Ciencia aplicada a la creación de representaciones computarizadas de porciones de la corteza terrestre.
El modelado geológico, modelado geológico o geomodelado es la ciencia aplicada de crear representaciones computarizadas de porciones de la corteza terrestre basadas en observaciones geofísicas y geológicas realizadas sobre y debajo de la superficie terrestre. Un geomodelo es el equivalente numérico de un mapa geológico tridimensional complementado con una descripción de cantidades físicas en el dominio de interés. [1]
El geomodelado está relacionado con el concepto de Modelo Terrestre Compartido; [2]
que es una base de conocimientos multidisciplinaria, interoperable y actualizable sobre el subsuelo.
El geomodelado se utiliza comúnmente para gestionar recursos naturales , identificar peligros naturales y cuantificar procesos geológicos , con aplicaciones principales en campos de petróleo y gas, acuíferos subterráneos y depósitos de minerales . Por ejemplo, en la industria del petróleo y el gas , se requieren modelos geológicos realistas como entrada para los programas de simulación de yacimientos , que predicen el comportamiento de las rocas en diversos escenarios de recuperación de hidrocarburos . Un yacimiento sólo puede desarrollarse y producirse una vez; por lo tanto, cometer un error al seleccionar un sitio con malas condiciones para el desarrollo es trágico y un desperdicio. El uso de modelos geológicos y simulación de yacimientos permite a los ingenieros de yacimientos identificar qué opciones de recuperación ofrecen el plan de desarrollo más seguro, económico, eficiente y eficaz para un yacimiento en particular.
En 2 dimensiones (2D), una formación o unidad geológica está representada por un polígono, que puede estar delimitado por fallas, discordancias o por su extensión lateral o cultivo. En los modelos geológicos, una unidad geológica está delimitada por superficies tridimensionales (3D) trianguladas o cuadriculadas. El equivalente al polígono cartografiado es la unidad geológica completamente cerrada, utilizando una malla triangulada. Para fines de modelado de propiedades o fluidos, estos volúmenes se pueden separar en una serie de celdas, a menudo denominadas vóxeles (elementos volumétricos). Estas cuadrículas 3D son equivalentes a las cuadrículas 2D utilizadas para expresar propiedades de superficies individuales.
El geomodelado generalmente implica los siguientes pasos: [3]
Análisis preliminar del contexto geológico del dominio de estudio.
Interpretación de los datos y observaciones disponibles como conjuntos de puntos o líneas poligonales (por ejemplo, "palos de falla" correspondientes a fallas en una sección sísmica vertical).
Construcción de un modelo estructural que describe los principales límites de las rocas (horizontes, discordancias, intrusiones, fallas) [4]
Definición de una malla tridimensional que respeta el modelo estructural para soportar la representación volumétrica de la heterogeneidad (ver Geoestadística ) y resolver las ecuaciones diferenciales parciales que gobiernan los procesos físicos en el subsuelo (por ejemplo, propagación de ondas sísmicas , transporte de fluidos en medios porosos).
Componentes de modelado geológico
Marco estructural
Incorporar las posiciones espaciales de los límites de las principales formaciones, incluidos los efectos de fallas , plegamientos y erosión ( discordancias ). Las principales divisiones estratigráficas se subdividen en capas de celdas con diferentes geometrías en relación con las superficies delimitadoras (paralelas a la parte superior, paralelas a la base, proporcionales). Las dimensiones máximas de las celdas están dictadas por los tamaños mínimos de las entidades a resolver (ejemplo cotidiano: en un mapa digital de una ciudad, la ubicación de un parque de la ciudad podría resolverse adecuadamente mediante un gran píxel verde, pero para definir las ubicaciones de los cancha de baloncesto, el campo de béisbol y la piscina, es necesario utilizar píxeles mucho más pequeños (mayor resolución).
tipo de roca
A cada celda del modelo se le asigna un tipo de roca. En un ambiente clástico costero , estos podrían ser arena de playa, arena marina de alta energía del agua en la parte superior de la costa , arena marina de energía del agua intermedia en la parte inferior de la costa y limo y esquisto marinos más profundos y de baja energía . La distribución de estos tipos de rocas dentro del modelo se controla mediante varios métodos, incluidos polígonos de límites de mapas, mapas de probabilidad de tipos de rocas o emplazamientos estadísticos basados en datos de pozos suficientemente espaciados.
Calidad del yacimiento
Los parámetros de calidad del yacimiento casi siempre incluyen porosidad y permeabilidad , pero pueden incluir medidas de contenido de arcilla, factores de cementación y otros factores que afectan el almacenamiento y la capacidad de entrega de los fluidos contenidos en los poros de esas rocas. Las técnicas geoestadísticas se utilizan con mayor frecuencia para poblar las celdas con valores de porosidad y permeabilidad que sean apropiados para el tipo de roca de cada celda.
