geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2024-1-72geophystech-348Research ArticleСтатьиИмпульсное электромагнитное межскважинное просвечивание для мониторинга состояния криолитозоныTransient electromagnetic cross-borehole exploration for monitoring the state of the cryolithozonehttps://orcid.org/0000-0002-5934-7063ЭповМ. И.EpovM. I.

ЭПОВ Михаил Иванович – академик РАН, доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

https://orcid.org/0000-0001-6275-3612ГлинскихВ. Н.GlinskikhV. N.

ГЛИНСКИХ Вячеслав Николаевич – член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, директор, главный научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

GlinskikhVN@ipgg.sbras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0957-8656МихайловИ. В.MikhaylovI. V.

МИХАЙЛОВ Игорь Владиславович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

 

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

https://orcid.org/0000-0002-7276-9199НикитенкоМ. Н.NikitenkoM. N.

НИКИТЕНКО Марина Николаевна – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

НечаевО. В.NechaevO. V.

НЕЧАЕВ Олег Валентинович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

https://orcid.org/0000-0002-9197-2061ДаниловскийК. Н.DanilovskiyK. N.

ДАНИЛОВСКИЙ Кирилл Николаевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории многомасштабной геофизики,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RASRussian Federation20241707202401Спецвыпуск7282Copyright © Эпов М.И., Глинских В.Н., Михайлов И.В., Никитенко М.Н., Нечаев О.В., Даниловский К.Н., 20242024Эпов М.И., Глинских В.Н., Михайлов И.В., Никитенко М.Н., Нечаев О.В., Даниловский К.Н.Epov M.I., Glinskikh V.N., Mikhaylov I.V., Nikitenko M.N., Nechaev O.V., Danilovskiy K.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/348

Научно обосновывается технология импульсного электромагнитного мониторинга многолетнемерзлых пород для предотвращения техногенных аварий и экологических катастроф. Развиты методы быстрого одномерного и трехмерного моделирования импульсных сигналов. Создана процедура трансформации сигналов в кажущиеся электросопротивления, реализован алгоритм инверсии данных с использованием преобразования Сумуду и искусственных нейронных сетей. На основе моделирования сигналов в реалистичных геоэлектрических моделях с многолетнемерзлыми породами, показана возможность мониторинга состояния мерзлого грунта по изменению сигналов. Успешно выполнены натурные эксперименты с макетным образцом установки импульсного мониторинга.

A technology for transient electromagnetic monitoring of permafrost is being scientifically substantiated to prevent man-made accidents and environmental disasters. Methods for fast 1D and 3D modeling of pulse signals have been developed. We have created a procedure for transforming the signals into apparent electrical resistivities, and implemented a data inversion algorithm using the Sumudu transform and artificial neural networks. Based on modeling of the signals in realistic geoelectric models with permafrost, the capability of monitoring the state of frozen soil by changes in the signals has been shown. Full-scale experiments with a prototype of a transient monitoring system have been successfully completed.

