Геологическое моделирование
Геологическое моделирование, геологическое моделирование или геомоделирование — это прикладная наука о создании компьютеризированных изображений частей земной коры на основе геофизических и геологических наблюдений, выполненных на поверхности Земли и под ней. Геомодель — это численный эквивалент трехмерной геологической карты , дополненной описанием физических величин в интересующей области. [1] Геомоделирование связано с концепцией общей модели Земли; [2] которая представляет собой междисциплинарную, совместимую и обновляемую базу знаний о недрах.
Геомоделирование обычно используется для управления природными ресурсами , выявления природных опасностей и количественной оценки геологических процессов , с основными приложениями к месторождениям нефти и газа, водоносным горизонтам подземных вод и рудным месторождениям. Например, в нефтегазовой отрасли реалистичные геологические модели необходимы в качестве входных данных для программ моделирования пластов , которые прогнозируют поведение горных пород при различных сценариях добычи углеводородов . Резервуар можно разрабатывать и добывать только один раз; поэтому допустить ошибку, выбрав участок с плохими условиями для застройки, трагично и расточительно. Использование геологических моделей и моделирования резервуаров позволяет инженерам-разработчикам определить, какие варианты добычи предлагают наиболее безопасный и наиболее экономичный, эффективный и действенный план разработки конкретного резервуара.
Геологическое моделирование является относительно недавним разделом геологии , который объединяет структурную геологию , седиментологию , стратиграфию , палеоклиматологию и диагенез ;
В двумерном измерении (2D) геологическая формация или единица представлена многоугольником, который может быть ограничен разломами, несогласиями или его латеральной протяженностью или рельефом. В геологических моделях геологическая единица ограничена трехмерными (3D) триангулированными или сетчатыми поверхностями. Эквивалентом нанесенного на карту полигона является полностью замкнутая геологическая единица, использующая триангулированную сетку. В целях моделирования свойств или жидкости эти объемы можно дополнительно разделить на массив ячеек, часто называемый вокселами (объемными элементами). Эти 3D-сетки эквивалентны 2D-сеткам, используемым для выражения свойств отдельных поверхностей.
Геомоделирование обычно включает в себя следующие этапы: [3]
- Предварительный анализ геологического контекста изучаемой территории.
- Интерпретация имеющихся данных и наблюдений в виде наборов точек или ломаных линий (например, «разломов», соответствующих разломам на вертикальном сейсмическом разрезе).
- Построение структурной модели, описывающей основные границы горных пород (горизонты, несогласия, интрузии, разломы) [4]
- Определение трехмерной сетки с учетом 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 пористых средах).
Компоненты геологического моделирования
[ редактировать ]Структурная основа
[ редактировать ]Учет пространственного положения основных границ пласта, включая эффекты разломов , складок и эрозии ( несогласий ). Основные стратиграфические подразделения далее подразделяются на слои ячеек с различной геометрией по отношению к ограничивающим поверхностям (параллельно верху, параллельно основанию, пропорционально). Максимальные размеры ячеек определяются минимальными размерами объектов, подлежащих разрешению (пример из повседневной жизни: на цифровой карте города расположение городского парка может быть адекватно разрешено одним большим зеленым пикселем, но для определения местоположения баскетбольная площадка, бейсбольное поле и бассейн, необходимо использовать пиксели гораздо меньшего размера — с более высоким разрешением).
Тип породы
[ редактировать ]Каждой ячейке модели присвоен тип породы. В прибрежной обломочной среде это может быть пляжный песок, морской песок с высокой энергией воды в верхней части берега , песок с средней энергией воды в нижней части берега и более глубокий морской ил и сланец с низкой энергией . Распределение этих типов пород в модели контролируется несколькими методами, включая карты границ полигонов, карты вероятности типов пород или статистическое размещение на основе данных достаточно близко расположенных скважин.
Качество пласта
[ редактировать ]Параметры качества коллектора почти всегда включают пористость и проницаемость , но могут включать показатели содержания глины, коэффициенты цементации и другие факторы, влияющие на хранение и выносливость флюидов, содержащихся в порах этих пород. Геостатистические методы чаще всего используются для заполнения ячеек значениями пористости и проницаемости, соответствующими типу породы каждой ячейки.
Насыщение жидкостью
[ редактировать ]
Большая часть породы полностью насыщена водами грунтовыми . Иногда при определенных условиях часть порового пространства породы занята другими жидкостями или газами. В энергетической отрасли нефть и природный газ являются наиболее часто моделируемыми жидкостями. Предпочтительные методы расчета насыщенности углеводородами в геологической модели включают оценку размера порового канала, плотности флюидов и высоты ячейки над контактом с водой , поскольку эти факторы оказывают наиболее сильное влияние на капиллярное действие , которое в конечном итоге контролирует насыщенность флюидами.
