intechnguВестник НГУ. Серия: Информационные технологииVestnik NSU. Series: Information Technologies1818-79002410-0420НГУ10.25205/1818-7900-2023-21-3-32-45intechngu-237Research ArticleСтатьиРазвитие программно-алгоритмических средств для обработки и интерпретации данных мониторинга методом электротомографииSoftware and Algorithmic Tools Development for Processing and Interpretation Electrotomography Monitoring DataНеведроваН. Н.NevedrovaN. N.

Неведрова Нина Николаевна, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник

Новосибирск

ResearcherID O-2143-2015

Nina N. Nevedrova, Doctor in Geology and Mineralogy, Chief Researcher

Novosibirsk

NevedrovaNN@ipgg.sbras.ruШалагиновА. Е.ShalaginovA. E.

Шалагинов Александр Евгеньевич, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

Новосибирск

ResearcherID O-2200-2017

 

Aleksandr E. Shalaginov, PhD, Senior Researcher

Novosibirsk

ShalaginovAE@ipgg.sbras.ruМариненкоА. В.MarinenkoA. V.

Мариненко Аркадий Вадимович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

Новосибирск

ResearcherID AAU-7664-2020

Arkadii V. Marinenko, PhD, Researche

Novosibirsk

MarinenkoAV@ipgg.sbras.ruШапаренкоИ. О.ShaparenkoI. O.

Шапаренко Илья Олегович, младший научный сотрудник

Новосибирск

ResearcherID I-9677-2018

Ilya O. Shaparenko, Junior Researcher

Novosibirsk

ShaparenkoIO@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН; Новосибирский государственный технический университетРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RASRussian Federation2023081220232133245Copyright © Неведрова Н.Н., Шалагинов А.Е., Мариненко А.В., Шапаренко И.О., 20232023Неведрова Н.Н., Шалагинов А.Е., Мариненко А.В., Шапаренко И.О.Nevedrova N.N., Shalaginov A.E., Marinenko A.V., Shaparenko I.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://intechngu.elpub.ru/jour/article/view/237

Метод электротомографии с каждым годом все более широко применяется для решения самых разных задач. Например, в археологических раскопках, в задачах контроля хвостохранилищ, инженерных изысканиях, для изучения разломных структур, мониторинговых исследований в сейсмоактивных районах. Для формирования подходов к решению проблемы прогнозирования сейсмических событий необходимо выполнять достаточно длительные наблюдения, что приводит к необходимости рассматривать большие массивы исходных данных, интерпретировать значительный объем полевых материалов. В связи с этим актуально применение и развитие современных компьютерных средств обработки и интерпретации результатов регулярных наблюдений. Целью данной работы является модернизация и развитие программного комплекса решения прямых и обратных задач Direct-Inverse-Solver (DiInSo) для обработки, интерпретации и анализа данных мониторинга методом электротомографии.

Year by year researchers use the method of electrotomography more extensively to solve a wide variety of tasks. For example, electrotomography can be applied in archaeological excavations, in the tasks of controlling mine tailings, in engineering surveys, to study fault structures, for monitoring studies in seismically active areas. It is necessary to perform sufficiently long-term observations to form approaches in solving the problem of predicting seismic events. This leads to the need to consider large arrays of initial data and interpret a significant amount of field data. In this regard, it is important to use and develop modern computer tools for processing and interpreting the results of regular observations. The purpose of this work is to modernize and develop the Direct-Inverse-Solver (DiInSo) software package for solving direct and inverse problems for processing, interpreting and analyzing electrotomography monitoring data.

