地質モデリング

地質モデリング、 地質モデル化、ジオモデリングは、地球表面上および地下で行われた地球物理学的および地質学的観測に基づいて、地球の地殻の一部をコンピューターで表現する応用科学です。ジオモデルは、関心領域における物理量の記述によって補完された3次元地質図の数値版です。 ^[1] ジオモデリングは、共有地球モデルの概念に関連しています。^[2] これは、地下に関する学際的で相互運用可能かつ更新可能な知識ベースです。

ジオモデリングは、天然資源の管理、自然災害の特定、地質学的プロセスの定量化によく使用され、主な用途は油田やガス田、地下水帯水層、鉱床です。たとえば、石油・ガス業界では、さまざまな炭化水素回収シナリオにおける岩石の挙動を予測する貯留層シミュレータープログラムへの入力として、現実的な地質モデルが必要です。貯留層は一度しか開発および生産できないため、開発条件の悪い場所を選択するというミスは悲劇的で無駄なことです。地質モデルと貯留層シミュレーションを使用すると、貯留層エンジニアは、特定の貯留層に対してどの回収オプションが最も安全で経済的、効率的、効果的な開発計画を提供するかを特定できます。

地質モデリングは、構造地質学、堆積学、地層学、古気候学、および続成作用を統合した、地質学の比較的新しい分野です。

2 次元 (2D) では、地質構造または単位はポリゴンで表され、断層、不整合、または横方向の範囲や作物によって境界が定められます。地質モデルでは、地質単位は 3 次元 (3D) の三角形またはグリッド化された表面で境界が定められます。マップされたポリゴンに相当するのは、三角形メッシュを使用した完全に囲まれた地質単位です。特性または流体モデリングの目的で、これらのボリュームは、ボクセル(ボリューム要素) と呼ばれるセルの配列にさらに分割できます。これらの 3D グリッドは、単一表面の特性を表すために使用される 2D グリッドに相当します。

ジオモデリングは一般的に次の手順で行われます。^[3]

研究領域の地質学的背景の予備分析。
利用可能なデータと観測結果を点集合または折れ線として解釈します (例: 垂直地震断面の断層に対応する「断層棒」)。
主要な岩石境界（地層、不整合、貫入、断層）を記述する構造モデルの構築^[4]
構造モデルを尊重して不均一性の体積表現をサポートし (地質統計学を参照)、地下の物理的プロセス (地震波の伝播、多孔質媒体内の流体輸送など) を支配する偏微分方程式を解く 3 次元メッシュの定義。

地質モデリングコンポーネント

構造フレームワーク

断層、褶曲、浸食(不整合)の影響を含む、主要な地層の境界の空間位置を組み込みます。主要な地層の区分は、境界面に対するさまざまな形状 (上部に平行、底部に平行、比例) を持つセルの層にさらに細分化されます。最大セルサイズは、解決されるフィーチャの最小サイズによって決まります (日常的な例: 都市のデジタルマップでは、都市公園の位置は 1 つの大きな緑色のピクセルで適切に解決されるかもしれませんが、バスケットボールコート、野球場、プールの位置を定義するには、はるかに小さいピクセル (高解像度) を使用する必要があります)。

岩石の種類

モデル内の各セルには岩石の種類が割り当てられます。沿岸の砕屑性環境では、これらは海岸の砂、高水エネルギー海洋上部海岸面砂、中水エネルギー海洋下部海岸面砂、およびより深い低エネルギー海洋シルトと頁岩である可能性があります。モデル内のこれらの岩石の種類の分布は、マップ境界ポリゴン、岩石の種類確率マップ、または十分に近接した井戸データに基づいて統計的に配置など、いくつかの方法で制御されます。

貯留層の品質

貯留層の品質パラメータには、ほとんどの場合、多孔度と透水性が含まれますが、粘土含有量、セメント化係数、および岩石の細孔に含まれる流体の貯蔵と供給に影響するその他の要因の測定値が含まれる場合もあります。地質統計学的手法は、各セルの岩石タイプに適した多孔度と透水性の値をセルに入力するために最もよく使用されます。

体液飽和度

ほとんどの岩石は地下水で完全に飽和しています。適切な条件下では、岩石の細孔空間の一部が他の液体や気体で占められることがあります。エネルギー業界では、石油と天然ガスが最も一般的にモデル化されている流体です。地質モデルで炭化水素の飽和度を計算するための推奨される方法は、細孔の喉のサイズ、流体の密度、および水接触面上のセルの高さの推定を組み込むことです。これらの要因は、最終的に流体の飽和度を制御する毛細管現象に最も大きな影響を与えるためです。

地統計学

地質モデリングの重要な部分は地統計学に関連しています。観測されたデータを表現するためには、規則的なグリッド上にない場合が多いため、特定の補間技術を使用する必要があります。最も広く使用されている手法は、データ間の空間相関を使用し、セミバリオグラムを介して補間を構築するクリギングです。より現実的な空間変動を再現し、データ間の空間不確実性を評価するために、バリオグラム、トレーニング画像、またはパラメトリック地質学的オブジェクトに基づく地統計シミュレーションがよく使用されます。例：^[5]

