Андрианов А.М. Соискатель: Научный Руководитель: д.т.н. проф. Шелупанов А.А. ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Диссертация. - презентация

1 Андрианов А.М. Соискатель: Научный Руководитель: д.т.н. проф. Шелупанов А.А. ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность: АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

2 Актуальность работы Рис.1 Изменение прироста денежных затрат на поисково-разведочное бурение (1) и запасов нефти (2) 2

3 Программы для геопрогноза НазваниеПримеры Системы для хранения геологических данных «Геокарт» (Австрия), «Инкалидо»(Польша) Системы со статистическим анализом «Сегед»(Венгрия), «Миндел»(Канада) Геоинформационные системы (ГИС) СОД-Геофизика (Россия),«Марика»,ГЕОНИКС (Франция), «Интерресурс» (Россия) Системы решения геолого-прогнозных задач «СИМСАГ»(Канада), «Поиск»(Россия), «ДЖИАПП»(Канада), «СКИД»(Россия), «НЧАРАН»(США), АСОД«Прогноз» (Россия) Системы искусственного интеллекта «ИнформГео» (Россия), ЗИМБЕРТ (Германия), МГУ, СГИ (Россия), ПРОСПЕКТОР, МУДМАН(США), ЦЕССОЛ(Франция) «Регион»,(Россия) 3

4 Цель Цель работы - Создание методики исследований вероятностных закономерностей формирования полезных ископаемых, а также разработка алгоритмического и программного обеспечения для проведения прогнозирования полезных ископаемых. Объект исследования - Вероятностные закономерности распределения величин запасов в частично разведанных рудоносных и нефтегазоносных районах. Предмет исследований - Запасы разведанных полезных ископаемых в нефтегазоносных и рудоносных районах. 4

5 Защищаемые положения Новые алгоритмы построения прогнозных оценок месторождений полезных ископаемых по методике вероятностного прогнозирования. Новые алгоритмы построения прогнозных оценок месторождений полезных ископаемых по методике вероятностного прогнозирования. Новые алгоритмы способные подтвердить достоверность результатов прогноза построенного по методике вероятностного прогнозирования. Новые алгоритмы способные подтвердить достоверность результатов прогноза построенного по методике вероятностного прогнозирования. Программный комплекс АС «Квантиль-1», в котором реализованы новые алгоритмы, позволяющие проводить как экспресс-оценку природной совокупности, так и детальный анализ региона. Программный комплекс АС «Квантиль-1», в котором реализованы новые алгоритмы, позволяющие проводить как экспресс-оценку природной совокупности, так и детальный анализ региона. 5

6 Научную новизну, полученных результатов, определяют: Предложена методика применения вероятностной теории прогнозирования на практике, проведены исследования прогнозирования полезных ископаемых углеводородов в частично разведанных районах с проверкой прогнозных оценок и доказана высокая результативность применения теории прогнозирования запасов полезных ископаемых. Предложена методика применения вероятностной теории прогнозирования на практике, проведены исследования прогнозирования полезных ископаемых углеводородов в частично разведанных районах с проверкой прогнозных оценок и доказана высокая результативность применения теории прогнозирования запасов полезных ископаемых. Разработано алгоритмическое обеспечение составления геопрогноза и проверки точности прогнозных оценок. Разработано алгоритмическое обеспечение составления геопрогноза и проверки точности прогнозных оценок. Создан программный комплекс для прогнозирования, основанный на теории вероятностных закономерностей формирования запасов. Создан программный комплекс для прогнозирования, основанный на теории вероятностных закономерностей формирования запасов. 6

7 Базовые принципы вероятностной теории формирования ПИ Ф.Н.Алексеева Однотипные месторождения, рудные тела, нефтегазоносные залежи, угольные пласты и т.п. образуются сериями - Природная Совокупность (ПС). Природная совокупность формируется в условиях приоритетности, сохраняющихся весь период формирования объектов ПС. Изменение условий образования и отложения полезного ископаемого во времени и пространстве носит случайный характер. 7

8 Функция распределения вероятностей Приращения кумулятивной функции распределения, построенной по выборке объёмом n = 4 из исходной природной совокупности значений объёмом N = 7 8

9 Геолого-математическое содержание метода Геолог: Геолог: Выбор ПС Выбор ПС однотипное геологическое строение, однотипное геологическое строение, территориальная близость залежей, территориальная близость залежей, один период и механизм образования ПИ, один период и механизм образования ПИ, близость физических и химических свойств. близость физических и химических свойств. Математик: Математик: Выдвигается гипотеза H о полноте статистической структуры ПС Выдвигается гипотеза H о полноте статистической структуры ПС модель распределения запасов в отдельных залежах соответствующая механизму их формирования, модель распределения запасов в отдельных залежах соответствующая механизму их формирования, вероятностная модель распределения запасов ПИ в пределах ПС. вероятностная модель распределения запасов ПИ в пределах ПС. Принятие H позволяет считать бесперспективной дальнейшую разработку ПС. Принятие H позволяет считать бесперспективной дальнейшую разработку ПС. Отклонение H выдвигает задачу анализа модели и пополнение ПС Отклонение H выдвигает задачу анализа модели и пополнение ПС 9

