RETOS Y TENDENCIAS GEOLÓGICA MODELADO Y LA VISUALIZACIÓN

Abstracto

La ejecución exitosa tanto en la construcción grande y complejo proyectos ambientales y evaluaciones de peligros naturales requiere una definición precisa del subsuelo condiciones. En las últimas dos décadas, una serie de sofisticados 3-D modelado tecnologías de forma colectiva identificado como información geocientífica sistemas o GSI-han sido desarrollado para abordar este subsuelo caracterización necesita. Existentes sistemas comerciales reflejan su historia y orígenes. El modelado y proceso de visualización sigue siendo técnicamente un reto. El rápido desarrollo de equipos informáticos y software, diseño de base de datos moderno conceptos y la información ampliada capacidades de transporte a través de la Internet están animando a la mayor el uso de tecnologías GSIS como se ser más barato y más fácil de usar e integrar en las decisiones empresariales sistemas de apoyo. La integración de GSIS con amplia sistemas de gestión de la información es no es común, pero limitado inicial experiencias sugieren que los beneficios de las grandes son susceptibles de producir.

Introducción

Los geólogos han reconocido siempre la necesidad de considerar el mundo multi-dimensional. Los mapas geológicos comunicarse complejas relaciones espaciales y temporales como 2 -D imagen con colores y símbolos estándares, mientras que emplean tecnologías del siglo XIX-una impresión hazaña verdaderamente notable! Sin embargo, el personal capacitado está obligado a interpretar mapas geológicos. Como las investigaciones volvieron más especializados, propiedades adicionales fueron observados y el mapa geológico básico se hizo insuficiente.

Varios mapas temáticos se produjeron a menudo, por lo general como ''Atlas'' o'' folios dedicados a proyectos específicos o lugares. Cada flujo de datos nuevo añadido a la dimensionalidad de la información geológica, y el complejidad de su presentación.

Evolución de los productos digitales

Los geógrafos y geocientíficos otros fueron atraídos por la promesa de la automatización informática gráfica. La industria de exploración de petróleo fue un importante primer mercado de nuevos dispositivos y software de trazado de mapas.

Inicialmente, la tecnología podría apoyar sólo relativamente tareas sencillas, pero los principios de 1970 vio la primera experimental colores mapas geológicos producidos por las computadoras (Rhind 1971). A lo largo de la década de 1970, no fácilmente disponibles los productos de software comerciales siempre y cuando el herramientas genéricas necesarias para el manejo espacialmente distribuida datos (Rhind 1981). Esto cambió rápidamente dentro de una década, y el sistema de información geográfica término ''con sus siglas GIS'' llegó a ser ampliamente adoptada (Burrough 1986; Maguire et al. 1991) Modelado geológico y visualización requiere extensión de los métodos tradicionales de SIG (Turner 1989, 2000). Definición detallada de las condiciones del subsuelo, en lugar que sólo la extensión areal de los datos geológicos, hidrológicos, características topográficas y ambientales, requiere representación volumétrica referencia a tres ortogonal ejes. Estos datos volumétricos debe ser analizado por diversos manipulaciones de datos. Geólogos alemanes utilizó por primera vez el término ''información geocientífica sistema'' (Vinken 1986, 1988a, b, 1992a, b). Aproximadamente al mismo tiempo, holandés geocientíficos desarrollo integral basado en computadora manejo de datos y modelado de aplicaciones de petróleo y gas exploración utilizado los términos ''información geocientífica sistema'' y las siglas GSIS'' para describir su aplicaciones (Ritsema et al. 1988). Desde alrededor de 1989, el término ''información geocientífica sistema y las siglas ''GSIS se han

utilizado para describir basado en ordenador 3-D sistemas diseñados para manejar la variedad de geociencia necesidades de datos y de análisis (Turner 1991; Bonham-Carter 1994). Los términos ''sistema de información geocientífica'' y ''GSIS parece preferible a las alternativas, ya que ofrecer algún paralelismo con el ampliamente definido'' geográfica sistema de información'' y el ''acrónimo SIG.

Geo-objetos

Características geológicas del subsuelo o unidades se pueden considerar como formadora ''geo-objetos''. Raper (1989, 1991) introdujo el concepto de ''geo-objetos'' y señaló que hay dos tipos distintos GeoObjectos ''limitados muestreo y ''definición limitados geo-objetos''. Características, tal como una capa de roca o de un plano de falla, cuya posición en el espacio puede ser mejor identificados con muestras adicionales, se denominan'' limitados muestreo geo-objetos''. En contraste, los depósitos de mineral, facies sedimentarias, o plumas de contaminación, que sólo puede ser visualizado por primera selección de un umbral parámetro y el nivel de inspección, que se denomina'' definición limitados geo-objetos''.

En 1989, en la primera conferencia internacional dedicada a 3-D de modelado geocientífico, el Dr. Brian Kelk, a continuación, responsable de sistemas de información geográfica en el British Instituto Geológico y Minero, que se incorpora Raper de geo-objetos concepto y define los requisitos para la subsuperficie caracterización y modelización de la siguiente manera: ''La industria requiere de un sistema para la creación interactiva de modelos espaciales y espacio-temporales de la física naturaleza de las porciones de la corteza de la Tierra. Es decir, la capacidad de modelar eficazmente y visualizar:

• Geometría de la roca-y unidades cronoestratigráficas

• Las relaciones espaciales y temporales entre los objetos geo-

• Variación en la composición interna de los objetos geo-

• Desplazamientos o distorsiones por las fuerzas tectónicas

• El flujo de fluido a través de las unidades de roca'' (Kelk 1991).

Esta descripción sigue siendo válida y define sucintamente los problemas que enfrentan los requerimientos de aquellos que deseen caracterizar el subsuelo.

Necesidades especiales de modelado geológico y visualización ¿Por qué no simplemente usar redacción asistido por ordenador (CAD)?

