Геологическое моделирование
Прикладная наука создания компьютерных изображений участков земной коры.
Программное обеспечение для геологического картирования, отображающее снимок экрана структурной карты, созданной для 8500-футового газового и нефтяного резервуара в месторождении Земля, округ Вермилион , Эрат, Луизиана . Разрыв слева направо около верхней части контурной карты указывает на линию разлома . Эта линия разлома находится между сине-зелеными контурными линиями и фиолетово-красно-желтыми контурными линиями. Тонкая красная круглая контурная линия в середине карты указывает на верхнюю часть нефтяного резервуара. Поскольку газ плавает над нефтью, тонкая красная контурная линия отмечает зону контакта газа и нефти.

Геологическое моделирование, геологическое моделирование или геомоделирование — это прикладная наука создания компьютерных представлений частей земной коры на основе геофизических и геологических наблюдений, проводимых на поверхности Земли и под ней. Геомодель — это числовой эквивалент трехмерной геологической карты, дополненной описанием физических величин в интересующей области. [1] Геомоделирование связано с концепцией Shared Earth Model; [2] которая представляет собой многопрофильную, совместимую и обновляемую базу знаний о недрах.

Геомоделирование обычно используется для управления природными ресурсами , выявления стихийных бедствий и количественной оценки геологических процессов , с основными приложениями к нефтяным и газовым месторождениям, подземным водоносным горизонтам и рудным месторождениям. Например, в нефтегазовой промышленности реалистичные геологические модели требуются в качестве входных данных для программ моделирования резервуаров , которые предсказывают поведение пород при различных сценариях добычи углеводородов . Резервуар может быть разработан и добыт только один раз; поэтому ошибка, связанная с выбором участка с плохими условиями для разработки, является трагичной и расточительной. Использование геологических моделей и моделирования резервуаров позволяет инженерам-разработчикам определить, какие варианты добычи предлагают наиболее безопасный и экономичный, эффективный и действенный план разработки конкретного резервуара.

Геологическое моделирование — сравнительно новая поддисциплина геологии , которая объединяет структурную геологию , седиментологию , стратиграфию , палеоклиматологию и диагенез ;

В 2-мерном пространстве (2D) геологическая формация или единица представлена ​​полигоном, который может быть ограничен разломами, несогласиями или его боковой протяженностью или обрезкой. В геологических моделях геологическая единица ограничена 3-мерными (3D) триангулированными или сетчатыми поверхностями. Эквивалентом картографированного полигона является полностью замкнутая геологическая единица, использующая триангулированную сетку. Для целей моделирования свойств или жидкости эти объемы могут быть дополнительно разделены на массив ячеек, часто называемых вокселями (объемными элементами). Эти 3D-сетки эквивалентны 2D-сеткам, используемым для выражения свойств отдельных поверхностей.

Геомоделирование обычно включает следующие этапы: [3]

  1. Предварительный анализ геологического контекста исследуемой области.
  2. Интерпретация имеющихся данных и наблюдений в виде наборов точек или полигональных линий (например, «разломных стержней», соответствующих разломам на вертикальном сейсмическом разрезе).
  3. Построение структурной модели, описывающей основные границы горных пород (горизонтов, несогласий, интрузий, разломов) [4]
  4. Определение трехмерной сетки, соответствующей структурной модели, для поддержки объемного представления неоднородности (см. Геостатистика ) и решения уравнений в частных производных , которые управляют физическими процессами в недрах (например, распространением сейсмических волн , переносом жидкости в пористой среде).

Компоненты геологического моделирования

Структурный каркас

Включение пространственных положений основных границ формации, включая эффекты разломов , складок и эрозии ( несогласий ). Основные стратиграфические подразделения далее подразделяются на слои ячеек с различной геометрией по отношению к ограничивающим поверхностям (параллельно вершине, параллельно основанию, пропорционально). Максимальные размеры ячеек диктуются минимальными размерами объектов, которые должны быть разрешены (повседневный пример: на цифровой карте города местоположение городского парка может быть адекватно разрешено одним большим зеленым пикселем, но для определения местоположения баскетбольной площадки, бейсбольного поля и бассейна необходимо использовать гораздо меньшие пиксели – с более высоким разрешением).

Тип породы

Каждой ячейке в модели назначается тип породы. В прибрежной обломочной среде это может быть пляжный песок, морской верхний береговой песок с высокой энергией воды, морской нижний береговой песок с промежуточной энергией воды и более глубокий морской ил и сланец с низкой энергией . Распределение этих типов породы в модели контролируется несколькими методами, включая полигоны границ карты, карты вероятности типа породы или статистически размещенные на основе достаточно близко расположенных скважинных данных.