10 Схема накопления запасов и построения прогноза 10

11 1 Значениям запасов ставятся в соответствие вероятности, вычисленные по формуле:, m = 1, 2,..., n Алгоритм построения геопрогноза. Этап 1. Вычисляются коэффициенты корреляции Задать данные Оцениваются параметры выбранного уравнения, описывающего величины запасов: вычисляются приращения найденной функции распределения ; Начало 11

12 2 Алгоритм построения геопрогноза. Этап 2. По результатам исследований с использованием распределения Ф.Н. Алексеева и критерия Пирсона Делается вывод об объёме природной совокупности на основании проверки статистических гипотез 1 Последовательность приращений разбивается на статистически однородные совокупности с использованием критериев Д.А. Родионова 12

13 Алгоритм построения геопрогноза. Этап 3. Оцениваются параметры уравнения, описывающего величины запасов в исследуемой природной совокупности; Оценивается количество необнаруженных объектов и определяются их порядковые номера в последовательности величин запасов с учетом разведанных; Объём природной совокупности проверяется альтернативными методиками: где Выбрать или задать N

14 Алгоритм построения геопрогноза. Этап 4. Вычисляются значения прогнозных и потенциальных ресурсов в оцениваемой природной совокупности Вычисляются величины запасов, относящиеся к оцениваемой природной совокупности, и границы доверительных интервалов с заданной надёжностью 0,95; Конец 3 14

15 Модуль первичной обработки данных Модуль оценки параметров уравнения, описывающего величины запасов Этап 1 – Ввод исходных данных Модуль оценки количества необнаруженных объектов и определения их порядковых номеров в последовательности величины запасов с учетом разведанных Этап 3 – Анализ приращений функции и построение прогнозных оценок Модуль оценки значения приращения функции распределения Этап 2 – Выбор закона наиболее оптимально описывающего величины запасов Структура программного комплекса «Квантиль-1» Модуль менеджера циклической рандомизации Этап 4 - Дальнейшие исследования теории вероятностного прогнозирования 15

16 Результатом работы программного комплекса являются: оценка количества неоткрытых месторождений в данной ПС; оцененные объемы вычисленных запасов; оцененные объемы прогнозных запасов. 16

17 Результаты оценки качества программного комплекса по ГОСТу Характеристики АСРезультатыПроводимые испытания Функциональные возможности 31 из 40 возможных Демонстрация в действии; Аттестация Конфигурационные испытания; Полная функциональная проверка; Эксплуатационные испытания Надежность 21 из 30 возможных Демонстрация в действии; Полная функциональная проверка; Эксплуатационные испытания; Надежностные испытания; Проверка устойчивости; Возвратная проверка Конфигурационные испытания Практичность 22 из 30 возможных Демонстрация в действии; Анкетирование пользователей Эффективность 20 из 20 возможных Конфигурационные испытания Надежностные испытания Мобильность 25 из 30 возможных Конфигурационные испытания;Аттестация; Демонстрация в действии; Эксплуатационные испытания Сопровождаемость 30 из 40 возможных Экспертный анализ программного кода Модификация программного кода Тестирование 17

18 По методу апробации Проверка альтернативными алгоритмами С имитацией открытия залежей углеводородов Моделирование методом ретроспекции По типу месторождений Оценка перспектив на открытие залежей газа Оценка перспектив на открытие залежей нефти Оценка перспектив на открытие месторождений меди Апробация программного комплекса Программного Комплекса 18

19 Сравнительный анализ алгоритмов ИКС «ИнформГео» ИКС «ИнформГео» Растровые картографические данные, Растровые картографические данные, данные о структуре разреза, данные о структуре разреза, данные о магнитных полях, данные о магнитных полях, радио геохимических полей, радио геохимических полей, данные сейсморазведки, данные сейсморазведки, данные о концентрации урана, данные о концентрации урана, данные о концентрации калия, данные о концентрации калия, отношения концентраций тория к урану, отношения концентраций тория к урану, мощность экспозиционной дозы излучения. мощность экспозиционной дозы излучения. АС «Квантиль-1» АС «Квантиль-1» Объемы разведанных запасов Объемы разведанных запасов 19

20 По точности геопрогноза Прогнозные оценки АС «Квантиль-1» Прогнозные оценки ИКС «ИнформГео» Контрольные значения АС Квантиль-1 ИКС ИнформГео Всего %37% 20

