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Modelización geológica

Software de cartografía geológica que muestra una captura de pantalla de un mapa estructural generado para un yacimiento de gas y petróleo de 8500 pies de profundidad en el camp...

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Software de cartografía geológica que muestra una captura de pantalla de un mapa estructural generado para un yacimiento de gas y petróleo de 8500 pies de profundidad en el campo Earth, parroquia de Vermilion , Erath, Luisiana . La brecha de izquierda a derecha, cerca de la parte superior del mapa de contorno, indica una falla . Esta falla se encuentra entre las líneas de contorno azul/verde y las líneas de contorno púrpura/rojo/amarillo. La delgada línea de contorno circular roja en el centro del mapa indica la parte superior del yacimiento de petróleo. Dado que el gas flota sobre el petróleo, la delgada línea de contorno roja marca la zona de contacto entre el gas y el petróleo.

La modelización geológica , el modelado geológico o el geomodelado son la ciencia aplicada que crea representaciones computarizadas de porciones de la corteza terrestre a partir de observaciones geofísicas y geológicas realizadas en la superficie y en el subsuelo terrestre. Un geomodelo es el equivalente numérico de un mapa geológico tridimensional complementado con una descripción de las magnitudes físicas en el dominio de interés. [ 1 ] El geomodelado está relacionado con el concepto de Modelo Terrestre Compartido; [ 2 ] que es una base de conocimiento multidisciplinaria, interoperable y actualizable sobre el subsuelo.

La geomodelización se utiliza comúnmente para la gestión de recursos naturales , la identificación de riesgos naturales y la cuantificación de procesos geológicos , con aplicaciones principales en campos 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 bajo diversos escenarios de recuperación de hidrocarburos . Un yacimiento solo 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 la 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.

La modelización geológica 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 afloramiento. En los modelos geológicos, una unidad geológica se delimita mediante superficies trianguladas o reticuladas tridimensionales (3D). El equivalente al polígono cartografiado es la unidad geológica completamente encerrada, mediante una malla triangulada. Para el modelado de propiedades o fluidos, estos volúmenes pueden dividirse 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 modelado geológico generalmente implica los siguientes pasos: [ 3 ]

  1. Análisis preliminar del contexto geológico del área de estudio.
  2. Interpretación de los datos y observaciones disponibles como conjuntos de puntos o líneas poligonales (por ejemplo, "señales de falla" que corresponden a fallas en una sección sísmica vertical).
  3. Construcción de un modelo estructural que describa los principales límites de la roca (horizontes, discordancias, intrusiones, fallas) [ 4 ].
  4. Definición de una malla tridimensional que respeta el modelo estructural para respaldar la representación volumétrica de la heterogeneidad (véase Geoestadística ) y resolver las ecuaciones diferenciales parciales que rigen los procesos físicos en el subsuelo (por ejemplo, la propagación de ondas sísmicas , el transporte de fluidos en medios porosos).

Componentes de la modelización geológica

Marco estructural

Incorporando las posiciones espaciales de los límites de las principales formaciones, incluyendo los efectos de fallas , plegamientos y erosión ( discordancias ). Las principales divisiones estratigráficas se subdividen a su vez en capas de celdas con geometrías diferentes en relación con las superficies limitantes (paralelas a la parte superior, paralelas a la base, proporcionales). Las dimensiones máximas de las celdas están determinadas por los tamaños mínimos de las características que se van a resolver (ejemplo cotidiano: en un mapa digital de una ciudad, la ubicación de un parque urbano podría resolverse adecuadamente con un píxel verde grande, pero para definir la ubicación de la cancha de baloncesto, el campo de béisbol y la piscina, se necesitan píxeles mucho más pequeños, de mayor resolución).

Tipo de roca

A cada celda del modelo se le asigna un tipo de roca. En un entorno clástico costero , estos tipos podrían ser arena de playa, arena marina de alta energía de la zona intermareal superior , arena marina de energía intermedia de la zona intermareal inferior y limo y lutita marina de baja energía a mayor profundidad . 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 suficientemente cercanos.