Качество коллектора

Параметры качества коллектора почти всегда включают пористость и проницаемость , но могут включать показатели содержания глины, факторы цементации и другие факторы, которые влияют на хранение и доставку жидкостей, содержащихся в порах этих пород. Геостатистические методы чаще всего используются для заполнения ячеек значениями пористости и проницаемости, которые подходят для типа породы каждой ячейки.

Насыщенность флюидом

Трехмерная сетка конечных разностей , используемая в MODFLOW для моделирования потока грунтовых вод в водоносном горизонте.

Большая часть горных пород полностью насыщена грунтовыми водами . Иногда, при правильных условиях, часть порового пространства в горной породе занята другими жидкостями или газами. В энергетической промышленности нефть и природный газ являются наиболее часто моделируемыми жидкостями. Предпочтительные методы расчета насыщенности углеводородами в геологической модели включают оценку размера поровых каналов, плотности жидкостей и высоты ячейки над контактом с водой , поскольку эти факторы оказывают самое сильное влияние на капиллярное действие , которое в конечном итоге контролирует насыщенность жидкостью.

Геостатистика

Важная часть геологического моделирования связана с геостатистикой . Для представления наблюдаемых данных, часто не на регулярных сетках, мы должны использовать определенные методы интерполяции. Наиболее широко используемым методом является кригинг , который использует пространственную корреляцию между данными и намеревается построить интерполяцию с помощью полувариограмм. Для воспроизведения более реалистичной пространственной изменчивости и оценки пространственной неопределенности между данными часто используется геостатистическое моделирование на основе вариограмм, обучающих изображений или параметрических геологических объектов, например [5]

Месторождения полезных ископаемых

Геологи, занимающиеся добычей полезных ископаемых и разведкой полезных ископаемых, используют геологическое моделирование для определения геометрии и размещения месторождений полезных ископаемых в недрах земли. Геологические модели помогают определить объем и концентрацию полезных ископаемых, к которым применяются экономические ограничения для определения экономической ценности минерализации . Месторождения полезных ископаемых, которые считаются экономически выгодными, могут быть разработаны в шахту .

Технологии

Геомоделирование и САПР имеют много общих технологий. Программное обеспечение обычно реализуется с использованием объектно-ориентированных технологий программирования на C++ , Java или C# на одной или нескольких компьютерных платформах. Графический пользовательский интерфейс обычно состоит из одного или нескольких 3D- и 2D-графических окон для визуализации пространственных данных, интерпретаций и результатов моделирования. Такая визуализация обычно достигается путем использования графического оборудования . Взаимодействие с пользователем в основном осуществляется с помощью мыши и клавиатуры, хотя в некоторых особых случаях могут использоваться 3D-указывающие устройства и иммерсивные среды . ГИС (географическая информационная система) также является широко используемым инструментом для обработки геологических данных.

Геометрические объекты представлены параметрическими кривыми и поверхностями или дискретными моделями, такими как полигональные сетки . [4] [6]

Гравитационные максимумы

Исследования в области геомоделирования

Проблемы, связанные с геомоделированием: [7] [8]

  • Определение подходящей онтологии для описания геологических объектов в различных масштабах, представляющих интерес,
  • Интеграция различных типов наблюдений в трехмерные геомодели: данные геологического картирования, данные скважин и их интерпретации, сейсмические изображения и интерпретации, данные потенциальных полей, данные испытаний скважин и т. д.,
  • Лучший учет геологических процессов при построении модели,
  • Характеризуя неопределенность геомоделей, чтобы помочь оценить риск. Поэтому геомоделирование тесно связано с геостатистикой и теорией обратных задач ,
  • Применение недавно разработанного многоточечного геостатистического моделирования (MPS) для интеграции различных источников данных, [9]
  • Автоматическая оптимизация геометрии и сохранение топологии [10]

История

В 70-х годах геомоделирование в основном состояло из автоматических 2D картографических методов, таких как контурирование, реализованных в виде процедур FORTRAN, напрямую взаимодействующих с оборудованием для построения графиков . Появление рабочих станций с возможностями 3D-графики в 80-х годах породило новое поколение программного обеспечения для геомоделирования с графическим пользовательским интерфейсом, которое стало зрелым в 90-х годах. [11] [12] [13]

С момента своего возникновения геомоделирование в основном мотивировалось и поддерживалось нефтегазовой промышленностью.

