Геоинформационная технология прогноза скоплений метана на территории Центрального Донбасса

Добыча метана из пластов угольных месторождений является перспективным направлением получения экологически чистых и эффективных энергоресурсов, а также решает важную задачу повышения безопасности шахт.

По различным оценкам, в пределах Донецкого угольного бассейна запасы угольного метана составляют 8-13 трлн. кубометров. При этом ежегодно из недр выделяется до 4 млрд. куб. м метана, а добыча не превышает 8% от этого количества. Поэтому вопрос прогноза залежей метана шахтных полей стоит весьма остро.

В докладе предложена геоинформационная компьютерная технология, позволяющая выполнять прогноз участков с аномальными скоплениями метана на территории шахтных полей Донецкого угольного бассейна с использованием комплекса скважинных, космических и наземных данных. Технология обеспечивает интегрированный анализ разнородных и разноуровневых данных и базируется на методах распознавания образов, обработки изображений и линеаментного анализа.

Технология опробована на шахтном поле шахты им. Засядько (Донбасс), размером 9.1х7.0 км, в пределах которого пробурено более 200 скважин, и в 9-ти обнаружена повышенная газоносность. В геологическом строении участка принимают участие отложения среднего карбона, представленные чередующимися различными по мощности слоями песчаников, алевролитов и аргиллитов, вмещающих маломощные пласты известняков и углей. Свободный метан концентрируется в локальных положительных складках слоёв песчаников, перекрытых слабо проницаемыми известняками и аргиллитами. Наиболее перспективным считается пласт песчаников m40Sm41, находящийся в интервале между угольным пластом M3 и слоем известняков M5. Фиксируется приуроченность известных скоплений метана к разрывным нарушениям, которые фиксируются наземными геофизическими методами.

Исходные данные представлены цифровой моделью рельефа, полученной из радарного космического снимка SRTM [1], гравитационным полем масштаба 1:25000, снимками Landsat-5 и ASTER, данными о газоносности 149 скважин и проведенными в них измерениями свойств песчаника m40S41 (мощность, коэффициента пористости и др.), а также глубин кровли и почвы основных угольных горизонтов.

В основе технологии лежит специализированная геоинформационная система РАПИД [2], позволяющая выполнять прогноз разнообразных объектов и явлений по комплексу прямых и косвенных признаков. Ключевую роль при решении прогнозных задач играют методы распознавания образов и линеаментного анализа.
В ходе работ на геофизических картах, моделях рельефа и космических снимках выделены линеаменты, имеющие геологическую природу. Изучение линеаментов имеет важнейшее значение, поскольку большинство метановых залежей мира (порядка 70%) приурочено к тектоническим нарушениям земной коры. Были построены карты, отражающие концентрацию линеаментов (общую протяженность на единицу площади). Установлено, что 8 из 9-ти скважин с установленной газоносностью располагаются в зонах повышенной концентрации линеаментов.

Полученные карты, наряду с исходными данными и их трансформантами использовались для формирования многомерного пространства признаков и выполнения процедур распознавания образов. Выполнялось собственно распознавание – отнесение точек территории к определённым классам, и ранжирование – оценка некоторой меры сходства территории с отдельным классам. В качестве эталонов классов использовались 9 скважин с повышенной газоносностью и 140 без неё. Поскольку газоносные скважины расположены в различных геологических условиях, то и в многомерном пространстве признаков они располагаются некомпактно, отдельными группами. В связи с этим класс был разделён на 3 подкласса, что позволило предотвратить получение геологически бессодержательных результатов.

В результате применения процедур распознавания были построены карта классов и карты, отражающие меру сходства территории с объектами эталонных подклассов. Объединение трех карт мер сходства позволило построить карту, отражающую интегральную перспективность территории на обнаружение аномальных скоплений метана. О её достоверности свидетельствует тот факт, что все скважины с повышенной газоносностью попали зон с максимальными значениями сходства, в то время как подавляющее число «пустых» скважин оказались вне их.

В ходе работ путём вычислительных экспериментов установлено, что привлечение космических материалов и недорогих геофизических съемок существенно увеличивает надежность прогноза. Можно с уверенностью говорить о важности геофизических и спутниковых данных для обнаружения скоплений метана, особенно с учётом их невысокой стоимости. Ввиду этого представленная геоинформационная технологии, основанная на интегрированном анализе разноуровневых (скважинных, наземных и космических) данных может оказаться весьма полезной при поисках промышленных месторождений метана в угольных регионах разных стран.


Werner M. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM): Mission overview. J. Telecom (Frequenz), 2001. 55. pp. 75-79.

Pivnyak G., Busygin B., Nikulin S. Geoinformation System RAPID as the Means of Solving the Problems of Environment and Nature Management // SWEMP 2010, Prague, Czech Republic. 7 р.