Компьютерное моделирование в геологии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение 

высшего профессионального образования

«ХАКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Ф.КАТАНОВА»

_____________________________________________________________



Кафедра Программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем (ПОВТиАС)











РЕФЕРАТ



по дисциплине «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»



на тему

«_____Компьютерное моделирование в геологии_____»

















Выполнил:

Студент группы  	

Дата сдачи: ___________



Проверил:

доцент, к.п.н.		        		

Дата проверки: ________

Оценка: _______________









Абакан 

2010


Оглавление

	

	Оглавление	2

	Введение	3

	1. История внедрения компьютерного моделирования в геологию.	4

	2. Способ организации компьютерных моделей в геологии.	6

	3. Области применения компьютерного моделирования в геологии.	9

3.1. Компьютерное моделирование в геологии полезных ископаемых.	9

3.2. Компьютерное моделирование в научной геологии.	11

	Заключение	13

	Список используемой литературы	14


Введение





В наше время современные компьютерные технологии развиваются особенно стремительно. Они внедряются повсеместно и, несомненно, помогают человеку в его деятельности. 

«Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить так называемые  вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.»[6]

Компьютерное моделирование в частности играет огромную в изучении самых разнообразных объектов исследования человека. 

Огромную роль играет компьютерное моделирование в геологии. Геология сама по себе объединяет многие направления изучения окружающей среды. К примеру изучение космоса помогает изучить строение нашей планеты, а в свою очередь изучение планеты, ее поведения играет немаловажную роль в предупреждении масштабных катаклизмов. 

Целью данной работы является изучение компьютерного моделирования в геологии, задачами является определение области и  способов компьютерного моделирования, применимых в геологических исследованиях, определение роли компьютерного моделирования в геологии, а так же истории внедрения компьютерного моделирования в геологию.


1. История внедрения компьютерного моделирования в геологию.





В середине 90-х годов сформировалась новая общая стратегия развития геокартирования – создание баз цифровой картографической информации на основе современных компьютерных технологий. Геологическая карта становится двухмерной геоинформационной моделью строения изучаемой территории, так как помимо информации о геологическом строении поверхности к карте стали прилагаться базы данных любой полезной информации в цифровом виде (данные о находках фауны, геохимии, геофизики, гидрогеологии, полезных ископаемых и так далее). 

«Развитие современных компьютерных технологий позволило перейти от «плоских» карт и разрезов к трехмерным моделям, позволяющим решать как теоретические, так и прогнозные задачи в трёхмерном пространстве. На основе данных бурения скважин, сейсмических профилей и всех видов геофизических данных в цифровом виде строится вероятностная геометрия всех выделяемых геологических тел на глубине»[3,53с.].

«Трехмерные геологические модели могут позволить:

построить разрез по любой вертикальной, горизонтальной или иной другой геометрии поверхности;

выделять любые геологические тела и рассматривать их с любой точки (вращать, влезать вглубь и так далее);

строить объемные карты с показом литофаций и любых других характеристик (например, пористости, обводненности, геохимических характеристик, контуров рудных тел).»[7]

На основе объемной цифровой геологической карты можно проводить различные исследования. Например, восстанавливать геологическую историю, изучать запасы полезных ископаемых, решать гидрогеологические, инженерно-геологические, экологические задачи. 

Следующим шагом в построении геологических моделей является переход к четырехмерному моделированию, т. е. введению четвертого измерения – времени. Построение четырехмерных моделей даст возможность изучать развитие геологических структур во времени. 

Такого рода работы важны как для решения прикладных задач, например,  таких как поиски скоплений углеводородов, которые в процессе геологической эволюции осадочного покрова мигрировали в земных недрах, так и  для фундаментальных теоретических исследований региональной и глобальной геологии и геодинамики. 































































2. Способ организации компьютерных моделей в геологии.





Компьютерное моделирование начинается как обычно с объекта изучения, в качестве которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая второстепенные. Выделенные факторы перекладывают на понятный машине язык. Строят алгоритм, программу. 

«Когда программа готова, проводят компьютерный эксперимент и анализ полученных результатов моделирования при вариации модельных параметров. И уже в зависимости от этих выводов делают нужные коррекции на одном из этапов моделирования: либо уточняют модель, либо алгоритм, либо точнее, более корректнее определяют объект изучения. 

