Систематизация химических и минеральных составов,
а также отображение процессов их изменения
с использованием RHAT – кодирования
(от выявления ошибок до выявления систем рудопроявлений)
Т.Г.Петров (СПбГУ, Санкт-Петербург)
1. Существует способ кодирования дискретных распределений RHAT, где R- ранговая формула (Петров 1971) – невозрастающая по содержаниям (частотам встречи, вероятностям) последовательность символов компонентов распределения, H – информационная энтропия Шеннона (1948), (Седов, 1982), она же термодинамическая (до константы) энтропия смешения как мера сложности распределения, A – анэнтропия Петрова (1971), она же энтропия разделения (Петров, 2012) как мера малости малых компонентов или чистоты распределения, T – толерантность (Петров, 2007) как мера особой чистоты.
Длина анализа n – детальность анализа и исследования объекта. Обобщенная ранговая формула (ОРФ) – свёртка совокупности ранговых формул – паспорт корпуса (коллекции) ранговых формул.
2. Rchem: – OSiAlHKNa ….- мусковит, OSiMgFeHSAl… метеорит Индарх.
Rmin: MicrQurzMusc – гранит,
Rold: 5-10-15-20-25… типичное возрастное распределение ряда стран Африки,
3. Н = - ∑piLogpi Приведение H к 0-1 : En = H/ Log n
4. A = - (∑ Logpi)/n - Log n. Вклад в анэнтропию (Logp) равен производной по содержанию вклада в энтропию (piLogpi ) без 1.
5. T = Log [(∑ 1/pi)/ n] Вклад в толерантность (1/p) равен производной по содержанию вклада в анэнтропию (Logpi) .
6. Требования к анализам для их сравнимости в совокупностях. Компоненты должны быть однотипными: либо элементы, либо минералы, либо интервалы какого-либо параметра, либо … . Исключены «компоненты» типа ППП (LOI), РЗЭ, Для анализов «полных» желательна близость сумм к 100%. Необходимо отсутствие пропусков элементов, которые, согласно их концентрациям должны были войти в ранговую формулу после стандартизации её длины, производимой для сопоставимости их H, A, T. При частичных анализах (при стандартных наборах) наборы элементов в анализах должны быть одинаковы.
7. Единообразное линейное упорядочение кодов производится в 3 этапа.
I. Последовательность всех членов кода принимается за слово, в котором буквами являются символы компонентов (химических элементов, аббревиатур названий минералов,
интервалов высот, мощностей, глубин, размеров, возрастов) и величины R, H, A, T;
II. Выбирается алфавит, желательно «естественный» (с взаимосвязями между компонентами – интенсиональный (Чебанов, Петров 2013)): для химических составов – Периодическая Система Элементов, для минеральных составов – последовательность минералов в «R-словаре химических составов минералов» (Петров, Краснова 2010), для параметрических составов – натуральный ряд, или последовательность вещественных (действительных) чисел;
III. Коды упорядочиваются по лингвистическому принципу. При одинаковости ранговых формул химических, или минеральных составов, упорядочение производится по снижению Н, далее – при равенстве Н – по возрастанию А, аналогично – далее по возрастанию Т.
В результате получают иерархические, периодические системы с группированием одинаковых составов – рядом, близких – поблизости, вне зависимости от названий. (Состав – продукт истории участка вещества, поэтому сходные составы формируются в сходных условиях – это основа поиска сходных составов, и их совокупностей – месторождений.)
8. Облики RHAT:
а) «Мягкая» система координат в симплексах размерности n. (координаты RHAT – задают положение, форму(?), размеры (?) области в симплексе («жесткие» системы задают положение точки.).
б) Полная совокупность R при длине алфавита N представляет N-универсум кодов составов объектов выбранной природы. Объем Универсума при длине R, равной N рассчитывается по формуле для размещений (перестановок без повторений) VU = N! ; при длине R, равной n, VU = N! / (N-n)! .
