4D моделиране в геологията

Четиримерно моделиране в геологията. Геология.

Геоложката карта е основа както за фундаментално теоретично изследване на геологията на всеки регион, така и за практическо проучване на находищата на полезни изкопаеми и използването на недрата.

Проблемът с развитието на минерално-суровинната база и инженерното развитие на териториите налага задълбочено изследване на недрата в триизмерна цифрова форма. В тази връзка е необходимо да се премине към обемно компютърно картографиране и триизмерни географски информационни системи.

ОСНОВИ НА 3D ЦИФРОВО ГЕОЛОЖКО КАРТИРАНЕ

Какви са принципите за правене на такива карти и какво може да се види на тях?

Основата за 3D геоложка карта е стандартна цифрова геоложка повърхностна карта, която показва естествено изпъкнали геоложки тела. Задачата е да се покажат всички тези тела в реален обем (плюс онези тела, които не излизат на повърхността).
Въз основа на данни от сондиране, сеизмични профили и всички видове геофизични данни се изгражда вероятностна геометрия на всички идентифицирани геоложки тела на дълбочина в цифрова форма.
Въз основа на параметрите на геометрията на гънки, прекъсвания и други геоложки тела, установени по време на геоложко картиране, е разработен математически алгоритъм за идентифициране на най-реалистичната триизмерна форма на геоложки тела.
Разполагайки с обемен цифров запис на геометрията на всички геоложки тела, ние можем:

изграждане на разрез върху всяка вертикална, хоризонтална или друга повърхностна геометрия;

изберете всяко геоложко тяло и го изследвайте от всяка точка (завъртете, изкачете се дълбоко и т.н.);

изграждане на насипно състояниекарти, показващи литофациални и всякакви други характеристики (например порьозност, воден разрез, геохимични характеристики, контури на рудни тела).

На базата на триизмерна цифрова геоложка карта могат да се извършват различни изследвания. Например, за възстановяване на геоложката история в цифров вид, за проучване на минерални запаси, за решаване на хидрогеоложки, инженерно-геоложки, екологични проблеми.

Обемното цифрово геоложко картографиране е неизбежното бъдеще на геоложкото картографиране.

Картиране на седиментни басейни. Седиментните басейни имат сравнително проста геоложка структура: леко наклонени слоеве, малък брой разломи и малък брой интрузии. Структурата на седиментните басейни може да бъде усложнена от солени диапири, рифови структури, инверсионни структури, навлачени фронтове, клиноформна структура на седиментни слоеве и др.

Основните данни, използвани за изследване на техния геоложки строеж: 1) теренно геоложко картиране; 2) данни за сондиране; 3) сеизмични профили с различна дълбочина; 4) анализ на аномалии на гравитационни и магнитни полета; 5) данни за електрически изследвания. Най-лесният начин е да се изгради триизмерна геоложка карта на района, за който има триизмерни сеизмични данни.

Как трябва да се изгради 3D карта за седиментни басейни? Първо, за основа на картата се взема цифрова геоложка карта на повърхността. След това се въвеждат данните от сондажната интерпретация и сеизмичните профили, като се вземат предвид други геофизични данни, под формата на границите на картираните геоложки тела, където е установено. След това с помощта на компютърни програми компютърът цифрово чертае цялата обемна геоложка структура.

Картографиране на градове и важни инженерни структури. Градове като Москва, Св.Петербург, инженерни съоръжения, например големи резервоари, значителни подземни съоръжения и др. трябва да има обемни цифрови геоложки карти. Например в Москва има много подземни структури (метро и др.), Промишлеността е развита. Москва е специална хидроложка, инженерно-геоложка и екологична система. За Москва, както за всеки мегаполис, е необходима такава карта. Той трябва да съдържа: 1) границите на всички естествено обособени геоложки тела; 2) границите на всички литоложки тела (тъй като всеки пакет може да промени състава си отдолу нагоре и лицево), например пясъчници, глини, варовици; 3) зони с различна порьозност, обводненост, с различни геохимични аномалии, с различни механични свойства; 4) подземни съоръжения. Такава карта е необходима преди всичко на различни служби на града. Например, само на базата на такава карта е възможно непрекъснато да се наблюдава движението на подпочвените води в района на града, движението на геохимичните аномалии (предимно за екологични проблеми). Въз основа на такава карта е възможно да се проектира всяка конструкция в града, тъй като тя съдържа основните инженерни и геоложки характеристики. Картиране за екологични и хидрогеоложки цели. Има много проблеми, свързани с регионалната екология, погребването на ядрени отпадъци и други вредни елементи, безопасността на околната среда в близост до нефтопроводи, замърсяването на райони на големи индустриални центрове и др. За тези екологично опасни места е необходимо изграждането на подробни цифрови триизмерни геоложки карти. В допълнение към обичайните данни, в такива карти могат да бъдат въведени специални параметри, които контролират миграцията на течности и газове. С помощта на такива карти е възможно да се създадат модели на потенциалното движение на вредни за околната среда елементи подповърхността на земята. Триизмерните цифрови карти трябва да бъдат основата за мониторинг на околната среда на потенциално опасни зони: непрекъснато моделиране на филтриране на течности може да се извърши, когато се появят нови геохимични измервания. Подобни задачи се решават и при хидрогеоложкия анализ на подземната среда. Непрекъснатост на съставяне на обемни цифрови геоложки карти. Същността на дигиталното триизмерно картографиране е, че въвеждаме дигитално първоначалните геоложки данни и с помощта на софтуерен пакет компютърът сам изгражда карта, следователно, веднага щом получим нови данни (например, пробиване на нов кладенец, преминаване на нов сеизмичен профил), тези данни се въвеждат в компютъра и се изгражда нова триизмерна карта.ТРИИЗМЕРНА ЦИФРОВА КАРТА - КАКВО СЛЕДВА?

Да приемем, че вече имаме работеща версия на триизмерна цифрова геоложка карта за седиментен басейн. Какви са бъдещите перспективи за геоложко картиране? Първо, тези карти могат непрекъснато да се подобряват, когато се появи нова информация. И тогава е необходимо да се премине към четириизмерно моделиране, т.е. изрично да се въведе четвъртото измерение - времето, което вече имплицитно присъства на геоложката карта под формата на стратиграфско разделение на скални слоеве. Това ще даде възможност стъпка по стъпка да се върнем назад във времето и да видим как е изглеждала дадената геоложка структура например преди 5, 10, 100, 500 милиона години, какви палеогеографски условия са съществували тогава, какъв е бил термичният или флуиден режим, какво е било напрегнатото състояние на земната кора и т.н. След извършване на такива реконструкции и изчислителни модели ще бъде възможно да се изградят "геоложки анимации", показващи триизмерната история на района заедно с палеогеографската обстановка наповърхност и разпределението на различни параметри (като температура, състояние на напрежение, налягане на порите, химия на флуидите на порите и др.). Този вид работа е важна както за практически приложни проблеми, като търсенето на въглеводородни натрупвания, които са мигрирали в земните недра по време на геоложката еволюция на седиментната покривка, така и за фундаментални теоретични изследвания на регионалната и глобална геология и геодинамика.

За да картографирате области за инженерна структура, в допълнение към геоложките граници и други обичайни данни, можете да въведете всякакви други параметри, които характеризират механичните свойства на скалите.

4D моделирането в геологията е голям иновативен проект, който може значително да промени цялата природа на геоложките изследвания. Ето защо това направление трябва да бъде неразделна част от образователния процес на студентите от геологическите университети.