Modelado geológico

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 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. ^[1] El geomodelado está relacionado con el concepto de Modelo Compartido de la Tierra; ^[2] que es una base de conocimiento 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 yacimientos de petróleo y gas, acuíferos subterráneos y depósitos 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 varios escenarios de recuperación de hidrocarburos . Un yacimiento solo se puede desarrollar y producir una vez; por lo tanto, cometer un error al seleccionar un sitio con malas condiciones para el desarrollo es trágico y derrochador. 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 y económico, eficiente y efectivo para un yacimiento en particular.

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

En dos dimensiones (2D), una formación o unidad geológica se representa mediante un polígono, que puede estar delimitado por fallas, discordancias o por su extensión lateral o desnivel. En los modelos geológicos, una unidad geológica está delimitada por superficies trianguladas o cuadriculadas tridimensionales (3D). El equivalente al polígono mapeado es la unidad geológica completamente cerrada, utilizando una malla triangulada. Para el propósito del modelado de propiedades o fluidos, estos volúmenes se pueden separar aún más en una matriz de celdas, a menudo denominadas vóxeles (elementos volumétricos). Estas cuadrículas 3D son el equivalente a las cuadrículas 2D utilizadas para expresar propiedades de superficies individuales.

El geomodelado generalmente implica los siguientes pasos: ^[3]

1. Análisis preliminar del contexto geológico del dominio de estudio.
2. Interpretación de datos y observaciones disponibles como conjuntos de puntos o líneas poligonales (por ejemplo, "palos de falla" correspondientes a fallas en una sección sísmica vertical).
3. Construcción de un modelo estructural que describe los principales límites de la roca (horizontes, discordancias, intrusiones, fallas) ^[4]
4. Definición de una malla tridimensional respetando 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).

Incorporando las posiciones espaciales de los principales límites de formación, incluyendo los efectos de fallas , plegamientos y erosión ( discordancias ). Las principales divisiones estratigráficas se subdividen a su vez 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 características que se deben resolver (ejemplo cotidiano: en un mapa digital de una ciudad, la ubicación de un parque de la ciudad podría resolverse adecuadamente con un gran píxel verde, pero para definir las ubicaciones de la cancha de baloncesto, el campo de béisbol y la piscina, se deben utilizar píxeles mucho más pequeños (de mayor resolución).

A cada celda del modelo se le asigna un tipo de roca. En un entorno clástico costero , estos pueden ser arena de playa, arena marina de alta energía de agua en la parte superior de la costa , arena marina de energía de agua intermedia en la parte inferior de la costa y limo y pizarra marina de baja energía más profunda . La distribución de estos tipos de roca dentro del modelo se controla mediante varios métodos, incluidos polígonos de límites de mapas, mapas de probabilidad de tipos de roca o emplazamiento estadístico basado en datos de pozos espaciados lo suficientemente cerca.

Los parámetros de calidad del yacimiento casi siempre incluyen la porosidad y la permeabilidad , pero pueden incluir medidas del contenido de arcilla, factores de cementación y otros factores que afectan el almacenamiento y la capacidad de transporte de los fluidos contenidos en los poros de esas rocas. Las técnicas geoestadísticas se utilizan con mayor frecuencia para completar las celdas con valores de porosidad y permeabilidad que sean apropiados para el tipo de roca de cada celda.

La mayoría 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 poro, las densidades de los fluidos y la altura de la celda por encima del contacto con el agua , ya que estos factores ejercen la mayor influencia en la acción capilar , que en última instancia controla las saturaciones de los fluidos.

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 los datos y pretende construir la interpolación mediante semivariogramas. Para reproducir una variabilidad espacial más realista y ayudar a evaluar la incertidumbre espacial entre los datos, a menudo se utiliza la simulación geoestadística basada en variogramas, imágenes de entrenamiento u objetos geológicos paramétricos, por ejemplo ^[5].

Los geólogos que se dedican a la minería y la exploración de minerales 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 consideran económicos pueden convertirse en minas .