Программное обеспечение для геологического моделирования

Разработчики программного обеспечения создали несколько пакетов для целей геологического моделирования. Такое программное обеспечение может отображать, редактировать, оцифровывать и автоматически рассчитывать параметры, необходимые инженерам, геологам и геодезистам. Текущее программное обеспечение в основном разрабатывается и коммерциализируется поставщиками программного обеспечения для нефтегазовой или горнодобывающей промышленности:

Геологическое моделирование и визуализация
  • Пакет IRAP RMS
  • GeoticMine
  • Геомоделер3D
  • Пакет DecisionSpace Geosciences
  • Dassault Systèmes GEOVIA предоставляет Surpac, GEMS и Minex для геологического моделирования.
  • GSI3D
  • Mira Geoscience предоставляет GOCAD Mining Suite — программное обеспечение для трехмерного геологического моделирования, которое компилирует, моделирует и анализирует данные для их достоверной интерпретации с учетом всех данных.
  • Seequent предоставляет программное обеспечение для трехмерного геологического моделирования Leapfrog, а также трехмерного моделирования Geosoft GM-SYS и VOXI.
  • Maptek предоставляет Vulcan, модульное программное обеспечение для 3D-визуализации для геологического моделирования и планирования горных работ.
  • Micromine — это комплексное и простое в использовании решение для геологоразведки и проектирования горных работ, предлагающее интегрированные инструменты для моделирования, оценки, проектирования, оптимизации и планирования.
  • Буревестник
  • Скальные сооружения
  • SGS Генезис
  • Двигаться
  • SKUA-GOCAD
  • Datamine Software предоставляет Studio EM и Studio RM для геологического моделирования
  • BGS Groundhog Desktop — бесплатное программное обеспечение, разработанное Управлением геоаналитики и моделирования Британской геологической службы.
  • GeoScene3D
Моделирование грунтовых вод
  • ZOOMQ3D

Более того, отраслевые консорциумы или компании специально работают над улучшением стандартизации и функциональной совместимости баз данных наук о Земле и программного обеспечения для геомоделирования:

  • Стандартизация: GeoSciML Комиссии по управлению и применению геологической информации Международного союза геологических наук.
  • Стандартизация: RESQML (tm) от Energistics
  • Совместимость: OpenSpirit, от TIBCO(r)

Смотрите также

Ссылки

  • Болдук А.М., Риверен Миннесота, Лефевр Р., Фаллара Ф. и Паради С.Дж., 2006. Эскерс: À la recherche de l'or bleu. La Science au Québec: http://www.sciencepresse.qc.ca/archives/quebec/capque0606f.html.
  • Faure, Stéphane, Godey, Stéphanie, Fallara, Francine и Trépanier, Sylvain. (2011). Сейсмическая архитектура архейской североамериканской мантии и ее связь с алмазоносными кимберлитовыми полями. Economic Geology, март–апрель 2011 г., т. 106, стр. 223–240. http://econgeol.geoscienceworld.org/content/106/2/223.abstract
  • Fallara, Francine, Legault, Marc и Rabeau, Olivier (2006). 3-D интегрированное геологическое моделирование в субпровинции Абитиби (Квебек, Канада): методы и приложения. Геология разведки и добычи полезных ископаемых, т. 15, №№ 1–2, стр. 27–41. [1]
  • Берг, Р. К., Мазерс, С. Дж., Кесслер, Х. и Кифер, Д. А., 2011. Краткий обзор современного трехмерного геологического картирования и моделирования в Геологической службе, Шампейн, Иллинойс: Геологическая служба штата Иллинойс, циркуляр 578. https://web.archive.org/web/20111009122101/http://library.isgs.uiuc.edu/Pubs/pdfs/circulars/c578.pdf
  • Тернер, АК; Гейбл, К. (2007). "Обзор геологического моделирования. В: Трехмерное геологическое картирование для приложений грунтовых вод, расширенные рефераты семинара" (PDF) . Денвер, Колорадо. Архивировано из оригинала (PDF) 21.11.2008.
  • Кесслер, Х., Мазерс, С., Напье, Б., Террингтон, Р. и Собиш, Х.-Г. (2007). «Настоящее и будущее построение и предоставление 3D-геологических моделей в Британской геологической службе».{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )(Ежегодное собрание GSA в Денвере. Плакат)
  • Wycisk, P., Gossel W., Schlesier, D. & Neumann, C. (2007). "Интегрированное 3D-моделирование геологии и гидрогеологии подземных вод для управления городскими грунтовыми водами" (PDF) . Международный симпозиум по новым направлениям в управлении городскими водными ресурсами. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-12-17.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Кесслер, Х., Матерс, С., Леллиотт, М., Хьюз, А. и Макдональд, Д. (2007). "Строгие 3D геологические модели как основа для моделирования грунтовых вод. В: Трехмерное геологическое картирование для приложений грунтовых вод, расширенные рефераты семинара" (PDF) . Денвер, Колорадо. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-12-03.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Merritt, JE, Monaghan, A., Entwisle, D., Hughes, A., Campbell, D. & Browne, M. (август 2007 г.). «Трехмерные атрибутивные модели для решения проблем экологии и инженерии геонауки в районах городской регенерации – исследование случая в Глазго, Великобритания. В: First Break, Special Topic Environmental and Engineering Geoscience» (PDF) . стр. Том 25, стр. 79–84.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  • Кевин Б. Спраг и Эрик А. де Кемп. (2005) Интерпретативные инструменты для трехмерного структурного геологического моделирования. Часть II: Проектирование поверхности на основе разреженных пространственных данных http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1046957.1046969&coll=&dl=ACM
  • de Kemp, EA (2007). 3-D геологическое моделирование, поддерживающее разведку полезных ископаемых. В: Goodfellow, WD, ed., Mineral Deposits of Canada: A Synthesis of Major Deposits Types, District Metallogeny, the Evolution of Geological Provinces, and Exploration Methods: Geological Association of Canada, Mineral Deposits Division, Special Publication 5, p. 1051–1061. https://web.archive.org/web/20081217170553/http://gsc.nrcan.gc.ca/mindep/method/3d/pdf/dekemp_3dgis.pdf