криолитозонаэлектромагнитный мониторингимпульсное зондированиемежскважинное просвечиваниегеоэлектрическая модельпреобразование Сумудувекторный метод конечных элементовтрехмерное моделирование и инверсияискусственные нейронные сетинатурные экспериментыcryolithozoneelectromagnetic monitoringtransient soundingcross-borehole explorationgeoelectric modelSumudu transformvector finite element method3D modeling and inversionartificial neural networksfull-scale experimentsРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 22-17-00181.The work was supported by the Russian Science Foundation, Project No. 22-17-00181.ReferencesБухтияров Д.А., Глинских В.Н. Предварительные результаты мониторинга состояния глинистых грунтов при помощи установки импульсного электромагнитного зондирования // Геофизические технологии. 2022. № 2. С. 44–64. doi: 10.18303/2619-1563-2022-2-44.Bukhtiyarov D.A., Glinskikh V.N. Preliminary results of clay soils state monitoring using transient electromagnetic sounding apparatus // Russian Journal of Geophysical Technologies. 2022. No. 2. P. 44–64. doi: 10.18303/2619-1563-2022-2-44.Глинских В.Н., Федосеев А.А., Никитенко М.Н., Михайлов И.В., Бухтияров Д.А. Проектирование полевых экспериментов для обоснования технологии мониторинга мерзлых пород // Криосфера Земли. 2023. Т. XXVII, № 4. С. 45–53. doi: 10.15372/KZ20230405.Epov M.I., Glinskikh V.N., Nikitenko M.N., Sukhorukova K.V., Gornostalev D.I., Mikhaylov I.V. New method of pulsed electromagnetic logging sounding: mapping the Bazhenov Formation from Jurassic reservoirs penetrated by inclined-horizontal wells // Geology and Mineral Resources of Siberia. 2021. No. 3. P. 31–39. doi: 10.20403/2078-0575-2021-3-31-39.Мельников В.П., Осипов В.И., Брушков А.В., Алексеев А.Г., Бадина С.В., Бердников Н.М., Великин С.А., Дроздов Д.С., Дубровин В.А., Железняк М.Н., Жданеев О.В., Захаров А.А., Леопольд Я.К., Кузнецов М.Е., Малкова Г.В., Осокин А.Б., Остарков Н.А., Ривкин Ф.М., Садуртдинов М.Р., Сергеев Д.О., Федоров Р.Ю., Фролов К.Н., Устинова Е.В., Шеин А.Н. Развитие геокриологического мониторинга природных и технических объектов в криолитозоне Российской Федерации на основе систем геотехнического мониторинга топливно-энергетического комплекса // Криосфера Земли. 2022. Т. XXVI, № 4. С. 3–18. doi: 10.15372/KZ20220401.Epov M.I., Nechaev O.V., Glinskikh V.N. Numerical inversion of the Sumudu integral transform in the simulation of electromagnetic sounding of the Earth's interior // Russian Geology and Geophysics. 2023. Vol. 64 (7). P. 860– 869. doi: 10.2113/RGG20234537.Михайлов И.В., Нечаев О.В., Глинских В.Н., Никитенко М.Н., Федосеев А.А. Численное моделирование сигналов импульсного электромагнитного межскважинного мониторинга многолетнемерзлых пород под основаниями промышленных объектов // Геофизические исследования. 2023. Т. 24, № 3. С. 87–102. doi: 10.21455/gr2023.3-5.Epov M.I., Danilovskiy K.N., Nechaev O.V., Mikhaylov I.V. Artificial neural network-based computational algorithm of inverse Sumudu transform applied to surface transient electromagnetic sounding method // Russian Geology and Geophysics. 2024. Vol. 65 (5). P. 663–669. doi: 10.2113/RGG20234607.Мохов И.И., Парфенова М.Р. Изменения протяженности снежного покрова в Евразии по спутниковым данным в связи с полушарными и региональными температурными изменениями // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 501, № 1. С. 78–85. doi: 10.31857/S2686739721110104.Glinskikh V., Nechaev O., Mikhaylov I., Danilovskiy K., Olenchenko V. Pulsed electromagnetic cross-well exploration for monitoring permafrost and examining the processes of its geocryological changes // Geosciences. 2021. Vol. 11 (2). Article 60. doi: 10.3390/geosciences11020060.Нерадовский Л.Г. Опыт изучения влияния температуры на удельное электрическое сопротивление мерзлых грунтов // Геофизика. 2013. № 1. С. 67–70.Glinskikh V.N., Fedoseev A.A., Nikitenko M.N., Mikhaylov I.V., Bukhtiyarov D.A. Design of field experiments for substantiation of permafrost monitoring technology // Earth’s Cryosphere. 2023. Vol. 27 (4). P. 45–53. doi: 10.15372/KZ20230405.Нечаев О.В., Даниловский К.Н., Михайлов И.В. Моделирование и инверсия сигналов импульсных электромагнитных зондирований в задаче мониторинга многолетнемерзлых пород с применением методов глубокого обучения // Геология и геофизика. 2024. Т. 65, № 7. С. 1012–1022. doi: 10.15372/GiG2023211.Marsala A.F., Lyngra S., Safdar M., Zhang P., Wilt M. Crosswell electromagnetic induction between two widely spaced horizontal wells: coiled-tubing conveyed data collection and 3D inversion from a carbonate reservoir in Saudi Arabia // SEG Technical Program Expanded Abstract. New Orleans, Louisiana, USA, 2015. P. 2848–2852. doi: 10.1190/segam2015-5891203.1.Никитенко М.Н., Глинских В.Н., Горносталев Д.И. Математическое обоснование импульсных электромагнитных зондирований для новых задач нефтепромысловой геофизики // Сибирский журнал вычислительной математики. 