электромагнитный мониторингэлектротомографиячисленная инверсияпрограммно-алгоритмические средстваelectromagnetic monitoringelectrotomographynumerical inversionsoftware and algorithmic toolsИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-27-10050, https://rscf.ru/ project/23-27-10050/The study was funded by the Russian Science Foundation № 23-27-10050, https://rscf.ru/project/23-27-10050/ReferencesДобровольский И. П. Теория подготовки тектонического землетрясения. М.: ИФЗ АН ССР, 1991. 217 с.Dobrovol’skii I. P. Teoriya podgotovki tektonicheskogo zemletryaseniya. M.: IFZ AN SSR, 1991. 217 p.Добровольский И. П. О проблеме прогноза тектонического землетрясения // Геофизические исследования. 2010. Т. 11. № 1. С. 35–46.Dobrovol’skii I. P. O probleme prognoza tektonicheskogo zemletryaseniya [On the problem of forecasting a tectonic earthquake]. Geofizicheskie issledovaniya, 2010, vol. 11, № 1, p. 35–46.Моги К. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1988.Mogi K. Predskazanie zemletryasenii. M.: Mir, 1988.Рыбин А. К., Баталева Е. А., Александров П. Н., Непеина К. С. Электромагнитные исследования современных геодинамических процессов литосферы областей внутриконтинентальной орогении на примере Тянь-Шаня // Физика Земли. 2022. Т. 68. № 5. С. 98–115.Rybin A. K., Bataleva E. A., Aleksandrov P. N., Nepeina K. S. Ehlektromagnitnye issledovaniya sovremennykh geodinamicheskikh protsessov litosfery oblastei vnutrikontinental’noi orogenii, na primere Tyan’-Shanya // Fizika Zemli, 2022, vol. 68, № 5, p. 98–115Сидорин А. Я. Выдающееся достижение Российской академии наук: успешный прогноз землетрясения в Японии 11 марта 2011 г. // Геофизические процессы и биосфера. 2011. Т. 10. № 1. С. 5.Sidorin A.YA. Vydayushcheesya dostizhenie Rossiiskoi akademii nauk: uspeshnyi prognoz zemletryaseniya v Yaponii 11 marta 2011 g. Geofizicheskie protsessy i biosfera, 2011, vol. 10, № 1, p. 5.Du X. B. Two types of changes in apparent resistivity in earthquake prediction. Science China Earth Sciences, January 2011, Volume 54, Issue 1, pp 145–156. DOI: doi: 10.1007/s11430-010-4031-yDu X. B. Two types of changes in apparent resistivity in earthquake prediction. Science China Earth Sciences, January 2011, vol. 54, iss. 1, pp. 145–156. DOI: 10.1007/s11430-010-4031-y.Du X. B., An Z., Yan R., Ye Q., Fan Y., et. al. Changes in Apparent Resistivity in the Late Preparation Stages of Strong Earthquakes in Earthquake. Research and Analysis in Statistical Studies, Observations and Planning, Dr Sebastiano D’Amico (Ed.), 2012. pp. 199–220.Du X.B., An Z., Yan R., Ye Q., Fan Y., et. al. Changes in Apparent Resistivity in the Late Preparation Stages of Strong Earthquakes in Earthquake. Research and Analysis in Statistical Studies, Observations and Planning, Dr Sebastiano D’Amico (Ed.), 2012, pp. 199–220.Konstantaras A., Fouskitakis, G. N., Makris, J. P., and Vallianatos, F. Stochastic analysis of geo-electric field singularities as seismically correlated candidates. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2008, 8, pp. 1451–1462, DOI: 10.5194/nhess-8-1451-200Konstantaras A., Fouskitakis, G. N., Makris, J. P., and Vallianatos, F. Stochastic analysis of geo-electric field singularities as seismically correlated candidates. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2008, 8, pp. 1451–1462, DOI: 10.5194/nhess-8-1451-200Zhao Y. L. Geoelectric Precursors to Strong Earthquakes in China. Tectonophysics, 1994, Vol. 233, No. 1, 2, pp. 99–113.Zhao Y. L. Geoelectric Precursors to Strong Earthquakes in China. Tectonophysics, 1994, vol. 233, no. 1, 2, pp. 99–113.Ma Li, Ghen J., Chen Q. Features of Precursor Field before and after Datong Yangao Earthquake Swarm. J. Earth. Pred. Res., 1995, Vol. 4, No. 1, pp. 71–76.Ma Li, Ghen J., Chen Q. Features of Precursor Field before and after Datong Yangao Earthquake Swarm. J. Earth. Pred. Res., 1995, vol. 4, no. 1, pp. 71–76.Du X.-B., Li N., Ye Q., Ma Z.-H., Yan R. A Possible Reason for the Anisotropic Changes in Apparent Resistivity Near the Focal Region of Strong Earthquake. Chinese Journal of Geophysics, 2007. Vol. 50, № 6, pp. 1555–1565.Du X.-B., Li N., Ye Q., Ma Z.