Calidad del yacimiento

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

Saturación de fluidos

Una malla de diferencias finitas 3D utilizada en MODFLOW para simular el flujo de agua subterránea en un acuífero.

La mayoría de las rocas están completamente saturadas de agua subterránea . En ocasiones, bajo 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 los poros, 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 sobre la acción capilar , que en última instancia controla las saturaciones de fluidos.

Geoestadística

Una parte importante del modelado geológico está relacionada con la geoestadística . Para representar los datos observados, que a menudo no se encuentran en cuadrículas regulares, debemos utilizar ciertas técnicas de interpolación. La técnica más utilizada es el kriging , que emplea la correlación espacial entre los datos y busca construir la interpolación mediante semivariogramas. Para reproducir una variabilidad espacial más realista y ayudar a evaluar la incertidumbre espacial entre los datos, se suele utilizar la simulación geoestadística basada en variogramas, imágenes de entrenamiento u objetos geológicos paramétricos, por ejemplo [ 5 ].

Yacimientos minerales

Los geólogos que trabajan en la minería y la exploración de minerales utilizan modelos geológicos para determinar la geometría y la ubicación de los depósitos minerales en el subsuelo. 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 económicamente viables pueden ser explotados como minas .

Tecnología

El geomodelado y el CAD comparten muchas tecnologías comunes. El software se suele implementar mediante 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 del modelado. Esta visualización se logra generalmente aprovechando el hardware gráfico . La interacción del usuario se realiza principalmente mediante ratón y 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 . [ 4 ] [ 6 ]

Gravedad extrema

Investigación en Geomodelado

Los problemas relacionados con el geomodelado abarcan: [ 7 ] [ 8 ]

  • Definir una ontología apropiada para describir objetos geológicos en diversas escalas de interés,
  • Integración de diversos tipos de observaciones en geomodelos 3D: datos de cartografía geológica, datos e interpretaciones de perforaciones, imágenes e interpretaciones sísmicas, datos de campos potenciales, datos de pruebas de pozos, etc.
  • Mejor contabilización 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 de problemas inversos .
  • Aplicación de las simulaciones geoestadísticas de múltiples puntos (MPS) desarrolladas recientemente para integrar diferentes fuentes de datos, [ 9 ]
  • Optimización geométrica automatizada y conservación de la topología [ 10 ]

Historia

En la década de 1970, 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 las estaciones de trabajo con capacidades gráficas en 3D durante la década de 1980 dio origen a una nueva generación de software de geomodelado con interfaz gráfica de usuario, que alcanzó su madurez durante la década de 1990. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

Desde sus inicios, la geomodelización ha estado impulsada y respaldada principalmente por la industria del petróleo y el gas.

Software de modelado geológico

Los desarrolladores de software han creado varios paquetes para la modelización geológica. Este software permite visualizar, editar, digitalizar y calcular automáticamente los parámetros necesarios para 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
  • Suite IRAP RMS
  • Mina geotica
  • Geomodelador3D
  • Suite de Geociencias DecisionSpace
  • Dassault Systèmes GEOVIA proporciona Surpac, GEMS y Minex para el 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 proporciona el software de modelado geológico 3D Leapfrog y los programas de modelado 3D Geosoft GM-SYS y VOXI.
  • Maptek ofrece Vulcan, un software modular de visualización 3D para modelado geológico y planificación minera.
  • Micromine es una solución integral y fácil de usar para la exploración y el diseño de minas, que ofrece herramientas integradas para el modelado, la estimación, el diseño, la optimización y la planificación.
  • Petrel
  • Obras de roca
  • SGS Genesis
  • Mover
  • SKUA-GOCAD
  • El software Datamine proporciona Studio EM y Studio RM para el modelado geológico.
  • K-MINE es una solución de software para minería destinada al modelado geológico, la planificación minera y el levantamiento topográfico para operaciones a cielo abierto y subterráneas. [ 14 ]
  • BGS Groundhog Desktop es un software gratuito desarrollado por la dirección de Geoanálisis y Modelización del Servicio Geológico Británico (British Geological Survey).
  • GeoScene3D
  • GEOREKA Software es una herramienta asequible de modelado geológico 3D orientada a la minería, los áridos y la exploración de minerales. Ofrece un visor geológico gratuito o una versión completa que combina métodos de modelado tradicionales con técnicas modernas de modelado implícito, como funciones de base radial (RBF) y aprendizaje automático.
Modelización de aguas subterráneas
  • ZOOMQ3D