Saturación de fluidos
La mayor parte de la roca está completamente saturada de agua subterránea . A veces, en las condiciones adecuadas, parte del espacio poroso de la roca está ocupado por otros líquidos o gases. En la industria energética, el petróleo y el gas natural son los fluidos que se modelan con mayor frecuencia. Los métodos preferidos para calcular las saturaciones de hidrocarburos en un modelo geológico incorporan una estimación del tamaño de la garganta de los poros, las densidades de los fluidos y la altura de la celda sobre el contacto con el agua , ya que estos factores ejercen la mayor influencia sobre la acción capilar , que en última instancia controla. saturaciones de fluidos.
Geoestadística
Una parte importante del modelado geológico está relacionada con la geoestadística . Para representar los datos observados, a menudo no en cuadrículas regulares, tenemos que utilizar ciertas técnicas de interpolación. La técnica más utilizada es el kriging
, que utiliza la correlación espacial entre datos y pretende construir la interpolación mediante semivariogramas. Para reproducir una variabilidad espacial más realista y ayudar a evaluar la incertidumbre espacial entre datos, a menudo se utiliza la simulación geoestadística basada en variogramas, imágenes de entrenamiento u objetos geológicos paramétricos, por ejemplo, [5]
El geomodelado y el CAD comparten muchas tecnologías comunes. El software generalmente se implementa utilizando tecnologías de programación orientada a objetos en C++ , Java o C# en una o varias plataformas informáticas. La interfaz gráfica de usuario generalmente consta de una o varias ventanas de gráficos 3D y 2D para visualizar datos espaciales, interpretaciones y resultados de modelado. Esta visualización generalmente se logra mediante la explotación del hardware gráfico . La interacción del usuario se realiza principalmente a través del ratón y el teclado, aunque en algunos casos específicos se pueden utilizar dispositivos señaladores 3D y entornos inmersivos . SIG (Sistema de Información Geográfica) también es una herramienta ampliamente utilizada para manipular datos geológicos.
Los objetos geométricos se representan con curvas y superficies paramétricas o modelos discretos como mallas poligonales . [4] [6]
Investigación en Geomodelado
Problemas relacionados con el Geomodelado cubren: [7] [8]
Definir una ontología apropiada para describir objetos geológicos en varias escalas de interés.
Integrar diversos tipos de observaciones en geomodelos 3D: datos de mapeo geológico, datos e interpretaciones de pozos, imágenes e interpretaciones sísmicas, datos de campo potenciales, datos de pruebas de pozos, etc.
Mejor contabilidad de los procesos geológicos durante la construcción del modelo.
Caracterizar la incertidumbre sobre los geomodelos para ayudar a evaluar el riesgo. Por lo tanto, el geomodelado tiene una estrecha conexión con la geoestadística y la teoría del problema inverso .
Aplicación de las simulaciones geoestadísticas de múltiples puntos (MPS) desarrolladas recientemente para integrar diferentes fuentes de datos, [9]
Optimización automatizada de la geometría y conservación de la topología [10]
Historia
En los años 70, el geomodelado consistía principalmente en técnicas cartográficas 2D automáticas, como el contorno, implementadas como rutinas FORTRAN que se comunicaban directamente con el hardware de trazado . La llegada de las estaciones de trabajo con capacidades de gráficos 3D durante los años 80 dio origen a una nueva generación de software de geomodelado con interfaz gráfica de usuario que maduró durante los años 90. [11] [12] [13]
Desde sus inicios, el geomodelado ha estado motivado y apoyado principalmente por la industria del petróleo y el gas.
Software de modelado geológico
Los desarrolladores de software han creado varios paquetes con fines de modelado geológico. Dicho software puede mostrar, editar, digitalizar y calcular automáticamente los parámetros requeridos por ingenieros, geólogos y topógrafos. El software actual es desarrollado y comercializado principalmente por proveedores de software de la industria del petróleo y el gas o de la minería:
Mira Geoscience proporciona GOCAD Mining Suite, un software de modelado geológico 3D que compila, modela y analiza para una interpretación válida que respete todos los datos.
Seequent proporciona modelado geológico 3D Leapfrog y software de modelado 3D Geosoft GM-SYS y VOXI.
Maptek proporciona Vulcan, software de visualización modular 3D para modelado geológico y planificación minera
Micromine es una solución de exploración y diseño de minas integral y fácil de usar, que ofrece herramientas integradas para modelado, estimación, diseño, optimización y programación.
Además, los consorcios o empresas de la industria están trabajando específicamente para mejorar la estandarización y la interoperabilidad de las bases de datos de ciencias de la tierra y el software de geomodelado:
Estandarización: GeoSciML por la Comisión para la Gestión y Aplicación de la Información Geocientífica, de la Unión Internacional de Ciencias Geológicas.
Bolduc, AM, Riverin, MN., Lefebvre, R., Fallara, F. et Paradis, SJ, 2006. Eskers: À la recherche de l'or bleu. La Science au Québec: http://www.sciencepresse.qc.ca/archives/quebec/capque0606f.html
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Notas a pie de página
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enlaces externos
Modelado geológico en el Servicio Geológico Británico