-H., Yan R. A Possible Reason for the Anisotropic Changes in Apparent Resistivity Near the Focal Region of Strong Earthquake. Chinese Journal of Geophysics, 2007, vol. 50, № 6, pp. 1555–1565.Xie T., Lu J., Ren Y. and Zhao M. Analysis on Apparent Resistivity variations of Garzê Station before the 2013 Lushan MS7 Earthquake. Earthquake research in China, 2014, (3), pp. 388–402.Xie T., Lu J., Ren Y. and Zhao M. Analysis on Apparent Resistivity variations of Garzê Station before the 2013 Lushan MS7 Earthquake. Earthquake research in China, 2014, vol. 3, pp. 388–402.Wang K., Qi-Fu Chen, Shihong Sun, and Andong Wang. Predicting the 1975 Haicheng Earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 2006, 96, pp. 757–795.Wang K., Qi-Fu Chen, Shihong Sun, and Andong Wang. Predicting the 1975 Haicheng Earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 2006, vol. 96, pp. 757–795.Светов Б. С. Электромагнитный мониторинг сейсмотектонических процессов // Известия вузов. Геология и разведка. 1982. № 2. С. 9–115.Svetov B. S. Ehlektromagnitnyi monitoring seismotektonicheskikh protsessov [Electromagnetic monitoring of seismotectonic processes]. Izvestiya vuzov. Geologiya i razvedka, 1982, № 2, p. 9–115.Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука. 1993. 313 с.Sobolev G. A. Osnovy prognoza zemletryasenii [Earthquake Prediction Basics]. M.: Nauka, 1993, 313 p.Соболев Г. А., Пономарев А. В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.Sobolev G A. Fizika zemletryasenii i predvestniki [Earthquake physics and precursors]. M.: Nauka, 2003, 270 p.Соболев Г. А. Методология, результаты и проблемы прогноза землетрясений // Вестник РАН. 2015. Т. 85. №3. С. 203–209.Sobolev G. A. Metodologiya, rezul’taty i problemy prognoza zemletryasenii [Methodology, results and problems of earthquake forecasting]. Vestnik Rossiiskoi Akademii Nauk, 2015, vol 85, № 3, pp. 203–209.Брагин В. Д. Активный электромагнитный мониторинг территории Бишкекского прогностического полигона: Дис. …канд. физ.-мат. наук. М., 2001. 135 сBragin V. D. Aktivnyi ehlektromagnitnyi monitoring territorii Bishkekskogo prognosticheskogo poligona[Active electromagnetic monitoring of the territory of the Bishkek prognostic test site]: dis. kand. fiz.-mat. Nauk. M., 2001. 135 p.Идармачев Ш. Г., Алиев М. М. Вариации кажущегося сопротивления горных пород в период Кизилюртовского землетрясения 1999 г. в Дагестане // Геофизические исследования. 2013. Т. 14. №2. С. 15–25.Idarmachev SH. G., Aliev M. M. Variatsii kazhushchegosya soprotivleniya gornykh porod v period Kizilyurtovskogo zemletryaseniya 1999 g. v Dagestane [Variations in apparent resistivity of rocks during the 1999 Kizilyurt earthquake in Dagestan] // Geofizicheskie issledovaniya, 2013, vol. 14, № 2, pp. 15–25.Баталева Е. А., Мухамадеева В. А. Комплексный электромагнитный мониторинг геодинамических процессов Северного Тянь-Шаня (Бишкекский геодинамический полигон) // Geodynamics & Tectonophysics. 2018. № 2. С. 461–487. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0356Bataleva E. A., Mukhamadeeva V. A. Kompleksnyi ehlektromagnitnyi monitoring geodinamicheskikh protsessov Severnogo Tyan’-Shanya (Bishkekskii geodinamicheskii poligon) [Integrated electromagnetic monitoring of geodynamic processes in the Northern Tien Shan (Bishkek geodynamic test site)] // Geodynamics & Tectonophysics, 2018, № 2, p. 461–487. DOI: 10.5800/GT-2018-9-2-0356Rymarczyk T., Kłosowski G., Tchórzewski P., Cieplak T., Kozłowski E. Area monitoring using the ERT method with multisensor electrodes. Przegląd Elektrotechniczny, 2019, 95 (1), pp. 153–156.Rymarczyk T., Kłosowski G., Tchórzewski P., Cieplak T., Kozłowski E. Area monitoring using the ERT method with multisensor electrodes. Przegląd Elektrotechniczny, 2019, vol. 95 (1), pp. 153–156.Неведрова Н. Н., Шалагинов А. Е. Мониторинг электромагнитных параметров в зоне сейсмической активизации Горного Алтая // Геофизика. 2015. № 1. С. 31–40.Nevedrova N. N., Shalaginov A. E. Monitoring ehlektromagnitnykh parametrov v zone seismicheskoi aktivizatsii Gornogo Altaya [Monitoring of electromagnetic parameters in the zone of seismic activity in Gorny Altai]. Geofizika, 2015, № 1, p. 31–40.Nevedrova N. N., Sanchaa A. M., Shalaginov A. E., Babushkin S. M. Electromagnetic monitoring in the region of seismic activization (on the Gorny Altai (Russia) example) // Geodesy and Geodynamics, 2019, 10 (6), pp. 460–470. https://doi.org/10.1016/j.geog.2019.06.001Nevedrova N. N., Sanchaa A. M., Shalaginov A. E., Babushkin S. M. Electromagnetic monitoring in the region of seismic activization (on the Gorny Altai (Russia) example) // Geodesy and Geodynamics, 2019, vol. 10 (6), pp. 460–470. https://DOI.org/10.1016/j.geog.2019.06.001Шапаренко И. О., Неведрова Н. Н. Мониторинг разломных зон методом электротомографии (на примере Горного Алтая) // Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов: Материалы докладов VII Международного симпозиума. 