Сноски

  1. ^ Mallet, JL (2008). Численные модели Земли. Европейская ассоциация геологов и инженеров (EAGE Publications bv). ISBN 978-90-73781-63-4. Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2013-08-20 .
  2. ^ Fanchi, John R. (август 2002 г.). Совместное моделирование Земли: Методологии комплексного моделирования резервуаров. Gulf Professional Publishing (импринт Elsevier). стр. xi–306. ISBN 978-0-7506-7522-2.
  3. ^ Чен, Шан-Ин; Се, Биенг-Зих; Сюй, Го-Чин; Чанг, И-Фей; Лю, Цзя-Вэй; Фан, Кай-Чун; Чан, Ли-Вэй; Хан, Инь-Лунг (январь 2021 г.). «Расстояние между скважинами дублета на геотермальной площадке Хуангцуйшань, Тайвань». Геотермия . 89 : 101968. Бибкод : 2021Geoth..8901968C. doi :10.1016/j.geothermics.2020.101968. S2CID  224972986.
  4. ^ ab Комон, Г., Коллон-Друайе, П., Ле Карлье де Веслюд, К., Сосс, Дж. и Визер, С. (2009), Поверхностное 3D-моделирование геологических структур, Математические науки о Земле , 41 (9): 927–945
  5. ^ Карденас, IC (2023). «Двумерный подход к количественной оценке стратиграфической неопределенности по данным скважин с использованием неоднородных случайных полей». Инженерная геология . 314 : 107001. Bibcode : 2023EngGe.31407001C. doi : 10.1016/j.enggeo.2023.107001 . S2CID  255634245.
  6. ^ Маллет, Дж.-Л., Геомоделирование, Серия прикладной геостатистики. Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-514460-4 
  7. ^ Комон, Г., На пути к стохастическому геологическому моделированию, изменяющемуся во времени (2010), Математические науки о Земле , 42(5):(555-569)
  8. ^ Перрен, М., Чжу, Б., Райно, Дж. Ф. и Шнайдер, С. (2005), Приложения на основе знаний для геологического моделирования, «Журнал нефтяной науки и техники», 47(1–2):89–104
  9. ^ Тахмасеби, П., Хезархани, А., Сахими, М., 2012, Многоточечное геостатистическое моделирование на основе функций взаимной корреляции, Computational Geosciences, 16(3):779-79742
  10. ^ MR Alvers, HJ Götze, B. Lahmeyer, C. Plonka и S. Schmidt, 2013, Достижения в 3D-моделировании потенциального поля EarthDoc, 75-я конференция и выставка EAGE, включающая SPE EUROPEC 2013
  11. ^ История динамической графики. Архивировано 25 июля 2011 г. на Wayback Machine.
  12. ^ Происхождение программного обеспечения Gocad
  13. ^ JL Mallet, P. Jacquemin и N. Cheimanoff (1989). Проект GOCAD: Геометрическое моделирование сложных геологических поверхностей, SEG Expanded Abstracts 8, 126, doi :10.1190/1.1889515
  • Геологическое моделирование в Британской геологической службе
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Geologic_modelling&oldid=1269958372"