Varios modelos geológicos se han intentado utilizar Sistemas CAD (Kelk y Challen 1992). Tales experimentos han puesto de manifiesto una serie de deficiencias cuando se utilizan sistemas CAD. ¿Cuáles son las características de ''geo-objetos que hacen caracterización del subsuelo y modelando tan especial? ¿Por qué no pueden los geocientíficos sólo tiene que utilizar sistemas CAD para modelar las características del subsuelo, al igual que los ingenieros de diseño y complejo modelo estructuras artificiales? Estas preguntas se contestan cuando las características comunes exhibidas por tanto tipos de geo-objetos se entienden entre ellos: complejo geometría y topología, dependencia de la escala jerárquica y relaciones, los límites borrosos definidos por complejas variaciones espaciales y la propiedad intrínseca heterogeneidad y la anisotropía de la mayoría de las características del subsuelo.

Estos problemas se ven fácilmente mediante la comparación de las Figs. 1 y 2. El canal del río enterrado muestra en la figura. 1 tiene geometrías complejas y topologías con indistinto límites y dependencias escala; mientras que el manufacturado parte en la figura. 2 está bien definido, con una regular forma y las propiedades homogéneas, adecuadas para el diseño por herramientas CAD.

Importancia de la interpolación espacial

Otro crítico Modelado 3D del subsuelo geológico problema es la falta de suficientes datos definitivos. Campo observaciones, tales como los taladros mostrados en la figura. 3, están generalmente muy espaciados. Con el fin de construir un modelo aceptable, el creador debe interpolar entre estos puntos de datos ampliamente espaciadas. Esta interpolación proceso suele requerir conocimientos geológicos con éxito replicar reales ambientes geológicos. Simple algoritmos geométricos frecuentemente producen resultados inaceptables, por lo tanto los métodos iterativos que implican evaluaciones y mejoras progresivas por cualificada expertos son necesarios. Estos procedimientos añadir considerable tiempo y costo para la creación de modelos del subsuelo.

Canadienses investigaciones regionales del agua subterránea a cabo durante la última década fundamentar las dificultades encontrado en la creación de modelos robustos subsuperficiales en áreas donde hay muchos miles de pozo documentos (Logan et al 2001;. Russell et al 1998;. Sharpe et al. 2002; Thorleifson et al. 2003). Estas dificultades llegado a ser mucho mayor cuando los datos del subsuelo son menos numerosos.

En respuesta a las necesidades de los usuarios Modelos geológicos y visualizaciones tienen éxito en proporcionar mejoraron las investigaciones del subsuelo cuando el usuario requisitos, y también la asociada social, económica y cuestiones de política, se identifican con precisión y tratados.

A diferencia de la mayor de recursos basado en la industria usuario comunidad, muchos de los posibles usuarios actuales de GSIS modelos y visualizaciones no puede interpretar básico geociencias datos o evaluar los méritos de interpretaciones alternativas.

También puede ser incapaz de distinguir entre las teorías y los hechos. En resumen, estos nuevos usuarios claramente soluciones deseo, no y datos en información forma comprensible'' (Turner 2003b).

Los usuarios pueden ser clasificados en términos de su información capacidad de aceptación como ''gruesas'' o'' clientes delgados (Fig. 4). A'' de espesor cliente'' es uno que puede aceptar y interpretar o evaluar una gran cantidad de datos en bruto. En contraste, los relativamente poco sofisticados usuarios desean una relativamente respuesta simple y concisa a sus preguntas. Pequeños volúmenes de datos cuidadosamente seleccionados y la información que por lo general son suficientes para satisfacer sus necesidades. Por lo tanto, estos usuarios pueden ser definidos como ''Clientes delgados. Figura 4 también muestra otra importante fenómeno. Los clientes delgados ''son muy numerosos-que representan el amplio público, mientras que el grueso

La figura. 1 Un típico geo-objetos clientes son mucho menos numerosos tendencias tecnológicas Aunque muchos científicos reconocen los conceptos y funciones de GSIS a mediados de 1980, GSI prácticas implementaciones tuvo que esperar la llegada de suficiente hardware potente y asequible, más sofisticados conceptos de gestión de la información y universalmente accesibles redes informáticas.

Hardware de costo / desempeño problemas

La década de 1980 vio la introducción de la silicona Graphics (SGI) basados en UNIX estaciones de trabajo gráficas que podría, por primera vez, compatible con el subsuelo 3-D caracterización y modelado de requisitos necesarios para el concepto GSIS. Aunque los costos de estas primeras estaciones de trabajo gráficas seguían siendo bastante alto, el petróleo laboratorios de investigación de empresas y el gobierno algunos y las instalaciones de investigación universitarios fueron capaces de conseguir un número limitado de estas máquinas para llevar a cabo GSIS investigación y desarrollo.

El rendimiento de todos los ordenadores sigue aumentando mientras que los costos siguen bajando. Advanced alto rendimiento equipos basados en Windows que cuestan entre dos y cinco mil dólares, dependiendo de las opciones, fácilmente superar el rendimiento de las estaciones de trabajo SGI principios que el costo alrededor de $100.000. Este ha sido, y sigue siendo, un notable tendencia tecnológica-una que es fundamental para un mayor uso y difusión de tecnologías avanzadas geológico modelos y visualizaciones.

Evolución de los conceptos de gestión de la información y bases de datos

La aprobación de la gestión moderna de la información conceptos y diseños de bases de datos de aplicaciones de GSI se hacerlos evolucionar rápidamente en ''main-vapor'' corporativa, o ''en toda la empresa, las herramientas de gestión de datos, proporcionando más baratos y más potentes capacidades analíticas.

El uso de GSIS se expandirá desde su actualmente uso limitado en proyectos de alto perfil, complejas y de largo plazo, donde su análisis y de gestión de la información- beneficios son mayores que sus costos, a una mucho más amplia y un uso más frecuente en muchos proyectos. esto aumentó el uso de métodos GSI para apoyar proyectos y toma de decisiones, a su vez, aumentar la demanda de datos digitales productos como sustitutos de los mapas tradicionales en papel y informes de organizaciones como el National Geological encuestas.Históricamente SIG y herramientas desarrolladas en aislamiento GSIS a partir de bases de datos corporativas. Afortunadamente, a partir de en alrededor de 1995, las tecnologías de bases de datos y SIG madurado hasta el punto que algunos fabricantes comenzaron a ofrecer el capacidad de gestionar las consultas de datos espaciales dentro tradicional bases de datos, por lo que los vendedores de SIG podría integrar múltiples o bases de datos dispersos en sus productos.