2018. С. 439–443.Shaparenko I. O., Nevedrova N. N. Monitoring razlomnykh zon metodom ehlektrotomografii (na primere Gornogo Altaya) [Monitoring of fault zones by electrotomography (on the example of Gorny Altai)]. Problemy geodinamiki i geoehkologii vnutrikontinental’nykh orogenov: Materialy dokladov VII Mezhdunarodnogo simpoziuma, 2018, p. 439–443.Ramachandran K., Tapp B., Rigsby T., Lewallen E. Imaging of fault and fracture controls in the Arbuckle-Simpson aquifer, Southern Oklahoma, USA, through electrical resistivity sounding and tomography methods // International Journal of Geophysics, 2012, pp. 132–142Ramachandran K., Tapp B., Rigsby T., Lewallen E. Imaging of fault and fracture controls in the Arbuckle-Simpson aquifer, Southern Oklahoma, USA, through electrical resistivity sounding and tomography methods // International Journal of Geophysics, 2012, pp. 132–142Nevedrova N. N., Sanchaa A. M., Shaparenko I. O. Geoelectrical structure and monitoring in fault zones of Uimon depression in Gorny Altai region using electromagnetic methods // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing. 2021. V. 929, №. 1, pp. 012–025.Nevedrova N. N., Sanchaa A. M., Shaparenko I. O. Geoelectrical structure and monitoring in fault zones of Uimon depression in Gorny Altai region using electromagnetic methods // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021, vol. 929, № 1, pp. 012–025.Шапаренко И. О., Неведрова Н. Н., Мариненко А. В., Суродина И. В. Анализ эффективности программных комплексов электротомографии для интерпретации полевых данных в сейсмоактивных районах (на примере Горного Алтая) // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2023. № 2(54). С. 41–50.Shaparenko I. O., Nevedrova N. N., Marinenko A. V., Surodina I. V. Analiz ehffektivnosti programmnykh kompleksov ehlektrotomografii dlya interpretatsii polevykh dannykh v seismoaktivnykh raionakh (na primere Gornogo Altaya) [Анализ эффективности программных комплексов электротомографии для интерпретации полевых данных в сейсмоактивных районах (на примере Горного Алтая], Geologiya i mineral’no-syr’evye resursy Sibiri, 2023, № 2(54), p. 41–50.Schutze C., Friedel S. and Jacobs F. Detection of three-dimensional transport processes in porous aquifers using geoelectrical quotient tomography. European Journal of Environment and Engineering Geophysics, 2022, №7, p. 3–19.Schutze C., Friedel S. and Jacobs F. Detection of three-dimensional transport processes in porous aquifers using geoelectrical quotient tomography. European Journal of Environment and Engineering Geophysics, 2022, №7, p. 3–19.Labrecque D. J. and Yang X. Difference Inversion of ERT Data: a Fast Inversion Method for 3-D in Situ Monitoring. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 2001, vol. 5, p. 83–90.Labrecque D. J. and Yang X. Difference Inversion of ERT Data: a Fast Inversion Method for 3-D in Situ Monitoring. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 2001, vol. 5, pp. 83–90.Деев Е. В., Зольников И. Д., Турова И. В., Русанов Г. Г., Ряполова Ю. М., Неведрова Н. Н., Котлер С. А. Палеоземлетрясения в Уймонской внутригорной впадине // Геология и геофизика, 2018. Т. 59, № 4. С. 437–452.Deev E. V., Zol’nikov I. D., Turova I. V., Rusanov G. G., Ryapolova Yu. M., Nevedrova N. N., Kotler S. A. Paleozemletryaseniya v Uimonskoi vnutrigornoi vpadine// Geologiya i geofizika, 2018, vol. 59, № 4, pp. 437–452.Деев Е. В., Неведрова Н. Н., Русанов Г. Г., Санчаа А. М., Бабушкин С. М., Кречетов Д. В., Ельцов И. Н., Зольников И. Д. Новые данные о строении Уймонской межгорной впадины (Горный Алтай) // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2012. №1 (9). С. 15–23.Deev E. V., Nevedrova N. N., Rusanov G. G., Sanchaa A. M., Babushkin S. M., KrechetovD.V., El’tsov I. N., Zol’nikov I. D. New data on structure of Uimon intermountain basin (Gorny Altai). Geology and mineral resources of Siberia, 2011, №1 (9), pp. 15–23.

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