ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2011, том 53, № 1, с. 95-104
УДК 550.8.013
ДОСТОВЕРНОСТЬ ОБЪЕМНЫХ ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ
© 2011 г. Б. Т. Кочкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 10.06.2009 г.
Представлены результаты теоретического анализа данных, которые обычно используются при создании объемных геолого-структурных моделей, и неопределенностей, которые проявляются при интерпретации этих данных.
Главные причины этих неопределенностей: ограниченные технические возможности для изучения структур, необходимость в модельных предположениях и влияние субъективного опыта интерпретатора. Для минимизации неопределенностей, вносимых интерпретатором в представление объемной структуры геологических блоков, разработана формализованная процедура, основанная на методологии экспертной оценки. Процедура включает несколько этапов: создание базы данных локальных структурных пересечений, увязка локальных пересечений в структурные элементы, увязка всех структурных элементов в объеме блока и сравнение альтернативных моделей, составленных несколькими интерпретаторами для данного состояния изученности геологического блока. Создание базы данных, увязка пересечений и структур сопровождаются оценкой достоверности принимаемых решений по специально подготовленным формальным шкалам. Этапы могут циклично повторяться до тех пор, пока изученность блока не достигнет той степени, при которой нельзя будет составить альтернативных моделей в принятом масштабе.
ВВЕДЕНИЕ
Объемные геолого-структурные модели используются при решении различных практических задач. При этом необходимо достоверное знание о распределении в пространстве геологических границ, проницаемых каналов и иных структурных элементов, например, при прогнозе рудных залежей, при моделировании транспорта радионуклидов при оценке безопасности подземных хранилищ радиоактивных отходов и других.
При создании объемных моделей конкретных блоков недр в силу ограниченной изученности последних, особенно на глубину, велико влияние субъективного мнения геолога, интерпретирующего доступную информацию. Дискретность этой информации в плане и разрезе — основная причина неоднозначности такой интерпретации. Неоднозначность касается как установления наличия, так и определения положения в пространстве разнообразных геолого-структурных элементов: стратиграфических и тектонических. Интерпретатор вынужден делать много предположений в отношении всех указанных элементов. В статье анализируется достоверность исходных геологических данных, на основании которых составитель модели, независимо от используемых им метода или компьютерной программы для визуализации геологических структур, вынужден представлять единственную интерпретацию. Неоднозначности в положении литологических границ,
Адрес для переписки: Б.Т. Кочкин. Е-шаП: btk@igem.ru
разломов или трещинных зон при любом способе визуализации обычно не учитываются и не отображаются. Традиционное средство отображения такой неоднозначности — это разный тип линий: сплошная — для установленных структур, прерывистая — для предполагаемых. При разделении разломов на установленные и предполагаемые интерпретатор опирается на свою убежденность в существовании того или иного разлома, подкрепленную сопоставлением данных картирования, геофизики, геоморфологии или других методов, и оценку совокупности данных в соответствии с собственными критериями. Подобный подход является скрытой формой экспертной оценки, причем в варианте единственного эксперта, степень достоверности суждения которого трудно поддается рациональному объяснению.
Неопределенности при принятии решений интерпретатором особенно велики на начальных стадиях изучения блока и постепенно уменьшаются по мере выполнения буровых, горных и других разведочных работ и соответственно пополнения и уточнения базы данных. Получение необходимых дополнительных данных наиболее эффективным способом — реальная задача, стоящая перед практическими геологами. Проблема создания объективной модели в условиях недостатка информации состоит в том, каким образом получить наиболее достоверный результат. Достоверность становится синонимом объективности модели и обоснованности решений. Методы решения должны быть адекватными этой задаче, т.е.
следует использовать методы, разработанные в теории управления. В частности, в условиях дефицита информации рекомендуются формальные методы экспертной оценки (Ларичев, 1987; Литвак, 1996). Предложить обоснованные подходы к повышению достоверности объемных геолого-структурньи моделей и рациональные методы обращения с неопределенностями, которые встречаются геологам в их практической работе, — цель проведенного анализа. Такие подходы, основанные на применении формализованных методов экспертной оценки, будут способствовать повышению объективности представления структуры геологических блоков и росту эффективности геологоразведочных работ.