21 По скорости работы и занимаемой памяти (RAM) Сравнение скорости расчета прогнозных значений в системах ИКС «ИнформГео» и АС «Квантиль-1» мсМб Сравнение объема занимаемой памяти во время работы систем ИКС «ИнформГео» и АС «Квантиль-1» 21

22 Структурная карта района формирования месторождений нефти Первомайской природной совокупности Апробация методом ретроспекции 22

23 Первомайская ПС Статистическое поле вариабельности геологических запасов, прогнозных ресурсов нефти в залежах Первомайской природной совокупности и квантилей равностоящих уровней нормального стандартного закона распределения 23

24 Подтверждение достоверности результатов геопрогноза Объем ПС предсказан без ошибки Наибольшие относительные расхождения в контрольных значениях 14, 23 и 32%. Преобладают расхождения от 1 до 4%. N Q 24

25 Крапивинская ПС Статистическое поле зависимости разведанных запасов и прогнозируемых ресурсов нефти в Крапивинской ПС и квантилей стандартного логнормального распределения из предположения объёма ПС - 13 залежей. 25

26 Средневасюганская ПС График распределения разведанных запасов и прогнозных ресурсов нефти в залежах Средневасюганской природной совокупности из предположения её объёма 10 залежей 26

27 Верхнесалатская ПС Статистическое поле запасов и прогнозных ресурсов нефти в Верхнесалатской природной совокупности 27

28 Казанско-Пудинская ПС Статистическое поле разведанных запасов и прогнозируемых геологических ресурсов нефти в Казанско-Пудинской природной совокупности из предположения её объёма = 44 28

29 Вартовская ПС Вероятностное распределение запасов и прогнозных ресурсов нефти в Вартовской природной совокупности при = 20 залежам 29

30 Заключение Удалось впервые: Удалось впервые: Исследовать и доказать результативность теории прогнозирования запасов полезных ископаемых на практике. Исследовать и доказать результативность теории прогнозирования запасов полезных ископаемых на практике. Осуществить проверку результатов прогнозов различными теориями, показать высокую точность данного прогноза. Осуществить проверку результатов прогнозов различными теориями, показать высокую точность данного прогноза. Провести моделирование природных процессов и проверку результативности методом генеральной выборки. Провести моделирование природных процессов и проверку результативности методом генеральной выборки. Создать комплекс программ для проведения прогнозирования полезных ископаемых с заданной точностью с возможностью построения графиков, таблиц, отчетов, вычислению доверительных границ прогнозных оценок. Создать комплекс программ для проведения прогнозирования полезных ископаемых с заданной точностью с возможностью построения графиков, таблиц, отчетов, вычислению доверительных границ прогнозных оценок. Получить практически значимые результаты прогнозов для месторождений Томской и других областей (для Первомайской, Крапивинской, Игольско-Таловой, Средневасюганской, Верхнесалатской, Казанско-Пудинской, Вартовской и др. природных совокупностей). Получить практически значимые результаты прогнозов для месторождений Томской и других областей (для Первомайской, Крапивинской, Игольско-Таловой, Средневасюганской, Верхнесалатской, Казанско-Пудинской, Вартовской и др. природных совокупностей). 30

31 Практическую и теоретическую ценность определяют следующие результаты: Показана возможность практического использования теории вероятностных закономерностей. Показана возможность практического использования теории вероятностных закономерностей. Создан алгоритм проведения исследований прогнозирования полезных ископаемых углеводородов. Создан алгоритм проведения исследований прогнозирования полезных ископаемых углеводородов. Создан комплекс программ для проведения исследований прогнозирования полезных ископаемых. Создан комплекс программ для проведения исследований прогнозирования полезных ископаемых. Получены практические прогнозные данные по ряду месторождений углеводородов. Получены практические прогнозные данные по ряду месторождений углеводородов. 31

32 Внедрение и публикации ОАО «Востокгазпром - Томск» ОАО «Востокгазпром - Томск» ФГУП СНИИГГиМС (Томск) ФГУП СНИИГГиМС (Томск) ТГУ - Геолого-Географический факультет (Томск) ТГУ - Геолого-Географический факультет (Томск) Комитет по природным ресурсам по Томской области Комитет по природным ресурсам по Томской области Якутский Государственный Университет (Якутия) Якутский Государственный Университет (Якутия) ОАО Томская Нефтегазовая компания (Томск) ОАО Томская Нефтегазовая компания (Томск) ТУСУР (Томск) ТУСУР (Томск) Публикаций по теме диссертации – 11 Публикаций по теме диссертации – 11 Монография - 1 Монография - 1 Свидетельство о государственной Свидетельство о государственной регистрации в РОСПАТЕНТе- 1 Ваши Вопросы 32