9. С использованием только ранговых формул составлен и издан «R-словарь-каталог химических составов минералов» (Петров, Краснова 2010), позволяющий по химическому анализу, или по теоретической формуле минерала в 92% случаев определить его название (остальные 8% относятся к полиморфам). Отзыв на книгу опубликован (Гордиенко 2011).
10. С использованием RHA-кодов химических составов проведена систематизация слюд, турмалинов, амфиболов, пироксенов, гранатов, горных пород разного генезиса. Материалы находятся по адресу: http://geology.spbu.ru/department/scientific/rha-language-method
11. С использованием RHA-кодов минерального состава проведена систематизация горных пород как обычных, так и карбонатитов, фоскоритов и других ультраосновных щелочных пород (Краснова и др. 2002).
12. Энтропийные характеристики – без ограничений на конкретные совокупности элементов или молекул-минералов, будь то рудные, нерудные, воды, газы, нефти – используются для отображения (Петров 2012, Petrov 2012):
1) случайных (неупорядоченных в пространстве и времени) собраний анализов для выявления формы полей составов – их однородности, распределения плотностей, выявления аномальных, ошибочных анализов (Петров, Фарафонова 2005);
2) упорядоченных природой собраний анализов при изучении структуры, выявления центра рудных полей (Юшкин и др. 1978), разрезов, а также процессов эволюции составов, теоретической базой которых является модель разделения-смешения (Петров 1995, Petrov 2013).
13. Работа по методу и по ряду стандартных петрохимических методов обеспечивается программным комплексом PETROS-3, созданном С.В. Мошкиным по инициативе Т.Г. Петрова. (Петров, Мошкин 2011). Программа продолжает развиваться. ПК обеспечивает обработку аналитических материалов с использованием 100 алфавитов (разновидностей компонентов) и перевод их в систему RHAT с последующей выдачей результатов в виде упорядоченной по автору, или алфавиту последовательности; Поиск аналогов данного состава, оценку новизны вводимой выборки, оценку полноты данных в выборке о разнообразии составов объекта, представленного материалами выборки; статистические данные о выборке, включая коэффициенты корреляции; оценку четырех видов расстояний между составами. ПК содержит блок Библиография. ПК обеспечивает построение ортогональных и треугольных диаграмм как с осями НА, НТ и их стандартизованными по длине R вариантами, так и с осями «компонентными» с их арифметическими преобразованиями (сложение, умножение, деление). Промежуточные и окончательные результаты могут выдаваться на стандартные внешние программные средства (Word, Excel). ПК в период перестройки предполагалось сделать отраслевой (Мошкин и др. 2000), но произошедшее преобразование управления отраслью не позволило это сделать. Аналогов ПК в области геологии и среди других межотраслевых программных средств не имеется.
14. Статус метода. Публикации: св. 100 , среди них учебное пособие (Петров, Фарафонова 2005) и монография (Петров, Краснова 2010. Грант РФФИ). Лекционный курс по методу – не читается более 10 лет, (раньше читался на каф. Петрографии). В геологии метод до последнего времени практически не применяется – одна из основных причин – отсутствие доступного программного обеспечения. Автор метода вышел из состава минералогического общества в знак протеста против отказа публикации статей по методу в Записках РМО. Общее описание метода (Петров 2001: Petrov, Moshkin 2012).
Литература
1. Бураковский Л.А. Энтропия как мера неоднородности горных пород. //Сов. Геология. 1968 № 3. С. 135–138.
2. Гордиенко В.В. Две системы кодификации, два банка химических составов минералов — чему отдать предпочтение? //Записки РМО 2011 № 3 с. 139–140.
3. Краснова Н.И., Петров Т.Г., Балаганская E.Г., Мутт Ж., Гарсия Д., Ермье Б. Систематизация состава горных пород с помощью языка RHA (на примере глубинных щелочно-ультраосновных и фоскорит-карбонатитовых комплексов)// В кн.: Глубинный магматизм, магматические источники и проблема плюмов. Иркутск. 2002. С. 278–295.