НЕДОСТАТОК ИНФОРМАЦИИ И ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ
В теории статистических решений неоднозначность информации рассматривается как ситуация неопределенности для того, кто решение принимает, или просто как неопределенность (Бешелев, Гур-вич, 1973). Среди неопределенностей выделяют три типа: физические, стохастические и субъективные. Каждый из них требует особого обращения и минимизируется в разной степени (Аро81о1ак!5, 1990). Те же самые типы неопределенностей присущи информации о геологических объектах и событиях и следовательно для них пригодны соответствующие способы обращения (Кочкин, 2004).
Неопределенности физической природы теоретически полностью устранимы при детализации наблюдений и измерения нужных параметров объектов до требуемой точности. Вопрос во времени, затратах и наличии технических возможностей. Адекватный способ обращения с физическими неопределенностями — многократные измерения и накопление знаний, а адекватный количественный аппарат их оценки — математическая статистика. В практике геологоразведочных работ это — измерения в новых горных выработках и пополнение статистики замеров какого-либо объекта.
Стохастические неопределенности, которые связаны со случайными явлениями, невозможно устранить полностью из-за их природы даже теоретически, но можно минимизировать, расширяя наблюдательную базу. Количественная мера таких неопределенностей — классическая вероятность, которая основана на относительной частотности событий, зафиксированных в статистике наблюдений, опытов, испытаний и т.д. В теории вероятностей имеются специальные критерии, характеризующие достаточность этих выборок для достоверного установления характера распределения случайных величин. Например, речь может идти о сейсмических проявлениях, смещениях пород по активным разломам и других событиях.
К сожалению, закон больших чисел, на котором основано практическое применение теории вероятностей, бесполезен для редких событий, которыми полна геологическая практика. В других случаях информация об объекте или событии может быть получена в принципе, но решение не может ждать, пока эти данные будут получены реально. Более того, в отношении оценки адекватности модельного предположения (например, верно или неверно выбраны простирание и падение структуры) вообще не может быть никакой статистики. С одной стороны, очевидно, что в последней ситуации повышение степени изученности не имеет отношения к увеличению размера выборки (числу испытаний), используемой в теории вероятностей. С другой стороны, проведение дополнительных работ может в корне изменить мнение интерпретатора о пригодности модели, если будут выявлены какие-нибудь принципиально новые сведения об объекте.
Пример, приведенный на фиг. 1, теоретически иллюстрирует изменение модельного предположения в процессе детализации некоторой неоднородности строения геологического пространства по мере поступления дополнительной информации. Первоначальное представление о северо-западном простирании неоднородности (фиг. 1а) изменяется на противоположное северо-восточное (фиг. 1в). Второй пример, приведенный на фиг. 2, иллюстрирует то же самое уже на реальном геологическом объекте. Здесь повышение детальности полевых исследований вносит существенные коррективы в представление о простирании, морфологии и количестве даек. Оба примера иллюстрируют проблему, которая формулируется в вопросе о достаточности и представительности результатов исследований.
При невозможности выполнить работы по детализации геологического объекта для оценки достоверности уже имеющегося знания используется субъективная вероятность, определяемая как степень убежденности интерпретатора (эксперта) в оценке вероятности явления или истинности некоего утверждения. Неопределенности, которые вносят интерпретаторы информации, называют субъективными. Они могут проявиться практически при любом масштабе исследований и требуют особых подходов в обращении с ними. Считается, что опрос независимых экспертов может послужить источником недостающих данных в тех случаях, когда по каким-либо обстоятельствам инструментальное их измерение невозможно, если оценивается истинность выбранной модели или единственное явление. При экспертной оценке суждения независимых экспертов заменяют реальные наблюдения. Понятно, что достоверность экспертного результата всегда будет ниже, чем измерительного или расчетного.
Обычные недостатки применения методов экспертной оценки при подготовке решений состоят в
(а)
п = 9
п = 25
(в)
п = 81
Фиг. 1. Изменение модельного предположения о характере геологической неоднородности в процессе детализации исследований (а—в).
п — число точек опробования. Интенсивность окраски — значение измеряемого параметра (Петров, 2006).
использовании неявных или скрытых суждений экспертов и в чрезмерном упрощении процедуры получения оценочных суждений. Перевод экспертной оценки в явную форму и создание формальных регламентов ее проведения наиболее важны в методическом отношении.
Таким образом, чем меньше конкретных данных о моделируемом объекте имеется в распоряжении интерпретатора, те
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.