Modelado geológico

Modelado geológico, modelado geológico o geomodelado es la ciencia aplicada de la creación de representaciones computarizadas de porciones de la corteza terrestre basadas en sobre observaciones geofísicas y geológicas realizadas sobre y debajo de la superficie de la Tierra. Un geomodelo es el equivalente numérico de un mapa geológico tridimensional complementado con una descripción de cantidades físicas en el dominio de interés. El Geomodelado está relacionado con el concepto de Modelo Terrestre Compartido; 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 de aguas subterráneas 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 efectivo para un yacimiento en particular.

El modelado geológico es una subdisciplina relativamente reciente de la geología que integra geología estructural, sedimentología, estratigrafía, paleoclimatología y diagenesis;

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:

1. Análisis preliminar del contexto geológico del dominio del estudio.
2. Interpretación de los datos y observaciones disponibles como conjuntos de puntos o líneas poligonales (por ejemplo, "pechos predeterminados" correspondientes a fallas en una sección sísmica vertical).
3. Construcción de un modelo estructural que describe los principales límites de roca (horizons, inconformidades, intrusiones, fallas)
4. Definición de malla tridimensional que honra al modelo estructural para apoyar la representación volumétrica de la heterogeneidad (ver Geoestadística) y resolver las Ecuaciones Diferenciales Partiales que rigen los procesos físicos en la subsuperficie (por ejemplo, propagación de onda sísmica, transporte de fluidos en los 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

Cada célula del modelo se asigna un tipo de roca. En un entorno costero, estos podrían ser arena de playa, arena alta de la costa marina de alta energía de agua, arena de la costa baja marina de aguas intermedias, y más profunda baja energía de la silencia marina y la sombra. La distribución de estos tipos de rocas dentro del modelo está controlada por varios métodos, incluyendo poligones de límites de mapa, mapas de probabilidad de tipo rock, o vaciados estadísticamente 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 fluido

La mayor parte de las rocas están completamente saturadas 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 las redes regulares, tenemos que utilizar ciertas técnicas de interpolación. La técnica más utilizada es kriging que utiliza la correlación espacial entre los datos y tiene la intención de construir la interpolación a través de semivariogramas. Para reproducir la variabilidad espacial más realista y ayudar a evaluar la incertidumbre espacial entre datos, simulación geoestadística basada en variogramas, imágenes de entrenamiento o objetos geológicos paramétricos se utiliza a menudo, por ejemplo.

Depósitos minerales

Los geólogos involucrados en la minería y la exploración mineral utilizan modelos geológicos para determinar la geometría y la ubicación de los depósitos minerales en el subsuelo de la tierra. Los modelos geológicos ayudan a definir el volumen y la concentración de minerales, a los que se aplican restricciones económicas para determinar el valor económico de la mineralización. Los depósitos minerales que se consideren económicos podrán convertirse en minas.

Tecnología

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 se consigue generalmente aprovechando el 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. El 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.

Investigación en Geomodelado

Los problemas relacionados con el Geomodelado cubren:

• Definición de un apropiado Ontología para describir objetos geológicos a diferentes escalas de interés,
• Integrando diversos tipos de observaciones en geomodelos 3D: datos geológicos de cartografía, datos e interpretaciones de agujeros, imágenes e interpretaciones sísmicas, datos de campo potenciales, datos de prueba de pozos, etc.,
• Mejor contabilidad de procesos geológicos durante la construcción de modelos,
• Caracterizar la incertidumbre sobre los geomodelos para ayudar a evaluar el riesgo. Por lo tanto, Geomodelling tiene una estrecha conexión con la teoría de problemas geoestadísticos e inversos,
• Aplicación de las simulaciones geoestadísticas de múltiples puntos desarrolladas recientemente para integrar diferentes fuentes de datos,
• Optimización de geometría automatizada y conservación de topología

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.

Desde sus inicios, el geomodelado ha sido 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:

Modelado geológico y visualización

• IRAP RMS Suite
• GeoticMine
• Geomodeller3D
• DecisionSpace Geosciences Suite
• Dassault Systèmes GEOVIA proporciona Surpac, GEMS y Minex para el modelado geológico
• GSI3D
• Mira Geoscience proporciona GOCAD Mining Suite, un software de modelado geológico 3D que compila, modela y analiza para una interpretación válida que honra todos los datos.
• Seequent proporciona Leapfrog 3D geological modeling & Geosoft GM-SYS y VOXI 3D modelling software.
• Maptek proporciona Vulcan, visualización de software modular 3D para modelado geológico y planificación de minas
• La micromina es una solución integral y fácil de utilizar, que ofrece herramientas integradas para modelar, estimar, diseñar, optimizar y programar.
• Petrel
• Rockworks
• SGS Genesis
• Moveos
• SKUA-GOCAD
• Datamine Software proporciona Studio EM y Studio RM para modelado geológico
• BGS Groundhog Software libre de uso desarrollado por la Dirección de GeoAnalytics y Modelización de British Geological Survey.

Modelado de aguas subterráneas

• FEFLOW
• FEHM
• MODFLOW

• GMS
• Visual MODFLOW

• ZOOMQ3D

Además, la industria Consortia o las empresas están trabajando específicamente para mejorar la estandarización e interoperabilidad de las bases de datos de ciencias de la tierra y el software de geomodelación:

• Normalización: GeoSciML por la Comisión de Gestión y Aplicación de la Información de Geociencia, de la Unión Internacional de Ciencias Geológicas.
• Normalización: RESQML(tm) por Energistics
• Interoperabilidad: OpenSpirit, por TIBCO(r)