Геостатистика
[ редактировать ]Важная часть геологического моделирования связана с геостатистикой . Чтобы представить наблюдаемые данные, частоне на обычных сетках, нам приходится использовать определенные методы интерполяции. Самый распространенный метод – кригинг. который использует пространственную корреляцию между данными и намеревается построить интерполяцию с помощью полувариограмм. Чтобы воспроизвести более реалистичную пространственную изменчивость и помочь оценить пространственную неопределенность между данными, часто используется геостатистическое моделирование на основе вариограмм, обучающих изображений или параметрических геологических объектов, например [5]
Месторождения полезных ископаемых
[ редактировать ]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 экономические ограничения применяются для определения экономической ценности минерализации . Месторождения полезных ископаемых, считающиеся экономически выгодными, могут быть превращены в рудники .
Технология
[ редактировать ]Геомоделирование и САПР имеют много общих технологий. Программное обеспечение обычно реализуется с использованием технологий объектно-ориентированного программирования на C++ , Java или C# на одной или нескольких компьютерных платформах. Графический интерфейс пользователя обычно состоит из одного или нескольких 3D- и 2D-графических окон для визуализации пространственных данных, интерпретации и результатов моделирования. Такая визуализация обычно достигается за счет использования графического оборудования . Взаимодействие с пользователем в основном осуществляется с помощью мыши и клавиатуры, хотя трехмерные указывающие устройства и иммерсивные среды в некоторых конкретных случаях могут использоваться . ГИС (географическая информационная система) также является широко используемым инструментом для управления геологическими данными.
Геометрические объекты представлены параметрическими кривыми и поверхностями или дискретными моделями, такими как полигональные сетки . [4] [6]
Исследования в области геомоделирования
[ редактировать ]Проблемы, связанные с геомоделированием: [7] [8]
- Определение подходящей онтологии для описания геологических объектов в различных масштабах, представляющих интерес,
- Интеграция различных типов наблюдений в 3D-геомодели: данные геологического картирования, скважинные данные и интерпретации, сейсмические изображения и интерпретации, данные потенциальных месторождений, данные испытаний скважин и т. д.,
- Лучший учет геологических процессов при построении модели,
- Характеристика неопределенности в отношении геомоделей для помощи в оценке риска. Таким образом, 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
[ редактировать ]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 создания геомоделирование в основном мотивировалось и поддерживалось нефтегазовой промышленностью.
Программное обеспечение для геологического моделирования
[ редактировать ]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
- ГеотикМайн
- Геомоделист3D
- Пакет решений DecisionSpace для геолого-геофизических исследований
- Dassault Systèmes GEOVIA предоставляет Surpac, GEMS и Minex для геологического моделирования.
- GSI3D
- Mira Geoscience предоставляет GOCAD Mining Suite — программное обеспечение для 3D-геологического моделирования, которое компилирует, моделирует и анализирует для достоверной интерпретации, учитывающей все данные.
- Seequent предоставляет Leapfrog, программное обеспечение для 3D- геологического моделирования а также программное обеспечение для 3D-моделирования Geosoft GM-SYS и VOXI.
- Maptek предоставляет модульное программное обеспечение Vulcan для 3D-визуализации для геологического моделирования и планирования горных работ.
- Micromine — это комплексное и простое в использовании решение для геологоразведки и проектирования горных работ, которое предлагает интегрированные инструменты для моделирования, оценки, проектирования, оптимизации и планирования.
- Буревестник
- Рокворкс
- СГС Генезис
- Двигаться
- СКУА-ГОКАД
- Datamine Software предоставляет Studio EM и Studio RM для геологического моделирования.
- BGS Groundhog Desktop, разработанное Управлением геоаналитики и моделирования Британской геологической службы. Бесплатное программное обеспечение
- Моделирование подземных вод
- ZOOMQ3D
Более того, отраслевые консорциумы или компании специально работают над улучшением стандартизации и совместимости баз данных по наукам о Земле и программного обеспечения для геомоделирования:
- Стандартизация: GeoSciML, разработанная Комиссией по управлению и применению геонаучной информации Международного союза геологических наук.
- Стандартизация: RESQML (tm) от Energistics
- Совместимость: OpenSpirit от TIBCO(r)
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- Болдук А.М., Риверен Миннесота, Лефевр Р., Фаллара Ф. и Паради С.Дж., 2006. Эскерс: В поисках голубого золота. Наука в Квебеке: http://www.sciencepresse.qc.ca/archives/quebec/capque0606f.html
- Фор, Стефан, Годи, Стефани, Фаллара, Франсин и Трепанье, Сильвен. (2011). Сейсмическая архитектура архейской североамериканской мантии и ее связь с алмазоносными кимберлитовыми полями. Экономическая геология, март – апрель 2011 г., т. 106, с. 223–240. http://econgeol.geoscienceworld.org/content/106/2/223.abstract
- Фаллара, Франсин, Лего, Марк и Рабо, Оливье (2006). Трехмерное комплексное геологическое моделирование в субпровинции Абитиби (Квебек, Канада): методы и приложения. Разведка и горная геология, Vol. 15, № 1–2, стр. 27–41. http://web.cim.org/geosoc/docs/pdf/EMG15_3_Fallara_etal.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- Берг Р.К., Мазерс С.Дж., Кесслер Х. и Кифер Д.А., 2011. Обзор современного трехмерного геологического картирования и моделирования в организации геологической службы, 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 подземных вод, расширенные тезисы семинара» (PDF) . Денвер, Колорадо. Архивировано из оригинала (PDF) 21 ноября 2008 г.