Компьютерные модели проходят очень много изменений и доработок прежде, чем принимают свой окончательный вид»[3,25с]. 

В методе компьютерного моделирования присутствуют все важные элементы развивающего обучения и познания: конструирование, описание, экспериментирование и т.д. В результате добываются знания об исследуемом объекте-оригинале. 

Однако важно не путать компьютерную модель (моделирующую программу) с самим явлением. Модель полезна, когда она хорошо согласуется с реальностью. Но модели могут предсказывать и те вещи, которые не произойдут, а некоторые свойства действительности модель может и не прогнозировать. Тем не менее, полезность модели очевидна, в частности, она помогает понять, почему происходят те или иные явления. 

Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор параметров). 

«Компьютерная модель - это модель реального процесса или явления, реализованная компьютерными средствами» [2,46c.]. 

Компьютерные модели, как правило, являются знаковыми или информационными. К знаковым моделям в первую очередь относятся математические модели, демонстрационные и имитационные программы. 

«Информационная модель - набор величин, содержащий необходимую информацию об объекте, процессе, явлении.» [8]

Главной задачей компьютерного моделирования выступает построение информационной модели объекта, явления. 

Самое главное и сложное в компьютерном моделировании - это построение или выбор той или иной модели. 

При построении компьютерной модели используют системный подход, который заключается в следующем. 

«Рассмотрим объект - солнечную систему. Систему можно разбить на элементы - Солнце и планеты. Введем отношения между элементами, например, удаленность планет от Солнца. Теперь можно рассматривать независимо отношения между Солнцем и каждой из планет, затем обобщить эти отношения и составить общую картину солнечной системы (принципы декомпозиции и синтеза). 

Некоторые характеристики моделей являются неизменными, не меняют своих значений, а некоторые изменяются по определенным законам. Если состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в противном случае – статическими»[1,35с]. 

При построении моделей используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему). 

При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объектаВторой способ предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы. Например, подобным способом происходит моделирование строения Земли.






3. Области применения компьютерного моделирования в геологии.







3.1. Компьютерное моделирование в геологии полезных ископаемых.





«Геологи и инженеры-разработчики знают, что в основе принятия большинства успешных решений по разработке месторождения лежит глубокое понимание его строения. Самым эффективным способом достижения такого понимания сегодня является построение двух— и трехмерной компьютерной модели месторождения. Совершенный инструментарий, адресованный широкому кругу специалистов, работающих в области такого моделирования, в мире продвигает всего лишь несколько компаний»[4,52с].

В основу моделирования положено требование - информационное (создание единой базы данных) и компьютерное (внедрение единообразных и совместимых технических и программных средств) сопровождения трех основных блоков задач при последующем развитии:  производственного назначения - формирования геологической и производственной отчетности, анализа текущего геологопромыслового состояния; проектирования разработки - создания моделей месторождений, подсчета запасов, динамического моделирования; оперативного управления разработкой на основе сопровождения модели. 

«В основу входят следующие принципы организации производства.

  1. Создание информационных база данных месторождений с использованием результатов сейсморазведки, геологии, геофизики, добычи, конструкций скважин, инклинометрии и др. 

  2. Компьютерная технология поэтапного моделирования и построения сейсмической, геологической и динамической моделей с последующим экономическим анализом проектных показателей разработки месторождений. С учетом возрастающей стоимости подготовки данных и направленности на решение сложных задач обрабатывающие и интерпретационные программы ориентированы на применение алгоритмов трехмерной обработки, трехмерного трехфазного моделирования. Актуально требование многоитерационности как отдельных этапов, так и всей технологии моделирования в целом.

Основные этапы включают: технические и программные средства хранения и доступа данных; технические и программные средства построения сейсмической модели (обработка и интерпретация данных сейсмо-,разведки); технические и программные средства обработки данных геофизических исследований скважин; технические и программные средства построения статической геологической модели, проведение компьютерного подсчета запасов; технические и программные средства динамического моделирования. 

Современные системы моделирования в нефтегазопромышленности должны отвечать следующим требованиям.