Mejoras correspondientes no se han producido en software GSIS más comercial, en gran parte debido a que un gran más pequeño del mercado hace que la amplia re-desarrollo de estos productos no rentables. Principales GSIS comerciales productos pueden rastrear su desarrollo temprano del período a finales de 1980 cuando la gráfica de alto rendimiento estaciones de trabajo por primera vez disponibles. Desde entonces, la diversos sistemas han madurado y deseable en muchos casos características se han añadido, pero su fundamental arquitectura todavía no ha evolucionado para aprovechar conceptos modernos de gestión de la información. Por ejemplo, que no reflejan plenamente las estructuras facilitado por equipo actual ingeniería de sistemas. El actual productos comerciales GSIS son capaces de realizar la funciones necesarias de análisis, pero siguen siendo caros y un poco difícil de usar, sobre todo porque su interfaces de usuario aparecen anticuado y es la transferencia de datos algo difícil.

La difusión de modelos y visualizaciones

La función a largo plazo de la Internet en el intercambio de datos y la difusión de datos 3D del subsuelo parece asegurada. El principal obstáculo consiste en la muy grande tamaño de muchos de los archivos de datos geológicos del modelo, y incluso sus visualizaciones asociadas son a menudo difíciles para algunos usuarios potenciales a aceptar. Las capacidades actuales no son totalmente satisfactorios, pero la investigación considerable esfuerzo se ha dedicado al desarrollo de la compresión de datos y las técnicas de transmisión de datos adecuados para manipular grandes archivos en Internet. Desafortunadamente, uno uso prominente de estas tecnologías es el uso no autorizado distribución de la música y, más recientemente, completar, imágenes en movimiento. La adopción universal de la correspondiente salvaguardias y normas es necesaria antes de la amplio intercambio legal de grandes conjuntos de datos se convierte en aceptado.

Mientras tanto, muchos estudios nacionales geológicos y otros titulares públicos de datos geológicos están haciendo volúmenes considerables de datos digitales geológicos disponibles de varios sitios web. El grado en que estos datos están disponibles sin costo, a bajo costo, para alquiler o compra directa, depende de las expectativas sociales y consideraciones económicas, de seguridad y legales que pueden variar de país a país.

La difusión de datos digital ofrece grandes ventajas para los creadores y usuarios de los modelos geológicos.

Proporciona ilustraciones a color sin los gastos asociados con las publicaciones tradicionales. Se evita el las limitaciones de la brevedad exigida por las revistas tradicionales, lo que permite una mayor variedad de ilustraciones y incluso la creación de secuencias de animación preparadas.

Aunque Internet ofrece la más eficiente canal de comercialización y difusión, debido a la cuestiones prácticas, técnicas y jurídicas se señaló anteriormente, varios productos continúan siendo difundidos en digital medios de comunicación, como CD o DVD (Pantea y Cole 2004).

Modelado geológico y visualización

El proceso de caracterización geológica implica la determinación de la variación espacial de seleccionado geológica parámetros dentro de la sub-superficie. La minería, ingeniería, hidrogeología y la restauración del medio ambiente campos suelen utilizar un amplio conjunto de fuentes de datos para emprender esta tarea caracterización, mientras que el petróleo exploración, una fuente importante de investigación GSIS anterior y financiación para el desarrollo, ha subrayado desde hace tiempo el uso de datos sísmicos, casi a la exclusión de los fuentes de datos alternativas. Además, el petróleo exploración se centra naturalmente en ambientes sedimentarios.

Procedimientos modelo desarrollado para el petróleo aplicaciones se han adaptado para soportar hidrogeológico estudios. Productos desarrollados originalmente para modelar para apoyar el diseño de la mina y las operaciones tienden a proporcionar herramientas adicionales de utilidad para geotécnica y la ingeniería aplicaciones de la geología. Ellos ofrecen un enfoque más integrado para 3-D caracterización del subsuelo, permitiendo la especificación de las características inducidas por el hombre, tales como túneles o excavaciones, así como que ocurren naturalmente características geológicas.

La Figura 5 ilustra los pasos de un proyecto de modelado típico.

Los datos brutos recogidos de diversas fuentes puede ser considerados como dos tipos de datos espaciales y propiedades datos. Los datos espaciales se utilizan para crear una geometría 3-D modelo, que se muestra en el lado izquierdo de la figura. 5. Geometría modelado implica dos etapas-primero el desarrollo de un adecuada representación geométrica de la fundamental geológico ''marco, y posteriormente subdivisión del, o'' discretización de este marco para ofrecer control para los cálculos analíticos dentro de los modelos

numéricos utilizados en el modelado predictivo. La flecha horizontal que une la discretización y analítica modelar las operaciones en la fig. 5 define esta relación.

La flecha muestra dos direcciones porque el proceso es a menudo iterativo: los primeros resultados de cálculos numéricos puede llevar al modelador para revisar el geometría del modelo. Así, el objetivo de subsuelo modelado de la geometría es proporcionar controles geométricos y distribuciones de propiedad para algún tipo de numérico modelado, y el propósito de esta modelización analítica es la predicción.

El lado derecho de la figura. 5 identifica este predecible modelando paso. Predicción tiene una extrapolación en lugar de carácter interpretativo, por lo que entraña un riesgo y incertidumbre. Predicción conduce a la toma de decisiones. Previsto resultados a menudo requieren de apoyo y visualizaciones interpretaciones que se pueden presentar a y usado por el ''Cliente de los resultados de los modelos. Visualizaciones adicionales y las interpretaciones suelen ser necesarios para definen el modelo de geometría. Así pues, tanto la geometría y modelos predictivos se muestran en la figura. 5 como que pasa a través visualización e interpretación de la entrega al cliente''''.

Entrega eficiente de los resultados de modelización, así como modelado eficaz, depende de la utilización de sofisticados información de gestión. Este aspecto será discutido después de que el proceso de modelado se define adicionalmente.

Definición del marco geológico-la geometría

modelo

Geometría (descriptiva) modelado consiste en el desarrollo de una representación geométrica exacta de la marco geológico, adecuado para la visualización por gráficos por ordenador. Más críticamente, este marco sirve para definir y controlar la distribución espacial y propagación de propiedades de las rocas requeridas por modelado.