- Кесслер Х., Мазерс С., Нэпьер Б., Террингтон Р. и Собиш Х.-Г. (2007). «Настоящее и будущее создание и поставка 3D геологических моделей в Британскую геологическую службу» .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) (Ежегодное собрание GSA в Денвере. Плакат) - Выциск П., Госсель В., Шлезьер Д. и Нейман К. (2007). «Комплексное 3D-моделирование геологии и гидрогеологии недр для управления городскими подземными водами» (PDF) . Международный симпозиум по новым направлениям управления городскими водными ресурсами. Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Кесслер Х., Мазерс С., Леллиотт М., Хьюз А. и Макдональд Д. (2007). «Тщательные трехмерные геологические модели как основа моделирования подземных вод. В: Трехмерное геологическое картирование для применения в подземных водах, расширенные тезисы семинара» (PDF) . Денвер, Колорадо. Архивировано из оригинала (PDF) 3 декабря 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - Мерритт Дж. Э., Монаган А., Энтуисл Д., Хьюз А., Кэмпбелл Д. и Браун М. (август 2007 г.). «3D-атрибутивные модели для решения экологических и инженерных геонаучных проблем в районах возрождения городов – тематическое исследование 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. Спрэг и Эрик А. де Кемп. (2005) Инструменты интерпретации 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
- де Кемп, Э.А. (2007). Трехмерное геологическое моделирование для разведки полезных ископаемых. В: Гудфеллоу, У.Д., редактор, Минеральные месторождения Канады: синтез основных типов месторождений, районная металлогения, эволюция геологических провинций и методы разведки: Геологическая ассоциация Канады, Отдел минеральных месторождений, специальная публикация 5, стр. 1051–1061. https://web.archive.org/web/20081217170553/http://gsc.nrcan.gc.ca/mindep/method/3d/pdf/dekemp_3dgis.pdf
Сноски
[ редактировать ]- ^ Маллет, Дж.Л. (2008). Численные модели Земли . Европейская ассоциация геологов и инженеров (EAGE Publications bv). ISBN 978-90-73781-63-4 . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 20 августа 2013 г.
- ^ Фанчи, Джон Р. (август 2002 г.). Совместное моделирование Земли: Методологии комплексного моделирования резервуаров . Gulf Professional Publishing (выходные данные Elsevier). стр. xi–306. ISBN 978-0-7506-7522-2 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б Комон Г., Коллон-Друайе П., Ле Карлье де Веслюд К., Сосс Ж. и Визер С. (2009), Трехмерное моделирование геологических структур на основе поверхности, Mathematical Geosciences , 41(9): 927–945
- ^ Карденас, IC (2023). «Двумерный подход к количественной оценке стратиграфической неопределенности на основе скважинных данных с использованием неоднородных случайных полей» . Инженерная геология . 314 : 107001. Бибкод : 2023EngGe.31407001C . дои : 10.1016/j.enggeo.2023.107001 . S2CID 255634245 .
- ^ Малле, Ж.-Л., Геомоделирование, Серия прикладной геостатистики. Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-514460-4
- ^ Комон, Г., На пути к стохастическому геологическому моделированию, изменяющемуся во времени (2010), Mathematical Geosciences , 42(5):(555-569)
- ^ Перрен М., Чжу Б., Райно Дж. Ф. и Шнайдер С. (2005), Приложения, основанные на знаниях, для геологического моделирования, «Журнал нефтяной науки и техники», 47 (1–2): 89–104
- ^ Тахмасеби П., Хезархани А., Сахими М., 2012, Многоточечное геостатистическое моделирование на основе функций взаимной корреляции , Вычислительные науки о Земле, 16(3):779-79742
- ^ М.Р. Алверс, Х.Дж. Гетце, Б. Ламейер, К. Плонка и С. Шмидт, 2013, Достижения в области 3D-моделирования потенциальных полей EarthDoc, 75-я конференция и выставка EAGE с участием SPE EUROPEC 2013.
- ^ История динамической графики. Архивировано 25 июля 2011 г. на Wayback Machine.
- ^ Происхождение программного обеспечения Gocad
- ^ Дж. Л. Малле, П. Жакмен и Н. Чейманофф (1989). Проект GOCAD: Геометрическое моделирование сложных геологических поверхностей, SEG Expanded Abstracts 8, 126, дои : 10.1190/1.1889515
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Обзоры |  | |
|---|---|---|
| История геологии | ||
| Состав и структура | ||
| Историческая геология | ||
| Динамическая Земля | ||
| Вода | ||
| Геодезия | ||
| Геофизика | ||
| Приложения | ||
| Занятия | ||