Además, consorcios o empresas del sector 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 , de la Comisión para la Gestión y Aplicación de la Información Geocientífica de la Unión Internacional de Ciencias Geológicas.
  • Interoperabilidad: OpenSpirit , de TIBCO(r)

Véase también

Referencias

  • 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 arcaico norteamericano y su relación con los campos de kimberlita diamantífera. Economic Geology, marzo-abril de 2011, vol. 106, págs.  223-240. http://econgeol.geoscienceworld.org/content/106/2/223.abstract
  • Fallara, Francine, Legault, Marc y Rabeau, Olivier (2006). Modelado geológico integrado en 3D en la subprovincia de Abitibi (Quebec, Canadá): técnicas y aplicaciones. Exploration and Mining Geology, vol. 15, núms. 1–2, págs.  27–41.
  • Berg, RC, Mathers, SJ, Kessler, H., y Keefer, DA, 2011. Sinopsis de la cartografía y modelización geológica tridimensional actual en la Organización de Servicios Geológicos, Champaign, Illinois: Servicio Geológico Estatal de Illinois, Circular 578. https://web.archive.org/web/20111009122101/http://library.isgs.uiuc.edu/Pubs/pdfs/circulars/c578.pdf
  • Turner, AK; Gable, C. (2007). "Una revisión del modelado geológico. En: Cartografía geológica tridimensional para aplicaciones de aguas subterráneas, resúmenes extendidos del taller" (PDF) . Denver, Colorado. Archivado del original (PDF) el 21 de noviembre de 2008.
  • Kessler, H., Mathers, S., Napier, B., Terrington, R. y Sobisch, H.-G. (2007). "La construcción y entrega actual y futura de modelos geológicos 3D en el British Geological Survey" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 13 de febrero de 2026. Recuperado el 20 de mayo de 2026 .{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) (Póster de la Reunión Anual de la GSA en Denver)
  • Wycisk, P., Gossel W., Schlesier, D. y Neumann, C. (2007). «Modelado 3D integrado de la geología e hidrogeología del subsuelo para la gestión de aguas subterráneas urbanas» (PDF) . Simposio Internacional sobre Nuevas Direcciones en la Gestión del Agua Urbana. Archivado del original (PDF) el 17 de diciembre de 2008.{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  • Kessler, H., Mathers, S., Lelliott, M., Hughes, A. y MacDonald, D. (2007). «Modelos geológicos 3D rigurosos como base para la modelización de aguas subterráneas. En: Cartografía geológica tridimensional para aplicaciones de aguas subterráneas, resúmenes ampliados del taller» (PDF) . Denver, Colorado. Archivado del original (PDF) el 3 de diciembre de 2008.{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  • Merritt, JE, Monaghan, A., Entwisle, D., Hughes, A., Campbell, D. y Browne, M. (agosto de 2007). "Modelos 3D con atributos para abordar problemas de geociencia ambiental y de ingeniería en áreas de regeneración urbana: un estudio de caso en Glasgow, Reino Unido. En: First Break, tema especial Geociencia ambiental y de ingeniería" (PDF) .  Volumen 25, págs. 79-84. Archivado (PDF) del original el 7 de abril de 2023. Recuperado el 20 de mayo de 2026 .{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  • Kevin B. Sprague y Eric A. de Kemp. (2005) Herramientas interpretativas para el modelado geológico estructural 3D Parte II: Diseño de superficies a partir de datos espaciales dispersos http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1046957.1046969&coll=&dl=ACM
  • de Kemp, EA (2007). Modelado geológico 3D para la exploración de minerales. En: Goodfellow, WD, ed., Yacimientos minerales de Canadá: Síntesis de los principales tipos de yacimientos, metalogenia distrital, evolución de las provincias geológicas y métodos de exploración: Asociación Geológica de Canadá, División de Yacimientos Minerales, Publicación especial 5, págs.  1051–1061. https://web.archive.org/web/20081217170553/http://gsc.nrcan.gc.ca/mindep/method/3d/pdf/dekemp_3dgis.pdf