4. Мошкин С.В., Шелемотов А.С., Богачев В.А., Иваников В.В., Петров Т.Г., Филиппов Н.Б., Франк-Каменецкий Д.А. “PETROS” – новый программный комплекс для обработки и анализа петрогеохимической информации. //В кн.: Петрография на рубеже XXI века. Итоги и перспективы. Т.1. Общие проблемы петрографии. Мат-лы 2-го Всерос. петрографического сов. 27–30 июня 2000 г. Сыктывкар. С. 285–287.
5. Петров Т. Г. О мере сложности геохимических систем с позиций теории информации // Докл. АН СССР. 1970 . Т. 191, № 4 . С. 1094–1096.
6. Петров Т.Г. Обоснование варианта общей классификации геохимических систем. // Вестник ЛГУ. № 8. 1971. С. 30–38.
7. Петров Т.Г. Проблема разделения и смешения в неорганических системах.// В кн.: Геология. Ред. В.Т.Трофимов, Т.2. МГУ. 1995. С. 18–186.
8. Петров Т.Г. Информационный язык для описания составов многокомпонентных объектов. //Научно-техническая информация. Сер 2. 2001, № 3, С. 8–18.
9. Петров Т.Г., Фарафонова О.И. Информационно-компонентный анализ. Метод RHA. (Учебное пособие). СПб. 2005. 168 с.
10. Петров Т.Г. Графическое отображение процессов эволюции составов поликомпонентных объектов любой природы//НТИ. 2012. сер 2 №3 С. 21–31. Англ изд T. G. Petrov Graphic Representation of the Evolutionary Processes of the Compositions of Multicomponent Objects of Any Nature Automatic Documentation and Mathematical Linguistics, 2012, Vol. 46, No. 2, pp. 79–93. © Allerton Press, Inc., DOI: 10.3103/S0005105512020045
11. Петров Т.Г., Мошкин С.В. Метод RHA и его реализация в программном комплексе Petros-3. Вычисления в геологии. 2011, №1, С. 50–53.
12. Седов Е. А. Одна формула и весь мир. Книга об энтропии. М.: Знание, 1982. 176 с.
13. Чебанов С.В. Петров Т.Г. Интенсиональность, интенсиональные алфавиты, интенсиональные слова и словари. //В сб. Актуальные проблемы современной когнитивной науки. Иваново. 2013 С. 239–266.
14. Шурубор Ю.В. Об одном свойстве меры сложности геохимических систем // Докл. АН СССР. 1972 . Т. 205, № 2 . С. 453–456.
15. Юшкин Н.П., Еремин Н.И., Макеев А.Б., Петров Т.Г. Сфалерит Пайхойско-Южноземельской провинции (топоминералогия и типоморфизм).// Тр.Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. Вып. 24. 1978. С. 23–52.
16. Krasnova, N., Petrov, T., Korolev N. The RHA coding of mineral compositions of alkaline rocks exemplified by nepheline syenite family. / In: Deep seated magmatism, its sources and plumes. Proc. of XI Int. Workshop. Irkutsk 2011. P. 234–244.
17. Petrov Tomas G., Moshkin Sergey V. RHA(Т)-System for Coding of Discrete Distributions and Their Alteration Processes. Proc. The 3rd International Multi-Conference on Complexity, Informatics and Cybernetics IMCIC 2012. 2012 pp. 12–16.
