O geologii 3D w Orleanie

Trójwymiarowe modele najpełniej odwzorowują rzeczywistość, dlatego są najlepszym sposobem prezentacji zagadnień geologicznych.  Stosuje się je m.in. do pokazania budowy wgłębnej oraz planowania zagospodarowania przestrzeni podziemnej. Co więcej, możliwe jest śledzenie w 3D procesów, które doprowadziły do powstania obecnych zjawisk geologicznych.

Modelowanie geologiczne 3D rozwijane jest intensywnie na całym świecie, a prace z tym związane prowadzone są obecnie w trzech głównych kierunkach:

  • tworzenie modeli przeznaczonych do konkretnych, praktycznych zastosowań w różnych skalach (od lokalnych modeli złożowych do opracowań regionalnych),
  • zdefiniowanie potrzeb użytkowników końcowych, przeprowadzenie analizy rynku i dostosowanie produktu do potrzeb i wymagań odbiorców,
  • określanie niepewności modeli geologicznych.

Państwowy Instytut Geologiczny - PIB należy do grona jednostek naukowych, które od wielu lat stosują i rozwijają geologię w trójwymiarze. W ciągu kilkunastu lat opracowane zostały modele 3D regionalne i lokalne, proste i złożone – przeznaczone zarówno dla szerokiego grona odbiorców, jak i dedykowane zaawansowanym użytkownikom. Istotnym elementem naszych działań są także kontakty i wymiana doświadczeń z naukowcami z całego świata, zajmującymi się geologią 3D.

W dniach 20-23 lutego 2018 r. odbyło się 4 spotkanie „Delivering Subsurface Models For Societal Challenges”, zorganizowane przez European 3D Geomodelling Community. Jest to europejskie forum specjalistów (głównie geologów oraz wspierających ich informatyków), którzy co dwa lata spotykają się, by omówić osiągnięcia i postępy w tworzeniu, doskonaleniu oraz udostępnianiu geologicznych modeli 3D. W takim gronie nie mogło zabraknąć Państwowego Instytut Geologicznego-PIB, który reprezentowany był przez zespół w składzie: dr Zbigniew Małolepszy (członek Komitetu Naukowego), dr Urszula Stępień, dr Ewa Szynkaruk i mgr Tomasz Żuk.

Tradycją takich spotkań są wycieczki terenowe poprzedzające właściwe obrady. Tym razem uczestnicy spotkania odwiedzili jeden z licznych podziemnych kamieniołomów wapieni (trawertynu), znajdujących się bezpośrednio pod Orleanem. Miasto jest zbudowane w większości z kamienia wydobywanego od średniowiecza. Korytarze płytkich kopalni służyły w późniejszym okresie do hodowli pieczarek, a w trakcie II wojny światowej wykorzystywano je jako schrony przeciwlotnicze. Uczestnicy spotkania zobaczyli w akcji najnowocześniejszy na świecie skaner laserowy 3D – ciągu w 10 minut powstała chmura punktów obrazujących z dużą dokładnością zarówno wyrobisko kopalni, jak i stojącą w nim grupę, a wynik można było podziwiać na monitorze komputera.

Uczestnicy spotkania z zapartym tchem oczekują na efekt obrazowania wykonanego za pomocą skanera laserowego 3D

Uczestnicy spotkania z zapartym tchem oczekują na efekt obrazowania wykonanego za pomocą skanera laserowego 3D

Podczas trzech dni spotkań w Orleanie dyskutowano głównie o wzięciu pod uwagę czynnika niepewności w modelowaniu geologicznym, metodyce do tego zmierzającej oraz o sposobach jej określania i przedstawiania. Dużo czasu poświęcono automatyzacji procesu modelowania geologicznego i zaletom takiego podejścia, jak również spojrzeniu na proces modelowania i jego wyniki od strony odbiorcy.

