Geologické modelování - Geologic modelling

Software pro geologické mapování zobrazující snímek mapy struktury generovaný pro plyn o hloubce 8 500 stop a Olejová nádrž v poli Země, Vermilion Parish, Erath, Louisiana. Mezera zleva doprava, blízko horní části vrstevnicová mapa označuje a Chybný řádek. Tato zlomová čára je mezi modrými / zelenými obrysovými čarami a fialovými / červenými / žlutými obrysovými čarami. Tenká červená kruhová vrstevnice uprostřed mapy označuje horní část olejové nádrže. Protože plyn plave nad olejem, tenká červená obrysová čára označuje kontaktní zónu plyn / olej.

Geologické modelování, geologické modelování nebo geomodelování je aplikovaná věda vytváření počítačový reprezentace částí Země kůra na základě geofyzikální a geologický pozorování prováděná na a pod povrchem Země. Geomodel je numerický ekvivalent trojrozměrného geologická mapa doplněno popisem fyzikální veličiny v zájmové doméně.[1]Geomodelování souvisí s konceptem modelu sdílené Země;[2] což je multidisciplinární, interoperabilní a aktualizovatelná znalostní báze o podpovrchu.

Geomodelování se běžně používá pro správu přírodní zdroje, identifikace přírodní rizika a kvantifikace geologické procesy, s hlavními aplikacemi do olej a plynová pole, podzemní voda vodonosné vrstvy a Ruda vklady. Například v ropný a plynárenský průmysl, jako vstup do jsou požadovány realistické geologické modely simulátor nádrže programy, které předpovídají chování hornin pod různými uhlovodík scénáře obnovy. Nádrž lze vyvinout a vyrobit pouze jednou; proto udělat chybu výběrem místa se špatnými podmínkami pro rozvoj je tragické a plýtvání. Pomocí geologických modelů a simulace nádrže umožňuje inženýři nádrže určit, které možnosti obnovy nabízejí nejbezpečnější a nejhospodárnější, nejefektivnější a nejúčinnější plán rozvoje pro konkrétní nádrž.

Geologické modelování je relativně nedávná subdisciplína geologie který se integruje strukturní geologie, sedimentologie, stratigrafie, paleoklimatologie, a diageneze;

Ve 2-dimenzích (2D), a geologická formace nebo jednotka je reprezentována polygonem, který může být ohraničen poruchami, neshodami nebo jeho bočním rozsahem nebo plodinou. V geologických modelech je geologická jednotka ohraničena trojrozměrnými (3D) trojúhelníkovými nebo mřížkovanými povrchy. Ekvivalentem k namapovanému polygonu je plně uzavřená geologická jednotka pomocí trojúhelníkové sítě. Pro účely modelování vlastností nebo tekutin lze tyto objemy dále rozdělit do řady buněk, často označovaných jako voxely (objemové prvky). Tyto 3D mřížky jsou ekvivalentní s 2D mřížkami používanými k vyjádření vlastností jednotlivých povrchů.

Geomodelování obecně zahrnuje následující kroky:

  1. Předběžná analýza geologických souvislostí oblasti studia.
  2. Interpretace dostupných dat a pozorování jako množiny bodů nebo polygonální čáry (např. „Zlomky“ odpovídající poruchám na vertikálním seismickém řezu).
  3. Konstrukce strukturálního modelu popisujícího hlavní hranice hornin (horizonty, neshody, vniknutí, poruchy)[3]
  4. Definice trojrozměrné sítě ctící strukturální model pro podporu objemové reprezentace heterogenity (viz Geostatistika ) a řešení Parciální diferenciální rovnice které řídí fyzické procesy v podpovrchu (např. šíření seismických vln, transport tekutin v porézních médiích).

Komponenty geologického modelování

Strukturální rámec

Začlenění prostorových poloh hranic hlavní formace, včetně účinků chybující, skládací, a eroze (neshody ). Hlavní stratigrafické dělení se dále dělí na vrstvy buněk s odlišnou geometrií ve vztahu k ohraničujícím plochám (rovnoběžně s vrchem, rovnoběžně se základnou, proporcionálně). Maximální rozměry buňky jsou dány minimální velikostí prvků, které mají být vyřešeny (každodenní příklad: Na digitální mapě města může být umístění městského parku adekvátně vyřešeno jedním velkým zeleným pixelem, ale k definování umístění basketbalové hřiště, hřiště na baseball a bazén, je třeba použít mnohem menší pixely - vyšší rozlišení).