Способ комбинированного учета вариаций МПЗ при обработке данных дифференциальных гидромагнитных исследований
А.И. Атаков, К.С. Черников (ОАО «Севморгео», Санкт-Петербург)
Чувствительность современной морской магнитометрической аппаратуры составляет сотые доли нТл. Однако погрешность современных гидромагнитных исследований на несколько порядков превышает метрологические характеристики аппаратуры. Более полное использование возможностей аппаратуры связано с проблемами учета широкого круга специфических помех (временные вариации магнитного поля Земли (МПЗ), девиационные погрешности судна, магнитогидродинамические шумы моря и др.), которые значительно ухудшают результаты гидромагнитных исследований. Частотный спектр этих помех часто перекрывает спектр полезного сигнала и фильтрация измеренного поля не эффективна, т.к. искажает «полезные» аномалии. По амплитудно-частотным характеристикам вариации МПЗ являются самыми разнообразными, и их некорректный учет оказывает наибольшее влияние на точность гидромагнитных съемок.
Наиболее характерные временные вариации, различающиеся по амплитудно-частотным характеристикам, которые необходимо учитывать при выполнении гидромагнитных исследований: суточные, короткопериодные колебания, магнитные бури и «бухты».
Рис.1. Спектры вариаций МПЗ (а. Шпицберген) и измеренного магнитного поля по профилю (Баренцево море)
Таблица
Тип вариаций
|
Период
|
Максимальная амплитуда, нТл
|
Зона возникновения
|
|
24 ч
|
200
|
4
|
|
12 ч
|
10-15
|
4
|
|
2–4 ч
|
200-500
|
1–3
|
|
1–3 сут
|
30-3000
|
1–4
|
|
0,2–5 с
|
0,01-0,1
|
1–4
|
 ,
|
5–45 с
|
10-20 (1-5)
|
2(1-4)
|
|
45–150 с
|
60
|
2
|
|
150-600 с
|
60-600
|
2
|
|
>600 c
|
20-30
|
1
|
|
40-150 c
|
n*10
|
2
|
|
150 c
|
10-100
|
1
|
По особенностям прохождения вариаций от внешних источников поверхность Земли в каждом из полушарий может быть разбита на четыре зоны [6]:
1) полярная шапка (широта  =750);
2) авроральный электроджет (750>>600);
3) средние широты (600>>30);
4) экваториальный электроджет (30>=00).
В настоящее время применяется несколько способов измерения вариаций МПЗ:
стационарными или временными наземными (береговыми) магнитовариационными станциями (БМВС);
морскими магнитовариационными станциями (ММВС);
дифференциальными измерениями магнитного поля.
Поскольку каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, то для наиболее полного учета вариаций желательно использование всех вышеперечисленных способов, однако это не всегда возможно. Вблизи участка работ, как правило, отсутствуют БМВС, создание временной БМВС или установка ММВС связана с многочисленными проблемами, при дифференциальных измерениях есть риски, связанные с потерей данных из-за неисправностей одного из магнитометров.
За последнее десятилетие ОАО «Севморгео» приобрело значительный опыт в проведении и обработке дифференциальных гидромагнитных измерений. С целью повышения качества сьемок учет вариаций МПЗ проводится комбинированным способом:
косвенным учетом вариаций, полученных из дифференциальных наблюдений;
прямым учетом вариаций по данным наземных магнитовариационных станций (стационарных или временных, создаваемых на время проведения полевых работ).
При обработке данных используется как лицензионное программное обеспечение Geosoft, Inc., CGG-LCT, так и собственные разработки, интегрированные в обрабатывающую систему.
При проведении этих работ были сделаны следующие выводы:
методика дифференциальных гидромагнитных исследований позволяет наиболее корректно учитывать относительно коротковолновую составляющую вариаций МПЗ (короткопериодные колебания, магнитные бури);
привлечение данных БМВС, расположенных на значительном удалении (до 1000 км и более) от участка работ, существенно уменьшает погрешность сьемки за счет более корректного учета длинноволновой составляющей вариаций МПЗ (суточные и другие периодические вариации).
Интеграция различных методов позволила разработать оригинальную технологию комбинированного учета вариаций с использованием метода нестационарной декорреляции. Преимущества разработанной технологии заключаются в возможности максимально корректного использования всех доступных способов учета вариаций.
|