Marco de definición se lleva a cabo por una variedad de tipos de datos, incluyendo (a) muestra la perforación y aislado de datos, (b) las superficies trianguladas, (c) 2-D rejillas y mallas y (d) una variedad de iso-volumétricas creado a partir de modelos múltiples superficies trianguladas, secciones transversales y redes y mallas, o mediante el uso de spline (paramétrico) funciones, geometría constructiva sólida, o límite representaciones (Houlding 1991, 1994; Turner 2003a).

La figura. 5 Descripción general de la GSIS

modelado de processos

Usando datos de las perforaciones, Datos de pozos suelen representar la fundamental ''datos duros'', producido por la observación directa y el muestreo de la subsuperficie. Operaciones en la superficie de muestreo y mediciones aisladas puede ser considerada como muy perforaciones cortas y por lo tanto se puede incorporar en la geometría del modelo utilizando los mismos formatos de datos. Por consiguiente, esfuerzo considerable se ha invertido en desarrollo de la gestión de datos robusta perforación y procesamiento procedimientos en todos los productos de GSI comerciales.

Datos de las perforaciones contener una variedad de información crítica. Obviamente ubicación en el espacio 3-D es fundamental y se proporciona por medio de coordenadas que define el pozo cuello'' y luego dentro del pozo distancias y direcciones-proporcionando así de complejas geometrías de pozos (Fig. 6). Perforaciones también proporcionan típicamente un número de adicionales distintos tipos de datos observacionales, incluyendo:

1. Litológicas observaciones, basada en intervalos y lateralmente discontinuos descriptiva (cualitativa) de los datos.

2. Observaciones estratigráficas-interval-base y lateralmente continuas descriptivas (cualitativo) de datos.

3. Cuantitativos basados en datos de intervalo-por lo general representa características geoquímicas o geotécnico.

4. Cuantitativo basado en puntos de datos típicamente laboratorio o mediciones de campo en muestras o en específico lugares dentro del pozo, incluyendo geofísicos, observaciones geoquímicas o geotécnico.

5. Datos, incluidas las observaciones del personal de dirección características estructurales o estratigráficas.

6. Abajo-agujero imágenes, incluyendo los registros geofísicos.

Cada tipo de datos requiere un manejo específico y visualización procedimientos. La mayoría de los sistemas pueden mostrar litológica y los datos estratigráficos como los colores o patrones en un tubo engrosado que representa la perforación (Fig. 7a).

Los datos cuantitativos se muestran por esferas de diferentes tamaños y el color situado a lo largo de la perforación (Fig. 7b). Direccional los datos se muestran como discos orientados. El continuo naturaleza de las imágenes de fondo de pozo y registros proporciona problemas de visualización adicionales. La mayoría de estos sistemas permiten los mensajes que se encuentran a los lados de la característica de pozo de sondeo y hacerlos girar automáticamente para conservar la visibilidad como la dirección modelo de vista se cambia o la orientación del pozo varía (Fig. 8).

Modelización de sistemas sedimentarios-Layer Cake ''modelos-Sedimentarias entornos geológicos a menudo contienen petróleo o de los recursos de agua subterránea y así se modelan por muchos estudios. Su característica dominante, la apilamiento de estratos sedimentarios, conduce modeladores para definir los estratos importantes y sus interfaces. Los modelos son construyó mediante la creación de superficies que definen estas interfaces, apilar las superficies en orden estratigráfico y posteriormente definir las zonas entre las superficies como unidades geológicas. Varios métodos pueden ser empleados para definir estas superficies, en función de los datos de campo disponibles.

La interpolación de los registros de pozos en general no es sencillo. Varios grandes estudios de agua subterránea en Tanto en Canadá y los EE.UU. se han basado en una amplia bases de datos de pozos (Arnold et al 1999; Logan Russell. y Sharpe 2001; Russell et al. 1998; Sharpe et al. 2002; Soller et al. 1998, 1999; Thorleifson et al. 2003). Estudios de la cuenca alta del río Illinois, cerca de Chicago usados información de

más de 40.000 pozos en Illinois, Indiana y Wisconsin, presentados en formatos inconsistentes y contenidos de información (Arnold et al. 1999).

El Oak Ridges Moraine, situado justo al norte de Toronto, es otro importante recurso de agua subterránea que Se ha evaluado por 3D modelos geológicos creados de amplios registros y pozos y el agua (Logan et al. 2001). Los procedimientos extensos de validación se utilizaron para asegurar que el modelo resultante era fiable. Modelo construcción utilizado otros datos, incluyendo geofísica encuestas y ampliamente basado en modelos conceptuales de condiciones durante la fusión del glaciar continental lóbulos para desarrollar interpolados superficies. Se hizo evidente que la estratigrafía fue complejo, con erosión canales y márgenes de hielo otras características considerablemente afectar a la secuencia de capas (Sharpe et al. 2002). Un observación importante es que son menos profundas horizontes más exactamente situado y modelado porque más pozos encontrarlos; horizontes más profundos son más problemáticos porque hay pocas observaciones (Logan et al. 2001).

Una vez que los datos de las perforaciones se han validado, construcción de las superficies individuales transcurre generalmente por uno de tres métodos:

1. Usando las observaciones de pozo para crear un triángulo que define una superficie (en términos de SIG, un triangulado red irregular, o TIN),

2. Mediante la aplicación de cualquiera de generación de la superficie y varios contorneado procedimientos a las observaciones del pozo, o

3. Mediante el desarrollo de una serie de paralelos o intersección interpretativos secciones transversales entre perforaciones para una mejor control de las geometrías de superficie.

Los tres métodos tienen ventajas y desventajas (Houlding 1994; Turner 2003a). Independientemente del método utilizado para crear las superficies, varios problemas permanecen. Las superficies se crean a menudo de forma independiente y por lo que algunas superficies se pueden cortar cada uno otro en situaciones geológicamente imposibles. Una revisión cuidadosa y la edición de todas las superficies se requiere generalmente. La secuencia de superficies debe permitir zonas de erosión o no deposición de algunas unidades (Fig. 9). Como la mayoría del software sistemas requieren todas las superficies que existen en todo el dominio del modelo completo, las superficies deben ser evaluados para permitir las prórrogas, con unidades cero ''de espesor. En algunos casos, las visualizaciones de asignar representaciones incorrectas a las superficies donde estos'' cero'' de espesor unidades están encontrado. En cualquier caso, este requisito lo general aumenta el número de horizontes y unidades que deben ser incorporados en el modelo, por lo que su construcción más complejo.