El modelado geográfico y el CAD comparten muchas tecnologías comunes. El software se implementa generalmente 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 gráficas 3D y 2D para visualizar datos espaciales, interpretaciones y resultados de modelado. Dicha visualización generalmente se logra explotando hardware gráfico . La interacción del usuario se realiza principalmente a través del mouse y el teclado, aunque se pueden utilizar dispositivos señaladores 3D y entornos inmersivos en algunos casos específicos. 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 . ^{[4] [6]}

Los problemas relacionados con el Geomodelado cubren: ^{[7] [8]}

• Definición de una ontología apropiada para describir objetos geológicos en diversas escalas de interés,
• Integración de diversos tipos de observaciones en geomodelos 3D: datos de mapeo geológico, datos e interpretaciones de pozos, imágenes e interpretaciones sísmicas, datos de campos potenciales, datos de pruebas de pozos, etc.
• Mejor consideración de los procesos geológicos durante la construcción de modelos,
• Caracterizar la incertidumbre de los geomodelos para ayudar a evaluar el riesgo. Por lo tanto, el geomodelado tiene una estrecha relación con la geoestadística y la teoría de problemas inversos .
• Aplicación de las simulaciones geoestadísticas de puntos múltiples (MPS) desarrolladas recientemente para integrar diferentes fuentes de datos, ^[9]
• Optimización automatizada de la geometría y conservación de la topología ^[10]

En los años 70, el geomodelado consistía principalmente en técnicas cartográficas automáticas en 2D, como el trazado de curvas de nivel, implementadas como rutinas FORTRAN que se comunicaban directamente con el hardware de trazado . La llegada de estaciones de trabajo con capacidades gráficas en 3D durante los años 80 dio origen a una nueva generación de software de geomodelado con interfaz gráfica de usuario que alcanzó su madurez 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.

Los desarrolladores de software han creado varios paquetes para 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 la minería:

Modelado y visualización geológica

• Conjunto de RMS de IRAP
• Mina geotica
• Geomodelador 3D
• Suite de geociencias DecisionSpace
• Dassault Systèmes GEOVIA proporciona Surpac, GEMS y Minex para modelado geológico
• GSI3D
• Mira Geoscience ofrece GOCAD Mining Suite, un software de modelado geológico 3D que compila, modela y analiza para una interpretación válida que respeta todos los datos.
• Seequent ofrece el software de modelado geológico 3D Leapfrog y el software de modelado 3D Geosoft GM-SYS y VOXI.
• Maptek ofrece Vulcan, un 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.
• Petrel
• Trabajos en roca
• Génesis de SGS
• Mover
• SKUA-GOCAD
• Datamine Software ofrece Studio EM y Studio RM para modelado geológico
• BGS Groundhog Desktop es un software gratuito desarrollado por la Dirección de Geoanálisis y Modelado del Servicio Geológico Británico.

Modelado de aguas subterráneas

• FLUJO
• FEHM
• Flujo de modificación

• GMS
• MODFLOW visual

• Zoom Q3D

Además, los consorcios o empresas industriales están trabajando específicamente para mejorar la estandarización e interoperabilidad de las bases de datos de ciencias de la Tierra y el software de geomodelado:

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

• Modelado numérico (geología)
• Ingeniería petrolera
• Sísmica a simulación

• 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
• Faure, Stéphane, Godey, Stéphanie, Fallara, Francine y Trépanier, Sylvain. (2011). Arquitectura sísmica del manto norteamericano del Arcaico y su relación con los yacimientos de kimberlita diamantífera. Economic Geology, marzo-abril de 2011, v. 106, p. 223-240. http://econgeol.geoscienceworld.org/content/106/2/223.abstract
• Fallara, Francine, Legault, Marc y Rabeau, Olivier (2006). Modelado geológico integrado en 3-D en la subprovincia de Abitibi (Québec, Canadá): técnicas y aplicaciones. Exploration and Mining Geology, vol. 15, núms. 1–2, págs. 27–41. http://web.cim.org/geosoc/docs/pdf/EMG15_3_Fallara_etal.pdf ^{[ enlace muerto permanente ]}
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• Modelado geológico en el British Geological Survey