Skalní typ

Každá buňka v modelu má přiřazen typ horniny. Na pobřeží klastické prostředí, může to být písek z pláže, mořská energie s vysokou vodní energií horní břeh písek, střední vodní energie námořní spodní břeh písek a hlubší nízkoenergetické mořské bahno a břidlice. Distribuce těchto typů hornin v modelu je řízena několika metodami, včetně hraničních polygonů mapy, pravděpodobnostních map horninového typu nebo statisticky umístěných na základě dostatečně blízko sebe umístěných dat vrtů.

Kvalita nádrže

Parametry kvality nádrže téměř vždy zahrnují pórovitost a propustnost, ale může zahrnovat měření obsahu jílu, cementačních faktorů a dalších faktorů, které ovlivňují skladování a doručitelnost tekutin obsažených v pórech těchto hornin. Geostatistické techniky se nejčastěji používají k naplnění buněk hodnotami pórovitosti a propustnosti, které jsou vhodné pro typ horniny každé buňky.

Sytost tekutin

3D konečný rozdíl mřížka použitá v MODFLOW pro simulaci toku podzemní vody ve zvodnělé vrstvě.

Většina rocku je úplně nasycený s podzemní voda. Někdy za správných podmínek je část pórů ve skále obsazena jinými kapalinami nebo plyny. V energetickém průmyslu olej a zemní plyn jsou nejčastěji modelované tekutiny. Upřednostňované metody pro výpočet nasycení uhlovodíky v geologickém modelu zahrnují odhad velikosti hrdla pórů, hustoty tekutin a výška článku nad kontakt s vodou, protože tyto faktory mají největší vliv na kapilární akce, který nakonec řídí sytost tekutin.

Geostatistika

S tím souvisí důležitá součást geologického modelování geostatistika. Abychom mohli reprezentovat pozorovaná data, často ne na běžných mřížkách, musíme použít určité interpolační techniky. Nejčastěji používanou technikou je kriging který využívá prostorovou korelaci mezi daty a má v úmyslu konstruovat interpolaci pomocí semi-variogramů. Pro reprodukci realističtější prostorové variability a pro posouzení prostorové nejistoty mezi daty se často používá geostatistická simulace založená na variogramech, tréninkových obrazech nebo parametrických geologických objektech.

Ložiska nerostných surovin

Geologové zapojeni do hornictví a průzkum nerostů použít geologické modelování k určení geometrie a umístění minerální usazeniny v podpovrchu Země. Geologické modely pomáhají definovat objem a koncentraci minerálů, k nimž ekonomická omezení se používají ke stanovení ekonomické hodnoty mineralizace. Z ložisek nerostných surovin, které jsou považovány za ekonomické, lze vytvořit a těžit.

Technologie

Geomodelování a CAD sdílet spoustu běžných technologií. Software je obvykle implementován pomocí objektově orientovaných programovacích technologií v C ++, Jáva nebo C# na jedné nebo více počítačových platformách. Grafické uživatelské rozhraní se obecně skládá z jednoho nebo několika 3D a 2D grafických oken pro vizualizaci prostorových dat, interpretací a výstupu modelování. Takové vizualizace se obecně dosahuje využitím grafický hardware. Interakce s uživatelem se většinou provádí pomocí myši a klávesnice, ačkoli 3D ukazovací zařízení a pohlcující prostředí může být použit v některých specifických případech. GIS (Geographic Information System) je také široce používaný nástroj pro manipulaci s geologickými daty.