Los modelos de las unidades ofrecen muchas interdigitaciones especial problemas, tanto de la interpretación por el geólogo crear el modelo y en la estructura de datos que se necesitan números extremadamente grandes de las superficies apiladas. Generalmente, los este tipo de situaciones no se modelan explícitamente la definición de todos superficies, las zonas más gruesas en vez se subdividen en elemental volúmenes, o son ''discretizado como se discute, y entonces las tareas de facies cualitativos se hacen a los elementos por interpolación a partir de observaciones del pozo.

La Figura 10 ilustra un modelo creado de esta manera.

Modelado de fallas Fallos y otras discontinuidades de fractura han sido un tema recurrente de los creadores del modelo geológico para muchos año (D'Agnese et al. 1997). Estratos de roca en contrario lados de una falla puede tener similares o diferentes espesores y características dependiendo del tipo de fallo y las

relaciones temporales entre el deposicional procesos y fallas de comunicación. Una serie de herramientas de modelado Se han propuesto para ayudar a la creación del modelo bajo supuestos específicos relativos a fallas y estilo relaciones temporales.

Fallas y fracturas son importantes por otras razones. Ellos pueden influir considerablemente en las propiedades estructurales y también la capacidad de los fluidos para mover a través de la superficie inferior.

Los fallos pueden proporcionar conductos preferenciales para el flujo de fluido o pueden actuar como barreras para el flujo. En cualquiera de los casos suelen añadir a la distribución anisotropía de propiedad necesarios por los modelos numéricos.

Modelado de fallas verticales o casi verticales, y zonas de empuje casi horizontales son relativamente fáciles de manejar por muchos productos GSIS existentes. En estos dos casos, los planos de falla se puede definir mediante la adición a las superficies estratigráficas existentes. esto puede aumentar la complejidad de la creación del modelo, pero por lo demás es relativamente sencillo. Moderadamente inclinados fallas presentan mayores dificultades para hacer que la geometría intersecciones están debidamente definidos, sin lagunas o superposiciones, y estratos gruesos que a ambos lados correctamente el reflejo de su origen.

Compensaciones fallo puede provocar lo contrario continua waterbearing unidades a tener sitios restringidos. recientemente, el Servicio Geológico de EE.UU. (USGS) completaron un investigación del Acuífero Edwards, cerca de San Antonio, Texas. El Acuífero Edwards es una secuencia de carbonato kárstico que en esta región se ve afectada por muchos defectos la formación de la zona de falla de Balcones (Pantea y Cole, 2004).

Un modelo geológico 3D ha sido construido sobre la base de descripciones litológicas y de la interpretación de un número de pozos y de un modelo conceptual de la geología unidades. Las figuras 11 y 12 muestran el estratigráfica modelo y las fallas y los controles así de este modelo.

Fueron creados mediante el uso de un comercial visor 3D producto suministrado en un CD-ROM con los datos del modelo (Pantea y Cole, 2004).

Modelar terrenos complejos El capa-cake enfoque a la creación del modelo geológico utilizando múltiples superficies no es adecuado para las regiones con complejas estructuras geológicas, o cuando en capas secuencias no son dominantes. La construcción de modelos diferentes Se necesitan enfoques en ígneas y metamórficas terrenos y, a menudo, en algunos estudios de minería.

Un enfoque consiste en crear una serie de interpretarse secciones y luego enlazarlas con representación de límites métodos para crear una serie de formas complejas encerrando volúmenes. El modelo completo incluye una serie de tales volúmenes, por lo tanto este enfoque se define mejor

La figura. 9 Modelo de construcción de una secuencia de capas para la contabilidad no deposición y erosión como un método incremental.

Se debe tener atención a garantizar que los volúmenes individuales comparten común de delimitación superficies, es decir, no tienen ni huecos entre ellas ni se cortan entre sí. Varios productos de la minería GSIS proporcionar estas capacidades de creación de modelos.

Un enfoque alternativo comienza con un entero regional volumen-típicamente un cubo y luego progresivamente subdivide en regiones con una serie de superficies que se intersectan. Estas superficies pueden representar mayor discontinuidades, tales como zonas de cizalla o fallos. La Diversas REGIONES pueden considerados servicios de COMO teniendo Distinto Propiedades de Materiales con los anisotropías orientadas o gradientes.

Las superficies de discontinuidad pueden Principales servicios asignados anchos y Propiedades Únicas, DESCRIBE COMO sí en la falla Discusión anteriormente, Por Lo Que posteriormente sí le Florerias asignar

Únicas characteristics Mecánicas o sí define COMO conductos o Barreras Para Los Flujos de LÍQUIDO. La Figura 13 Demuestra Este Concepto.

Asignación de las distribuciones de Propiedad Distribuciones de Propiedad estan generalmente modelada MEDIANTE la Aplicación de Metodos de discretización. Discretización implicaciones la subdivisión de los Objetos Espaciales baño UNA SERIE de Pequeños Elementos.

Existe un Cuerpo considerable de la Teoría Relativa el Diseño y Construcción de mallas adecuadas párrafo different requirements de Modelado (Knupp y Steinberg 1994). Hay dos Grandes Tipos de mallas Estructurado Y no estructurados. GSIS comercial available Productos dependen principalmente de mallas Estructuradas. MIENTRAS 3D Modelos require mallas volumétricas, las diferencias Entre los Enfoques Son Mas facilmente ilustrado Por 2D equivalentes. En las Secciones following sí utiliza Una Pequeña section DE UNA Sección transversal de 2-D geológica Que contains Varios estratos de Espesor variable y sin Fallo.

mallas Estructuradas

La Mayoría de GSIS comercialmente DISPONIBLES Dividir el volumen discreto cuarto Elementos de volumen, o vóxeles, Que hijo generalmente Cubos Normales. Voxel Metodos Una ofrecen Estructura de los Datos Sobre los cuales las vegas más Las Aplicaciones Especializadas Puede Ser construído Bastante rápidamente. De Este Modo, la Oferta Comercial VENTAJAS. Sin embargo, a Menos Que las Dimensiones de la Celda estan muy pequeña, el proceso de discretización puede destruir importantes detalles geométricos (Fig. 15). Datos muy grandes archivos puede ser el resultado, como una resolución muy baja modelo 3D que suponen solo 100.100.100 células en cada dirección principal resultados en 1-millón de células. Muchos proyectos requieren mucho resoluciones más altas, por lo que muchas aplicaciones pueden requerir decenas o cientos de millones de células. por consiguiente diversos métodos de tamaño variable voxels han sido propuesto.