鉱床

採鉱や鉱物探査に携わる地質学者は、地質モデリングを使用して、地球の地下の鉱床の形状と配置を決定します。地質モデルは、鉱物の量と濃度を定義するのに役立ちます。これに経済的制約を適用して、鉱化の経済的価値を決定します。経済的であると見なされる鉱床は、鉱山として開発される場合があります。

テクノロジー

ジオモデリングとCAD には多くの共通技術があります。ソフトウェアは通常、1 つまたは複数のコンピュータプラットフォーム上でC++、Java、またはC#のオブジェクト指向プログラミング技術を使用して実装されます。グラフィカルユーザーインターフェイスは一般に、空間データ、解釈、およびモデリング出力を視覚化するための 1 つまたは複数の 3D および 2D グラフィックウィンドウで構成されます。このような視覚化は一般に、グラフィックハードウェアを利用して実現されます。ユーザー操作は主にマウスとキーボードで行われますが、特定のケースでは 3D ポインティングデバイスや没入型環境が使用されることもあります。GIS (地理情報システム) も、地質データを操作するために広く使用されているツールです。

幾何学的オブジェクトは、パラメトリック曲線や面、あるいはポリゴンメッシュなどの離散モデルで表現されます。^[4]^[6]

ジオモデリングの研究

ジオモデリングに関する問題：^[7]^[8]

関心のある様々なスケールの地質学的対象を記述するための適切なオントロジーを定義する。
地質マッピングデータ、ボーリングデータと解釈、地震画像と解釈、潜在的なフィールドデータ、坑井テストデータなど、さまざまな種類の観測を3Dジオモデルに統合します。
モデル構築中に地質学的プロセスをより適切に考慮する
ジオモデルに関する不確実性を特徴づけることでリスク評価に役立ちます。したがって、ジオモデリングは地統計学や逆問題理論と密接な関係があります。
異なるデータソースを統合するために最近開発された複数ポイント地統計シミュレーション（MPS）を適用する、^[9]
自動ジオメトリ最適化とトポロジー保存^[10]

歴史

70年代、ジオモデリングは主に等高線描画などの自動2D地図作成技術で構成されており、プロットハードウェアと直接通信するFORTRANルーチンとして実装されていました。80年代に3Dグラフィックス機能を備えたワークステーションが登場したことで、グラフィカルユーザーインターフェイスを備えた新世代のジオモデリングソフトウェアが誕生し、90年代に成熟しました。^[11]^[12]^[13]

ジオモデリングは、その発足以来、主に石油・ガス産業によって推進され、サポートされてきました。

地質モデリングソフトウェア

ソフトウェア開発者は、地質モデリングの目的でいくつかのパッケージを構築してきました。このようなソフトウェアは、エンジニア、地質学者、測量士が必要とするパラメータを表示、編集、デジタル化し、自動的に計算することができます。現在のソフトウェアは、主に石油・ガス業界または鉱業業界のソフトウェアベンダーによって開発され、商品化されています。

地質モデリングと視覚化

IRAP RMS スイート
ジオティックマイン
ジオモデラー3D
DecisionSpace 地球科学スイート
ダッソー・システムズ GEOVIA は、地質モデリングに Surpac、GEMS、および Minex を提供します
3D の
Mira Geoscience は、すべてのデータを尊重する有効な解釈のためにコンパイル、モデル化、分析する 3D 地質モデリングソフトウェアである GOCAD Mining Suite を提供しています。
Seequent は、Leapfrog 3D 地質モデリングとGeosoft GM-SYS および VOXI 3D モデリングソフトウェアを提供します。
Maptek は、地質モデリングと鉱山計画のための 3D モジュールソフトウェアビジュアライゼーション Vulcan を提供しています。
Micromine は、モデリング、見積もり、設計、最適化、スケジュール設定のための統合ツールを提供する、包括的で使いやすい探査および鉱山設計ソリューションです。
ミズナギドリ
ロックワークス
SGSジェネシス
動く
SKUA-GOCAD
Datamine Softwareは地質モデリング用のStudio EMとStudio RMを提供しています
BGS Groundhog Desktop は、英国地質調査所の GeoAnalytics およびモデリング部門によって開発された、無料で使用できるソフトウェアです。
ジオシーン3D

地下水モデリング

ズームQ3D

さらに、業界のコンソーシアムや企業は、地球科学データベースと地理モデリングソフトウェアの標準化と相互運用性の向上に特に取り組んでいます。

標準化:国際地質科学連合の地質科学情報の管理と応用に関する委員会によるGeoSciML 。
標準化: Energistics によるRESQML (tm)
相互運用性: TIBCO(r) による OpenSpirit