Geometrické objekty jsou reprezentovány parametrickými křivkami a povrchy nebo diskrétními modely, jako jsou polygonální sítě.[3][4]

Gravitační výšky

Výzkum v oblasti geomodelingu

Problémy týkající se pokrytí Geomodelling:[5][6]

  • Definování vhodného Ontologie popsat geologické objekty v různých stupních zájmu,
  • Integrace různých typů pozorování do 3D geomodelů: geologická mapová data, data a interpretace vrtů, seismické obrazy a interpretace, data potenciálního pole, data z vrtů atd.,
  • Lepší účtování geologických procesů během stavby modelu,
  • Charakterizace nejistoty ohledně geomodelů, která pomůže posoudit riziko. Proto má Geomodelling úzké spojení s Geostatistika a Teorie inverzních problémů,
  • Použití nedávno vyvinutých vícebodových geostatistických simulací (MPS) pro integraci různých zdrojů dat,[7]
  • Automatizovaná optimalizace geometrie a zachování topologie[8]

Dějiny

V 70. letech geomodelování sestávalo hlavně z automatických 2D kartografických technik, jako je konturování, implementovaných jako FORTRAN rutiny komunikující přímo s vykreslování hardwaru. Příchod pracovních stanic s 3D grafika schopnosti v 80. letech zrodily novou generaci softwaru pro geomodelaci s grafickým uživatelským rozhraním, která v 90. letech zrála.[9][10][11]

Od svého vzniku bylo geomodelování hlavně motivováno a podporováno ropným a plynárenským průmyslem.

Software pro geologické modelování

Vývojáři softwaru vytvořili několik balíčků pro účely geologického modelování. Takový software může zobrazovat, upravovat, digitalizovat a automaticky počítat parametry požadované inženýry, geology a geodety. Současný software vyvíjejí a komercializují hlavně prodejci softwaru pro ropný, plynárenský nebo těžební průmysl:

Geologické modelování a vizualizace
Modelování podzemní vody

Kromě toho průmyslová konsorcia nebo společnosti konkrétně pracují na zlepšování standardizace a interoperability databází vědy o Zemi a softwaru pro geomodelaci:

  • Standardizace: GeoSciML komisí pro správu a aplikaci geovědeckých informací Mezinárodní unie geologických věd.
  • Standardizace: RESQML (tm) od společnosti Energistics
  • Interoperabilita: OpenSpirit, podle TIBCO (r)

Viz také

Reference

Poznámky pod čarou

  1. ^ Mallet, J. L. (2008). Numerické modely Země. Evropská asociace geovědců a inženýrů (EAGE Publications bv). ISBN  978-90-73781-63-4. Archivovány od originál dne 04.03.2016. Citováno 2013-08-20.
  2. ^ Fanchi, John R. (srpen 2002). Sdílené modelování Země: Metodiky pro simulace integrovaných rezervoárů. Gulf Professional Publishing (otisk Elsevier). str. xi – 306. ISBN  978-0-7506-7522-2.
  3. ^ A b Caumon, G., Collon-Drouaillet, P., Le Carlier de Veslud, C., Sausse, J. a Viseur, S. (2009), Povrchové 3D modelování geologických struktur, Matematické geovědy, 41(9):927–945
  4. ^ Mallet, J.-L., Geomodeling, Applied Geostatistics Series. Oxford University Press. ISBN  978-0-19-514460-4
  5. ^ Caumon, G., Směrem ke stochastickému časově proměnlivému geologickému modelování (2010), Matematické geovědy, 42(5):(555-569)
  6. ^ Perrin, M., Zhu, B., Rainaud, J.F. a Schneider, S. (2005), Znalostní aplikace pro geologické modelování, „Journal of Petroleum Science and Engineering“, 47 (1–2): 89–104
  7. ^ Tahmasebi, P., Hezarkhani, A., Sahimi, M., 2012, Vícebodové geostatistické modelování založené na funkcích vzájemné korelace, Computational Geosciences, 16 (3): 779-79742
  8. ^ M. R. Alvers, H. J. Götze, B. Lahmeyer, C. Plonka a S. Schmidt, 2013, Pokroky v modelování 3D potenciálního pole EarthDoc, 75. konference a výstava EAGE zahrnující SPE EUROPEC 2013
  9. ^ Historie dynamické grafiky Archivováno 2011-07-25 na Wayback Machine
  10. ^ Původ softwaru Gocad
  11. ^ J. L. Mallet, P. Jacquemin a N. Cheimanoff (1989). Projekt GOCAD: Geometrické modelování složitých geologických povrchů, SEG Expanded Abstracts 8, 126, doi:10.1190/1.1889515

externí odkazy