Trzydniowa sesja referatowa podzielona była na 8 bloków tematycznych. Rozpoczęto od prezentacji osiągnięć i aktualnego stanu prac związanych z geologią 3D w poszczególnych krajach. W imieniu zespołu PIG-PIB pdf referat (1.62 MB) wygłosiła dr Ewa Szynkaruk. Poza Polakami wyniki prac przedstawili też przedstawiciele służb geologicznych Francji, Niemiec, Czech,  Holandii, Finlandii, Szwajcarii, Belgii i Wielkiej Brytanii. Przegląd działań pokazał  powszechne stosowanie zróżnicowanych metod i technik tworzenia trójwymiarowych modeli geologicznych. Coraz częściej w procesie modelowania wykorzystuje się wyniki badań pośrednich, np. grawimetrii.

Trwa sesja referatowa

Trwa sesja referatowa

Podczas przeglądu projektów europejskich i międzynarodowych związanych z modelowaniem geologicznym 3D pokazano m.in. metody i narzędzia prezentacji prac oraz propozycje projektów zgłoszone w ramach programu GeoERA, w tym modele transgraniczne i bazę danych o uskokach.

W kolejnym bloku referatów zaprezentowano metodyki i narzędzia związane z przechowywaniem, aktualizacją i publikacją oraz upowszechnianiem modeli geologicznych 3D. Przedstawiono m.in. sposoby uwzględnienia charakteru granic geologicznych w algorytmach tworzenia modeli geologicznych i ich automatycznej aktualizacji. Omawiano także rozwiązanie GST (prezentacja GiGa infosystems GmbH), które PIG-PIB wykorzystywał w ramach projektu TransGeotherm.

Szczególnie interesujące było wystąpienie Ane Bang-Kittilsen z Norweskiej Służby Geologicznej (NGU), która mówiła o wykorzystaniu modeli geologicznych przez nie-geologów. Uwaga skupiona była na użytkowniku końcowym i jego wiedzy (a raczej niewiedzy) geologicznej. W przekonujący sposób pokazano konieczność poznania i uwzględnienia perspektywy odbiorcy przy opracowywaniu produktu końcowego, czyli modelu 3D. Przykładem skutecznej komunikacji i prezentacji wyników modelowania dla nie-geologów był wydruk 3D modeli budowy geologicznej, sporządzony na potrzeby ochrony i zarządzania zasobami wód podziemnych, czyli zadań wykonywanych przez Szwedzką Służbę Geologiczną (SGU). Przedstawiono także projekt włączenia modułów do opisu geologii do oprogramowania ESRI (prototypowy „Geologic Toolbox”).

W części poświęconej zarządzaniu danymi potrzebnymi do tworzenia modeli geologicznych 3D pokazane zostało narzędzie dla modelu prędkościowego i konwersji czasowo-głębokościowej modeli (Vel-IO 3D), w których występuje nierównomierne pokrycie danymi. Przedstawiono potrzebę udziału specjalistów ds. modelowania w tworzenie i rozwój standardu wymiany danych ResqML 2.0.

Wśród trwających prac rozwojowych, tj. opracowania algorytmów i ulepszonych narzędzi do modelowania geologicznego przedstawiono m.in. oprogramowanie Groundhog desktop opracowane i rozwijane przez Brytyjską Służbę Geologiczną (BGS). Interesujący był także projekt Loop dotyczący modeli strukturalnych, tworzonych z danych powierzchniowych oraz kodowania niepewności, poczynając od błędu pomiaru, przez błąd interpolacji i niepewność interpretacji geologicznej.

Spotkanie tradycji z nowoczesnością - takie otoczenie inspirowało uczestników spotkania

Spotkanie tradycji z nowoczesnością - takie otoczenie inspirowało uczestników spotkania

Dużo uwagi poświęcono następującym aspektom modelowania: wizualizacji modeli w oparciu o darmowe oprogramowanie, ich upowszechnianiu przy użyciu platformy webowej, tworzenie modeli z chmury punktów uzyskanej ze skaningu laserowego (skaner Zeb Revo) i ze zdjęć (Limeoutcrop), geologii strukturalnej (Facets: Dewez 2016, Compass: Thiele 2017), Gmlib, Linear algebra.