использование новейших информационных технологий при последующем развитии;

гибкость системы в связи с возможными структурными реорганизациями организационной структуры;

обеспечение открытости системы (дополнение на любом этапе).»[5, 3c.]

По мере завершения работ по заполнению баз данных и созданию моделей месторождений аналогичные технологии с некоторыми модификациями внедряются в производство для сопровождения моделей, анализа текущего состояния и оперативного управления разработкой, сбора и анализа информации на уровне цехов.















3.2. Компьютерное моделирование в научной геологии.





Компьютерное моделирование помогает ученым сформировать общий взгляд на вопросы формирования Земли. В частности формирование ледников, минералов, горных пород, ископаемых ресурсов.

Современные средства позволяют строить модели в четырех измерениях, четвертый из которых время. Так динамические модели четко определяют структуру геологических процессов. И объясняют появление многих геологических явлений.

Компьютерное моделирование в научной геологии включает в себя следующие разделы:

компьютерное моделирование в геохимии. Геохимия — раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли;

компьютерное моделирование в геофизике. Геофизика — раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций;

компьютерное моделирование в изучении солнечной системы и космоса. Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология;

компьютерное моделирование в минералогии. Минералогия — раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации. Изучением пород, образованных в процессах, связанных с атмосферой, биосферой и гидросферой Земли, занимается литология. Эти породы не совсем точно называются ещё осадочными горными породами. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология;

компьютерное моделирование в литологии. Литология — раздел геологии, изучающий породы, образованные в процессе, связанными с атмосферой, биосферой и гидросферой Земли;

компьютерное моделирование в петрологии и петрографи. Петрология — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород. Петрография — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород, образованных при высоких температурах и давлениях;

компьютерное моделирование в геобаротермометрии. Геобаротермометрия — наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.






Заключение







Компьютерное моделирование применяется в разнообразных областях науки. В геологии оно используется особенно часто. Ни одна научная работа в геологии не обходится без построения либо изучения компьютерной модели. 

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т.н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий. Что и является основной причиной такой популярности компьютерного моделирования в геологии.

Как и развитие компьютерной техники, развитие моделирования не стоит на месте. Компьютерное моделирование развивается непосредственно вместе с компьютерными технологиями. Более мощные компьютеры позволяют строить наиболее точные модели, затрагивающие все большее количество переменных и просчитывающие результат на более длительные временные отрезки. 










Список используемой литературы:





КНИГИ (МОНОГРАФИИ)

1. Виноградов, Е.Б. Современная геология [текст]: научное издание /Е.Б. Виноградов – Екатеринбург : Изд. – во ЕПД, 2007. 81 с. – 500 экз. ISBN 5-7174-0222-8;

2. Емельянов, С.В. Информационные технологии [текст]: учебное пособие/ С.В. Емельянов – Москва : Изд-во «Ленанд», 124с. -  400 экз. ISBN 5-241-64352-8;

3. Хаин, В.Е. Геология [текст]: учебник для высших учебных заведений/ В.Е. Хаин – Москва : Изд-во Московского государственного университета, 447 с. – 300 экз. ISBN 5-211-03504-6;

4. Entory J. С точки зрения науки. В недрах земли [текст]: научное издание /J. Entory – Москва : ИГ «Весь» 345с. – 1000 экз. ISBN 5-352-0356-6.

СТАТЬИ

5. Антонович, А.В. Организация компьютерных систем в нефтегазовой отрасли [текст] / Андрей Владимирович Антонович // Томск-инфо. 2009 – №2 с. 3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ

Интернет - ресурсы

6. Васильев, А.А. Компьютерное моделирование [электронный ресурс] / А.А. Васильев – Режим доступа http://www.ctc.msiu.ru/materials/Book2/ch_09_model/ 01_model/01_comp_model/index.html;

7. Исаев, В.Ю. Моделирование в геологии [электронный ресурс] / В.Ю. Исаев – Режим доступа http://www.drtisygeology.ru/materials/ Book2/ch_09_model /_model423/index;

8. Колениченко Н.А. Информатик [электронный ресурс] / Н.А. Колениченко – Режим доступа http://edu.meta.ua/ru/razd/43287hopurety\iduuels.