Трехмерное моделирование

Математическая реконструкция геометрии образцов

3D-моделирование в лабораторной геофизике основано на детальном восстановлении структуры порового пространства, минералогии и трещиноватости. Современные технологии позволяют:

  • Использовать рентгеновскую микротомографию для получения объемных изображений с микронным разрешением;
  • Применять сканирующую электронную микроскопию (SEM) в сочетании с EDX-анализом для распределения химических элементов;
  • Строить цифровые керны и проводить численные эксперименты по течению, деформации и электропроводности.

Полученные объемные данные обрабатываются в специализированных программных средах (Avizo, Dragonfly, GeoDict), где выделяются фазы, строятся поверхности и реализуется расчет сеток для численного моделирования.

Моделирование фильтрации и электрических процессов

Цифровые модели используются для решения уравнений течения Дарси, Навье—Стокса, Лапласа, уравнений теплопереноса и переноса заряда. Это позволяет:

  • Оценивать эффективную проницаемость с учетом структуры пор;
  • Моделировать зависимость сопротивления от насыщенности и минерализации;
  • Строить анизотропные тензоры проницаемости и электрической проводимости.

Результаты сопоставляются с лабораторными измерениями для валидации моделей, после чего могут быть масштабированы на геологические разрезы.

Моделирование волновых процессов

С использованием упругих моделей цифрового керна решаются уравнения динамики твердого тела и волнового распространения:

  • Строятся модели отклика на П- и S-волны;
  • Анализируются рассеяние и дисперсия волн при прохождении через неоднородности;
  • Моделируется эффект флюидозависимой дисперсии и диссипации энергии.

Такие модели позволяют оценивать влияние типа насыщения (вода, нефть, газ) на скорость и затухание волн.

Интеграция с полевыми данными

Результаты лабораторного моделирования включаются в составные 3D-модели месторождений, позволяя:

  • Прогнозировать распределение свойств в разрезе;
  • Улучшать интерпретацию ГИС, сейсморазведки и электромагнитных методов;
  • Оптимизировать размещение скважин и моделировать процессы добычи.

Современные методы машинного обучения и статистического анализа позволяют строить предиктивные модели, где данные из лабораторий служат обучающей выборкой для пространственной интерполяции и прогноза.

Аппаратное и программное обеспечение

Для трехмерного моделирования применяются:

  • Высокопроизводительные кластеры и графические станции;
  • Программные пакеты: COMSOL Multiphysics, Petrel RE, OpenFOAM, ANSYS, GeoDict;
  • Инструменты обработки изображений: ImageJ, Dragonfly, Avizo;
  • Библиотеки Python (NumPy, SciPy, PyTorch, scikit-image) и MATLAB для численного моделирования.

Эти решения позволяют обеспечить точность и скорость расчетов, а также гибкую настройку под конкретные геофизические задачи.

Перспективы применения

Развитие трехмерного моделирования открывает новые горизонты в лабораторной геофизике:

  • Переход к полностью цифровому керну, без физического разрушения образца;
  • Имитация экстремальных условий (высокое давление, температура, химическая агрессия);
  • Создание интерактивных цифровых лабораторий для дистанционного обучения и исследования.

Таким образом, совмещение лабораторных методов и 3D-моделирования
формирует современную экспериментальную основу геофизики, обеспечивая
точность, воспроизводимость и глубину анализа физических свойств горных
пород.


Оглавление