En 2D, células quadtree jerárquicos (Fig. 16) proporcionan mayores frecuencias de muestreo en áreas de cambio rápido y las células más grandes en áreas de uniformidad. En 3D, el octree representación proporciona la misma funcionalidad; tanto también proporcionar para la indexación rápida del individuo células dentro de la base de datos. Aunque proporcionan algunos compresión de datos y la recuperación rápida de los datos de gran y modelos complejos, estas técnicas requieren remodelación siempre que la geometría de marco general es cambiado, y también puede tener alguna penalización durante iterativo modelo de construcción. Muchos elementos geológicos tienen una variabilidad mucho mayor en la dirección vertical en comparación con su lateral extensiones. Esto es especialmente cierto en ambientes sedimentarios, donde sub-estratos horizontales lateralmente continuas pueden mostrar una mayor coherencia de las propiedades en comparación con las variaciones entre los estratos en la vertical dirección.

Así, algunos GSIS comercial (por ejemplo, Stratamodel) ofrecen en parte deformable geocellular voxels (Denver y Phillips 1990). La Figura 17 proporciona una ejemplo de tal modelo.

Modelos Voxel o octree mostrará bloque áspero superficies reflectantes su estructura celular, y esto puede ser una distracción en algunas visualizaciones (Fig. 18). Algunos productos (como EarthVision por Dynamic Graphics) convertir una estructura de datos en un voxel isosuperficie 3-D antes para mostrar, como se muestra en la figura. 19 (Smith y Paradis, 1989; Belcher y Paradis, 1991).

mallas no estructuradas

Más recientemente, algunos sistemas han utilizado no estructurada mallas que no están limitados por tener que tener un nodo constante y la estructura de la cara, y se puede vincular con finito modelos de elementos (Gable et al. 1996). Esto proporciona una mayor flexibilidad durante la fase de desarrollo de un modelo que refleja las condiciones del subsuelo, pero esta flexibilidad viene a un precio: se ha añadido demandas computacionales y muy lento modelo de construcción, a menos sofisticado malla constructor software es desarrollado y empleado. La Figura 20 ilustra una malla no estructurada típico 2-D desarrollado para la sección de la sección transversal mostrada anteriormente.

Tridimensionales mallas no estructuradas sobre la base de un variedad de elementos fundamentales como tetraedros, hexaedros y dodecaedros. La Figura 21 ilustra una malla tetraédrica no estructurada desarrollado para estudiar la zona no saturada en el proyecto de Yucca Mountain nuclear perder el depósito en Nevada.

Mallas no estructuradas son particularmente útiles en el modelado discontinuidades fractura donde los elementos finitos modelos de relaciones hidrología o la tensión / deformación son de importancia primaria (Fig. 22). Por estas y otras razones, varios equipos de investigación han invertido esfuerzo considerable en el desarrollo de malla 3D no estructurada sistemas y fabricantes de malla'' (Trease Gable y Cherry 1996).

Modelado geológico en gestión de la información

sistemas

Después de una representación adecuada geométrica de los GeoObjects se ha logrado, el modelado predictivo puede ser comprometido a predecir y/o simular los procesos que ocurren en las condiciones geológicas del subsuelo. Por resolución de ecuaciones, o realizar otros análisis numéricos, una variedad de eventos pueden ser analizados y puede alternativas de gestión ser evaluadas-por ejemplo, una vez que las rutas de migración de fluidos y los volúmenes se determinan, o una vez que las distribuciones de las propiedades geotécnicas son determinados, decisiones relativas a los derechos económicos o ambientales consecuencias de un proyecto de construcción se puede evaluar.

Predicción tiene una extrapolación, en lugar de interpolativo, carácter. Así, las predicciones implican incertidumbre y la toma de decisiones en un contexto de incertidumbre lleva riesgo. La figura 23 muestra la progresión de geociencia conocimiento de los datos básicos de la recolección a la toma de decisiones como una pirámide.

En el nivel de base amplia, los datos se transformaron a información mediante la aplicación de juicio contexto y científica y la experiencia de las observaciones básicas. adicional interpretaciones expertas más selectivos transformar la información al conocimiento, análisis y decisión básica puede comenzar. La transformación final-de conocimientos a la sabiduría y la conducción de decisiones eficiente hacer, requiere la combinación de cuidado flujo de trabajo de gestión y tecnología de la información avanzada (IT) conceptos.

Relativamente pocos ejemplos documentados de tal integrada modelado geológico, la visualización y la información enfoques de gestión de existir. Loudon (2000) exploró la dicotomía existente entre las ciencias de la tierra y TI. Mientras que muchos geocientíficos han abrazado conceptos e Informática aplicada herramientas para mejorar su investigación, un número mucho mayor no. Mientras que pueden utilizar computadoras para preparar documentos y comunicarse con colegas, que ignoran el potencial apoyo de estudios científicos métodos ofrecidos por la misma.

Hay una conciencia poco a poco cada vez más el potencial beneficios de la TI agresivamente la adopción de métodos. comienzo a principios de 1990, un equipo de científicos del USGS creó el Primera Regional 3-D modelo hidroestratigráfica de la Muerte Valle del sistema acuífero regional en el sur de Nevada y al sur-este de California (D'Agnese et al. 1997). Esta modelo fue desarrollado como parte de la evaluación de la potencial para el establecimiento de un depósito de residuos nucleares en Yucca Mountain. Una serie de cada vez más sofisticado simulaciones de agua subterránea se llevaron a cabo, utilizando técnicas de modelización directa e inversa, de modo que el modelo de sensibilidad a las suposiciones o incertidumbres en diversos parámetros de control podrían ser evaluados (D'Agnese et al. 1997).

