рассматривает три составляющих переменной: закономерную, локальную и помеху. В структурном анализе закономерная составляющая характеризуется структурой и средними значениями переменных в классах. Локальная составляющая вместе с помехой входит в ВСК как внутренняя изменчивость в классах, неизвлекаемая в ходе структурного анализа. В противоположность этому большая группа методов имеет результатом прежде всего локальную составляющую, сравнимую с уровнем помех. Это всевозможные методы выделения локальных точечных и линейных аномалий. Разнообразные методы фильтрации, направленные на выделение слабых аномалий, с подробным обсуждением

 

 

 

Рис. 3.8. Карта классов структурного анализа гравимагнитных данных

с линеаментами по градиентам поля

характеристик фильтров и методики их применения можно найти в [46]. В решении задач поисков и локального прогноза полезных ископаемых методы структурного анализа и выделения локальных аномалий образуют хорошее взаимное дополнение, новый комплекс, в котором результаты каждого из методов получают качественную оценку от другого. Например, совместное рассмотрение карты локальных магнитных аномалий и карты классов при поисках коренных месторождений алмазов позволяет (а) систематизировать аномалии по структурной приуроченности и (б) выделить наиболее перспективные части алмазоперспективного района. Пожалуй, одной из первых работ по синтезу двух этих подходов была статья А.Г.Ветрова [18], посвященная выделению локальных аномалий по данным радиометрических съемок. На первом этапе автор предлагал районирование поля методом дискриминантного анализа осредненных в “скользящем окне” данных. С позиций структурного анализа ошибка автора состояла в том, что он стремился одним - оптимальным - радиусом осреднения выделить все возможные условно однородные участки поля; в структурном методе это делается рекуррентно с построением древовидной структуры. На втором этапе в пределах условно однородных участков статистическими методами выделялись локальные аномалии.

При подготовке геофизической основы геологической карты новой серии масштаба 1:1000000 в ВИРГ построена совмещенная карта применения двух методов - структурного анализа и линеаментов по градиентам потенциальных полей. Известно, что градиенты гравитационного и магнитного поля часто фиксируют зоны разрывных тектонических нарушений. Выделенные линеаменты частично следуют по границам выделенных классов, определяя их пространственное отношение. Совмещенную карту можно рассматривать как этап построения глубинной структуры геоданных. Умело подобранная цветовая легенда классов делает совмещенную карту очень похожей на карту геологического содержания. На рис.3.8. приведен фрагмент карты листов номенклатуры О-37, 38 структурного анализа гравимагнитных данных с линеаментами (карту построил В.Л.Альтман, ВИРГ, 1998), наглядное сходство ее с картой геологическго содержания очевидно.

Сочетание двух подходов - дедуктивного, с помощью которого строится модель всего явления в главных частях, и индуктивного, с помощью которого селективно отбираются интересующие факты - имеет всеобще широкое применение в практической деятельности. Можно не сомневаться: комплексирование структурного метода с методами выделения аномалий принесет новое качество в результаты исследований для решения геологических задач.