Podczas kolejnej sesji zaprezentowano następujące modele 3D wraz z możliwością ich wykorzystania:

  • pilotażowy fragment modelu basenu północnoniemieckiego, wykonany przez służby pięciu krajów związkowych w rejonie wspólnej granicy,
  • ocenę zasolenia wód gruntowych na podstawie holenderskiego modelu Geotop oraz lotniczego pomiaru oporności elektrycznej,
  • integrację modelowania i pomiarów grawimetrycznych dla określenia rejonów o podwyższonym skrasowieniu w południowej Francji,
  • modelowanie głównego poziomu wodonośnego w zachodniej Tunezji przy użyciu oprogramowania Geomodeller oraz FeFlow,
  • modelowanie poziomu wapieni oolitowych, istotnych z punktu widzenia głębokiej geotermii oraz magazynowania CO2 w formacjach triasowych Basenu Paryskiego,
  • modelowanie megaosuwiska na wyspie El Hierro (wyspy Kanaryjskie) i jego potencjału tsunamigenicznego.

Ostatnia sesja dotyczyła zastosowania modeli 3D w rozwiązywaniu problemów występujących na terenach zurbanizowanych. Wygłoszono referaty przedstawiające:

  • potrzebę włączenia wiedzy o podłożu gruntowym, scalonej w postaci modeli 3D, do procesów decyzyjnych w obszarach miejskich,
  • zastosowanie holenderskiego modelu Geotop do oceny ryzyka związanego z indukowaną sejsmicznością oraz ryzyka osiadania wywoływanego kompakcją osadów w Holandii, Belgii i Japonii,
  • modelowanie ryzyka sufozji w Paryżu w rejonie występowania warstw gipsowych przy zastosowaniu inkrementalnego procesu modelowania: najpierw przy użyciu danych najlepszej jakości, a następnie sukcesywnym dobieraniu danych mniej pewnych i ich selekcji w zależności od spójności wyników modelowania,
  • zastosowanie modelu 3D do zarządzania zasobami wód gruntowych w północnym Londynie,
  • zastosowanie modelowania 3D do określenia parametrów inżynierskich gruntu oraz oceny stateczności skarp, zanieczyszczenia wód podziemnych oraz ryzyka sejsmicznego w dzielnicy El Papiol w Barcelonie,
  • bieżące zarządzanie materiałem wydobytym i odpadami budowlanymi na obszarach miejskich,
  • użycie precyzyjnego modelu geologicznego podłoża Darmstadt w Niemczech do mitygacji zagrożeń związanych z np. nieszczelną infrastrukturą oraz wykorzystaniu BIM do komunikacji z miejskimi wydziałami planowania,
  • zalety zintegrowanego modelowania podłoża, budynków i infrastruktury podziemnej w miastach.

Prezentacje pokazały duże zróżnicowanie tematyki objętej modelowaniem 3D i ogromny potencjał dla stosowania tej techniki.

Podczas sesji posterowej przedstawiciele PIG-PIB zaprezentowali poster pn. pdf „Analogue study of the Permian fanglomerates based on pseudo-3D GPR data from the Zygmuntówka quarry, Chęciny, South Poland” (7.39 MB) (autorzy: Tomasz Żuk i Zbigniew Małolepszy). W ramach “live demos” zespół PIG-PIB zaprezentował aktualną wersję internetowej przeglądarki modeli geologicznych 3D, wdrażanej przez PIG-PIB we współpracy z firmą Wolfgraf Design.

Wnioski ze spotkania w Orleanie są budujące. Państwowy Instytut Geologiczny-PIB wykonuje modelowanie 3D zgodnie z ogólnoświatowymi trendami. Dotyczy to zarówno oprogramowania, danych, jak i metod. Konieczne jest jednak aktywniejsze upowszechnianie i promowanie wyników prac wśród odbiorców w gospodarce i administracji różnego szczebla.

Zobacz także: pdf Abstrakty wygłoszonych referatów i prezentowanych posterów (13.93 MB)

Autorzy: Urszula Stępień, Ewa Szynkaruk, Tomasz Żuk, Zbigniew Małolepszy

Zdjęcia: Urszula Stępień