También a finales de 1990 de una serie de aguas subterráneas investigaciones fueron realizadas por geólogos canadienses alrededor de Winnipeg (Thorleifson et al. 2003), en el Oak Ridges Moraine al norte de Toronto (Logan et al 2001.; Sharpe et al. 2002) y en algunos otros lugares. En la Estados Unidos, una serie similar de 3D proyectos de cartografía se llevaron a cabo en la región de los Grandes Lagos y cerca de Chicago (Arnold et al, 1999;. Soller et al 1998, 1999.).

Estos sistemas utilizan una variedad de productos de software pero tenían muchas características en común. Todos los problemas con el validación de observaciones recogidas durante largos períodos de tiempo (Russell et al. 1998). Varios proyectos desarrollados formas innovadoras de evaluación y visualización de modelo incertidumbre (Fig. 24).

El desarrollo continuo del Valle de la Muerte regional evaluación de las aguas subterráneas involucrado equipo USGS expertos repartidos por todo el oeste de Estados Unidos.

El reto científico de creación robusto y validado modelos fue considerable, mientras que los horarios de entrega son exigente. Las ineficiencias en el mantenimiento de la coordinación a través de los múltiples lugares, además de las demandas de información documentación de todos los procedimientos, condujo a la decisión de investigar la aplicación de TI avanzados métodos.

Demandas similares han llevado a la adopción de conceptos de TI comunidades comunes en el negocio y financiero a los esfuerzos de evaluación ambiental en Los Alamos National Laboratory en Nuevo México (Nasser et al. 2003). En Los Alamos, herramientas que habían sido tradicionalmente utilizada para tomar decisiones financieras con modelos y simulaciones se está utilizando para proporcionar una estructura similar a decisión científica de decisiones. La Figura 25 ilustra los cuatro componentes básicos de un conjunto de datos geológicos integrados modelado y sistema de gestión de la información.

El núcleo técnico central contiene las herramientas técnicas apoyar la gestión de datos geológicos, la visualización y el modelado, incluyendo tanto el desarrollo del modelo marco y discretización así como numérico, predictivo simulación de modelos. La técnica básica es rodeada por cuatro componentes de apoyo. La infraestructura ''componente'' está obligado a mantener la el sistema operativo sin problemas. Se mantiene el sistema y seguridad de datos y otros entornos de sistemas operativos.

El componente de gestión de flujo de trabajo proporciona herramientas para acceder a la base técnica, incluidas las interfaces de usuario, y también enlaces a la evaluación del riesgo y la toma de componente de

apoyo que contiene herramientas de software para el riesgo evaluación y toma de decisiones. La difusión componente gestiona la producción y distribución de resultados generados por el sistema.

La Figura 25 refleja un alto nivel de abstracción. Operacional sistemas requieren un diseño cuidadoso del sistema, documentación de todos los componentes y procesos, y cumplimiento de las normas correspondientes. La progresión ordenada de datos, a la información, al conocimiento ya sabiduría sólo puede ocurrir si la visualización analítica y herramientas de toma de decisiones están vinculadas a través de un estándar de datos de protocolo.

Estos conceptos y requisitos se utilizaron para desarrollar una serie de sistemas de Los Alamos (Nasser et al. 2003) y posteriormente se amplió para cubrir el USGS Valle de la Muerte de las aguas subterráneas del proyecto (D'Agnese y O'Brien 2003), donde el concepto de sistema se define como'''' GeoPro. El concepto de diseño de la base dentro de GeoPro era consistente manejo de datos interna. esto se convirtió mediante extracción-carga-traducción (ETL) conceptos. La serie de módulos ETL manejar cada transferencia de datos desde un procesamiento paso a la siguiente. Esto permite que el sistema

utilizar los datos almacenados en los sistemas heredados mayores, establecer y mantener las bases de datos internas y mantener la coordinación entre las diferentes herramientas utilizadas por el equipo de proyecto interno miembros o por los usuarios de clientes externos.

El concepto ETL ofrece una arquitectura abierta para GeoPro. Si un nuevo método o herramienta que se desea para una determinada proceso, unos pocos módulos ETL pueden desarrollarse nuevas a permitir la transmisión de datos entre la nueva herramienta y GeoPro. Esto permite GeoPro a, por ejemplo, proporcionar diferentes capacidades de visualización para ''grueso'' y ''delgado'' clientes. El diseño general permite GeoPro automático versiones de productos similares desarrollados en diferentes veces. Las pistas de auditoría permiten en particular los vínculos entre modelos o predicciones y los datos de origen e intermedios interpretaciones para ser fácilmente descubierto.

Mirando hacia el futuro

Predicción del futuro nunca es fácil. El futuro de los modelado geológico y la visualización parece probable que aumentar. Las tecnologías actuales imponen varios obstáculos a la amplia utilización de estas herramientas en el presente, pero tendencias tecnológicas y económicas apuntan hacia la reducción de estos impedimentos en el futuro. al mismo tiempo, las expectativas sociales para el desarrollo sostenible y aumento continuo del medio ambiente demandas de las evaluaciones más complejas y cuantitativos de las condiciones del subsuelo.

Los impedimentos para un mayor uso Turner y Rosenbaum (2003) discuten cuatro grandes impedimentos para un mayor uso de subsuelo geológico modelado, con base en las deliberaciones durante una conferencia patrocinado por la Fundación Europea de la Ciencia en 2001 (Rosenbaum y Turner 2003). Estos impedimentos son:

La figura. 25 Integrado geológico gestión de datos e información

1. La falta de totalmente desarrollado 3D y 4D orientado análisis matemático, espacial cognitivo y estadística herramientas.

2. La incapacidad de los sistemas disponibles para encapsular el variabilidad natural de las características geológicas, o representar a y reflejan con precisión las incertidumbres relacionadas con interpretación de la configuración espacial o propiedades.

3. La falta general de acceso a las herramientas especializadas para exploración y modelado de sistemas geológicos. Otro que las desarrolladas para la industria petrolera, se trata de generalmente demasiado costoso para todos, pero algunas organizaciones de conseguir.