2021. Т. 24, № 2. С. 179–192. doi: 10.15372/SJNM20210205.Melnikov V.P., Osipov V.I., Brouchkov A.V., Alekseev A.G., Badina S.V., Berdnikov N.M., Velikin S.A., Drozdov D.S., Dubrovin V.A., Zheleznyak M.N., Zhdaneev O.V., Zakharov A.A., Leopold Ya.K., Kuznetsov M.E., Malkova G.V., Osokin A.B., Ostarkov N.A., Rivkin F.M., Sadurtdinov M.R., Sergeev D.O., Fedorov R.Yu., Frolov K.N., Ustinova E.V., Shein A.N. Development of geocryological monitoring of natural and technical facilities in the regions of the Russian Federation based on geotechnical monitoring systems of fuel and energy sector // Earth’s Cryosphere. 2022. Vol. 26 (4). P. 3–18. doi: 10.15372/KZ20220401.Никитенко М.Н., Глинских В.Н., Михайлов И.В., Федосеев А.А. Математическое моделирование сигналов импульсного электромагнитного зондирования для мониторинга состояния многолетнемерзлых пород // Геология и геофизика. 2023. Т. 64, № 4. С. 591–600. doi: 10.15372/GiG2022132.Mikhaylov I.V., Nechaev O.V., Glinskikh V.N., Nikitenko M.N., Fedoseev A.A. Numerical simulation of crossborehole impulsed electromagnetic signals for permafrost monitoring under bases of industrial facilities // Geophysical Research. 2023. Vol. 24 (3). P. 87–102. doi: 10.21455/gr2023.3-5.Никитенко М.Н., Бредихин И.А., Михайлов И.В., Федосеев А.А. Трансформация данных импульсных зондирований в кажущиеся электросопротивления для задачи мониторинга криолитозоны // Геофизические исследования. 2024. Т. 25, № 2. С. 65–78. doi: 10.21455/gr2024.2-4.Mokhov I.I., Parfenova M.R. Changes in the snow cover extent in Eurasia by satellite data in relationship to hemispheric and regional temperature changes // Doklady Earth Sciences. 2021. Vol. 501 (1). P. 963–968. doi: 10.1134/S1028334X21110106.Эпов М.И., Глинских В.Н., Никитенко М.Н., Сухорукова К.В., Горносталев Д.И., Михайлов И.В. Новый метод импульсного электромагнитного каротажного зондирования: картирование баженовской свиты из юрских коллекторов, вскрытых наклонно-горизонтальными скважинами // Геология и минеральносырьевые ресурсы Сибири. 2021. № 3. С. 31–39. doi: 10.20403/2078-0575-2021-3-31-39.Nechaev O.V., Danilovskiy K.N.,Mikhaylov I.V. Deep-learning-based simulation and inversion of transient electromagnetic sounding signals in permafrost monitoring problem // Russian Geology and Geophysics. 2024. Vol. 65 (7). P. 871–879. doi: 10.2113/RGG20234697.Эпов М.И., Нечаев О.В., Глинских В.Н. Численная инверсия интегрального преобразования Сумуду при моделировании электромагнитного зондирования земных недр // Геология и геофизика. 2023. Т. 64, № 7. С. 1033–1045. doi:10.15372/GiG2023104.Neradovsky L.G. Effect of temperature on specific electrical resistivity of frozen soils: a case study // Journal of Geophysics. 2013. No. 1. P. 67–70.Эпов М.И., Даниловский К.Н., Нечаев О.В., Михайлов И.В. Вычислительный алгоритм обратного преобразования Сумуду на основе искусственной нейронной сети в задаче наземного электромагнитного зондирования методом переходных процессов // Геология и геофизика. 2024. Т. 65, № 5. С. 757–765. doi: 10.15372/GiG2023190.Nikitenko M.N., Glinskikh V.N., Gornostalev D.I. Mathematical Substantiation of Pulsed Electromagnetic Soundings for New Problems of Petroleum Geophysics // Numerical Analysis and Applications. 2021. Vol. 14 (2). P. 155–166. doi: 10.1134/S1995423921020051.Яковлев Д.В., Каплан С.А., Клокова В.П., Соколова Е.Ю., Шпекторов А.Л., Слинчук Г.Е. Построение скоростной модели верхней части разреза в условиях распространения многолетнемeрзлых пород с учeтом данных наземной электроразведки // Геофизика. 2019. № 4. С. 2–8.Nikitenko M.N., Glinskikh V.N., Mikhaylov I.V., Fedoseev A.A. Mathematical modeling of transient electromagnetic sounding signals for monitoring the state of permafrost // Russian Geology and Geophysics. 2023. Vol. 64 (4). P. 488–494. doi: 10.2113/RGG20224514.Glinskikh V., Nechaev O., Mikhaylov I., Danilovskiy K., Olenchenko V. Pulsed electromagnetic cross-well exploration for monitoring permafrost and examining the processes of its geocryological changes // Geosciences. 2021. Vol. 11 (2). Article 60. doi: 10.3390/geosciences11020060.Nikitenko M.N., Bredikhin I.A., Mikhaylov I.V., Fedoseev A.A. TEM sounding data transform into apparent electrical resistivity for permafrost monitoring problem // Geophysical Research. 2024. Vol. 25 (2). P. 65–78. doi: 10.21455/gr2024.2-4.Marsala A.F., Lyngra S., Safdar M., Zhang P., Wilt M. Crosswell electromagnetic induction between two widely spaced horizontal wells: coiled-tubing conveyed data collection and 3D inversion from a carbonate reservoir in Saudi Arabia // SEG Technical Program Expanded Abstract. New Orleans, Louisiana, USA, 2015. P. 2848–2852. doi: 10.1190/segam2015-5891203.1.Yakovlev D.V., Kaplan S.A., Klokova V.P., Sokolova E.Yu., Shpektorov A.L., Slinchuk G.E. Construction of seismic velocity model using electromagnetic data on permafrost layer // Journal of Geophysics. 2019. No. 4. P. 2–8.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.