参照

参考文献

Bolduc, AM、Rivelin, MN.、Lefebvre, R.、Fallara, F. et Paradis, SJ、2006。エスカーズ: À la recherche de l'or bleu。ラ・サイエンス・オ・ケベック: http://www.sciencepresse.qc.ca/archives/quebec/capque0606f.html
Faure, Stéphane、Godey, Stéphanie、Fallara, Francine、Trépanier, Sylvain。(2011) 始生代北米マントルの地震学的構造とダイヤモンド含有キンバーライト地帯との関係。Economic Geology、2011 年 3 月～4 月、第 106 巻、223～240 ページ。http://econgeol.geoscienceworld.org/content/106/2/223.abstract
Fallara, Francine、Legault, Marc、Rabeau, Olivier (2006)。アビティビ地域 (ケベック州、カナダ) における 3D 統合地質モデリング: 技術と応用。探査と採鉱地質学、第 15 巻、第 1 ～ 2 号、27 ～ 41 ページ。http://web.cim.org/geosoc/docs/pdf/EMG15_3_Fallara_etal.pdf ^{[永久リンク切れ‍ ]}
Berg, RC, Mathers, SJ, Kessler, H.、および Keefer, DA、2011。地質調査所における現在の 3 次元地質マッピングおよびモデリングの概要、イリノイ州シャンペーン：イリノイ州地質調査所、Circular 578。https://web.archive.org/web/20111009122101/http://library.isgs.uiuc.edu/Pubs/pdfs/circulars/c578.pdf
Turner, AK; Gable, C. (2007)。「地質モデリングのレビュー。地下水アプリケーションのための 3 次元地質マッピング、ワークショップ拡張概要」(PDF) 。コロラド州デンバー。2008 年 11 月 21 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
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脚注

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^ ダイナミックグラフィックスの歴史 2011-07-25 にWayback Machineにアーカイブされました
^ Gocad ソフトウェアの起源
^ JL Mallet、P. Jacquemin、N. Cheimanoff (1989)。GOCAD プロジェクト: 複雑な地質表面の幾何学的モデリング、SEG Expanded Abstracts 8、126、doi :10.1190/1.1889515

外部リンク

英国地質調査所における地質モデリング

[mallet-1] Mallet, JL (2008). 数値地球モデル. ヨーロッパ地球科学者・技術者協会 (EAGE Publications bv). ISBN 978-90-73781-63-4. 2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月20日閲覧。

[franchi-2] Fanchi, John R. (2002 年 8 月)。Shared Earth Modeling: Methodologies for Integrated Reservoir Simulations。Gulf Professional Publishing (Elsevier 社)。pp. xi– 306。ISBN 978-0-7506-7522-2。

[3] チェン、シャンイン;シェ、ビエンジー;スー、クオチン。チャン、イーフェイ。リュウ・ジアウェイ。ファン、カイチュン。チェン、リーウェイ。ハン、インルン（2021年1月）。「台湾、黄堆山地熱地帯のダブレットの坑井間隔」。地熱学。89 : 101968。Bibcode :2021Geoth..8901968C。土井：10.1016/j.geothermics.2020.101968。S2CID 224972986。

[StructMod-4] Caumon, G.、Collon-Drouaillet, P.、Le Carlier de Veslud, C.、Sausse, J. および Viseur, S. (2009)、地質構造の表面ベースの 3D モデリング、数学地球科学、41(9) ):927–945

[5] Cardenas, IC (2023). 「非均質ランダムフィールドを使用したボーリングデータからの地層の不確実性を定量化する2次元アプローチ」.工学地質学. 314 : 107001. Bibcode :2023EngGe.31407001C. doi : 10.1016/j.enggeo.2023.107001 . S2CID 255634245.

[Mallet02-6] ^マレット、J. - L.、ジオモデリング、応用地統計学シリーズ。オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-514460-4

[7] Caumon, G., 確率的時間変動地質モデリングに向けて (2010)、数学地球科学、42(5):(555-569)

[8] Perrin, M., Zhu, B., Rainaud, JF および Schneider, S. (2005)、知識駆動型地質モデリングアプリケーション、「石油科学工学ジャーナル」、47(1–2):89–104

[9] Tahmasebi, P., Hezarkhani, A., Sahimi, M., 2012, 相互相関関数に基づく複数ポイント地統計モデリング, Computational Geosciences, 16(3):779-79742

[10] MR Alvers、HJ Götze、B. Lahmeyer、C. Plonka、S. Schmidt、2013、「3D ポテンシャルフィールドモデリングの進歩」EarthDoc、第 75 回 EAGE カンファレンス & 展示会 (SPE EUROPEC 2013 を含む)

[11] ダイナミックグラフィックスの歴史 2011-07-25 にWayback Machineにアーカイブされました

[12] Gocad ソフトウェアの起源

[13] JL Mallet、P. Jacquemin、N. Cheimanoff (1989)。GOCAD プロジェクト: 複雑な地質表面の幾何学的モデリング、SEG Expanded Abstracts 8、126、doi :10.1190/1.1889515