4. La escasez de ejemplos completos que podrían superar lo que puede llamarse ''inercia geocientífica.

Muchos geólogos conocen cuantitativo del subsuelo métodos de caracterización, pero la mayoría lo no aceptarlos, ya que aún no se han convencido que la inversión de tiempo, esfuerzo y fondos producirá un dividendo o dar lugar a una mejor ciencia.

Las tendencias actuales Como un esfuerzo separado paralelo, la Asociación Cartográfica Internacional Association (ICA) Comisión de Visualización y Entornos Virtuales evaluó los problemas asociado con la extensión de los métodos cartográficos en un entorno tecnológico cada vez más dinámico (MacEarchen Kraak y 2001). La comisión auspiciada una serie de reuniones y talleres internacionales (MacEachren y Kraak 1997; MacEachren 1998; Kraak y MacEachren 1999) que culminó en una marcha 2002 FSE conferencia con el tema Geovisualización en Albufeira, Portugal (Evans 2003; Dykes MacEachren y Kraak 2004). La conferencia examinó Geovisualización en muchos contextos e hizo tres crítico observaciones:

1. Hay herramientas mucho más potentes disponibles que Hace 10 años.

2. Comprensión de los retos de la investigación es cada vez. mejor y más precisa

3. La comprensión de las experiencias humanas básicas y habilidades cognitivas está creciendo.

Modelado geológico futuro y la visualización del subsuelo, cada vez más apoyados e integrados dentro de las tecnologías avanzadas de la información, de forma rutinaria aplicado a más proyectos y decisiones de la sociedad siempre las necesidades del usuario y las expectativas se cumplen. Esta sugiere una ''familia'' de productos de entrega de distintivos se ser necesario, cada una dirigida a una clase distinta de los usuarios.

Los usuarios sofisticados, los clientes grueso, debe tener capacidades para revisar y volver a procesar los datos originales. En contraste, los usuarios públicos generales son ''thin clients y por lo general Quiero una respuesta, no los datos originales, que probablemente no puede procesar y no entiendan.

Las futuras consideraciones operacionales Las principales consideraciones operacionales futuros incluyen la visualización de incertidumbre, diseño de fácil de comprender visualizaciones e interfaces de usuario y eficientes capacidades de difusión a través de Internet y desarrollo de recursos financieros apropiados e intelectual procesos de propiedad.

Mejorar la visualización y las interfaces de usuario

Todos los usuarios deben comprender las limitaciones de datos. Hay un peligro real de que los usuarios se producen muy impreciso productos mediante la combinación de datos de diferentes conjuntos de formas que exceden su ámbito de aplicación. Cuanto menos sofisticado, pero en general basado, en general los usuarios públicos deben ser capaces de diferenciar claramente entre lo observado y lo conjetural componentes de cualquier modelo o visualización. Desafíos permanecer en los modelos de producción y

visualizaciones que incorporar y mostrar claramente las incertidumbres en los datos o interpretación. Realismo implícito puede producir fuera de lugar confiar.

Diseño de interfaces de usuario adecuadas es crítica. Experto los usuarios quieren entrar peticiones rápidamente y con precisión, sino que Esperamos atajos. Por el contrario, los usuarios novatos necesitan ayuda en la comprensión de las opciones, quizás en línea ayuda o tutoriales. El usuario inexperto estaría desconcertado por el experto ''interfaz, mientras que el experto se convertirá en exasperado con el novato'' interfaz.

Futuros métodos de difusión

Modelos geológicos implican grandes volúmenes de datos, su gestión se basa en la aplicación inteligente de estándares modernos de la base de datos de diseño y los asociados procedimientos de gestión de la información. Diseminación eficiente de estos modelos y productos de visualización depende en gran medida de las capacidades de Internet mejoradas. Corriente Capacidades de Internet, especialmente la capacidad de muchos usuarios para garantizar el ancho de banda adecuado, restringir la amplia distribución de modelos y visualizaciones. La introducción de bajo costo ''espectadores, que permiten a los usuarios interrogar fácilmente Modelos 3D y visualizaciones creadas por otros el uso de software especializado sofisticado y caro, son de gran valor, ya que permiten al usuario girar, zoom dentro y cortar partes del modelo, o crear animaciones. Estas capacidades eliminar los muchos las restricciones impuestas por las vistas fijas en las publicaciones estándar.

La tecnología actual ofrece algunas opciones, futuros mayor flexibilidad permitirá muchos nuevos opciones de difusión.

El desarrollo reciente de un acuerdo, sin costo 3D ''Espectador por el Servicio Geológico Alemán y que puede ser descargado a través de la Internet junto con seleccionado conjuntos de datos de los holandeses del

subsuelo, permite a los usuários examinar estos modelos de forma interactiva (Van Wees et al. 2003). Por el contrario, el USGS ha lanzado recientemente un CDROM que contiene un modelo 3D de un área cerca de San Antonio, Texas, con una versión gratuita de un comercial visor que puede ser utilizado por el usuario

para interrogar a este conjunto de datos único (Pantea y Cole, 2004). El USGS realizó una tarifa para el proveedor de software con el fin de proporcionar esta producto para el público. Sin embargo, aunque fácil

de instalar, el espectador tiene muchas funciones y el usuario tiene que leer varias páginas de documentación para aprender a operar que el manual completo está previsto, pero se ejecuta a varios

cientos de páginas! Las cuestiones económicas y jurídicas Tal vez los controles más importantes sobre el futuro del patrimonio geológico modelado y la visualización son las decisiones de sociedad con respecto a la

financiación y la propiedad intelectual derechos. Caracterización del subsuelo es un potencial crítico parte de la evaluación de recursos y planificación, así como lugar de los hechos. La sociedad tiene típicamente

insuficientemente financiados estas actividades, excepto en el caso de inusual o altamente proyectos visibles o preocupaciones. Por lo tanto, la corriente 3D geológica modelos y visualizaciones se limitan a un

relativamente algunos grandes, a largo plazo, los proyectos'' importantes. la cuestión incluye preguntas sobre quién debe pagar, y cómo mucho. Como avances tecnológicos reducir el costo de realizar el modelado

geológico y visualización, estos métodos serán más ampliamente aplicado a una gran variedad de estudios. Demanda social de una evaluación cuidadosa de los recursos escasos, como el agua subterránea, y para

sostenibilidad'' en los planes de desarrollo, fomentará un mayor uso de estas tecnologías.