Notas a pie de página

  1. ↑ Mallet, JL (2008). Modelos numéricos de la Tierra . Asociación Europea de Geocientíficos e Ingenieros (EAGE Publications bv). ISBN 978-90-73781-63-4Archivado del original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 20 de agosto de 2013 .
  2. ↑ Fanchi, John R. (agosto de 2002). Modelado compartido de la Tierra: Metodologías para simulaciones integradas de yacimientos . Gulf Professional Publishing (sello editorial de Elsevier). págs. xi–306. ISBN  978-0-7506-7522-2.
  3. ^ Chen, Shang-Ying; Hsieh, Bieng-Zih; Hsu, Kuo-Chin; Chang, Yi-Fei; Liu, Jia-Wei; Fan, Kai-Chun; Chiang, Li-Wei; Han, Yin-Lung (enero de 2021). "Espaciamiento de pozos del doblete en el sitio geotérmico de Huangtsuishan, Taiwán" . Geotermia . 89 101968. Bibcode : 2021Geoth..8901968C . doi : 10.1016/j.geothermics.2020.101968 . S2CID 224972986 . 
  4. ^ Caumon , G., Collon-Drouaillet, P., Le Carlier de Veslud, C., Sausse, J. y Viseur, S. (2009), Modelado 3D de estructuras geológicas basado en superficies, Geociencias matemáticas , 41 (9): 927–945
  5. ↑ Cárdenas, IC (2023). "Un enfoque bidimensional para cuantificar la incertidumbre estratigráfica a partir de datos de pozos utilizando campos aleatorios no homogéneos" . Ingeniería Geológica . 314 107001. Bibcode : 2023EngGe.31407001C . doi : 10.1016/j.enggeo.2023.107001 . S2CID 255634245 . 
  6. ↑ Mallet, J.-L., Geomodelado, Serie de Geoestadística Aplicada. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-514460-4
  7. ↑ Caumon, G., Hacia la modelización geológica estocástica variable en el tiempo (2010), Geociencias Matemáticas , 42(5):(555-569)
  8. ↑ Perrin, M., Zhu, B., Rainaud, JF y Schneider, S. (2005), Aplicaciones basadas en el conocimiento para el modelado geológico, "Journal of Petroleum Science and Engineering", 47(1–2):89–104
  9. ↑ Tahmasebi, P., Hezarkhani, A., Sahimi, M., 2012, Modelado geoestadístico multipunto basado en funciones de correlación cruzada , Geociencias Computacionales, 16(3):779-79742
  10. ↑ MR Alvers, HJ Götze, B. Lahmeyer, C. Plonka y S. Schmidt, 2013, Avances en el modelado de campos potenciales 3D EarthDoc, 75.ª Conferencia y Exposición EAGE que incorpora SPE EUROPEC 2013
  11. ↑ Historial de gráficos dinámicos archivado el 25/07/2011 en Wayback Machine
  12. ↑ Origen del software Gocad
  13. ↑ JL Mallet, P. Jacquemin y N. Cheimanoff (1989). Proyecto GOCAD: Modelado geométrico de superficies geológicas complejas, SEG Expanded Abstracts 8, 126, doi : 10.1190/1.1889515
  14. ↑ "Reseñas, demostración y precios del software K-MINE" . Software Advice . Consultado el 8 de enero de 2026 .
  • Modelización geológica en el Servicio Geológico Británico
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